牛艷蕾，孫子壹，孫曉瑩，陳曉峰

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院，山東煙臺 264670）

辣椒源自墨西哥，是一年生或多年生的茄科植物，目前是中國重要的農(nóng)產(chǎn)品之一，據(jù)2017 年統(tǒng)計(jì)，中國辣椒種植面積已超過133 萬hm2，其年播種面積占全國蔬菜總面積的8%～10%［1-3］。環(huán)境溫度為辣椒生長的重要影響因素之一，為解決環(huán)境溫度對辣椒生長的影響，地膜覆蓋成為辣椒生產(chǎn)中的一項(xiàng)高效增產(chǎn)技術(shù)。設(shè)施栽培中采用地膜栽培可以有效促進(jìn)土壤保溫、促進(jìn)根系和植株生長。研究表明，覆蓋地膜可減少土壤水分蒸發(fā)量43.61%，表層5 cm 處土壤溫度提高0.91～1.04 ℃，促進(jìn)植株的生長，可提高作物產(chǎn)量20%～50%［4-6］。隨著農(nóng)用地膜的廣泛應(yīng)用，地膜使用量和覆膜年限增加，殘膜污染問題愈演愈烈，中國農(nóng)田平均地膜殘留量為50～260 kg/hm2［7］。地膜材質(zhì)的穩(wěn)定性導(dǎo)致其在土壤中難以降解，且殘留地膜的大量聚集會阻礙土壤與大氣的水、氣、熱交換能力，從而降低土壤的透氣性、熱容量和容水量，聚乙烯殘膜也使土壤pH、堿解氮、有效磷、速效鉀分別降低4.76%、21.50%、42.04%、51.30%［8-10］。因此，尋找對環(huán)境更加友好，適合多種栽培情況的地膜是辣椒種植的關(guān)鍵。

目前環(huán)保地膜的研究包括生物降解地膜、光降解地膜、光-生物復(fù)合降解地膜、液體降解地膜和微生物合成型、化學(xué)合成高分子型、天然高分子型等完全生物降解地膜，以及其他新型降解地膜［11-13］。其中，麻地膜于2004 年4 月26 日通過農(nóng)業(yè)農(nóng)村部科技成果鑒定并逐步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，其質(zhì)地輕薄，但強(qiáng)度較高，保溫保濕效果好，能有效促進(jìn)農(nóng)作物的生長發(fā)育；在土壤中的降解性能良好，無污染并有培肥土壤作用，因此其在土壤種植中的應(yīng)用成為人們研究的重點(diǎn)［14-16］。在設(shè)施栽培中，麻地膜覆蓋較PE 地膜覆蓋可提高小區(qū)產(chǎn)量和單位面積產(chǎn)量以及植株株高、莖粗、單株鮮重等［17-19］，但關(guān)于麻地膜在設(shè)施無土栽培上的研究還很少見，其對作物的生長發(fā)育是否與在土壤中一樣，對基質(zhì)的影響是否與土壤一致尚不明確。鑒于此，研究麻地膜對無土栽培蔬菜作物生長發(fā)育環(huán)境的影響至關(guān)重要。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2022 年3—6 月在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院日光溫室內(nèi)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用辣椒品種為丹鳳朝陽（朝天椒）。栽培基質(zhì)為草炭∶蛭石∶珍珠巖按4∶1∶1 比例（體積比）配制而成，麻地膜采用以苧麻纖維等為主要原料制成的白色膜，厚度2.4 mm，聚乙烯農(nóng)用地膜（PE 地膜）采用厚度為0.02 mm 的黑色地膜。栽培土壤為日光溫室內(nèi)土壤，基質(zhì)與土壤基本理化性狀見表1。

表1 定植前基質(zhì)和土壤的基本理化性狀

試驗(yàn)所用的史丹利植物營養(yǎng)液購自史丹利公司，其主要成分見表2。

表2 營養(yǎng)液主要成分

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2022 年3 月20 日將辣椒（4 片真葉期）定植，2022 年6 月底一次采收結(jié)束。辣椒栽培于泡沫箱中，泡沫箱規(guī)格為長×寬×高=60 cm×50 cm×40 cm，裝填基質(zhì)厚度30 cm，栽培株行距為10 cm×10 cm。

