牛艳蕾，孙子壹，孙晓莹，陈晓峰

（中国农业大学烟台研究院，山东烟台 264670）

辣椒源自墨西哥，是一年生或多年生的茄科植物，目前是中国重要的农产品之一，据2017 年统计，中国辣椒种植面积已超过133 万hm2，其年播种面积占全国蔬菜总面积的8%～10%［1-3］。环境温度为辣椒生长的重要影响因素之一，为解决环境温度对辣椒生长的影响，地膜覆盖成为辣椒生产中的一项高效增产技术。设施栽培中采用地膜栽培可以有效促进土壤保温、促进根系和植株生长。研究表明，覆盖地膜可减少土壤水分蒸发量43.61%，表层5 cm 处土壤温度提高0.91～1.04 ℃，促进植株的生长，可提高作物产量20%～50%［4-6］。随着农用地膜的广泛应用，地膜使用量和覆膜年限增加，残膜污染问题愈演愈烈，中国农田平均地膜残留量为50～260 kg/hm2［7］。地膜材质的稳定性导致其在土壤中难以降解，且残留地膜的大量聚集会阻碍土壤与大气的水、气、热交换能力，从而降低土壤的透气性、热容量和容水量，聚乙烯残膜也使土壤pH、碱解氮、有效磷、速效钾分别降低4.76%、21.50%、42.04%、51.30%［8-10］。因此，寻找对环境更加友好，适合多种栽培情况的地膜是辣椒种植的关键。

目前环保地膜的研究包括生物降解地膜、光降解地膜、光-生物复合降解地膜、液体降解地膜和微生物合成型、化学合成高分子型、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 日通过农业农村部科技成果鉴定并逐步应用于农业生产，其质地轻薄，但强度较高，保温保湿效果好，能有效促进农作物的生长发育；在土壤中的降解性能良好，无污染并有培肥土壤作用，因此其在土壤种植中的应用成为人们研究的重点［14-16］。在设施栽培中，麻地膜覆盖较PE 地膜覆盖可提高小区产量和单位面积产量以及植株株高、茎粗、单株鲜重等［17-19］，但关于麻地膜在设施无土栽培上的研究还很少见，其对作物的生长发育是否与在土壤中一样，对基质的影响是否与土壤一致尚不明确。鉴于此，研究麻地膜对无土栽培蔬菜作物生长发育环境的影响至关重要。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2022 年3—6 月在中国农业大学烟台研究院日光温室内进行。

1.2 试验材料

试验采用辣椒品种为丹凤朝阳（朝天椒）。栽培基质为草炭∶蛭石∶珍珠岩按4∶1∶1 比例（体积比）配制而成，麻地膜采用以苎麻纤维等为主要原料制成的白色膜，厚度2.4 mm，聚乙烯农用地膜（PE 地膜）采用厚度为0.02 mm 的黑色地膜。栽培土壤为日光温室内土壤，基质与土壤基本理化性状见表1。

表1 定植前基质和土壤的基本理化性状

试验所用的史丹利植物营养液购自史丹利公司，其主要成分见表2。

表2 营养液主要成分

1.3 试验设计

于2022 年3 月20 日将辣椒（4 片真叶期）定植，2022 年6 月底一次采收结束。辣椒栽培于泡沫箱中，泡沫箱规格为长×宽×高=60 cm×50 cm×40 cm，装填基质厚度30 cm，栽培株行距为10 cm×10 cm。

试验采用单因素变量法分析，除栽培方式不同外，其他管理方式一致。试验共设4 组处理，CK 为无地膜土壤栽培，T1 为PE 地膜土壤栽培，T2 为PE地膜基质栽培，T3 为麻地膜覆盖无土栽培。

泡沫箱中每7 d 施稀释史丹利植物营养液（1∶500）1 000 mL。

1.4 项目测定

1.4.1 不同处理间土壤和基质基本理化性状的测定 缓苗结束后，自2022 年3 月25 日开始，每7 d进行土壤和基质温度测定（06：00），至2022 年6 月24 日。2022 年6 月25 日辣椒采收后用环刀法取0～30 cm 土样或基质样品，每个泡沫箱中5 点随机取样，取样后充分混合并用四分法舍弃多余的部分。每泡沫箱中取样品500 g，去除直径大于2 mm 的石砾、残留的根系和有机体，将土壤样品风干、磨细和过筛后对其进行土壤理化性质的测定［20］，土壤和基质项目测定方法见表3。

