Effects of Potassium Fertilizer Types on the Growth and Yield of Pepper

ZHANGWu, HUANGWenyan, LIUYueyan, WANGJianjian

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Chinese Agricultural Science Bulletin ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (2) : 57-62. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0026

Effects of Potassium Fertilizer Types on the Growth and Yield of Pepper

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Abstract

The effects of different potassium fertilizer types on the growth and yield of pepper were studied to provide a theoretical basis for rational fertilization and efficient planting of pepper. Under the potted soil culture condition, potassium chloride and potassium sulfate were used as the source of fertilizer. The plant height, stem diameter, biomass of root, stem and leaf, and yield of pepper were measured based on three different treatments: no potassium fertilizer (CK), potassium chloride (K1) and potassium sulfate (K2). The tested pepper varieties were ‘Zhenghong 189’ and ‘Yanjiao 425’. The results showed that: compared with CK group, the application of potassium chloride and potassium sulfate could promote the plant height, stem diameter, and biomass of root, stem and leaf of pepper, and enhance the growth and development of pepper. The total biomass of ‘Zhenghong 189’ under K1 and K2 increased by 19.26% and 25.88%, respectively, compared with that of CK, and the total biomass of ‘Yanjiao 425’ under K1 and K2 increased by 49.22% and 73.93%, respectively, compared with that of CK. The two types of potassium fertilizers increased the number of pepper seeds, the weight of single fruit and the seed setting rate of pepper, thus increasing the yield of pepper. The yield of ‘Zhenghong 189’ under K1 and K2 increased by 6.43% and 10.46%, respectively, compared with that of CK, and the yield of ‘Yanjiao 425’ under K1 and K2 increased by 20.23% and 22.49%, respectively, compared with that of CK (P<0.05). Comparing the two pepper varieties, ‘Yanjiao 425’ was more sensitive to potassium fertilizer. Under the conditions of this experiment, pepper was not sensitive to chlorine, and potassium sulfate was better than potassium chloride in promoting the growth and yield of pepper under the normal application of nitrogen and phosphate fertilizer. In order to achieve high yield and high quality in pepper cultivation, potassium sulfate treatment is an appropriate choice.

Key words

pepper / potassium fertilizer / potassium chloride and potassium sulfate / growth and development / yield

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ZHANG Wu , HUANG Wenyan , LIU Yueyan , WANG Jianjian. Effects of Potassium Fertilizer Types on the Growth and Yield of Pepper. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2023, 39(2): 57-62 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0026

0 引言

气候变暖将对中国农业生产和种植制度产生深远的影响，这方面国内的研究成果已经很多[1⇓⇓⇓⇓-6]。关于气候变化对雨养区、华北冬麦区，以及对河南、河北、新疆等主要冬麦区的影响，已经有大量的研究成果[7⇓⇓⇓-11]。增温对西北干旱半干旱区春小麦的影响，相关的研究也比较多[12⇓-14]。庆阳市地处甘肃省东部，俗称陇东，是中国西北半湿润气候和半干旱气候的分界岭，具有明显的生态过渡带环境特征，增温幅度远高于全球和全国[15]，因此，关于气候变暖对陇东农业生产的影响，近十几年来，持续有人进行研究[16⇓⇓⇓⇓-21]。但目前研究仅着眼于气候变暖这一单一要素，关于降水量变化的影响，很少有人涉及。由于冬小麦生产事关陇东粮食安全，因此，研究气候暖湿化对陇东冬小麦生产的影响，具有必要性和重要性。

1 材料与方法

陇东有近7000 hm2以上旱塬12条，是冬小麦主要种植区域，“董志塬”位于甘肃省庆阳市西峰区，是黄土高原最大，且保存最为完整的一个塬面，面积910 km2，黄土层平均厚度超过100 m，是世界上黄土层最深厚的地方，也是陇东气候变暖中心[15]，对陇东黄土高原残塬区具有广泛的代表性。本研究选取“董志塬”最主要的粮食作物冬小麦为研究对象，冬小麦物候观测地点设在甘肃省西峰农业气象试验站试验田，气温、积温、产量及冬小麦生育期观测时间序列1981—2019年共39年，单茎干物重等产量构成要素时间序列1995—2019年共25年，冬小麦物候观测地点长期固定。
冬小麦一般在9月温度达到16~18℃时播种，播期、品种、耕作制度、施肥量等与当地大田生产基本一致，年际间非气候因素造成的误差较小，且试验地毗邻西峰国家基准气候站气象观测场，符合农业气象平行观测要求。气象资料来源于甘肃省西峰国家基准气候站的人工实时观测资料（35°44′ N，107°38′ E，海拔高度1421 m，年平均气温8.7℃，年平均降水量530 mm）。冬小麦发育期积温为≥0℃积温，物候期观测采用人工目测和百分比统计方法，标准参照《农业气象观测规范》[22]，气温、积温、降水量变化特征、产量及生态影响特征等采用线性趋势分析方法。

