不同肥水耦合對黃瓜產量品質及肥料偏生產力的影響

蔣靜靜，屈鋒，蘇春杰，楊劍鋒，余劍，胡曉輝

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不同肥水耦合對黃瓜產量品質及肥料偏生產力的影響

蔣靜靜1,2，屈鋒1,2，蘇春杰1,2，楊劍鋒1，余劍3，胡曉輝1,2

（1西北農林科技大學園藝學院，陜西楊凌 712100；2農業部西北設施園藝工程重點實驗室/陜西省設施農業工程技術研究中心，陜西楊凌 712100；3西安市農業技術推廣中心，西安 710000）

【目的】基質栽培是有效解決設施土壤連作障礙、質地惡化對作物生產造成不利影響的有效途徑之一。目前基質栽培水肥管理缺乏量化指標，本研究旨在通過研究滴灌水肥耦合對塑料大棚春季基質栽培黃瓜產量、生長、生理、品質和偏肥料生產力的影響，探究黃瓜基質栽培優質高效生產的灌水和營養液供應標準。【方法】以‘春優1號’黃瓜為試材，按照標準山崎黃瓜營養液配方，設置3個營養液濃度水平（F1：75%劑量、F2：100%劑量、F3：125%劑量）和3個單株灌水量（W1：75%蒸騰蒸發量（crop evapo-transpiration ETc）、W2：100% ETc、W3：125% ETc），共9個水肥耦合處理，分析不同灌水和營養液濃度對基質袋栽培黃瓜產量、干物質量、品質、水肥利用效率（water use efficiency，WUE）和肥料偏生產力（partial factor productivity of fertilizer，PFP）的影響。運用多元回歸分析和空間分析方法，確定塑料大棚春季基質袋栽培黃瓜高效生產的適宜灌水量和營養液濃度。【結果】灌水量的增加有利于黃瓜產量和PFP的增長，收獲期60 d內W3F1處理產量（7 667.3 kg/667m2）和PFP（205.67 kg·kg-1）均最大。在相同施肥處理下，PFP隨灌水量的增加呈上升趨勢；F1條件下，W3處理凈光合速率低于W1，但其葉面積指數較大，同化量較高，獲得較高產量。僅考慮灌水條件下，W1水平下黃瓜果實品質的VC、還原糖表現最優；而W3水平下黃瓜果實的可溶性固形物和可溶性蛋白有最優值。運用多元回歸和空間分析方法綜合評價產量、品質和肥料偏生產力，確定適宜的灌水施肥范圍為36.0—42.2 kg/667m2和198.0—219.8 m3/667m2；42.2—44.6 kg/667m2和206.3—219.8 m3/667m2。【結論】灌溉和營養液濃度對黃瓜的生長、產量、品質、水分利用效率和肥料偏生產力均有顯著影響，以黃瓜產量、硝酸鹽含量和PFP同時達到最優值的±10%范圍時確定的灌溉量和營養液濃度是塑料大棚春季基質袋栽培黃瓜的優化滴灌施肥方案。