表3 土壤和基质理化性质指标测定方法

1.4.2 辣椒生长发育状况以及品质的测定 辣椒定植后在旺盛生长期进行株高测定（2022 年5 月15日），对不同处理下辣椒初花期、盛花期和结果期等进行记录，至试验结束。株高和茎粗采用卷尺测量，对采收后新鲜辣椒果实样本进行产量和营养品质（VC 含量、可溶性糖含量）测定，VC 含量采用2，6-二靛酚法测定［21］，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定［22］。

1.4.3 辣椒根际土壤微生物数量的测定 辣椒采收后采集根际土壤样品，取样采用5 点采样混合法，清除表面杂质后，以抖落法采集根际5～10 cm 深度土壤样品和基质样品，将土样充分混合后置于干冰盒内带回试验室，及时放于冰箱中储存备用［23］。

采用分子生物学特性方法测定土壤微生物数量（古菌、细菌和真菌）。土壤DNA 利用OMBSA 试剂盒E.Z.N.A™Mag-Bind Soil DNA Kit 提取试剂盒提取，再利用Qubit3.0 DNA 检测试剂盒对基因组DNA精确定量，PCR 所用的引物见表4。第一轮扩增完成后，引入Illumina 桥式PCR 兼容引物进行第二轮扩增。扩增后的产物通过2%琼脂糖凝胶电泳检测文库大小，使用Qubit3.0 荧光定量仪进行文库浓度测定，后交由生工生物工程（上海）股份有限公司进行高通量测序。

表4 用于PCR 检测的特异引物

1.5 数据分析

使用PEAR0.9.8、cutadapt1.18 和PRINSEQ0.20.4软件优化微生物序列后，利用Usearch11.0.667 软件按照97%相似性对序列进行OUT 聚类，通过单样品的多样性分析（Alpha 多样性）测定微生物群落的丰度和多样性。使用软件R3.6.0 和统计学分析方法，观测样本在不同分类水平上的群落结构。

采用Excel 2021 和SPSS 26.0 对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对辣椒农艺学和生物学性状的影响

由表5 可以看出，不同处理对辣椒的农艺学和生物学性状影响较大，麻地膜处理对株高、茎粗和小区产量增加有明显效果。麻地膜具有可降解的特点，而PE 膜由于不降解，影响水分深入土壤，对株高、茎粗和产量的影响比麻地膜小［24］。覆膜栽培下的T1、T2、T3 较CK 株高、茎粗和产量均有增长，株高分别增长5.77%、10.99%、14.15%，辣椒株高T3 与T2差异不显著，与T1、CK 差异显著；茎粗分别增加10.91%、14.55%、25.45%；产量分别增加5.08%、6.10%、9.15%。可知覆膜处理可增加植株的株高、茎粗和产量。

表5 不同处理对辣椒农艺学和生物学性状的影响

麻地膜处理明显缩短果实成熟期。T1 初花期和结果期较CK 提前1 d，盛花期较CK 提前2 d；T2、T3 初花期较CK 分别提前3 d 和4 d，盛花期较CK 提前4 d，结果期分别提前3 d 和5 d，表明覆膜具有保温、保湿作用，有助于农作物的生长，缩短果实成熟期，且麻地膜覆盖的影响更大。

4 组处理下的辣椒可溶性糖和VC 含量也有一定差异，麻地膜处理提高果实质量的效果明显。对比CK，T1 的可溶性糖和VC 含量分别提高了11.76%、30.37%，T2 分别提高14.81%、37.41%，T3 分别提高21.13%、49.26%，T3 的可溶性糖和VC 含量与其他处理差异显著，表明地膜覆盖可提高辣椒质量，且覆膜对无土栽培影响更大，提高果实质量的效益更好。

2.2 不同处理对日光温室内土壤和基质理化性状的影响

4 组处理下土壤和基质理化性状见表6，土壤和基质温度见图1。根据表1 和表6 可知，麻地膜对基质有机质、速效氮、速效磷、速效钾含量有明显影响。与定植前数据相比，CK、T1、T2、T3 的土壤或基质中的有机质含量均增加，其中T3 增加最明显，为9.43%，可见相较其他处理方式，麻地膜降解后对提高基质有机质的含量有明显影响。CK、T1、T2、T3的土壤或基质中的速效氮、速效磷、速效钾含量也均增加，其中CK 增加最少，分别为5.92%、4.34%和9.73%，T3 增加最明显，分别为22.83%、18.95%和27.64%。4 组处理下的EC 值相对定植前分别增加42.67%、40.00%、36.67%和28.89%，可知T3 下的可溶性盐浓度较低，有利于植物对基质中养分的吸收，避免过分盐渍化。

