低温环境中土壤含水率对辣椒生理性质的影响

李彦仪 ， 李 欣 ， 刘文宇 ， 张宇民 ， 余林蔓

（河海大学农业科学与工程学院，江苏 南京 211100）

0 引言

低温对作物的损伤一般分为两个基本范畴：零度以上低温对作物的冷害和零度以下低温对作物的冻害[1]。近年来，由于拉尼娜现象发生频率升高，极端天气出现概率增加，加之早春时倒春寒频繁发生，作物受冻害、冷害更加严重，甚至引起整体植株死亡，给农业生产带来了非常严重的损失，影响我国乡村振兴战略的实施。

辣椒属于喜温性作物，是我国主要种植作物之一，其最适环境生长温度为26 ℃左右，低于10 ℃生长发育受到抑制，低于5 ℃时就会停止生长。因此，为稳步推进我国乡村振兴战略，减少低温恶劣环境下辣椒产量的损失，促进我国经济发展，有关辣椒耐寒性的研究逐渐受到重视。研究辣椒耐寒性的相关机理，培育和选取耐寒品种成为应对低温问题的关键途径之一。目前，颉建明等[2]研究低温弱光情况下辣椒3种渗透调节物质含量的变化和品种耐性之间的关系；王慧等[3]研究在低温胁迫下，辣椒幼苗的叶绿素含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量、POD、SOD的变化特征；常静等[4]用乐都长辣椒作为材料，研究在低温弱光与低温胁迫条件下叶绿素含量、叶绿素荧光参数、光合作用以及部分生理特征的变化规律；裴红霞等[5]研究了低温胁迫条件下，开花期辣椒的生长和生理特征。这些研究较多集中于对辣椒的幼苗期短期耐寒性研究，而缺少低温环境中土壤含水率对辣椒生长发育影响的研究数据。本研究以黄辣椒、薄皮辣椒（泡椒）、尖椒、红魔鬼辣椒、杭椒、簇生朝天椒六个辣椒品种为材料，通过控温大棚保持允许辣椒生长的低温条件（15 ℃），研究低温条件下不同的土壤含水率对辣椒形态特征变化的影响，旨在进一步探究辣椒生长机理，为适宜我国环境的辣椒选种研究提供理论依据。

1 试验过程

1.1 试验设计

该试验在河海大学节水园实验基地通风大棚进行。辣椒选择为北京农科院提供的6个品种，于2021年10月2日进行首次播种，采用穴盘基质育苗，播种后一周平均温度为12 ℃，低于种子萌芽温度（15 ℃～20 ℃），种子未发芽。

2021年10月8日，研究团队于节水园玻璃温室内进行第二次幼苗的培育，选择黄辣椒、薄皮辣椒（泡椒）、尖椒、红魔鬼辣椒、杭椒、簇生朝天椒共计6个品种，记为品种1、品种2、品种3、品种4、品种5、品种6，每种6株，在塑料营养钵中栽培。营养钵规格：口径20.6 cm，高17.5 cm，地径15 cm。每钵定植1株，营养土为园土∶黑土=8∶1。

将每个品种均分进行3种处理，记为处理1、处理2、处理3，分别对应土壤含水率20%、25%、30%。每日7：00灌溉浇水补充田间持水量。

1.2 测量内容与方法

利用卷尺测定植株株高、株幅，每次测定位置均一致；每两天浇一次水，浇水时利用便携式含水量测定仪使各盆土壤的含水率保持在20%、25%、30%。各指标均测定2株幼苗，作为2次重复，取平均值。果实成熟后，测量果实均重；清洗剩余植株，将其分为根、茎、叶三部分，于烘箱中烘干至恒质量，称干质量，计算植株干物质积累量；其他按常规处理。根据所得数据计算不同处理下辣椒幼苗生长指数，根据所测得的数据分别计算不同处理辣椒幼苗的壮苗指数、生长函数，计算公式为[6]：

2 结果与分析

2.1 土壤含水率对辣椒株高的影响

不同土壤含水率条件下辣椒幼苗植株的株高如表1所示。处理1、处理2和处理3分别指保持土壤含水率为20%、25%、30%；品种1、2、3、4、5、6分别指黄辣椒、薄皮辣椒（泡椒）、尖椒、红魔鬼辣椒、杭椒、簇生朝天椒。株高增幅如图1、图2、图3所示。

