水肥耦合對辣椒生長及產(chǎn)量的影響研究述評

周三利，蘆 倩，吳彥霖，董 昕，張恒嘉，王玉才，任曉燕，梁 超

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植模式不僅耗水費(fèi)肥，水肥利用效率低，而且對環(huán)境造成了一定的影響，有悖于我國建立綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)種植模式[1]。20世紀(jì)80年代，面對農(nóng)業(yè)種植水肥利用效率低等問題，相關(guān)學(xué)者提出了“水肥耦合”理論。水肥耦合就是根據(jù)作物生長過程中各生育階段對水肥用量的不同需求，對農(nóng)田水分和養(yǎng)分在時(shí)間、數(shù)量與方式上合理配合，綜合調(diào)控和一體化管理，減少灌水與肥料資源浪費(fèi)，達(dá)到作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的[2]。辣椒營養(yǎng)價(jià)值高，色香味美，經(jīng)濟(jì)效益好，在世界各國都有大面積種植，中國是世界上辣椒種植面積最大的國家[3-4]。在作物栽培中，水和肥的使用對農(nóng)業(yè)發(fā)展有著不可或缺的作用，俗話說“作物活不活在水，作物好不好在肥”，亦即“有收無收在于水，收多收少在于肥”，這句話很明確地闡述了水與肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵作用。隨著生活質(zhì)量的不斷提升，人們對辣椒的產(chǎn)量、品質(zhì)等的要求也越來越高。

1 植株生長

水是植物體內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮d體，植物不能直接利用固態(tài)的營養(yǎng)物質(zhì)，只有當(dāng)營養(yǎng)物質(zhì)溶于水中時(shí)，才能在水的作用下運(yùn)送至植物所需的各個(gè)部位進(jìn)行吸收。植物通過水分供應(yīng)，維持地上部分各器官的正常生長，反映在植株株高、莖粗、葉面積等指標(biāo)上[5]。植物的正常生長還需要一個(gè)適宜的養(yǎng)分條件，對肥料種類和用量有一定的要求。

辣椒的生長狀況與水肥耦合模式直接相關(guān)。李翊華等[6]相關(guān)試驗(yàn)研究表明，在中等的灌溉水量和肥料用量下，即氮、磷、鉀肥的用量分別為600、450和400 kg/hm2，田間持水量為75%～90%時(shí)，甜椒的株高、葉面積指數(shù)及莖粗等生長指標(biāo)均有明顯提高，說明該水肥耦合方式有利于植株的生長，而在其他處理下，甜椒生長發(fā)育緩慢，沒有產(chǎn)生明顯的水肥耦合效應(yīng)。張松婷等[7]研究指出，在水分處理相同的條件下，經(jīng)過施肥處理的紅辣椒生長量明顯高于無施肥的試驗(yàn)處理，在一定的氮肥與鉀肥用量下，紅辣椒的株高、莖粗等生長指標(biāo)會(huì)達(dá)到最優(yōu)；在肥料相同的情況下，灌水量的多少對辣椒生長也會(huì)產(chǎn)生顯著的影響，灌水下限為田間最大持水量的70%時(shí)辣椒莖粗最大，與常規(guī)灌水相比增長高達(dá)8.03%。趙策[8]試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤水分含量增加會(huì)增強(qiáng)植物新陳代謝能力，有利于作物株高增長。通常情況下，肥料施用量存在一個(gè)閾值，在一定范圍內(nèi)施肥將增加土壤肥力，有利于作物生長，但肥料用量過大會(huì)造成土壤養(yǎng)分濃度過高，抑制作物發(fā)育。

