微藻技术在辣椒种植过程中的化肥减施增效作用

微藻技术在辣椒种植过程中的化肥减施增效作用

 

摘要：推进化肥减量增效，是加快绿色发展、保障农产品质量安全的重要举措。本研究整理了在化肥减施增效过程中容易出现的问题，如土传病害长年不断发生、土壤连作障碍严重，种植结构或种植技术不合理，施用劣质有机肥导致土壤中带入有害微生物，基肥与追肥比例配施结构不合理等。同时探究化肥减施、配施微藻肥产生增效的作用，对微藻技术在作物本身品质、土壤结构等方面产生的作用进行了分析论述，以期为微藻技术在辣椒种植过程中的进一步合理开发和综合利用提供参考。

 

辣椒是茄科辣椒属植物，全球第三大作物，加工应用十分广泛，在我国大面积种植。新疆地区因日照时间长、雨水少、气候干燥，很适合辣椒的种植，这种特有的自然资源优势，使得新疆生产的辣椒具有产量高、色泽鲜艳、粗纤维和糖分含量高、价高等优点[1]。但长期以来，辣椒种植过程中不难发现一味追求高产而过量施用化肥的现象，不但造成土壤自身理化性质急剧下降，还导致辣椒产量和品质提升缓慢甚至下降等问题，严重阻碍了辣椒产业的可持续发展。因此，辣椒化肥减施增效技术的研究与推广就显得尤为迫切，绿色、安全、高效的生物有机肥在化肥减施增效中的作用急需进一步深度挖掘和探究。

 

1施肥管理存在问题

 

1.1土传病害经常发生，土壤连作障碍严重

 

土传病害主要是以土壤为媒介引起的病害，病毒、细菌、真菌和线虫等植物病原体生活在土壤中，当达到一定适宜条件时，侵染作物的根部或茎部引起病害，辣椒疫病、辣椒枯萎病、辣椒青枯病等都属于土传病害[2-3]。土传病害经常发生，主要表现在植株小、抗逆性差、产量低、品质差，甚至可造成辣椒大量死亡，研究表明，可减产20%~50%，甚至超过70%[5]。土传病害防治难度大，有的病原物还可重复感染，对辣椒生产造成严重的影响。我国市场对辣椒的需求量比较大，加之我国耕种面积有限，辣椒地连作或与茄科植物连作的现象普遍存在，长期重茬种植，养分过度消耗，影响了土壤的理化性质，加快盐渍化、酸化程度，酶活性降低，有毒物质不断积累，病虫害增加，最终导致连作障碍[4]。目前，主要采取农业防治、化学防治、物理防治和生物防治4种方式对土传病害进行防治。农业防治环保安全，但防治效果较差；化学防治效果显著，但防治的同时也杀灭了土壤中的有益微生物菌群，对环境和生态造成一定程度的破坏，长期使用也能导致病原物产生抗药性；物理防治简单方便、经济有效、毒副作用少，但费劳力、效率低，防治不易彻底；生物防治无毒、无公害、不易产生抗药性等，不但能改变土壤微生物的种群结构和数量，降低病害的发生，还能改良土壤结构和理化性质而减轻病害危害。

 

1.2种植结构或种植技术不合理

 

提高辣椒产量和品质指标，不但要选择合适的种植环境，还要有合理的种植结构、科学的种植技术。对于辣椒而言，土地的轮作期一般为3年，即使是多年被禁止使用的土地转换期也应1年以上。在距离种植辣椒区域的8~10m，尽量设置缓冲带，隔离乔木之类的高秆农作物，能够有效改善辣椒生长所需的温度、湿度环境[6]。不合理的种植结构，也会因其他作物结构而影响辣椒生长，据研究报道，鄂西北山区由于长期种植黄姜，因连作致使土壤中潜伏着炭疽病、立枯病、根腐病等病菌，导致种植辣椒时发生多种病害[7]。此外，辣椒的产量受种植密度的决定性影响，过高或过低都不利于获得稳定高产。种植密度较大（11.6万~14.0万株/hm2）时，随着密度的提高，果实畸形率和株高明显增大，株幅、有效分枝数和单果重则明显减小[8]。

 

不科学的种植技术会导致辣椒出现落叶、落花、落果。例如田间肥水管理不当会造成辣椒日灼病发生；温度过高或过低会造成受精不完全甚至不受精；肥水不足、光照不良会导致畸形果；温度处理不适宜、肥水管理太强、种植密度太大会导致辣椒结果少或只开花不结果；生长期偏施氮肥会导致辣椒卷叶，而浇水过大、施肥量过大会引起黄叶[9]。此外，农机具等器械如果不及时进行清理消毒，在多个田地连续使用，受到侵染的土壤病害会以农机具等器械为媒介传播病害至健康田地；如果整地不平，畦面不平，低洼处容易积水，会大大提高根腐病、枯萎病等病菌的感染率[10]。

 

1.3施用劣质的有机肥，给土壤带入有害的微生物

 