图1 土壤和基质温度

表6 不同处理对土壤和基质理化性状的影响

麻地膜栽培对孔隙度的增加有明显影响。相较于定植前，CK、T1、T2、T3 的土壤和基质孔隙度分别增加4.13%、7.64%、7.67%、9.12%。

由图1 知，地膜覆盖可改变土温和湿度，麻地膜处理保温效果最好，促进了作物对基质中养分的分解和吸收。CK、T1、T2、T3 的温度变化分别为15.5～26.7 ℃、17.1～27.7 ℃、17.2～27.4 ℃、19.1～29.7 ℃。

2.3 不同处理对日光温室内辣椒根际微生物的影响

2.3.1 群落丰度和多样性 高通量技术是目前普遍应用的新一代测序技术，覆盖深度高，数据量大，能够真实地揭示微生物环境的丰度和多样性［25］。群落丰度主要由Chao 指数和Ace 指数决定，与两者皆呈正比；群落多样性主要由Shannon 指数和Simpson指数决定，与Shannon 指数呈正比，与Simpson 指数呈反比。表7 为辣椒根际土壤微生物α 多样性分析结果，试验微生物经高通量测序后，样本文库的覆盖率均大于99.9%，证明此次测序合理，能够反映该样本的微生物种类和群落的真实情况。

表7 辣椒根际土壤微生物α 多样性分析

由表7 知，与CK 相比，T1、T2、T3 的样本中古菌的OTUs、Chao 指数、Ace 指数均降低，T1 的Shannon指数增大，Simpson 指数减小，T2 和T3 的Shannon 指数都减小，Simpson 指数都增大。说明覆膜不利于古菌群落丰度的增加，但可以增加土壤中古菌群落多样性，在基质中则降低了其多样性，麻地膜较PE 膜影响更明显。T1、T2、T3 的样品中细菌的OTUs、Chao 指数、Ace 指数较CK 均降低，而T1 的Shannon指数减小，Simpson 指数增大，T2 和T3 的Shannon 指数都增大，Simpson 指数都减小。说明覆膜均不利于细菌群落丰度增加，同时降低了土壤中细菌群落多样性，但在基质中增加了其多样性，麻地膜较PE 膜影响更明显。与CK 相比，T1、T2、T3 的样品中真菌的OTUs、Chao 指数、Ace 指数均降低，而T1 的Shannon 指数增大，Simpson 指数不变，T2 和T3 的Shannon 指数都减小，Simpson 指数都增大。说明覆膜不利于真菌群落丰度增加，但可以增加土壤中真菌群落多样性，在基质中则降低了其多样性，麻地膜和PE 膜差异不明显。

2.3.2 古菌群落组成与群落结构 根据图2 可知，通过分析辣椒根际土壤古菌的群落结构，CK、T1、T2、T3 的主要古菌门种类相同，为奇古菌门（Thaumarchaeota）、乌斯古菌门（Woesearchaeota）、佩斯古菌门（Pacearchaeota）、未分类古菌门（Unclassified-Archaea）、Other（默认将在所有样本中丰度占比均＜1%的物种归为Other），将相对丰度＞5%的古菌门定义为优势种群。CK 的优势种群分别为奇古菌门、乌斯古菌门、未分类古菌门，T1 的优势种群分别为奇古菌门、乌斯古菌门、佩斯古菌门和未分类古菌门，T2 的优势种群分别为奇古菌门、乌斯古菌门、佩斯古菌门和未分类古菌门，T3 的优势种群分别为奇古菌门、乌斯古菌门和未分类古菌门。

图2 辣椒根际土壤古菌的群落结构

与CK 相比，T1、T2、T3 的奇古菌门相对丰度下降，乌斯古菌门相对丰度提高，可见覆膜后辣椒根际奇古菌门的相对丰度降低，乌斯古菌门的相对丰度提高，其中麻地膜对乌斯古菌门的提升作用较为明显。