試驗(yàn)采用單因素變量法分析，除栽培方式不同外，其他管理方式一致。試驗(yàn)共設(shè)4 組處理，CK 為無地膜土壤栽培，T1 為PE 地膜土壤栽培，T2 為PE地膜基質(zhì)栽培，T3 為麻地膜覆蓋無土栽培。

泡沫箱中每7 d 施稀釋史丹利植物營養(yǎng)液（1∶500）1 000 mL。

1.4 項(xiàng)目測定

1.4.1 不同處理間土壤和基質(zhì)基本理化性狀的測定 緩苗結(jié)束后，自2022 年3 月25 日開始，每7 d進(jìn)行土壤和基質(zhì)溫度測定（06：00），至2022 年6 月24 日。2022 年6 月25 日辣椒采收后用環(huán)刀法取0～30 cm 土樣或基質(zhì)樣品，每個(gè)泡沫箱中5 點(diǎn)隨機(jī)取樣，取樣后充分混合并用四分法舍棄多余的部分。每泡沫箱中取樣品500 g，去除直徑大于2 mm 的石礫、殘留的根系和有機(jī)體，將土壤樣品風(fēng)干、磨細(xì)和過篩后對其進(jìn)行土壤理化性質(zhì)的測定［20］，土壤和基質(zhì)項(xiàng)目測定方法見表3。

表3 土壤和基質(zhì)理化性質(zhì)指標(biāo)測定方法

1.4.2 辣椒生長發(fā)育狀況以及品質(zhì)的測定 辣椒定植后在旺盛生長期進(jìn)行株高測定（2022 年5 月15日），對不同處理下辣椒初花期、盛花期和結(jié)果期等進(jìn)行記錄，至試驗(yàn)結(jié)束。株高和莖粗采用卷尺測量，對采收后新鮮辣椒果實(shí)樣本進(jìn)行產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)（VC 含量、可溶性糖含量）測定，VC 含量采用2，6-二靛酚法測定［21］，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定［22］。

1.4.3 辣椒根際土壤微生物數(shù)量的測定 辣椒采收后采集根際土壤樣品，取樣采用5 點(diǎn)采樣混合法，清除表面雜質(zhì)后，以抖落法采集根際5～10 cm 深度土壤樣品和基質(zhì)樣品，將土樣充分混合后置于干冰盒內(nèi)帶回試驗(yàn)室，及時(shí)放于冰箱中儲存?zhèn)溆茫?3］。

采用分子生物學(xué)特性方法測定土壤微生物數(shù)量（古菌、細(xì)菌和真菌）。土壤DNA 利用OMBSA 試劑盒E.Z.N.A?Mag-Bind Soil DNA Kit 提取試劑盒提取，再利用Qubit3.0 DNA 檢測試劑盒對基因組DNA精確定量，PCR 所用的引物見表4。第一輪擴(kuò)增完成后，引入Illumina 橋式PCR 兼容引物進(jìn)行第二輪擴(kuò)增。擴(kuò)增后的產(chǎn)物通過2%瓊脂糖凝膠電泳檢測文庫大小，使用Qubit3.0 熒光定量儀進(jìn)行文庫濃度測定，后交由生工生物工程（上海）股份有限公司進(jìn)行高通量測序。

表4 用于PCR 檢測的特異引物

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用PEAR0.9.8、cutadapt1.18 和PRINSEQ0.20.4軟件優(yōu)化微生物序列后，利用Usearch11.0.667 軟件按照97%相似性對序列進(jìn)行OUT 聚類，通過單樣品的多樣性分析（Alpha 多樣性）測定微生物群落的豐度和多樣性。使用軟件R3.6.0 和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，觀測樣本在不同分類水平上的群落結(jié)構(gòu)。

采用Excel 2021 和SPSS 26.0 對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對辣椒農(nóng)藝學(xué)和生物學(xué)性狀的影響