黃瓜；基質袋栽培；水肥耦合；品質；產量；肥料偏生產力；回歸分析；空間分析

0 引言

【研究意義】設施農業連續生產引起的土壤氮磷富集、土壤次生鹽漬化等問題，已經嚴重影響到設施菜地的健康和可持續利用[1]。無土栽培技術用基質代替土壤，擺脫了傳統栽培對土壤的依賴，以其營養物質供應精準、水分補給充分等優勢，成為解決土壤質量惡化區農業高效生產的一種有效手段[2]。營養液管理（濃度和水分管理）是無土栽培獲得成功的關鍵因素，研究水肥耦合對設施黃瓜產量、品質和水肥利用效率的影響，對制定基質栽培高產高效的管理制度，以及無土栽培技術的應用推廣具有重要的理論與實際意義。【前人研究進展】國內外學者對土壤栽培條件下，水肥因素對作物生長、產量品質等影響開展了大量研究[3-10]。NANGARE等[4]在向日葵的水肥研究中發現，施肥和灌水分別在80%RDF和80%ET時，經濟效益更優、生產可行性更強。李銀坤等[7]通過對番茄不同灌溉施肥模式的研究得出，基于負壓裝置的供液模式提高了水肥利用效率且改善了果實品質。李靜等[11]對黃瓜水肥耦合的探究結果表明，合理的減少灌水量與施肥量，既能維持黃瓜較好的生長，又能獲得較高的經濟效益；張麗瑩等[12]研究認為水氮耦合對幾種氮代謝酶及相關物質含量都有顯著影響。方棟平等[13-14]發現黃瓜植株在75%ETc和100%滴灌施肥組合時，其品質和水分利用效率有較優值。邢英英等[15]通過對番茄產量、品質和水分利用效率等綜合評價得出適宜的灌水施肥區間。利用多元回歸方法，以灌水量和施肥量為自變量，單指標為因變量建立水肥回歸方程，通過求解方程極值推求最佳水肥組合[16]，是確定作物各指標最優灌水施肥組合的一種科學分析方法，通過空間分析方法對各指標多元回歸方程所得三維立體曲面進行水平投影，尋找各指標可接受區域的重疊區，可得到兼顧各指標的最優組合范圍。【本研究切入點】以往研究主要集中在土壤栽培條件下水肥耦合對作物生長和產量的宏觀效應及相應的生理機制，由于無土栽培基質與土壤所形成的栽培環境差異較大，且基質栽培條件下缺乏依據產量、品質、肥料利用率和肥料偏生產力等因素綜合評價確定的灌水和營養液管理量化指標，因此難以定量確定更有效的灌水和營養液管理制度，不易實現充分發揮基質栽培的節水節肥、高產優質的目的。【擬解決的關鍵問題】通過塑料大棚基質袋栽培黃瓜不同灌水量和營養液濃度的耦合試驗，探索產量、干物質量、品質和肥料偏生產力對水肥耦合的響應規律，旨在為確定黃瓜基質栽培生產模式下最佳水肥管理方案提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在西北農林科技大學北園藝場（34°17′N，108°04′E）的對稱內保溫雙層塑料薄膜覆蓋大棚內進行，海拔498.68 m。供試黃瓜品種為‘春優1號’，于三葉一心時定植（3月26日），7月5日拉秧（采收期為60 d），采用基質袋栽培種植方式，每袋定植一株黃瓜。PE薄膜基質袋尺寸大小為28 cm×43 cm，基質量5 L/袋，基質配比為菇渣腐熟物﹕珍珠巖﹕蛭石=15﹕11﹕4（體積比）。栽培基質的理化性質為：容重0.253 g·cm-3，總孔隙度73.45%，通氣孔隙29.31%，持水孔隙64.27%，速效氮423.67 mg·kg-1，速效磷552.21 mg·kg-1，速效鉀714.4 mg·kg-1，全氮16.58 mg·g-1，全磷7.13 mg·g-1，全鉀21.39 mg·g-1，有機質含量為44.8%，pH為6.68，EC為2.25 mS·cm-1。采用水肥一體化灌溉施肥系統供應水肥，營養液供應流速為1 L·h-1。

1.2 試驗設計

定植密度為3 300 株/667m2，基質栽培袋按大小行栽培方式布局，大行距70 cm，小行距50 cm。以單株黃瓜水肥需求為標準，設置灌水和營養液濃度2個自變量。

營養液濃度（施肥量）：設定山崎黃瓜營養液標準配方濃度為100%劑量，其單株黃瓜N、P2O5和K2O的用量分別為5.75 g、2.40 g和7.56 g。以此設置3個營養液濃度水平，其中75%劑量的營養液為低肥處理（F1：N-P2O5-K2O, 4.31-1.73-5.46 g/株）；100%劑量的營養液為中肥處理（F2：N-P2O5-K2O, 5.75-2.40-7.56 g/株）；125%劑量的營養液為高肥處理（F3：N-P2O5-K2O, 7.19-3.00-9.45 g/株）。

灌水量：采用稱量法獲取黃瓜單株日蒸騰量。用上海友聲衡器有限公司生產的BS系列精密電子計量秤（精度0.01 kg）于每日8：00定時稱單株基質質量（由于基質袋保水性較好，故可以不考慮水分蒸發），基質袋的減少量即為當日單株蒸騰耗水量（100% ETc）。以此設置W1（75% ETc）、W2（100% ETc）、W3（125% ETc）3個灌溉水平。

