水肥耦合調(diào)控對南瓜生長及產(chǎn)量影響研究進展

鐘濤 張金霞 丁林

摘 要： 傳統(tǒng)的灌水、施肥方式不僅水肥利用率低、人工和成本增大，而且污染農(nóng)田環(huán)境。水肥耦合技術(shù)通過對灌水與施肥合理的配比達到提高水肥利用效率、產(chǎn)量、品質(zhì)，以降低生產(chǎn)成本的目的。綜述了水肥耦合調(diào)控對南瓜生長發(fā)育過程、光合作用、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，合理的水肥調(diào)控能顯著促進南瓜生長發(fā)育及光合作用，對干物質(zhì)積累有積極作用，可提高南瓜產(chǎn)量與品質(zhì)。最后對水肥耦合技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣與應用進行了展望。

關(guān)鍵詞：水肥耦合；南瓜；光合作用；產(chǎn)量；品質(zhì)

中圖分類號：S274 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）01-0113-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.01.020

0 引言

南瓜為南瓜屬一年生草本植物。因種植歷史悠久且栽培面積廣泛，我國成了世界上南瓜生產(chǎn)與消費的第1 大國，并帶來了較好的經(jīng)濟效益[1]。南瓜含多種糖類、維生素、蛋白質(zhì)、氨基酸和鈣質(zhì)等成分。南瓜不僅原料豐富，而且具有較好的營養(yǎng)保健價值，幫助調(diào)節(jié)膳食營養(yǎng)的不平衡，受到人們廣泛的關(guān)注，其產(chǎn)品在食品行業(yè)、保健品行業(yè)都具有廣闊的發(fā)展前景[2]。

農(nóng)作物的生產(chǎn)過程是一個多因素作用的復雜過程，在影響農(nóng)作物生長發(fā)育的光、熱、水、氣、土和肥等因素中，水分和養(yǎng)分既占主導地位又易于人工調(diào)控[3-4]。水分和養(yǎng)分不僅影響土壤微生物的活動和土壤的性質(zhì)，還參與了植物代謝等生理過程，可見土壤與水肥的聯(lián)系十分密切。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們主要關(guān)注作物的計劃施肥量，忽視了水肥間的交互作用。水分和養(yǎng)分各元素在作物生長中各自起著不同的作用；但在一定范圍內(nèi)，由于各個元素間的協(xié)同作用，水肥諸因子可以相互通過補償來避免對作物造成消極的影響[5]。水肥耦合效應是指在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，根據(jù)水分和肥料及水肥中所含的氮、磷、鉀等元素之間的相互作用關(guān)系，對農(nóng)作物生長發(fā)育、產(chǎn)量形成及其水肥利用效率的影響，可分為相互促進的正作用（即協(xié)同效應）、相互抵消的負作用（即拮抗效應）和各個體系效應之和的無效作用（即疊加效應）[6]。生產(chǎn)實踐中利用水肥耦合技術(shù)可達到水元素與礦物質(zhì)元素的最佳結(jié)合，是促進農(nóng)田高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的有力措施[7]。在合理范圍內(nèi)，水分和養(yǎng)分的結(jié)合能提高水肥的利用效率[8]?？茖W合理的水肥制度，對提高水肥利用率、農(nóng)作物產(chǎn)量及品質(zhì)有重要意義[9]。本研究主要討論水肥耦合技術(shù)改善傳統(tǒng)的灌溉制度和施肥制度，尋求最優(yōu)的水肥配比使南瓜達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目標，避免因不合理的灌溉制度和施肥制度造成南瓜品質(zhì)下降、生產(chǎn)成本浪費。