由表5 可以看出，不同處理對辣椒的農(nóng)藝學(xué)和生物學(xué)性狀影響較大，麻地膜處理對株高、莖粗和小區(qū)產(chǎn)量增加有明顯效果。麻地膜具有可降解的特點(diǎn)，而PE 膜由于不降解，影響水分深入土壤，對株高、莖粗和產(chǎn)量的影響比麻地膜小［24］。覆膜栽培下的T1、T2、T3 較CK 株高、莖粗和產(chǎn)量均有增長，株高分別增長5.77%、10.99%、14.15%，辣椒株高T3 與T2差異不顯著，與T1、CK 差異顯著；莖粗分別增加10.91%、14.55%、25.45%；產(chǎn)量分別增加5.08%、6.10%、9.15%?？芍材ぬ幚砜稍黾又仓甑闹旮摺⑶o粗和產(chǎn)量。

表5 不同處理對辣椒農(nóng)藝學(xué)和生物學(xué)性狀的影響

麻地膜處理明顯縮短果實(shí)成熟期。T1 初花期和結(jié)果期較CK 提前1 d，盛花期較CK 提前2 d；T2、T3 初花期較CK 分別提前3 d 和4 d，盛花期較CK 提前4 d，結(jié)果期分別提前3 d 和5 d，表明覆膜具有保溫、保濕作用，有助于農(nóng)作物的生長，縮短果實(shí)成熟期，且麻地膜覆蓋的影響更大。

4 組處理下的辣椒可溶性糖和VC 含量也有一定差異，麻地膜處理提高果實(shí)質(zhì)量的效果明顯。對比CK，T1 的可溶性糖和VC 含量分別提高了11.76%、30.37%，T2 分別提高14.81%、37.41%，T3 分別提高21.13%、49.26%，T3 的可溶性糖和VC 含量與其他處理差異顯著，表明地膜覆蓋可提高辣椒質(zhì)量，且覆膜對無土栽培影響更大，提高果實(shí)質(zhì)量的效益更好。

2.2 不同處理對日光溫室內(nèi)土壤和基質(zhì)理化性狀的影響

4 組處理下土壤和基質(zhì)理化性狀見表6，土壤和基質(zhì)溫度見圖1。根據(jù)表1 和表6 可知，麻地膜對基質(zhì)有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量有明顯影響。與定植前數(shù)據(jù)相比，CK、T1、T2、T3 的土壤或基質(zhì)中的有機(jī)質(zhì)含量均增加，其中T3 增加最明顯，為9.43%，可見相較其他處理方式，麻地膜降解后對提高基質(zhì)有機(jī)質(zhì)的含量有明顯影響。CK、T1、T2、T3的土壤或基質(zhì)中的速效氮、速效磷、速效鉀含量也均增加，其中CK 增加最少，分別為5.92%、4.34%和9.73%，T3 增加最明顯，分別為22.83%、18.95%和27.64%。4 組處理下的EC 值相對定植前分別增加42.67%、40.00%、36.67%和28.89%，可知T3 下的可溶性鹽濃度較低，有利于植物對基質(zhì)中養(yǎng)分的吸收，避免過分鹽漬化。

圖1 土壤和基質(zhì)溫度

表6 不同處理對土壤和基質(zhì)理化性狀的影響

麻地膜栽培對孔隙度的增加有明顯影響。相較于定植前，CK、T1、T2、T3 的土壤和基質(zhì)孔隙度分別增加4.13%、7.64%、7.67%、9.12%。

由圖1 知，地膜覆蓋可改變土溫和濕度，麻地膜處理保溫效果最好，促進(jìn)了作物對基質(zhì)中養(yǎng)分的分解和吸收。CK、T1、T2、T3 的溫度變化分別為15.5～26.7 ℃、17.1～27.7 ℃、17.2～27.4 ℃、19.1～29.7 ℃。

2.3 不同處理對日光溫室內(nèi)辣椒根際微生物的影響

2.3.1 群落豐度和多樣性 高通量技術(shù)是目前普遍應(yīng)用的新一代測序技術(shù)，覆蓋深度高，數(shù)據(jù)量大，能夠真實(shí)地揭示微生物環(huán)境的豐度和多樣性［25］。群落豐度主要由Chao 指數(shù)和Ace 指數(shù)決定，與兩者皆呈正比；群落多樣性主要由Shannon 指數(shù)和Simpson指數(shù)決定，與Shannon 指數(shù)呈正比，與Simpson 指數(shù)呈反比。表7 為辣椒根際土壤微生物α 多樣性分析結(jié)果，試驗(yàn)微生物經(jīng)高通量測序后，樣本文庫的覆蓋率均大于99.9%，證明此次測序合理，能夠反映該樣本的微生物種類和群落的真實(shí)情況。