將灌水和營養液濃度兩因素耦合，共計得到9個處理，3次重復，每小區定植黃瓜10株。在苗期結束之后，進入開花坐果期基質養分不能滿足黃瓜需求時進行水肥耦合處理。

分別于每日上午和下午分次進行灌水，確保無積水和滲漏現象出現。100%ETc處理的單株日灌水量如圖1所示。

空白處為連續陰雨天未灌水 There was no irrigation on a rainy day

1.3 試驗大棚小氣候環境狀況

在黃瓜全生育期內，利用溫濕度自動記錄儀（PDL型，哈爾濱物格電子有限公司）連續檢測大棚內的氣溫和相對濕度，數據采集間隔為30 min，日平均溫度和濕度變化范圍分別為15.1—28.4℃和54.6%— 92.1%。光合有效輻射（PAR）日總量變化范圍為4.25—23.91 mol·m-2·d-1。

1.4 測定項目與方法

在處理22 d（5月11日）后分別用卷尺和游標卡尺測量黃瓜的株高、莖粗；葉面積由葉長的平方與葉面積系數的乘積獲得，葉面積系數則通過方格紙法回歸得來[17]；利用便攜式光合測定儀（6400，Li-CorInc, Ltd.，USA）在盛瓜期（5月11日）測定凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）。采摘當日，用電子天平記錄各試驗小區黃瓜產量，拉秧后統計總產量。可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定；硝酸鹽含量采用濃硫酸水楊酸法測定；維生素C含量用鉬藍比色法測定；可溶性固形物由ATAGO PAL-1數字手持袖珍折射儀讀取；還原糖含量采用3,5-二硝基水楊酸（DNS）法測定[18]。

葉面積指數（leaf area index, LAI）=葉面積/土地面積；

作物單株耗水量（ET）=I-ΔW；

肥料偏生產力（partial factor productivity of fertilizer, PFP）=Y/F。

式中，I為全生育期內單株作物灌水量（L），ΔW為試驗初期和末期基質儲水量的變化量（L），Y為產量（kg/株），F為全生育期投入的N、P2O5和K2O總量（kg/株），WUE單位為kg·m-3，PFP單位為kg·kg-1。

1.5 數據處理

用SPSS 20.0統計分析軟件進行數據處理、多元回歸和方差分析，采用Microsoft Excel 2010進行作圖，Duncan法進行多重比較（=0.05）。

2 結果

2.1 水肥耦合對基質袋栽培黃瓜生長的影響

由表1可以看出，不同施肥和灌水及其交互作用對莖粗的影響不顯著。莖粗變化范圍為6.93—8.12 mm，W2F3比W1F3高17.2%。灌水和施肥及其交互作用對黃瓜株高影響差異顯著。高水中肥（W3F2）處理株高最大比低水低肥（W1F1）處理增加37.27 cm。低水（W1）和高水（W3）條件下中肥處理（F2）株高最大；中水（W2）條件下，低肥和高肥處理株高差異不明顯，中水中肥處理（W2F2）表現出株高最小值；W3F2處理株高最優，但與W3F1無明顯差異。這些結果表明，在低水（W1）和高水（W3）灌溉條件下，黃瓜株高隨施肥量的增加呈開口向下的拋物線變化趨勢，中肥處理在一定時期有利于黃瓜株高生長。

葉面積指數反應植株葉片的疏密程度，葉面積指數越大，說明單位土地上的葉面積越大，葉片的層疊程度越大，對光能可形成多層利用，減少了光能的浪費[19]。兩因素及交互作用對植株的葉面積指數（LAI）影響極顯著。低肥（F1）和中肥（F2）條件下高水（W3）處理均表現出LAI最大值，表現出充足的灌水有利于黃瓜葉片的生長。高肥（F3）條件下，中水（W2）處理LAI最大，與高水（W3）相比，高出16.5%。高水低肥（W3F1）處理的LAI（1.94）比低水低肥（W1F1）高出0.41，達葉面積指數最大值。