2 光合特性

光合作用參與植物體內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)與能量循環(huán)，是植物正常生長的基礎(chǔ)和前提。水是植物進(jìn)行光合作用的主要原材料[9]。羅永忠等[10]試驗(yàn)研究了水分虧缺條件下苜蓿蒸騰速率的日變化規(guī)律，結(jié)果表明，作物蒸騰速率隨水分虧缺程度增大而下降，輕度水分調(diào)虧時(shí)蒸騰速率日變化最大，重度調(diào)虧時(shí)日變化最小。成雪峰等[11]試驗(yàn)結(jié)果顯示，春小麥氣孔導(dǎo)度受灌水次數(shù)的影響明顯，灌水次數(shù)越少，氣孔導(dǎo)度越低。杜研等[12]研究發(fā)現(xiàn)，對核桃進(jìn)行施肥后，作物葉綠素含量明顯增多，有利于光合作用的進(jìn)行，促進(jìn)了肥料的吸收利用與轉(zhuǎn)化，保證了核桃的正常生理代謝。

適宜的水肥用量有助于辣椒的生長，并增強(qiáng)其光合效率，從而有利于制造更多的干物質(zhì)。馬國禮[13]探討了日光溫室條件下不同水氮組合對辣椒生長和肥料利用的影響，結(jié)果表明，在作物定植后180 d且灌水量相同條件下，辣椒施肥后蒸騰速率顯著高于未施肥的處理，水氮耦合作用明顯；植物凈光合速率經(jīng)過施肥處理與未施肥間無顯著性差異；辣椒氣孔導(dǎo)度呈現(xiàn)隨施氮量增加而增加的趨勢。張松婷[14]研究了水肥耦合對紅辣椒生長的影響，結(jié)果表明，在盛花期當(dāng)灌水下限為95%田間持水量、氮肥與鉀肥用量分別為187.5和262.5 kg/hm2時(shí)，紅辣椒光合參數(shù)均較高；在施肥量相同的情況下，當(dāng)土壤水分為70%田間持水量時(shí)，作物光合生理特性均會(huì)達(dá)到高峰，表明適量的灌水施肥對紅辣椒生理有顯著的促進(jìn)作用。

3 產(chǎn)量

植物產(chǎn)量受灌水量、肥料用量、栽培管理方式及環(huán)境等多種作用的影響。高佳等[15]試驗(yàn)結(jié)果表明，整個(gè)生育期不進(jìn)行任何水分調(diào)虧處理而進(jìn)行充分灌溉時(shí)，辣椒產(chǎn)量達(dá)到最高；苗期輕度和中度水分調(diào)虧時(shí)總產(chǎn)量無明顯下降，而苗期重度水分調(diào)虧時(shí)辣椒總產(chǎn)量將顯著降低17.18%。陳淼等[16]大田試驗(yàn)結(jié)果表明，對辣椒進(jìn)行不同施肥處理，隨著肥料用量的增加，辣椒產(chǎn)量將顯著提高62.89%～124.16%。

水肥用量的合理供應(yīng)是實(shí)現(xiàn)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要保證，水肥用量失調(diào)將導(dǎo)致植物生長受阻，產(chǎn)量降低。馬艷華[17]研究發(fā)現(xiàn)，在灌溉水量相同時(shí)，辣椒單盆產(chǎn)量隨氮肥施用量的增加而顯著增加；而在施肥量相同條件下，辣椒產(chǎn)量隨灌水量增加呈先增加后降低的趨勢。劉方等[18]探討了缺水條件下水肥耦合對辣椒生長發(fā)育的影響，結(jié)果表明干旱缺水期灌水使土壤水分得到及時(shí)補(bǔ)充，有利于土壤肥效的發(fā)揮，水肥耦合交互作用明顯，促進(jìn)了辣椒生長，提高了作物產(chǎn)量。楊紅等[19]試驗(yàn)結(jié)果表明，在虧水、肥料施用量較高和不施肥處理情況下辣椒產(chǎn)量明顯降低，而在水肥施用量適宜的條件下水肥協(xié)調(diào)，辣椒產(chǎn)量顯著提高。

4 品質(zhì)