2 结果与分析

2.1 气候变化特征

2.1.1 气温变化特征

通过对1981—2019年气温变化特征研究发现，“董志塬”年平均气温以0.0644℃/a (R2=0.6852)线性趋势升高（图1），增温表现出四季平均气温同时增高的特征，其中春季增温幅度最大，增温趋势最显著(0.0933℃/a，R2=0.5992)，其次冬季(0.0616℃/a，R2=0.3047)，再次夏季(0.0564℃/a，R2=0.5706)，秋季(0.0527℃/a，R2=0.3911)（图略）。
图1 1981—2019年年平均气温变化曲线

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2.1.2 降水变化特征

全球气候变暖趋势已经持续很久，但气候变暖引起的降水量变化，却众说纷纭，邓振镛等[23]、姚玉壁等[24]利用截止2010年的资料研究显示，气候暖干化特征明显，但张利利等[25]、胡子瑛等[26]2017年和2018年的研究却涉及了暖湿化，说明随着资料序列的延长，降水量出现了新的变化特征。本研究显示，1981—2019年降水量没有趋势性变化，但分段研究发现，1995—2019年，“董志塬”年降水量以7.5 mm/a的趋势显著增加（图2）。
图2 1995—2019年年降水量变化曲线

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2.2 冬小麦发育期间气象要素及物候变化特征

2.2.1 发育期间气象要素变化特征

（1）温度变化特征。分析显示，1981—2019年，冬小麦全生育期平均气温逐年增高(0.045℃/a，R2=0.5457)，其中冬前生长期气温没有明显变化，越冬期、返青—拔节、拔节—开花、开花—乳熟、乳熟—成熟等各发育期间，平均气温增高趋势明显，分段研究显示，1981—1995年，开花—乳熟期平均气温以每年0.111℃的趋势显著飙升。
（2）积温变化特征。1981—2019年，冬小麦全生育期≥0℃积温以每年5.4℃显著增加(R2=0.2311)，但除了越冬期(2.24℃/a，R2=0.4933)和开花—乳熟期(5.3℃/a，R2=0.5099)积温显著增加，乳熟—成熟期(-4.45℃/a，R2=0.3507)积温显著减少，其余各发育期间积温并无显著变化。虽然全生育期和越冬期显著缩短，但期间积温却显著增加，足见暖冬和气候变暖的深远影响。
（3）水分变化特征。前文分析得知，“董志塬”年降水量显著增加的趋势是从1995年开始的，通过对1995—2019年冬小麦生产年（上年度冬小麦收获后的7月—当年冬小麦收获的6月）和全生育期降水量分析显示，分别以每年8 mm (R2=0.2465)和3.66 mm (R2=0.1308)的趋势增加，说明冬小麦一个生产年增加的降水量，46%出现在冬小麦生长期内。
由于气候暖湿化特征愈来愈明显，对冬小麦生产十分有利，1981年以来，“董志塬”冬小麦水分利用率(WUE)以每年0.092 kg/(hm2·mm) (R2=0.4181)的趋势显著提高（图3）。
图3 1981—2019冬小麦水分利用率逐年变化曲线

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2.2.2 发育期间隔日数变化特征

研究表明，1981—2019年，冬小麦全生育期以0.58 d/a (R2=0.4764)趋势显著缩短，但冬小麦冬前生长日数和全生育期实际生长日数没有显著变化，全生育期缩短是由越冬期(0.30 d/a，R2=0.1417)、返青—拔节(0.23 d/a，R2=0.2218)、乳熟—成熟期(0.27 d/a，R2=0.3840)间隔日数同时缩短导致的，而开花—乳熟期间隔日数却以0.25 d/a (R2=0.4124)趋势延长，即开花—乳熟期间隔日数的延长抵消了返青—拔节、乳熟—成熟期间隔日数的缩短，全生育期实际生长日数没有明显变化。开花—乳熟期积温增加和期间间隔日数增加是一致的，乳熟—成熟期积温减少和期间间隔日数减少是一致的。
气候暖湿化在生产上的表现特征为：播种期有逐年推迟的趋势(0.18 d/a，R2=0.1803)，成熟期有逐年提前的趋势(0.39 d/a，R2=0.4092)，全生育期缩短主要由越冬期缩短导致。由开花—乳熟期间隔日数距平图可以看出，1981—1995年无正距平，1995年降水出现明显增加趋势以来，基本都为正距平（图4），说明由于冬小麦需水关键期水分胁迫减小[27-28]，生殖生长阶段显著延长。
图4 开花—乳熟期间隔天数距平图