表1 水肥耦合對黃瓜株高、莖粗和葉面積指數的影響

同列數據后不同小寫字母表示0.05水平時差異顯著，*表示差異顯著（＜0.05），**表示差異極顯著（＜0.01）。下同

Different small letters in the same column indicate significant differences among treatments (＜0.05). * means significant difference (＜0.05), ** means much significant difference (＜0.01). The same as below

2.2 水肥耦合對基質袋栽培黃瓜光合特性的影響

如表2所示，低肥（F1）條件下，Pn表現為W1＞W2＞W3；高肥（F3）處理下，Pn隨灌水量的增加呈上升趨勢。W1F1處理的黃瓜葉片凈光合速率（Pn）最大，W2F2處理的黃瓜葉片Pn值最小。低肥處理（F1）的黃瓜葉片蒸騰速率（Tr）分別比中肥處理（F2）和高肥處理（F3）增加8.84%和11.97%，W1F1處理的黃瓜葉片Tr最大。除低水中肥（W1F2）處理外各處理間黃瓜葉片氣孔導度（Gs）差異不顯著，W3F2處理有最大值（0.19 mol·m-2·s-1），比最小值W1F2高出18.75%，低肥（F1）處理下，普遍有較高的氣孔導度。這表明合理的營養供應在一定程度上可以改善植株的水分狀況，提高滲透調節和氣孔導度，從而提高光合效率。低水（W1）和中水（W2）條件下，低肥（F1）處理的黃瓜葉片胞間CO2濃度（Ci）最大；高水（W3）條件下，Ci隨施肥量的變化表現出開口向下的拋物線變化趨勢。中水低肥（W2F1）處理的黃瓜葉片有Ci的最大值，低水中肥（W1F2）處理Ci值最小。由此可以看出，低肥（F1）條件下的黃瓜葉片Pn較高；而在低肥（F1）和中肥（F2）條件下，隨灌水量的增加，Ci呈開口向下的拋物線變化趨勢。

表2 水肥耦合對基質袋栽培黃瓜光合特性的影響

2.3 水肥耦合對基質袋栽培黃瓜果實品質的影響

如表3所示，黃瓜品質指標受灌水量和施肥量影響極顯著（＜0.01）（還原糖顯著＜0.05），水肥交互作用對品質也呈極顯著影響（除硝酸鹽不顯著外＞0.05）。在低肥（F1）和中肥（F2）條件下，隨灌水的增加，可溶性蛋白含量呈上升趨勢，W3F2有最大值0.51 mg·g-1，W1F1有最小值0.20 mg·g-1，而在高肥（F3）條件下，中水（W2）處理的可溶性蛋白含量顯著低于高水和低水處理，表現為W1＞W3＞W2。低肥（F1）和高肥（F3）條件下，低水（W1）處理均表現出較高Vc值（36.78和41.17 mg/100g）。低水（W1）條件下，不同施肥量間Vc的最大值和最小值差距較大；隨灌水量的增加，中水（W2）條件下不同施肥量間Vc差值變小，變化范圍為28.67—33.11 mg/100g；到高水處理時，不同施肥量間Vc含量的最大差值僅為2.67 mg/100g。隨著灌水量的增多，施肥量對Vc的影響愈加不明顯。低水（W1）處理下，果實的還原糖含量表現出最大值，W1F1和W1F3處理還原糖含量分別為2.25%和2.20%，顯著高于除高水高肥（W3F3）外的其他處理。同等施肥條件下，硝酸鹽含量隨灌水的增多呈明顯下降趨勢；相同灌水條件下，硝酸鹽含量隨施肥量的增加而上升。低肥（F1）和高肥（F3）條件下，硝酸鹽含量最小值（W1）與最大值（W3）間最大差值分別為80.56 mg·kg-1和119.63 mg·kg-1。這表明隨施肥量的增加，灌水對硝酸鹽含量的影響越來越大。僅考慮施肥因素，總可溶性固形物含量隨施肥量的增加表現為F3＞F2＞F1；W3F2和W3F3處理的可溶性固形物百分數最高（3.90%）。說明施肥量的增加對果實內總的可溶性固形物含量有較為積極的影響。