表1、图1、图2、图3反映的是6个辣椒品种株高在不同土壤含水率下随时间的变化规律。从表1的实际数据及图1、图2、图3直观的线性对比中可以看出，在土壤含水率都为20%情况下，6种辣椒幼苗株高增长率为品种5＞品种6＞品种3＞品种2＞品种1＞品种4，且品种2和品种4增长较品种5和品种6缓慢，6种辣椒幼苗株高增长后期趋势较为一致；在土壤含水率都为25%情况下，6种辣椒幼苗株高增长率为品种6＞品种5＞品种3＞品种2＞品种1＞品种4，且品种1和品种2增长较品种5和品种6缓慢，6种辣椒幼苗株高增长后期趋势较为一致；在土壤含水率都为30%情况下，6种辣椒幼苗株高增长率为品种6＞品种5＞品种1＞品种3＞品种2＞品种4，且品种2和品种4增长较品种5和品种6缓慢，后期增长并不明显。

图1 土壤含水率为20%6种辣椒幼苗株高增长率

图2 土壤含水率为25%6种辣椒幼苗株高增长率

图3 土壤含水率为30%6种辣椒幼苗株高增长率

表1 不同土壤含水率下辣椒幼苗植株的株高

分析株高增幅可得，品种5与品种6更适应试验所给环境温度，在一定地域范围内的低温环境中可增加其产量。同时，品种1、品种5、品种6在土壤含水率为30%的处理下，植株相对增长率更高；品种2、品种3在土壤含水率为20%时，植株相对增长率最高。从实际情况出发，品种2、3、4、5在三种处理下，植株增长差异不大，可相对降低土壤含水率，更好地发挥作物的经济效益；品种1和品种6提高田间持水量，以促进产量大幅增长。

2.2 同一品种在不同土壤含水率下的株高情况

图4表示品种1（黄辣椒）在三种土壤含水率下的株高增长规律。具体表现为：在低温的条件下（15 ℃），在试验周期内，在土壤含水率为20%时植株增长14.2 cm；在土壤含水率为25%时植株增长14.3 cm；在土壤含水率为30%时植株增长12.3 cm，分别增长了142%、133%、129%。

图4 品种1在三种处理下辣椒幼苗株高增长率

图5表示品种2（薄皮辣椒）在三种土壤含水率下株高增长规律。具体表现为：低温的条件下（15 ℃），在试验周期中，在土壤含水率为20%时植株增长14.8 cm；在土壤含水率为25%时植株增长14.3 cm，在土壤含水率为30%时植株增长13.5 cm，分别增长了122%、121%、126%。

图5 品种2在三种处理下辣椒幼苗株高增长率

图6表示品种3（尖椒）在三种土壤含水率下株高增长规律。具体表现为：低温的条件下（15 ℃），在试验周期中，在土壤含水率为20%时植株增长19.3 cm；在土壤含水率为25%时植株增长16.8 cm；在土壤含水率为30%时植株增长18.2 cm，分别增长了154%、146%、149%。

图6 品种3在三种处理下辣椒幼苗株高增长率

图7表示品种4（红魔鬼辣椒）在三种土壤含水率下株高增长规律。具体表现为：低温的条件下（15 ℃），在试验周期内，在土壤含水率为20%时植株增长7.8 cm；在土壤含水率为25%时植株增长9.4 cm；在土壤含水率为30%时植株增长7.5 cm，分别增长了64%、73%、57%。

图7 品种4在三种处理下辣椒幼苗株高增长率

图8表示品种5（杭椒）在三种土壤含水率下株高增长规律。具体表现为：低温的条件下（15 ℃），在试验周期中，在土壤含水率为20%时植株增长23.8 cm；在土壤含水率为25%时植株增长20.9 cm，在土壤含水率为30%时植株增长25.4 cm，分别增长了149%、127%、154%。

图8 品种5在三种处理下辣椒幼苗株高增长率

图9表示品种6（簇生朝天椒）在三种土壤含水率下株高增长规律。具体表现为：低温的条件下（15 ℃），在试验周期中，在土壤含水率为20%时植株增长19.4 cm；在土壤含水率为25%时植株增长22.1 cm；在土壤含水率为30%时植株增长28.7 cm，分别增长了118%、138%、174%。

图9 品种6三种处理下辣椒幼苗株高增长率

本试验在低温环境下所选取的6个品种中，品种6当田间持水量越高时，株高增长率提升越明显，宜通过更高的田间持水量来提升产量；品种1、4出现了株高增长率随着田间持水量增加而降低的趋势，宜适当降低田间持水量；品种2、3的株高增长率在各田间持水量时几乎持平，可以适当地降低田间持水量，提高经济性；品种5可以根据情况调整，在干旱地区宜降低田间持水量，湿润地区宜提高田间持水量。

