水肥耦合對設(shè)施蔬菜生產(chǎn)影響的研究進(jìn)展

楊陽，劉云，宋炳彥，梁玉芹

（河北省農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，河北 石家莊 050051）

近年來，隨著農(nóng)業(yè)環(huán)境工程技術(shù)的提高，設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，蔬菜栽培已逐步擺脫環(huán)境和氣候條件的制約，實(shí)現(xiàn)了周年生產(chǎn)[1，2]。目前，設(shè)施蔬菜栽培中仍存在著諸多問題，如蔬菜需水量大，灌溉水利用率（僅30%～40%） 低，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重；溫室內(nèi)空氣濕度大，易誘發(fā)病害[3，4]；受市場利益的驅(qū)動(dòng)，種植戶為追求高產(chǎn)盲目施肥，氮素施用過量導(dǎo)致微生物區(qū)系改變，地下水硝酸鹽超標(biāo)率逐年遞增，氮素向環(huán)境遷移的風(fēng)險(xiǎn)增大，威脅著人類健康[5]。鑒于我國國情的特殊性，蔬菜生產(chǎn)需要兼顧產(chǎn)量和環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要科學(xué)利用水分和養(yǎng)分，大力發(fā)展高效農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)水肥的高效利用[6]。

采用水肥耦合技術(shù)可以有效減少水資源的浪費(fèi)，避免過量施肥對環(huán)境的污染和破壞，以達(dá)到節(jié)水、節(jié)肥、增產(chǎn)、增質(zhì)、省工、省時(shí)、減污的目的。通過系統(tǒng)闡述水肥耦合對蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究進(jìn)展，總結(jié)蔬菜的需水、需肥規(guī)律以及水肥耦合機(jī)理，旨為提高蔬菜的水肥利用效率、產(chǎn)量和品質(zhì)，減少環(huán)境污染，為蔬菜提質(zhì)增效、“兩節(jié)一減”提供參考。

1 水肥耦合對設(shè)施蔬菜生長發(fā)育的影響

蔬菜的前期生長量是影響其后期產(chǎn)量和品質(zhì)形成的一個(gè)重要因素。在相同灌水條件下，黃瓜根系活力隨著施肥量的增加而升高；在肥料充足的情況下，中等水量處理更有利于莖粗生長[7]。丁果[8]研究表明，番茄株高和葉片數(shù)與灌水量呈正相關(guān)；莖粗和干物質(zhì)積累量在一定施肥量范圍內(nèi)隨著施肥的增加而增加，但超過臨界值后呈下降趨勢，與潘銅華[9]的研究結(jié)果一致；葉片的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度以及根系活力隨施肥濃度的增加呈先上升后降低的變化。當(dāng)肥、水條件處于低水平時(shí)，番茄根、莖、葉、果實(shí)的干物質(zhì)積累量均隨肥、水的增加而逐漸增加；當(dāng)肥、水條件處于中或高水平時(shí)，根、莖、果實(shí)中干物質(zhì)積累量隨肥、水的增加呈先增后降趨勢，而葉片的干物質(zhì)積累量隨水分的增加而增加[9～11]。

2 水肥耦合對設(shè)施蔬菜產(chǎn)量的影響

養(yǎng)分和水分是影響蔬菜產(chǎn)量的主要因素，植物自身特性和外界環(huán)境條件是指導(dǎo)灌溉與施肥的主要依據(jù)[12]。適宜的水肥用量有助于提高蔬菜產(chǎn)量，而水肥關(guān)系失調(diào)則會(huì)導(dǎo)致蔬菜生長緩慢，影響產(chǎn)量的形成。

水分對作物的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與其他營養(yǎng)元素在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移和分配有一定關(guān)系[13]。施肥可促進(jìn)作物根系發(fā)育，擴(kuò)大作物吸收水分和養(yǎng)分的空間，提高作物的吸水能力，降低葉水勢，增加蒸騰量，減少蒸發(fā)量，在總供水量不變或增加不大的情況下顯著提高水分利用效率，從而實(shí)現(xiàn)水肥耦合[14]。良好的水肥耦合能達(dá)到以水促肥、以肥調(diào)水的目的，通過水肥的交互作用實(shí)現(xiàn)蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的同步提高。

黃紅榮等[15]研究表明，水分對番茄光合特性的影響大于肥料，而肥料對番茄干物質(zhì)累積和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響大于水分，莖對果實(shí)的干物質(zhì)貢獻(xiàn)率大于葉。王鵬勃等[16]研究表明，在相同施肥條件下，番茄單果質(zhì)量隨基質(zhì)含水量的增加而增大；在相同水分條件下，番茄單果質(zhì)量隨著施肥量的增大呈先增加后降低的變化。