2.4 水肥耦合對基質袋栽培黃瓜干物質量和產量的影響

養分和水分與作物干物質累積密切相關，圖2-a為拉秧時不同水肥耦合處理對黃瓜干物質量的影響（包含葉、莖、果、根）。灌水及水肥交互作用對黃瓜干物質量影響極顯著（＜0.01）。低肥條件下，高水處理（W3）黃瓜干物質累積量優于中水（W2）和低水（W1）處理。高水（W3）處理時隨營養液濃度的增加，干物質累積量依次降低。低肥（F1）條件下不同處理間干物質量的最大差值為171.5 kg/667m2，高肥（F3）條件下最大差值縮減為63.5 kg/667m2，隨營養液濃度的增大，干物質累積量受灌水的影響逐漸減弱。從灌水和營養液耦合效應看，高水低肥處理（W3F1）干物質累積最大（419.0 kg/667m2）；低水低肥處理（W1F1）干物質累積最小（247.5 g/株）。說明施肥過多的情況下，灌水的積極效應也被減弱。

表3 不同水肥處理對黃瓜果實品質的影響

不同水肥處理對黃瓜產量的影響如圖2-b所示。經方差分析可知，本試驗條件下，灌水對產量表現出極顯著的影響（＜0.01）。在同一施肥條件下，各處理的產量隨灌水量的增多，基本均呈上升趨勢；伴隨施肥量的增加，產量未表現出相似的變化趨勢，其中W3F1處理的產量最大（7 667.3 kg/667m2），顯著高于除W3F2之外的其他處理。這表明在本試驗條件下，灌水的增加對產量有很強的正效應。

圖2 不同水肥處理對干物質量和產量的影響

2.5 水肥耦合對基質袋栽培黃瓜水分利用效率和肥料偏生產力的影響

施肥對水分利用效率（WUE）影響顯著（＜0.05），灌水對WUE影響極顯著（＜0.01）。如圖3-a所示，在中肥（F2）和高肥（F3）水平，水分利用效率（WUE）均呈現隨灌水量的增加而下降的趨勢；而在低肥（F1）水平下，3個不同灌溉量處理對WUE影響差異不大。僅考慮灌水因素，W1處理的WUE分別比W2和W3處理提高3.9%和20.1%。各處理中，W1F3處理WUE最高（40.96 kg·m-3），W3F3處理WUE最低（30.07 kg·m-3）。

肥料偏生產力（PFP）反應了栽培袋內的基礎養分和營養液滴灌量的綜合效應。由圖3-b可知，PFP在86.91—205.67 kg·kg-1之間變化，同WUE的響應規律相反，在相同的施肥水平下，灌水量增加PFP也隨之增大（W1F3最小，為86.91 kg·kg-1）。僅考慮施肥因素，F1比F2和F3分別增大了35.3%和66.6%。僅考慮灌水條件，與W1相比W2和W3處理PFP分別增大25.1%和40.1%。這表明高水處理（W3）在很大程度上能夠增加PFP；且在全部的水肥耦合處理中，減少施肥量，高水低肥（W3F1）處理的PFP增加幅度最大。

圖3 不同水肥處理對水分利用效率和肥料偏生產力的影響

2.6 水肥投入與產量、水分利用效率和硝酸鹽含量的關系

以水肥投入量為自變量，分別以產量、WUE、PFP和果實硝酸鹽含量為因變量，進行回歸分析（表4），結果表明灌水量和施肥量對各因變量的影響均極顯著（＜0.01），決定系數均在0.85以上。

設定W3和W1處理的灌水量分別為灌水的上下限，F3和F1處理分別為施肥量的上下限，運用空間分析方法，使用MATLAB作圖軟件，形成表4中各方程的平面投影圖（圖4）。由圖4可知，產量、PFP以及硝酸鹽含量均在低肥高水區域有較優值（硝酸鹽含量較低值為較優值），而WUE則在高肥低水的區域有較優值。可見4個指標不能同時達到最優，產量、PFP和硝酸鹽有比較接近的灌水和施肥區域，而WUE與其他3個指標無交互區域。因此在綜合評價中不考慮WUE。