作物品質(zhì)通常以所含營養(yǎng)物質(zhì)組成及含量評價(jià)。作物體內(nèi)水分不僅具有營養(yǎng)物質(zhì)輸送作用，而且土壤水分含量高低還會(huì)影響光合產(chǎn)物向不同器官的分配比率，從而影響作物果實(shí)的品質(zhì)[20]。施肥對作物品質(zhì)也有重要作用。吳玥[21]通過盆栽和田間試驗(yàn)研究了氮肥施用對辣椒品質(zhì)的影響及其機(jī)制，結(jié)果表明，氮肥施用量對辣椒維生素C含量有顯著影響，當(dāng)?shù)视昧吭黾訒r(shí)維生素C含量表現(xiàn)為先增后降，施氮量為60 mg/kg時(shí)維生素C含量最高且顯著高于其他處理，因此合理施用氮肥有助于提高辣椒果實(shí)中的維生素C含量，還可協(xié)調(diào)其他礦質(zhì)營養(yǎng)，為消費(fèi)者提供安全的農(nóng)產(chǎn)品。

合理的水肥搭配是確保高品質(zhì)蔬菜的重要條件。周紅偉等[22]研究指出，相對于正常施肥處理，滴灌施肥條件下辣椒品質(zhì)指標(biāo)均有變化：辣椒素平均提高13.61%，可溶性糖平均提高20%，可溶性蛋白質(zhì)平均提高1.16%，表明滴灌施肥可提高辣椒品質(zhì)。高晶霞等[23]研究灌水施肥用量對拱棚辣椒品質(zhì)的影響后發(fā)現(xiàn)，各個(gè)生育時(shí)期分別進(jìn)行適量的水肥處理對辣椒品質(zhì)具有明顯的促進(jìn)作用。

5 結(jié)束語

水肥耦合的目標(biāo)之一就是在節(jié)水節(jié)肥前提下提高作物產(chǎn)量并改善品質(zhì)。適宜的灌水量與施肥量使土壤中水肥含量得到及時(shí)補(bǔ)充，有利于土壤肥效的發(fā)揮，促進(jìn)植株株高、莖粗的生長。水肥用量的合理配比為辣椒生長提供良好的水肥環(huán)境，使水肥耦合交互作用更加明顯，有助于提高作物的光合效率，從而制造更多的干物質(zhì)供植株生長利用。植物生長過程中水肥用量存在一定閾值，當(dāng)投入量超過該閾值時(shí)，作物增產(chǎn)不明顯甚至有減產(chǎn)的趨勢。

作物栽培的目標(biāo)之一是節(jié)約水肥用量，在保證作物正常生長的前提下提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)。這就要求做到科學(xué)合理地管控農(nóng)田土壤水肥條件。

(1)尋求作物適宜的水肥耦合模式。我國自提出“兩減”(化肥、農(nóng)藥減量使用)政策以來，雖已經(jīng)取得了巨大的成果，但還存在一定的不足，主要是因?yàn)閷喔扔盟考盎士蓽p量的不確定性[24]。在今后的試驗(yàn)中，應(yīng)重點(diǎn)做到科學(xué)灌水施肥，增加有機(jī)肥的使用量，尋求適合作物生長的水肥耦合模式。

(2)加強(qiáng)田間管理的數(shù)字化、信息化和精準(zhǔn)化。未來我國農(nóng)業(yè)會(huì)朝著數(shù)字化、信息化、精準(zhǔn)化方向發(fā)展，通過“3S”技術(shù)和人工智能等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、精準(zhǔn)、省時(shí)和省工[25]。

(3)試驗(yàn)向多因素綜合。作物試驗(yàn)研究中，大多數(shù)都是基于水、肥的單因素或雙因素研究，對水、肥、氣、熱等多因素的綜合研究很少。今后應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)多因素試驗(yàn)研究，并將試驗(yàn)結(jié)果反映在大田作物上，指導(dǎo)大田試驗(yàn)的順利進(jìn)行。