综上，可以通过调整土壤水分状况来优化辣椒种植的产量及效益。

2.3 不同土壤含水率对植株干重影响

表2反映了不同土壤含水率对6种辣椒在低温环境中的影响。试验表明，不同土壤含水率对辣椒植株的生长发育有着不同的影响，对不同的辣椒品种影响也不尽相同。在试验的品种中，品种1、品种3、品种4、品种5均为在试验范围内地上部分干重随着土壤含水率升高而增大。其中品种1、品种4为当土壤含水率不同时，地上与地下部分平均干重之和相差不大；品种3为当土壤含水率为30%时植株地上与地下部分平均干重之和最大；品种5为当土壤含水率为25%时地上与地下部分平均干重之和最小，土壤含水率为30%时地上与地下部分平均干重之和最大。品种2在试验范围内，土壤含水率越低，植株地上部分干重越高，而地上与地下部分平均干重之和则在20%土壤含水率时最大。品种6在土壤含水率为25%时，地上部分干重及地上与地下部分平均干重之和均为最大。

表2 不同土壤含水率下植株根干重

本试验研究结果表明，不同品种的辣椒在低温条件下，应选择不同的土壤含水率，才能有效地提高辣椒产量和经济效益。在本次试验品种中，品种1、品种4应该保持较低土壤含水率，品种2、品种6应保持25%左右的土壤含水率，品种3、品种5应保持相对较高的土壤含水率。

同时，根据茁壮指数公式，可求得品种6在30%土壤含水率生长更茁壮，品种6为六种样品中最抗低温的品种，且在30%土壤含水率下更能够适应环境。

3 讨论与结论

3.1 讨论

辣椒是我国冬、春两季设施栽培的主要蔬菜之一，但早春和秋冬时期的低温冷害常常影响辣椒的生长发育，造成大面积的落花、落叶和萎蔫，使得辣椒品质和产量下降，严重影响辣椒的周年生产[6]。

研究表明，低温环境下，抗寒的辣椒植物体内的MAD含量和SOD活性都有不同程度的增加，且其增加值与品种的耐寒性存在极显著相关性[1]。在上述6种样品中，品种6表现为最适应低温环境，很大程度上可能与其MAD含量和SOD活性增加有关，能够在胁迫环境中进行自我保护。

植物干物质的90%来自光合作用，而光合作用是对低温弱光最敏感的生理过程之一[7]。即在环境条件不适宜的情况下，作物往往会降低光饱和点和光饱和点时的光合效率，并提高光补偿点[8]。随着植物如辣椒补偿点的增高，叶片净光合速率逐渐降低，辣椒的呼吸作用受到抑制，在低温弱胁迫中出现减产枯萎等现象[9]。本试验表明，对于品种1和品种6，调整两者的土壤含水率可有效应对低温胁迫下辣椒减产的现象，可能是因为适宜的土壤含水率对两种试样的呼吸作用有促进作用，使辣椒通过SPAC系统更好地生长发育。

3.2 结论

在此次低温环境试验中，品种6的生长状况最好，整体株高增长量最高，增长最快，且植株地上部分及地上与地下部分平均干重之和均为最高；品种4的株高增长量最少，增长最慢，且无果实，生长状况较差。在本试验所选取的6个品种中，品种1、品种5、品种6均为当土壤含水率越高时，植株生长状况越好，株高增长率越高，植株干重较高；品种2、品种3、品种4在不同的土壤含水率时，植株株高增长变化不大，不过植株干重仍有差别。表明在试验范围内，土壤含水率对辣椒品种2、3、4的生长影响不大，由此可以调整辣椒种植的灌水量，保持经济和产量的平衡。本试验表明，低温胁迫对辣椒种子的萌发、辣椒植株的生长发育及植株干重均存在一定的负面影响，发芽率、株高茎粗等大多数试验数据指标都是随着温度的降低而降低，而不同品种的辣椒在低温条件下的生长状况也不同[10]。随着农业现代化进程不断加快，对辣椒的研究越来越多，这将对辣椒更广泛、更高效的种植有推动作用。在农业现代化的当下，加强对低温环境下辣椒生长发育的研究，有助于增加辣椒的种植面积及可种植时间，有效地提高辣椒产量，并有利于促进辣椒品种选育工作及相关的遗传研究。