表4 水肥投入與產量、水分利用效率、肥料偏生產力和硝酸鹽含量之間的回歸關系

、、2和值分別代表灌水量、施肥量、決定系數和統計顯著性值

,,2andmean irrigation amount, fertilization amount, coefficient of determination and statistically significant value, respectively

運用空間分析方法，對產量、WUE、PFP和硝酸鹽含量等各指標最優值（各指標最優值的選取范圍控制在本次試驗的水肥控制范圍內）的±5%、±10%、±15%范圍內進行評價。發現產量和硝酸鹽含量在最優值的±15%（產量為1.84 kg/株；硝酸鹽含量為433.5 mg·kg-1）的范圍內偏離其極值太大，對于水肥供給量的尋優探索意義較小。在最優值±10%和±5%的范圍內都有同時滿足產量、PFP和硝酸鹽含量的較優區域。但±5%的范圍內PFP（約為193.8kg·kg-1）可接受區域過小，PFP完全包含在產量和硝酸鹽含量兩指標的可接受區域之內，相對而言，降低了產量和硝酸鹽含量所代表的意義。因此將最優值±10%的范圍定為合理的可接受范圍。

以圖4中所示每一個小格為基礎單元，將產量、WUE、PFP以及硝酸鹽含量這4項指標所得最優值±10%的水肥可接受區域進行匯總，得到綜合分析圖5。可見黃瓜產量、PFP和硝酸鹽含量達到±10%最優值時，水肥供應重疊區域為2個長方形的組合。黃瓜施肥灌水區間約為36.0—42.2 kg/667m2（即N：13.2—15.4 kg/667m2、P2O5：5.5—6.4 kg/667m2、K2O：17.3—20.3 kg/667m2）和198.0—219.8 m3/667m2；42.2—44.6 kg/667m2（N：15.4—16.3 kg/667m2，P2O5：6.4—6.8 kg/667m2，K2O：20.3—21.5 kg/667m2）和206.3—219.8 m3/667m2。

圖中陰影區域為產量、肥料偏生產力和硝酸鹽含量最優值±10%的可接受區域

3 討論

無土栽培技術的應用擴大了農業生產的區域，灌溉和營養液管理已成為無土栽培的核心技術之一。本試驗結果表明，不同的水肥耦合處理顯著影響黃瓜株高、葉面積指數、光合參數、水分利用效率、肥料偏生產力和產量等指標。在本試驗中W3F2處理表現出株高的最大值，同楊小振等[20]在西瓜上得出的結果類似，中肥處理在一定時期對株高的增加較為有利。李靜等[11]對黃瓜的水氮耦合試驗表明，葉面積指數隨灌水量的增加顯著增加。本試驗在F1和F2情況下，灌水對葉面積指數有積極作用，葉面積指數隨灌水量的增加而增加。

產量作為反映農作物生長狀況的關鍵指標，成為試驗研究重點[21-24]。已有研究表明，番茄產量與灌水、施肥呈正相關，且增加灌水量，降低施肥量，水分利用效率逐漸下降[15]。張麗瑩、王鵬勃等[12,25]的試驗表明，在單株灌水量一定的條件下，植株產量隨施肥量的增加表現為先增加后降低，且產量隨灌水量的增加也表現出先升后降的拋物線關系。李建明等[26]研究表明，120%ET水分處理產量最優；趙青松等[27]對黃瓜的槽式基質栽培研究指出，灌溉處理為基質最大含水率85%—100%時，產量最高水分利用效率最低；楊平等[28]對番茄的基質袋培研究結果顯示，中等營養液濃度供應水平和70%田間持水量的灌溉下限組合為最佳水肥處理。但本試驗結果顯示，產量、水分利用效率等指標，隨灌水量和施肥量無完全一致的變化趨勢，在營養供應量較高的F2和F3水平，WUE隨灌水的增多呈下降變化趨勢，這與王秀康等[16]的研究結果一致。且相較于W3F3處理，W3F1的WUE和產量顯著提高。這可能同栽培方式、試驗標準及黃瓜生長發育的水肥耦合閾值有關。本試驗的水肥供應是在根瓜坐瓜后進行，此時基質中營養成分已不能滿足黃瓜的正常生長需求，基質種類和成分組成會對試驗結果產生一定影響，但差異已不明顯。同時，本研究的水分供應和營養補充是在ETc的指導下發生，消除了基質容積的限制，且基質袋較好的保水保肥性，使得袋培基質容積大小對試驗結果造成的影響可忽略。在本試驗中，F1的營養補給足以滿足黃瓜的增產目標；F3供應水平造成根區氮、磷、鉀離子濃度過高，不利于黃瓜根系對水分、養分的吸收，導致增產幅度較小。W1F1處理凈光合速率有最大值27.03 μmol·m-2·s-1（表2），但其產量較低，這可能是由于其葉面積指數較小（表1），導致總同化量較少。葉面積與凈光合速率共同決定了植物的同化量，W3F1處理葉面積指數有最大值，且凈光合速率較高，因而產量最優。