1 南瓜生長發(fā)育

水分參與作物的代謝過程，是細胞原生質(zhì)的重要組成成分，更是作物一切生化反應的介質(zhì)。作物生長發(fā)育需要的各種營養(yǎng)元素都需要水分來溶解和運輸，而水肥之間有著復雜的交互作用，因此南瓜的生長發(fā)育過程需要一個適宜的水肥條件[10]。南瓜對養(yǎng)分的需求在各生育期內(nèi)有所不同，幼苗期需肥量較少，若生長前期施肥過多，會引起莖葉徒長，坐果不穩(wěn)；而施肥過晚會影響南瓜果實的膨大，開花坐果期是南瓜需肥量最大的生育期，保證此關(guān)鍵時期營養(yǎng)充足可促進南瓜根莖葉生長[11]。馬建祥等[12] 研究發(fā)現(xiàn)，南瓜生長前期要適當控制水肥，防止前期植株生長過旺。因此，根據(jù)南瓜不同生育時期的需水、需肥要求，制定合理的灌水施肥制度，是南瓜獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)。

氮肥是南瓜生長過程中必需的養(yǎng)分元素之一，適量的氮肥可以促進南瓜的生長和發(fā)育，但過量的氮肥可能會對南瓜根系生長產(chǎn)生負面影響。水分利用效率和偏氮肥生產(chǎn)力會隨灌水量的增加而降低[13-14]。有研究發(fā)現(xiàn)，不同水氮處理會影響南瓜的細根根長；不合理的灌水和施氮會顯著降低水氮利用效率及南瓜根系各項指標[15]。楊鵬鳴等[16] 研究發(fā)現(xiàn)，過高的施肥水平會顯著減小南瓜幼苗的地下生物量，根冠比降低；而低肥處理下地下生物量有明顯的增加，根冠比明顯提高。說明適宜的水肥調(diào)控對南瓜根系增長起促進作用，而不合理的灌溉制度、施肥制度會導致南瓜生長過程中植株過于茂盛，促進了南瓜植株葉片的生長，而根系發(fā)育不良。因此，在灌溉、施肥時，應根據(jù)土壤條件和南瓜根系的生長需要，控制水肥用量，避免過量，造成生產(chǎn)成本的提高、產(chǎn)量和品質(zhì)的下降。

氮、磷、鉀是南瓜生長所需的主要營養(yǎng)元素，每種營養(yǎng)元素都有著獨一無二的功能與作用，科學配施氮、磷、鉀肥是提高南瓜水肥利用效率、產(chǎn)量及品質(zhì)的關(guān)鍵。佟玉欣等[17] 研究表明，在最佳處理的基礎(chǔ)上，不施氮肥（O-N）會影響磷、鉀的吸收；同樣條件下分別不施磷肥（O-P）和鉀肥（O-K），會影響氮鉀和氮磷的吸收。這說明各元素間存在著協(xié)同作用，平衡施肥可以有利于養(yǎng)分的均衡吸收。也有研究表明，適宜的肥料配比會顯著影響南瓜對氮、磷、鉀肥的吸收利用率，對南瓜的生長發(fā)育有積極的促進作用[18]。程利峰[19] 研究發(fā)現(xiàn)， 氮、磷、鉀（ N∶P∶K 配比1.5∶1∶1）平衡施肥可以顯著增加南瓜蔓長、莖粗、生長量，促進南瓜發(fā)育。也有研究得出相似的結(jié)論，最優(yōu)處理（N∶P∶K 配比接近2∶1∶1）下南瓜的株高、蔓長、分支數(shù)、首雌花出現(xiàn)率和雌雄花數(shù)的最大值均顯著優(yōu)于其他處理[20]。不同生長階段南瓜對氮、磷、鉀肥的需求量不同。在早期，需要適量的肥來促進植株生長，同時避免出現(xiàn)徒長；在中期階段需要適量的磷肥來提高花節(jié)數(shù)量和果實品質(zhì)；在后期階段，需要適量的鉀肥來促進果實的膨大和提高產(chǎn)量。

綜上所述，水肥耦合對南瓜生長發(fā)育的影響顯著，水肥耦合調(diào)控能影響南瓜株高、蔓長、根長、葉片數(shù)和葉面積等主要生長參數(shù)，從而改善南瓜生長發(fā)育過程。合理的水肥耦合調(diào)控，可以提高南瓜的生長速度和產(chǎn)量，因不同生長階段南瓜對水肥的需求量不同，所以在灌溉、施肥時應注意根據(jù)南瓜生長階段進行調(diào)控。