表7 辣椒根際土壤微生物α 多樣性分析

由表7 知，與CK 相比，T1、T2、T3 的樣本中古菌的OTUs、Chao 指數(shù)、Ace 指數(shù)均降低，T1 的Shannon指數(shù)增大，Simpson 指數(shù)減小，T2 和T3 的Shannon 指數(shù)都減小，Simpson 指數(shù)都增大。說明覆膜不利于古菌群落豐度的增加，但可以增加土壤中古菌群落多樣性，在基質(zhì)中則降低了其多樣性，麻地膜較PE 膜影響更明顯。T1、T2、T3 的樣品中細(xì)菌的OTUs、Chao 指數(shù)、Ace 指數(shù)較CK 均降低，而T1 的Shannon指數(shù)減小，Simpson 指數(shù)增大，T2 和T3 的Shannon 指數(shù)都增大，Simpson 指數(shù)都減小。說明覆膜均不利于細(xì)菌群落豐度增加，同時(shí)降低了土壤中細(xì)菌群落多樣性，但在基質(zhì)中增加了其多樣性，麻地膜較PE 膜影響更明顯。與CK 相比，T1、T2、T3 的樣品中真菌的OTUs、Chao 指數(shù)、Ace 指數(shù)均降低，而T1 的Shannon 指數(shù)增大，Simpson 指數(shù)不變，T2 和T3 的Shannon 指數(shù)都減小，Simpson 指數(shù)都增大。說明覆膜不利于真菌群落豐度增加，但可以增加土壤中真菌群落多樣性，在基質(zhì)中則降低了其多樣性，麻地膜和PE 膜差異不明顯。

2.3.2 古菌群落組成與群落結(jié)構(gòu) 根據(jù)圖2 可知，通過分析辣椒根際土壤古菌的群落結(jié)構(gòu)，CK、T1、T2、T3 的主要古菌門種類相同，為奇古菌門（Thaumarchaeota）、烏斯古菌門（Woesearchaeota）、佩斯古菌門（Pacearchaeota）、未分類古菌門（Unclassified-Archaea）、Other（默認(rèn)將在所有樣本中豐度占比均＜1%的物種歸為Other），將相對豐度＞5%的古菌門定義為優(yōu)勢種群。CK 的優(yōu)勢種群分別為奇古菌門、烏斯古菌門、未分類古菌門，T1 的優(yōu)勢種群分別為奇古菌門、烏斯古菌門、佩斯古菌門和未分類古菌門，T2 的優(yōu)勢種群分別為奇古菌門、烏斯古菌門、佩斯古菌門和未分類古菌門，T3 的優(yōu)勢種群分別為奇古菌門、烏斯古菌門和未分類古菌門。

圖2 辣椒根際土壤古菌的群落結(jié)構(gòu)

與CK 相比，T1、T2、T3 的奇古菌門相對豐度下降，烏斯古菌門相對豐度提高，可見覆膜后辣椒根際奇古菌門的相對豐度降低，烏斯古菌門的相對豐度提高，其中麻地膜對烏斯古菌門的提升作用較為明顯。

2.3.3 細(xì)菌群落組成與群落結(jié)構(gòu) 根據(jù)圖3 可知，通過分析辣椒根際土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)，CK、T1、T2、T3 的主要菌群相同，為變形菌門（Proteobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、未分類細(xì)菌門（unclassified-bacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、疣微菌門（Verrucomicrobia）、Other（默認(rèn)將在所有樣本中豐度占比均＜1%的物種歸為Other），將相對豐度＞5%的菌門定義為優(yōu)勢種群。其中4 組處理共同的優(yōu)勢種群為變形菌門、擬桿菌門、放線菌門。對占比較大的優(yōu)勢種群進(jìn)行分析，與CK 相比，T1、T2、T3 變形菌門、擬桿菌門的相對豐度增加，酸桿菌門的相對豐度減少?？梢姼材ず罄苯犯H中變形菌門和擬桿菌門的相對豐度提高，酸桿菌門的相對豐度降低。T3 放線菌門（5.28%）占比大于其他3 組，說明麻地膜處理有利于放線菌門的生長。

圖3 辣椒根際土壤細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)