不同的水肥耦合處理對黃瓜果實可溶性蛋白、Vc、還原糖、可溶性固形物和硝酸鹽含量等均有顯著影響。邢英英等[3]研究表明，增大灌水量番茄品質呈倒U型變化趨勢。而本研究表明隨營養液濃度的增大，黃瓜果實可溶性蛋白和硝酸鹽含量均值都呈上升趨勢；在高肥條件下，Vc和可溶性固形物含量最大，且還原糖也較高。這可能是較高濃度營養液下，氮磷鉀營養元素增多，磷肥和鉀肥能參與植物糖類代謝，同時鉀能促進和加強植物對磷的吸收及光合產物的運輸，并且促進植株體內氮素的代謝[29]。且已有研究表明，增施磷肥可有助于植株體內可溶性糖含量增加，提升作物品質。由于本研究中營養液是以同一配比的氮磷鉀組合，尚不能確定是哪種元素起主要作用，關于氮磷鉀肥對黃瓜果實品質的影響有待進一步研究和驗證。硝酸鹽在人體內可被轉化為亞硝酸鹽，亞硝酸鹽有致癌作用[30]。因此硝酸鹽含量是蔬菜安全品質中監控的重要指標，可作為品質代表指標進行綜合評價。本試驗中，在相同的灌水條件下，果實中硝酸鹽的含量隨營養液濃度的上升而增加，表明硝酸鹽含量與施肥量存在正向關系。

設施內的水肥管理即協調灌水與施肥之間關系，實現節水節肥、高效優質的管理目標。本文運用多元回歸和空間分析相結合的方法綜合評價產量品質和偏肥料生產力，得到2個黃瓜施肥灌水區間分別為36.0—42.2 kg/667m2（其中N：13.2—15.4 kg/667m2、P2O5：5.5—6.4 kg/667m2、K2O：17.3—20.3 kg/667m2）和198.0—219.8 m3/667m2；42.2—44.6 kg/667m2（N：15.4—16.3 kg/667m2，P2O5：6.4—6.8 kg/667m2，K2O：20.3—21.5 kg/667m2）和206.3—219.8 m3/667m2時，黃瓜產量、硝酸鹽含量和PFP同時達到最優值的±10%范圍內。這一灌水施肥區域為大棚黃瓜高產優質的水肥管理提供依據。盡管水肥管理的最適區域灌水量較大，但施肥量較小，符合當前農業生產中提倡“減肥、減藥”的發展方向。同時說明水分和肥料利用效率受灌水和施肥影響規律完全相反，在優化灌水施肥制度時，二者不能同時達到最優。