2 南瓜光合作用

光合作用是農(nóng)作物重要的生理活動，水分是光合反應的原料之一，參與了農(nóng)作物光合的全過程；同時農(nóng)作物吸收營養(yǎng)元素及有機物質(zhì)，以維持正常的生命活動[21]。

鉀元素在南瓜光合作用中起重要作用，如調(diào)節(jié)南瓜葉片氣孔開關(guān)、為光合酶作催化劑等，對南瓜葉的營養(yǎng)生長有顯著的促進作用。黃偉等[22] 研究發(fā)現(xiàn)，在土壤干旱條件下，南瓜葉片的光合速率隨鉀肥施用量的增加而提高；鉀肥的施用降低了南瓜葉片的蒸騰速率，保持了葉片含水量，有效促進了葉片干物質(zhì)的積累。高靜[23] 研究發(fā)現(xiàn)，適宜的施肥、灌水水平可以提高南瓜葉片的葉綠素含量和凈光合速率，水分過高時反而呈抑制作用。AMAO P 等[24] 研究發(fā)現(xiàn)，水肥對南瓜葉片生長有顯著影響，科學合理的水肥管理能顯著提高葉片的養(yǎng)分，進而促進光合作用。

氮、磷、鉀肥對南瓜生長及光合作用起積極作用，但需注意合理配施，施肥水平過低和過高均對南瓜生長和產(chǎn)量起抑制作用。有研究發(fā)現(xiàn)，在高氮、磷、鉀肥處理下，南瓜產(chǎn)量增長不顯著；中肥處理下南瓜葉抗氧化活性和酚類抗氧化劑濃度達到最佳水平；高肥處理下，葉片抗氧化活性和酚類抗氧化濃度顯著降低；鉀肥能促進南瓜葉正常呼吸、氧化磷酸化及ATP（腺苷三磷酸）形成，鉀脅迫下作物光合酶活性降低，從而制約了作物的光合作用[25]。葉片在養(yǎng)分脅迫下將更多的碳分配至非光合結(jié)構(gòu)上，同時降低了光合功能的碳投入，減少葉綠體數(shù)量和葉綠體面向細胞空隙的有效面積，增加葉片內(nèi)部CO2 傳輸阻力，降低光合效率[26]。

合理的水肥配比可以促進南瓜的生長和提高南瓜葉片光合作用效率，從而獲得高產(chǎn)[27]。諸多研究指出，作物的實際光合效率受到水肥影響顯著，合理的水氮配比可顯著提高作物的光合性能[28-30]。水肥配比合理可以促進南瓜的生長和發(fā)育，使其充分發(fā)揮光合作用的效能，適宜的水肥配比有利于提高葉綠素含量。高靜[23] 研究發(fā)現(xiàn)，肥力條件一定時，中水處理下的葉綠素含量高于高水和低水兩個處理；而在水分條件一定時，無肥N0P0 處理和高肥N2P2 處理的葉綠素含量都相對低于中肥N1P1 處理；同等施肥條件下，隨著追肥比例的提高，南瓜葉片的葉綠素含量、蒸騰速率及氣孔導度均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。

施肥量、灌水量、施肥種類和水肥配比等對南瓜生長均有著重要的影響。水肥因素能通過影響南瓜葉片的光合面積、二氧化碳的同化作用、葉綠素含量及光合酶活性等多種葉片生理生態(tài)因素水平來調(diào)節(jié)葉片的光合特性，從而促進了農(nóng)作物的光合作用。因此南瓜生長期間的水肥管理應該根據(jù)土壤肥力、南瓜生育期、南瓜生長狀態(tài)等因素進行調(diào)整，以此來充分使其發(fā)揮光合作用的效能。