2.3.3 细菌群落组成与群落结构 根据图3 可知，通过分析辣椒根际土壤细菌的群落结构，CK、T1、T2、T3 的主要菌群相同，为变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、未分类细菌门（unclassified-bacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、疣微菌门（Verrucomicrobia）、Other（默认将在所有样本中丰度占比均＜1%的物种归为Other），将相对丰度＞5%的菌门定义为优势种群。其中4 组处理共同的优势种群为变形菌门、拟杆菌门、放线菌门。对占比较大的优势种群进行分析，与CK 相比，T1、T2、T3 变形菌门、拟杆菌门的相对丰度增加，酸杆菌门的相对丰度减少。可见覆膜后辣椒根际中变形菌门和拟杆菌门的相对丰度提高，酸杆菌门的相对丰度降低。T3 放线菌门（5.28%）占比大于其他3 组，说明麻地膜处理有利于放线菌门的生长。

图3 辣椒根际土壤细菌的群落结构

2.3.4 真菌群落组成与群落结构 根据图4 可知，通过分析辣椒根际土壤真菌的群落结构，CK、T1、T2、T3 的共同主要真菌门为被孢霉门（Mortierellomycota）。其中，CK 组的优势种群为被孢霉门，粪壳菌纲（Sordariomycetes），盘菌纲（Pezizomycetes），T1的优势种群为被孢霉门、盘菌纲，T2 的优势种群为被孢霉门、子囊菌门（Ascomycota），T3 的优势种群为粪壳菌纲、被孢霉门。

图4 辣椒根际土壤真菌的群落结构图

对优势种群进行分析可知，与CK 相比，T1、T2、T3 被孢霉门的相对丰度降低，可见覆膜后辣椒根际被孢霉门的相对丰度下降，其中麻地膜的影响较PE 膜更为明显，T3 的优势种群粪壳菌纲，高于其他3 组。

3 小结与讨论

3.1 不同处理对辣椒农艺学和生物学性状的影响

本研究发现，麻地膜为可降解的新型环保地膜，透气保湿，当季就能完全降解，全天然、无残留，具有能增加地温、保持水分、促进对基质中养分的分解和抑制杂草生长等作用，可促使辣椒提早播种并提升辣椒产量和品质［26］。

3.2 不同处理对土壤和基质理化性状的影响

辣椒在生长过程中增温时，在光照弱的实验室中麻地膜处理的保温效果和对孔隙度的增加作用好于无膜处理和PE 膜处理，有利于土壤的通气状况与水分运行状况，提高基质中有机质和营养元素含量，改善基质孔隙度，对基质含水量提升明显，缓解基质含盐量升高，从而提高基质肥力，为辣椒生长发育创造有利条件。

3.3 不同处理对土壤微生物群落结构的影响

本试验结果发现，与CK 相比，覆膜可提高基质中细菌的多样性，降低基质中古菌和真菌的多样性，进而降低真菌与细菌比例，与邹丽娜等［27］研究结果相同，有利于减少土传病害的发生，加快养分的分解与供应。微生物群落丰度的试验结果表明，覆膜处理下古菌、真菌、细菌丰度都低于CK，与Luo 等［28］的研究结果相符。可能是由于PE 膜覆盖使土壤孔隙度降低等原因使微生物丰度降低，另一方面可能是麻地膜覆盖使植物生长旺盛，根部吸收较多养分，导致微生物生长受抑制且植物生长过程中基质内盐浓度不断增大有关，与Ikram 等［29］的结论相符。

分析古菌的群落组成与结构发现，4 组处理的优势古菌均为奇古菌和乌斯古菌门，其中，麻地膜处理增加乌斯古菌门的相对丰富度最明显。而乌斯古菌门可能与产甲烷菌存在共生关系［30］，故有利于基质中草炭等物质腐熟，同时对调控基质甲烷排放可能有积极影响［31］。

分析细菌群落组成与结构发现，麻地膜覆盖处理有利于基质中放线菌的生长，预防多为真菌引起的土传病害促进作物生长［32］。分析真菌的群落组成与结构发现，麻地膜覆盖明显提高粪壳菌纲相对丰度，粪壳菌纲与土壤含水量呈正相关［33］，有利于植物根系水分的吸收及养分的运输。麻地膜的使用改变了土壤微生物的环境，使土壤微生物的多样性、丰度和群落组成与结构发生了一定程度的改变。