水肥耦合對設施蔬菜生產影響的研究進展

楊陽，劉云，宋炳彥，梁玉芹

（河北省農林科學院經濟作物研究所，河北 石家莊 050051）

近年來，隨著農業環境工程技術的提高，設施農業發展迅速，蔬菜栽培已逐步擺脫環境和氣候條件的制約，實現了周年生產[1，2]。目前，設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，水資源浪費嚴重；溫室內空氣濕度大，易誘發病害[3，4]；受市場利益的驅動，種植戶為追求高產盲目施肥，氮素施用過量導致微生物區系改變，地下水硝酸鹽超標率逐年遞增，氮素向環境遷移的風險增大，威脅著人類健康[5]。鑒于我國國情的特殊性，蔬菜生產需要兼顧產量和環境，為實現這一目標，需要科學利用水分和養分，大力發展高效農業，實現水肥的高效利用[6]。

采用水肥耦合技術可以有效減少水資源的浪費，避免過量施肥對環境的污染和破壞，以達到節水、節肥、增產、增質、省工、省時、減污的目的。通過系統闡述水肥耦合對蔬菜產量和品質影響的研究進展，總結蔬菜的需水、需肥規律以及水肥耦合機理，旨為提高蔬菜的水肥利用效率、產量和品質，減少環境污染，為蔬菜提質增效、“兩節一減”提供參考。

1 水肥耦合對設施蔬菜生長發育的影響

蔬菜的前期生長量是影響其后期產量和品質形成的一個重要因素。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，番茄株高和葉片數與灌水量呈正相關；莖粗和干物質積累量在一定施肥量范圍內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]的研究結果一致；葉片的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導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。當肥、水條件處于低水平時，番茄根、莖、葉、果實的干物質積累量均隨肥、水的增加而逐漸增加；當肥、水條件處于中或高水平時，根、莖、果實中干物質積累量隨肥、水的增加呈先增后降趨勢，而葉片的干物質積累量隨水分的增加而增加[9～11]。

2 水肥耦合對設施蔬菜產量的影響

養分和水分是影響蔬菜產量的主要因素，植物自身特性和外界環境條件是指導灌溉與施肥的主要依據[12]。適宜的水肥用量有助于提高蔬菜產量，而水肥關系失調則會導致蔬菜生長緩慢，影響產量的形成。

水分對作物的產品結構與其他營養元素在植物體內的轉移和分配有一定關系[13]。施肥可促進作物根系發育，擴大作物吸收水分和養分的空間，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，從而實現水肥耦合[14]。良好的水肥耦合能達到以水促肥、以肥調水的目的，通過水肥的交互作用實現蔬菜產量和品質的同步提高。

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累積和轉運的影響大于水分，莖對果實的干物質貢獻率大于葉。王鵬勃等[16]研究表明，在相同施肥條件下，番茄單果質量隨基質含水量的增加而增大；在相同水分條件下，番茄單果質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現，在相同施肥條件下，黃瓜產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，產量未表現出相似的變化規律。李翊華等[18]研究表明，在中等土壤水分和施肥水平下，甜椒生長表現出了較強的水肥耦合效應；在較高和較低的土壤水分條件下，施肥量過大和過小時甜椒生長均較慢，可能是因為水肥失調產生了拮抗作用。趙麗英等[19]提出，在作物經歷干旱后增加肥料（如氮肥） 的施用量，可以產生補償效應，即通過施肥及時補充養分，不僅能消除干旱脅迫造成的不利影響，還能調節植物的生理過程，有效提高作物產量和水分利用效率。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量無顯著影響，對中期和后期產量影響顯著，且肥料的影響效應大于水分；而水分和肥料及其交互作用對袋培番茄產量的影響均達到了極顯著水平[21]。

3 水肥耦合對設施蔬菜品質的影響

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，番茄產量和品質最佳。在相同水分條件下，番茄果實的硝酸鹽、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為“稀釋效應”，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糖酸比效果顯著[8，16]。王文娟[23]研究表明，開花著果期適當的水分虧缺有利于番茄可溶性糖和Vc 的積累，提高果實糖酸比；結果后期適當的水分虧缺有利于番茄可溶性蛋白和有機酸的積累。

4 水肥耦合對設施土壤環境和養分利用效率的影響

作物對養分的吸收、運輸、轉化及代謝均依賴于土壤中的水分[17]，水分可以促進養分向根系遷移，提高作物對養分的吸收率。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，促進作物根系的生長發育，提高根系活性[24]。

水肥耦合可以調節土壤溫度，改善土壤微生物數量和酶活性，減少硝態氮淋溶損失，同時為作物創造適宜的水肥生長條件。米國全等[25]研究表明，水氮協調供應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） 會降低土壤脲酶和磷酸酶的活性。強浩然等[26]研究表明，當基質含水量為最大持水量60%、施氮量為924.84 kg/hm2時，基質中固氮微生物的數量較多，理化性質較好，生長環境較優，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，與傳統水氮處理（灌水量275 mm，施氮量423.3 kg/hm2） 相比，優化水氮處理（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 結語

水分和養分對植株營養生長、產量以及品質形成具有重要影響。適宜水分可以使土壤養分溶解狀態和根系吸收狀態處于最佳水平，促進作物對養分的吸收與利用；合理施肥可以促進作物根系發育，擴大作物吸收水分和養分的空間，提高水分利用效率以及作物產量和品質。通過水肥耦合可以彌補作物因水分或養分不足而造成的損失，達到“以肥促水、以水調肥”的目的。

作物生長發育是一個復雜的生理生化過程，受季節、土壤條件和環境因素的影響，同一蔬菜在不同地區，適宜的水肥耦合參數不盡相同，因此，應對作物—水肥—土壤—環境系統進行深入研究，以建立起適宜大部分地區應用的作物水肥耦合模型，推動水肥耦合技術在蔬菜生產上的應用與發展。