3 南瓜產(chǎn)量

南瓜產(chǎn)量對水肥響應十分明顯，適當?shù)乃趾头柿峡梢蕴岣吣瞎系漠a(chǎn)量，而過高過低的水肥水平都會影響南瓜的產(chǎn)量。董肖杰[31] 研究發(fā)現(xiàn)，中低水處理下產(chǎn)量達到最優(yōu)且外觀、品質(zhì)最好，與對照處理比較產(chǎn)量提高了117.41%，營養(yǎng)指標參數(shù)均有不同程度提高。馬紅菊[32] 研究發(fā)現(xiàn)，在南瓜不同生育期補灌不同水量比未補灌的處理產(chǎn)量均有不同程度的提高；在南瓜不同生育期追肥均可顯著提升產(chǎn)量及水分利用效率，其中在伸蔓期追肥產(chǎn)量提升達到最大，較無追肥提高87.3%。ANSARY S H 等[33] 研究發(fā)現(xiàn)，在適宜的施肥水平下，提高灌水頻率可以促進作物的營養(yǎng)生長和生殖生長，為后期產(chǎn)量的形成奠定了基礎(chǔ)。也有研究得出相似結(jié)論[34-35]。

不同水肥處理對南瓜的產(chǎn)量存在顯著的差異。程利峰等[36] 研究發(fā)現(xiàn)，采用定植畦邊溝施肥可以顯著提高產(chǎn)量，原因是根系接觸肥料較晚，避免了生長前期出現(xiàn)徒長，這樣有利于促進南瓜果實的發(fā)育。水肥耦合對南瓜產(chǎn)量影響顯著，南瓜的產(chǎn)量與水肥配施息息相關(guān)，適宜的水肥耦合調(diào)控能促進南瓜生長發(fā)育，提高凈光合速率，提高其產(chǎn)量；而較高或較低濃度下均會抑制產(chǎn)量的形成。黃文浩[37] 研究發(fā)現(xiàn)，氮、鉀、鎂肥的水平過低會顯著延緩南瓜的生長發(fā)育并降低南瓜的產(chǎn)量，而過高同樣會降低南瓜的產(chǎn)量。CHEN Y 等[38]研究發(fā)現(xiàn)，南瓜產(chǎn)量與氮、磷、鉀肥存在顯著的回歸關(guān)系，隨著氮、磷、鉀肥施用量的增加而先增加后降低。王澤林[39] 研究發(fā)現(xiàn)，南瓜產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)隨施氮量的增加而增加，氮肥施用量過多時，產(chǎn)量增加不顯著。周文波[40] 通過營養(yǎng)液來模擬水肥情況的試驗表明，在營養(yǎng)液配方一定時隨著供液量的增加產(chǎn)量呈先上升后下降的整體趨勢；在供液量一定時氮、磷、鉀元素的不同配比使南瓜的產(chǎn)量出現(xiàn)顯著的差異。塔娜等[41] 研究發(fā)現(xiàn)，單一水處理下南瓜產(chǎn)量未受氮添加量的影響；水肥耦合處理下，南瓜產(chǎn)量隨氮添加水平的提高而顯著增加。

南瓜產(chǎn)量對水肥耦合響應十分明顯。灌溉施肥的方式、種類、用量和水肥配比等因素均影響南瓜的產(chǎn)量。因此，實際生產(chǎn)中需要根據(jù)南瓜的生長階段和土壤情況，合理制定水肥耦合調(diào)控制度，才能促進南瓜的生長和產(chǎn)量的提高。

4 南瓜品質(zhì)

水肥耦合會影響南瓜營養(yǎng)物質(zhì)的生產(chǎn)和干物質(zhì)的積累進而影響品質(zhì)，適當?shù)乃蜀詈险{(diào)控可以促進南瓜的生長和增加產(chǎn)量，同時也可以提高南瓜的品質(zhì)。目前相關(guān)研究主要是通過對氮、磷、鉀肥施用量和灌水量的調(diào)控，達到增產(chǎn)和提升品質(zhì)的效果[42]。