农业行业标准《有机肥料》（NY525-2021）规定，有机肥料为经过发酵腐熟的含碳有机物料，技术指标为：有机质的质量分数（以烘干基计）≥30%、总养分（N+P2O5+K2O）的质量分数（以烘干基计）≥4.0%，pH值为5.5~8.5。优质的有机肥能够提供作物养分、提高产品质量、改良土壤性质，但劣质有机肥，不仅造成土壤性质恶化，还对作物的生长发育产生不良影响，甚至死亡。目前，劣质有机肥主要分以下3类：一是未腐熟的有机肥。一方面，施到地里会吸收土壤水分后发酵释放热量，造成烧根烧苗现象，且容易产生氨气和二氧化硫等有害气体再次危害根部和叶片，导致叶片萎蔫变白[11-12]。另一方面，未腐熟的有机肥料中养分需进一步分解转化才能被作物吸收利用，直接施用造成整体肥效减慢不利于生长阶段所需供给。二是未完全杀菌杀虫杀卵的有机肥，禽兽粪肥中的病原菌和线虫等会带入土壤中，造成有害微生物大量积累[13]。三是将未作重金属处理的污泥、未深加工的工业下脚料混入有机肥，重金属超标或含氯量较高，造成土壤重度污染，继而导致所种植的作物重金属含量严重超标，危害人体健康。

 

1.4配施结构不合理

 

养分平衡是蔬菜优质高产的基础和前提，不同作物所需的养分不同，同一作物在不同生长阶段所需的养分也有差异。研究表明，各类蔬菜对N、K的吸收量远高于P，如白菜、甘蓝对养分的吸收主要在生长中、后期，茄子主要在挂果期[14]。科学施肥可以维持和提高土壤肥力，提高作物产量，如在施肥前对土壤进行检测，根据土壤肥力状况和作物的需肥规律，合理配施科学指导，不仅能够减少肥料用量，降低成本，还能帮助改善土壤质量，提高作物生产效率。在农业实际生产过程中，施肥不合理现象仍然普遍存在。单施、偏施、多施等不合理的配施结构，会致使土壤理化性质恶化、土壤中的微生物多样性下降、土壤生产力降低，从而对农业的可持续发展产生严重影响。

 

生产中大量施用磷钾肥，超出作物整个生育期的需求量，造成土壤中有效磷和速效钾的大量剩余富集，加大了环境污染风险，而其中有机肥施用量不足，导致土壤有机质含量降低、土壤酸化、重金属含量升高、土壤板结等问题，土壤的持续生产力降低。偏施氮肥，会减少水稻每穗粒数、降低株高，过量施用钾肥，水稻分蘖数、有效穗都会减少[15]。过量偏施、滥施氮肥，造成蔬菜硝酸盐含量超标、容易腐烂、不耐贮运。忽视钙、镁、硫、硼等中、微量元素的施用，导致土壤中的中、微量元素不断减少，致使植株抵抗能力降低、病虫害发病概率上升[14]。过量施用有机肥、有机肥比例偏高、养分配比不合理，容易造成肥害，降低肥料利用率，并且过量有机肥会迅速增加土壤中的中、微量养分含量，并加速这些养分的渗漏，严重影响土壤生态环境。

 

2化肥减施增效的作用

 

肥料是作物的“粮食”，是农产品产量与品质的物质基础。我国人多地少，在高投入和高产出的农业生产体系中，为了高产而过量施用化肥的问题较为普遍，肥料利用率不高、资源浪费、环境污染等问题时有发生。推进化肥减施增效，是加快绿色发展、保障农产品质量安全的重要举措。“十三五”期间国家开展了化肥减量增效行动计划，取得了积极成效，2021年，农用化肥施用量比2015年减少13.8%，连续6年实现化肥施用量负增长，而且化肥利用率显著提升，有效降低了污染风险[17]。“十四五”规划中，继续提出要持续减少化肥施用量，到2025年，减少农用化肥施用总量、提高有机肥资源还田量、提高测土配方施肥覆盖率、提高化肥利用率等举措势在必行。

 

有机肥代替化肥合理配施是减施化肥的主要方式之一，有机肥具有来源广泛、种类繁多、养分丰富、肥效较长等特点，合理施用有机肥，不仅能够提高土壤肥力、改良土壤质地，还能提高作物产量、提升质量。研究发现，施用微生物肥、复合生物有机肥等，能促进草莓、番茄、西瓜等作物的生长发育，改良品质，提高单株结果数和果实品质，维生素C、可溶性糖、蛋白质的含量显著增加。施用蚯蚓粪生物有机肥对降低果蔬中硝酸盐和有机酸含量有显著作用，同时还能够降低作物发病率[18-19]。施用了植物源有机肥的花生和黄金梨幼树，茎粗和叶面积增加明显，抗倒伏能力明显增强，叶片的光合效率和N、P、K含量也得到明显提升[20-21]。

 