蔣靜靜等[17]在對黃瓜水肥耦合的研究中發(fā)現(xiàn)，在相同施肥條件下，黃瓜產(chǎn)量隨灌水量的增多呈上升趨勢；而在相同灌水量條件下，隨著施肥量的增加，產(chǎn)量未表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律。李翊華等[18]研究表明，在中等土壤水分和施肥水平下，甜椒生長表現(xiàn)出了較強(qiáng)的水肥耦合效應(yīng)；在較高和較低的土壤水分條件下，施肥量過大和過小時(shí)甜椒生長均較慢，可能是因?yàn)樗适д{(diào)產(chǎn)生了拮抗作用。趙麗英等[19]提出，在作物經(jīng)歷干旱后增加肥料（如氮肥） 的施用量，可以產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)，即通過施肥及時(shí)補(bǔ)充養(yǎng)分，不僅能消除干旱脅迫造成的不利影響，還能調(diào)節(jié)植物的生理過程，有效提高作物產(chǎn)量和水分利用效率。李欣等[20]研究表明，水分和肥料及其交互作用對黃瓜的早期產(chǎn)量無顯著影響，對中期和后期產(chǎn)量影響顯著，且肥料的影響效應(yīng)大于水分；而水分和肥料及其交互作用對袋培番茄產(chǎn)量的影響均達(dá)到了極顯著水平[21]。

3 水肥耦合對設(shè)施蔬菜品質(zhì)的影響

王鵬勃等[16]研究表明，在單株水肥用量為中肥（51.47 g） 中水（120 L） 條件下，番茄產(chǎn)量和品質(zhì)最佳。在相同水分條件下，番茄果實(shí)的硝酸鹽、可溶性蛋白和可滴定酸含量均隨施肥量的增加而增加，而Vc、番茄紅素、還原糖和可溶性糖含量卻呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢；在相同肥料條件下，水分對硝酸鹽、Vc、可溶性蛋白以及可溶性糖等含量表現(xiàn)為“稀釋效應(yīng)”，而水肥交互對其含量無顯著影響[22]；且鮮食番茄的口感隨水肥用量的增加而降低，其中肥料用量對番茄口感影響較大。施肥量和灌水量對番茄Vc以及可溶性糖含量的影響均達(dá)到極顯著水平，且水分的作用大于肥料；灌水量對番茄糖酸比的影響較小，高肥處理對提高果實(shí)糖酸比效果顯著[8，16]。王文娟[23]研究表明，開花著果期適當(dāng)?shù)乃痔澣庇欣诜芽扇苄蕴呛蚔c 的積累，提高果實(shí)糖酸比；結(jié)果后期適當(dāng)?shù)乃痔澣庇欣诜芽扇苄缘鞍缀陀袡C(jī)酸的積累。

4 水肥耦合對設(shè)施土壤環(huán)境和養(yǎng)分利用效率的影響

作物對養(yǎng)分的吸收、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化及代謝均依賴于土壤中的水分[17]，水分可以促進(jìn)養(yǎng)分向根系遷移，提高作物對養(yǎng)分的吸收率。合理施肥可以改善土壤理化性狀，提高土壤的蓄水保墑能力，促進(jìn)作物根系的生長發(fā)育，提高根系活性[24]。

水肥耦合可以調(diào)節(jié)土壤溫度，改善土壤微生物數(shù)量和酶活性，減少硝態(tài)氮淋溶損失，同時(shí)為作物創(chuàng)造適宜的水肥生長條件。米國全等[25]研究表明，水氮協(xié)調(diào)供應(yīng)可以明顯提高土壤蔗糖酶的活性，而高灌水量（4 541.0 m3/hm2） 或高施氮量（747.4 kg/hm2） 會(huì)降低土壤脲酶和磷酸酶的活性。強(qiáng)浩然等[26]研究表明，當(dāng)基質(zhì)含水量為最大持水量60%、施氮量為924.84 kg/hm2時(shí)，基質(zhì)中固氮微生物的數(shù)量較多，理化性質(zhì)較好，生長環(huán)境較優(yōu)，適宜日光溫室辣椒生長。

氮肥利用率主要受土壤含水量和施氮量的影響，水氮合理配施是提高氮肥利用效率的措施之一[27]。于紅梅等[28]研究表明，與傳統(tǒng)水氮處理（灌水量275 mm，施氮量423.3 kg/hm2） 相比，優(yōu)化水氮處理（灌水量204 mm，施氮量87 kg/hm2） 的花椰菜氮素利用率可提高2.3 倍。采用傳統(tǒng)的施肥方式，氮肥利用效率僅為40%；而采用滴灌施肥，氮肥利用效率可提高至75%～80%[29]。

5 結(jié)語

水分和養(yǎng)分對植株?duì)I養(yǎng)生長、產(chǎn)量以及品質(zhì)形成具有重要影響。適宜水分可以使土壤養(yǎng)分溶解狀態(tài)和根系吸收狀態(tài)處于最佳水平，促進(jìn)作物對養(yǎng)分的吸收與利用；合理施肥可以促進(jìn)作物根系發(fā)育，擴(kuò)大作物吸收水分和養(yǎng)分的空間，提高水分利用效率以及作物產(chǎn)量和品質(zhì)。通過水肥耦合可以彌補(bǔ)作物因水分或養(yǎng)分不足而造成的損失，達(dá)到“以肥促水、以水調(diào)肥”的目的。

作物生長發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜的生理生化過程，受季節(jié)、土壤條件和環(huán)境因素的影響，同一蔬菜在不同地區(qū)，適宜的水肥耦合參數(shù)不盡相同，因此，應(yīng)對作物—水肥—土壤—環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，以建立起適宜大部分地區(qū)應(yīng)用的作物水肥耦合模型，推動(dòng)水肥耦合技術(shù)在蔬菜生產(chǎn)上的應(yīng)用與發(fā)展。