水肥對南瓜品質(zhì)有重要的影響，適度的水分和肥料可以促進南瓜的膨大和生長，增加南瓜產(chǎn)量，提升南瓜營養(yǎng)含量，如維生素、礦物質(zhì)等；過低或過高的施肥、灌水水平都會對南瓜產(chǎn)量及品質(zhì)起抑制作用。楊曉婷等[13] 研究發(fā)現(xiàn)，南瓜橫徑、縱徑隨著灌水頻率和灌水量的提高顯著增加。佟玉欣等[17] 研究發(fā)現(xiàn)，平衡配施氮、磷、鉀肥可以提高南瓜中可溶性糖、粗蛋白、粗脂肪和淀粉含量，進而提高南瓜的品質(zhì)。鄒冰雪等[43] 研究了不同的氮、磷、鉀肥配比對南瓜全生育期的干物質(zhì)積累、分配的影響，發(fā)現(xiàn)適宜的氮、磷、鉀肥配比可以增加南瓜干物質(zhì)的積累量，同時通過提高籽粒的飽滿度達到提高南瓜品質(zhì)的效果。程利峰[19]研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)南瓜的淀粉、可溶性固形物、可溶性蛋白質(zhì)含量隨著氮、磷、鉀肥施用量的增加而增加，達到一定范圍后影響明顯降低。有研究表明，適宜的配施氮、磷、鉀肥可以提高南瓜的營養(yǎng)生長跟產(chǎn)量，并顯著增加了南瓜果實的礦物質(zhì)和維生素C 含量[44]。LI X 等[45] 研究發(fā)現(xiàn)，適當?shù)奶澦{(diào)控下南瓜的可溶性糖含量、有機酸、維生素C、蛋白質(zhì)和可溶性固形物含量均有不同程度的提升。

水肥耦合對南瓜的橫徑、縱徑、質(zhì)量、維生素C、淀粉及可溶性固形物等品質(zhì)指標影響明顯，同時也說明水肥耦合調(diào)控需要在一個適宜的范圍內(nèi)，適量的水分和肥料可以促進南瓜的生長和發(fā)育，因而促進南瓜維生素C 等營養(yǎng)物質(zhì)的形成，過量的水分和肥料會導致南瓜生長過快，而無法充分積累營養(yǎng)物質(zhì)，有研究也得到相似結(jié)論[46]。因此，要提高南瓜品質(zhì)，首先要保證合理的水肥制度，避免過量或不足，保證南瓜能高效地進行光合作用和營養(yǎng)物質(zhì)的合成。

5 結(jié)束語

水肥耦合技術(shù)是發(fā)展節(jié)水、高效、綠色農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵。其優(yōu)勢在于可以將灌溉和施肥有機地結(jié)合起來，大幅度提高水肥利用效率，從而達到以肥調(diào)水、以水促肥和增產(chǎn)節(jié)肥的效果。

水肥耦合直接影響南瓜的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)，是實現(xiàn)南瓜優(yōu)質(zhì)高效高產(chǎn)的重要農(nóng)田管理措施之一。長期以來，由于受農(nóng)田管理技術(shù)水平和傳統(tǒng)觀念的影響，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中水肥用量大、成本高、品質(zhì)低并且對農(nóng)田環(huán)境造成了污染。

隨著經(jīng)濟發(fā)展及面臨耕地減少實際問題，發(fā)展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、安全、生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)迫在眉睫。

研究人員對水肥耦合技術(shù)十分關(guān)注，但目前水肥耦合技術(shù)的熱點集中在西紅柿、辣椒、小麥和玉米等農(nóng)作物方面，對南瓜的研究較少。如何通過科學、合理的水肥耦合調(diào)控來降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)南瓜的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)還需要進一步關(guān)注。其次，近年來關(guān)于南瓜光合特性的研究有限，南瓜光合作用對水肥耦合調(diào)控的響應機制需深入探討。因水、熱、土、氣條件不同，導致水肥耦合反饋模型存在一定局限性，模型只適用于當前區(qū)域，無疑加大了水肥耦合技術(shù)推廣和應用的難度，如何建立成熟完善的技術(shù)模式，亟待更深入的研究。發(fā)展綠色、高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品，必須轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，在資源高效利用的道路上不斷探索，樹立水肥耦合和科學的管理理念。