研究表明，施用畜禽粪便有机肥或复合生物有机肥，能提高酸性土壤的pH值，土壤的容重和含盐量均有所降低，土壤酶活性明显增强，土壤的物化性状也得到有效改良，透气性和保肥培肥能力提高[22]。施用植物源有机肥对土壤细菌的群落结构也会产生影响，植物源肥替代化学肥料，能够丰富土壤微生物的多样性，土壤中细菌、放线菌数和微生物的总量升高，真菌数降低，同时过氧化氢酶、蔗糖酶和土壤脲酶等酶活性也得到极大提升[23]。在设施蔬菜整个生育周期中，施加微生物肥的土壤中有益微生物数量显著增加，如硝化细菌、乳酸菌、放线菌、好气性纤维分解细菌等，同时有害微生物数量显著降低，如霉菌、反硝化细菌等[24]。

 

 

3微藻技术在化肥减施增效中的作用

 

3.1微藻技术对作物生长的作用

 

微藻是一类体积小、结构简单的真核或原核微生物，可吸收N、P、K等转化为植物所需的有机化合物，在其自身繁殖过程中，还可产生氨基酸、多肽等含氮化合物和植物激素等活性物质，对作物的生理过程和生长有促进作用[25]。梁青等[26]发现，用蛋白核小球藻、四尾106栅藻、卷曲鱼腥藻为原料的微藻液体肥，能增加黄瓜株高、茎直径、叶片数和花蕾数等，明显提升土壤中的有机质、碱解氮、速效磷、速效钾等含量。

 

董国忠等[27]研究阿尔格微藻营养液在水稻上的应用发现，喷施阿尔格微藻营养液，能够促进水稻生育进程，提高抗冻害和抗倒伏能力，增加株高、根数、根长、茎粗，提高结实率和千粒重，可增产7%左右。同时，以小球藻和多变鱼腥藻为主要原料的微藻营养液和45%复合肥配施，能降低稻谷中汞含量52.96%、镉含量32.81%[28]。庞媚等[29]发现，添加藻类能更好地发挥有机肥的肥效，微藻营养液和传统有机肥配施，能够提高甜瓜的产量和质量，可溶性固形物含量可达17.3%，果肉厚度为3.5cm，产量达3.1t/667m2，比传统有机肥增产14.35%左右。陈丹等[30]发现，与对照组相比，施用不同浓度阿尔格微藻营养液的草莓，叶绿素含量有明显提高，坐果率也能够提高17%~30%，果实的可溶性固形物提高0.46~1.54，产量最高增产234.5kg/667m2。

 

叶勇等[31]在研究阿尔格活性微藻营养液、乡喜海藻菌、草根8号、多酶生物有机肥4种不同生物菌肥对山地辣椒产量与品质的影响时发现，阿尔格活性微藻营养液在促进叶面积、单果质量、产量等方面，均优于其他3种生物菌肥和常规种植，叶面积指数相对增加4.23%~123.08%，产量增加25.54%。可见，微藻技术对不同作物的生长具有促进作用。

 

3.2微藻技术对土壤的作用

 

微藻可与土壤中的微生物建立有益的相互作用，促进土壤中有益细菌和真菌的繁殖，从而保持良好的土壤微生物生态，同时，促进土壤团粒结构的形成，还能有效调节土壤酸碱度，改善土壤性状，提高土壤养分含量。王建华等[32]发现，与传统化肥相比，施用1∶1蛋白核小球藻和固氮鱼腥藻制备的微藻生物肥，土壤活化作用显著，全氮、碱解氮和有机质含量均有不同程度的提升，磷酸酶、氧化物酶、蔗糖酶和脲酶的酶活性也得到有效改善；此外，还能调节土壤微生物生态结构，提高土壤肥力，有益于作物生长，提高其产量和品质。陈丹等[33]发现，阿尔格微藻营养液中的微藻细胞耐盐碱性很强，并能吸附氢氧根离子和氯离子，有效调节土壤pH值，土壤硬化板结、盐碱化等问题能够得到有效解决。

 

另外，通过微藻活动，在固氮、解钾、溶磷上能够发挥良好作用，促进作物对养分的吸收，提高肥料利用率，减少化肥施用量。邱诗春等[34]比较了2种处理下水稻收获时期土壤理化性质后发现，增施微生物菌剂（微藻营养液）的土壤中的有机质、碱解氮、有效磷均高于施用常规肥的土壤，分别高5.2g/kg、17.3mg/kg、1.0mg/kg，并且与种植前土壤养分含量相比，土壤中的有机质含量和有效磷含量分别提升9.8g/kg、1.0mg/kg。可见，微藻技术对土壤的改良修复具有一定良性的作用。

 

4结语

 

微藻具有生长速率快、光合作用强、固氮固碳效率高、活素增养、吸金提质的特点。其特殊的性能，使得微藻生物肥在提升土壤肥力、作物增产提效方面有明显效果，在化肥减施增效发展中起到积极作用，成为现代农业绿色、高效、安全和可持续发展的新增长点，作为新型绿色生物肥，可为下一步在辣椒等其他作物上的推广应用、实现化肥减量提供理论参考。