2.3.4 真菌群落組成與群落結(jié)構(gòu) 根據(jù)圖4 可知，通過分析辣椒根際土壤真菌的群落結(jié)構(gòu)，CK、T1、T2、T3 的共同主要真菌門為被孢霉門（Mortierellomycota）。其中，CK 組的優(yōu)勢種群為被孢霉門，糞殼菌綱（Sordariomycetes），盤菌綱（Pezizomycetes），T1的優(yōu)勢種群為被孢霉門、盤菌綱，T2 的優(yōu)勢種群為被孢霉門、子囊菌門（Ascomycota），T3 的優(yōu)勢種群為糞殼菌綱、被孢霉門。

圖4 辣椒根際土壤真菌的群落結(jié)構(gòu)圖

對優(yōu)勢種群進(jìn)行分析可知，與CK 相比，T1、T2、T3 被孢霉門的相對豐度降低，可見覆膜后辣椒根際被孢霉門的相對豐度下降，其中麻地膜的影響較PE 膜更為明顯，T3 的優(yōu)勢種群糞殼菌綱，高于其他3 組。

3 小結(jié)與討論

3.1 不同處理對辣椒農(nóng)藝學(xué)和生物學(xué)性狀的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，麻地膜為可降解的新型環(huán)保地膜，透氣保濕，當(dāng)季就能完全降解，全天然、無殘留，具有能增加地溫、保持水分、促進(jìn)對基質(zhì)中養(yǎng)分的分解和抑制雜草生長等作用，可促使辣椒提早播種并提升辣椒產(chǎn)量和品質(zhì)［26］。

3.2 不同處理對土壤和基質(zhì)理化性狀的影響

辣椒在生長過程中增溫時(shí)，在光照弱的實(shí)驗(yàn)室中麻地膜處理的保溫效果和對孔隙度的增加作用好于無膜處理和PE 膜處理，有利于土壤的通氣狀況與水分運(yùn)行狀況，提高基質(zhì)中有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素含量，改善基質(zhì)孔隙度，對基質(zhì)含水量提升明顯，緩解基質(zhì)含鹽量升高，從而提高基質(zhì)肥力，為辣椒生長發(fā)育創(chuàng)造有利條件。

3.3 不同處理對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與CK 相比，覆膜可提高基質(zhì)中細(xì)菌的多樣性，降低基質(zhì)中古菌和真菌的多樣性，進(jìn)而降低真菌與細(xì)菌比例，與鄒麗娜等［27］研究結(jié)果相同，有利于減少土傳病害的發(fā)生，加快養(yǎng)分的分解與供應(yīng)。微生物群落豐度的試驗(yàn)結(jié)果表明，覆膜處理下古菌、真菌、細(xì)菌豐度都低于CK，與Luo 等［28］的研究結(jié)果相符?？赡苁怯捎赑E 膜覆蓋使土壤孔隙度降低等原因使微生物豐度降低，另一方面可能是麻地膜覆蓋使植物生長旺盛，根部吸收較多養(yǎng)分，導(dǎo)致微生物生長受抑制且植物生長過程中基質(zhì)內(nèi)鹽濃度不斷增大有關(guān)，與Ikram 等［29］的結(jié)論相符。

分析古菌的群落組成與結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，4 組處理的優(yōu)勢古菌均為奇古菌和烏斯古菌門，其中，麻地膜處理增加烏斯古菌門的相對豐富度最明顯。而烏斯古菌門可能與產(chǎn)甲烷菌存在共生關(guān)系［30］，故有利于基質(zhì)中草炭等物質(zhì)腐熟，同時(shí)對調(diào)控基質(zhì)甲烷排放可能有積極影響［31］。

分析細(xì)菌群落組成與結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，麻地膜覆蓋處理有利于基質(zhì)中放線菌的生長，預(yù)防多為真菌引起的土傳病害促進(jìn)作物生長［32］。分析真菌的群落組成與結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，麻地膜覆蓋明顯提高糞殼菌綱相對豐度，糞殼菌綱與土壤含水量呈正相關(guān)［33］，有利于植物根系水分的吸收及養(yǎng)分的運(yùn)輸。麻地膜的使用改變了土壤微生物的環(huán)境，使土壤微生物的多樣性、豐度和群落組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定程度的改變。