4 結論

本試驗條件下，不同水肥耦合處理對黃瓜的生長、產量、品質、光合特征、水分利用效率均有顯著影響。同一施肥條件下，灌水的增加有利于黃瓜產量和肥料偏生產力（PFP）的增長，硝酸鹽含量隨灌水的增多呈明顯下降趨勢。同一灌水水平時，硝酸鹽含量隨施肥量的增加而上升；低水（W1）處理下，果實的還原糖含量表現出最大值。綜合考慮水肥協同、增產高產以及提高肥料偏生產力等多種因素，在設施基質袋栽培模式下，水肥耦合的施肥和灌水控制在36.0—42.2 kg/667m2（其中N：13.2—15.4 kg/667m2、P2O5：5.5—6.4 kg/667m2、K2O：17.3—20.3 kg/667m2）和198.0—219.8 m3/667m2；42.2—44.6 kg/667m2（其中N：15.4—16.3 kg/667m2，P2O5：6.4—6.8 kg/667m2，K2O：20.3—21.5 kg/667m2）和206.3—219.8 m3/667m2時，黃瓜產量、PFP和硝酸鹽含量同時達到最優值的±10%。

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Effects of Different Water and Fertilizer Coupling on Yield and Quality of Cucumber and Partial Factor Productivity of Fertilizer

JIANG JingJing1,2, QU Feng1,2, SU ChunJie1,2, YANG JianFeng1, YU Jian3, HU XiaoHui1,2

(1College of Horticulture, Northwest A&F University, Yangling712100, Shaanxi;2Key Laboratory of Protected Horticultural Engineering in Northwest, Ministry of Agriculture/Shaanxi Province Facility Agriculture Engineering Center, Yangling 712100, Shaanxi;3Xi′an Agricultural Technology Extension Center, Xi′an 710000)

【Objective】Substrate cultivation is one of the effective ways to solve the adverse influences of soil texture deterioration on crop production which were cultivated in protected environment. With lacking standard of water and fertilizer management for substrate cultivation, in order to ensure the standard of irrigation and fertilizer coupling on yield, dry weight, quality, partial factor productivity of fertilizer and water use efficiency of cucumber cultivated in substrate in spring, the irrigation and fertilizer supply systems for high yield, quality, and efficient production of cucumber substrate were investigated.【Method】‘ChunyouNo.1’ cucumber was chosen as the materials, and the experiment was subjected to three irrigation water levels (W1 (75% crop evapo-transpiration,ETc), W2 (100% ETc) and W3 (125% ETc)) and three Yamazaki cucumber nutrient solution formula concentrations (F1 (75%), F2 (100%), F3 (125%)). The study analyzed the effects of different water and fertilizer coupling on cucumber yield, dry weight, quality, partial factor productivity of fertilizer and water use efficiency. The multivariate regression analysis and spatial analysis methods were used to obtain the best combination of irrigation and fertilizer for efficient cultivation of spring cucumber in plastic greenhouses. 【Result】The increase of irrigation was beneficial to the growth of cucumber yield and partial factor productivity of fertilizer (PFP). The yield (7 667.3 kg/667m2) and PFP (205.67 kg·kg-1) of W3F1 treatment were the largest during the 60 days of the harvest period. Under the same fertilization conditions, PFP was increasing with the increase of irrigation volume. Under the condition of F1, the net photosynthetic rate of W3 treatment was lower than W1, but its leaf area index was larger, therefore higher assimilation amount and yield were obtained. Under the same irrigation condition, the Vitamin C and reducing sugar performance of cucumber fruit under W1 level was the best, while the soluble solids and soluble protein of cucumber fruit under W3 had the best value. Through the multivariate regression analysis and the spatial analysis methods to evaluate yield, quality and partial factor productivity of fertilizer, the results showed that the fertilization and irrigation amount obtained was about 36.0-42.2 kg/667m2and 198.0-219.8 m3/667m2, or 42.2-44.6 kg/667m2and 206.3-219.8 m3/667m2.【Conclusion】Irrigation level and fertilization level significantly affected growth, yield, quality, WUE and PFP.The best strategy of fertilization andirrigation for the production of drip-irrigated cultivated cucumber grown in substrate bags in Spring is level which yield, nitrate content and PFP of cucumber were ±10% of optimal value.

cucumber; substrate bag culture; coupling of water and fertilizer; quality; yield; partial factor productivity of fertilizer; regression analysis; spatial analysis

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.009

2018-05-22；

2018-08-22

“十三五”國家重點研發計劃（2016YFD0201005）

蔣靜靜，E-mail：wszgdjj@126.com。通信作者胡曉輝，E-mail：hxh1977@163.com

（責任編輯 李云霞）