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2.3 产量及产量构成要素变化特征

1981—2019年，“董志塬”冬小麦产量以每年56.22 kg/hm2的趋势增加(R2=0.3496)（图略），千粒重以每年0.44 g的趋势增加(R2=0.3239)（图5），不孕小穗率以每年0.44%的趋势降低(R2=0.3373)（图6）。返青后，冬小麦进入加速生长阶段，无论营养生长阶段，还是生殖生长阶段，干物质的积累，对冬小麦产量的形成都至关重要，通过对1995年开始测定的冬小麦干物质资料分析，冬前停止生长期、返青期、拔节期、乳熟期、成熟期等冬小麦关键生长发育期，单茎干物质均呈逐年增加的趋势，乳熟期高达0.0553 g/(茎·a) (R2=0.5057)（表1）。由于研究地块长期固定，生产技术、种子、施肥量等非气候要素年际间变化较小，因此，产量逐年增加的趋势可以认定为气候暖湿化对该区域冬小麦生产的正效应所致。
图5 千粒重随年代变化曲线

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图6 不孕小穗率随年代变化曲线

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表1 1995—2019年冬小麦各发育期干物质变化线性趋势
发育期 停止生长期 返青期 拔节期 乳熟期 成熟期
线性方程L y=0.0039x+0.0288 y=0.0045x+0.0155 y=0.0038x+0.1935 y=0.0553x+1.2225 y=0.0138x+0.4439
R2 0.4471 0.5051 0.2490 0.5057 0.2672

2.4 越冬死亡率变化特征

统计结果显示，1981—2019年39年间，有24年冬小麦越冬死亡率为0，其中1981—1995年，越冬死亡率为0的年份仅2年，1996—2019年越冬死亡率为0的年份达19年，其中2000—2008年，连续9年越冬死亡率为0，因此，随着暖湿化的持续，冬小麦普遍带青越冬，越冬0死亡率成为常态化。

3 结论与讨论

3.1 气候暖湿化特征明显

1981—2019年，陇东年平均气温以0.0644℃/a线性趋势升高，增温表现出四季平均气温同时增高的特征，其中春季增温幅度高达0.0933℃/a，其次冬季。降水增加趋势具有滞后性，1995—2019年，年降水量以7.5 mm的线性趋势增加。

3.2 暖湿化对冬小麦生产影响显著

由于可以根据气温变化随时调整适播期，加之幼苗期需水量较小，因此，暖湿化对冬小麦冬前生长影响有限。
冬小麦全生育期，越冬期及春季各发育期间气温增加趋势明显，虽然全生育期显著缩短，但实际生长日数没有明显变化，开花—乳熟期间隔日数的延长抵消了返青—拔节、乳熟—成熟期间隔日数的缩短，越冬期缩短是全生育期缩短的主要原因。
虽然全生育期和越冬期显著缩短，但期间积温却显著增加，足见暖冬和气候变暖的深远影响。水分利用率，产量、千粒重、主要发育期干物重等产量构成要素增加趋势明显，不孕小穗率、越冬死亡率等显著降低。

3.3 1995年是陇东气候暖湿化突变点

开花—乳熟期是冬小麦产量形成关键期，1981—1995年，发育期间降水量没有明显变化，平均气温增幅较大，高温逼熟现象时有发生；1995—2019年，发育期间平均气温增高趋势不明显，降水增加趋势明显，发育期间隔天数显著延长，生殖生长充分，产量持续保持在较高水平。

3.4 气候暖湿化对陇东冬小麦生产和农业经济正效应显著

干旱和冻害是陇东雨养旱作农业区主要农业气象灾害，气候暖湿化可以有效降低干旱和冻害危害，增加气候资源潜力，使种植边界北扩，适生种植期延长。冬小麦全生育期天数在逐年缩短的情况下，产量逐年提升，夏粮+小秋一年两熟的传统种植模式使土地利用率得到最优化，气候资源开发最大化，对陇东冬小麦生产和农业经济壮大十分有利。

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