滴灌条件下水肥耦合对水果产量及品质影响的研究进展

李 浪

( 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，水利水电学院，四川成都 610065)

滴灌条件下水肥耦合对水果产量及品质影响的研究进展

李 浪

( 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，水利水电学院，四川成都 610065)

我国是果业大国，但是果业生产中普遍存在着不科学的水肥管理，导致灌溉水的浪费和肥料的流失，更加剧了农业生态环境的污染。这也正是我国并未成为水果强国的重要原因。如何利用先进的灌溉技术，以有限的水肥投入促进水果生产，并达到节水节肥、优质丰产、高效环保目的，是现代农业节水领域迫切需要解决的关键问题。该研究讨论了水肥耦合的概念以及滴灌条件下水肥耦合对水果产量、品质的影响和对产量的模拟研究现状，并且对今后的研究进行了展望。

水肥耦合；产量；品质；水肥利用率

近年来,随着人们生活水平的提高,对水果品质的要求越来越高。果品生产业正经历着从数量单方面效益型向注重提高品质、质量双效益方向转化。水果品质主要决定于遗传因子,但环境因子如施肥和灌水对水果品质也有着重要的影响。施肥对水果品质的影响大致分为4个阶段,即①从养分供应不足到适宜范围,其品质逐渐改善;②在适宜养分范围内,增加养分往往没有效果;③从适宜范围到奢侈消耗养分阶段,可能会降低品质;④养分再进一步增加到毒害范围,明显降低品质。水肥耦合研究正是通过试验确定最佳水肥管理模式，最大限度地控制施肥对水果品质的影响在第一阶段。充分发挥水分、肥料的潜力，尽可能提高作物产量、水分利用率及肥料利用率，降低施肥过量所引起的土壤、水体污染与肥料流失，促进农业生态环境向良性发展。

1 国内外水肥耦合研究现状

1.1 水肥耦合的概念 耦合是物理学的一个概念。它是指2个( 或2个以上的) 体系或运动形式之间,通过各种相互作用而彼此影响的现象。水肥耦合(Water and fertilizers coupling)则是物理学概念的借用,由Arnon[1]提出的田间水肥管理的新概念，指水分和肥料二因素或水分与肥料中的氮、磷、钾等因素之间的相互作用对植物生长及其利用效率的影响。目前，关于水肥耦合对作物产量、品质及产量的试验及模拟研究已经初见成效，为农业生产实践提供了理论指导。

1.2 水肥耦合在提升水果产量方面的应用研究进展 作物的品质和产量形成是作物生长中极为重要的一环，也是整个农业生产系统中的最后一环。实现对品质和产量的调控，是水肥耦合技术在农业生产上经济效益的体现，也是水肥耦合技术在农业生产中能够得到大面积推广应用的前提条件。

邱继水等[2]发现，在水肥耦合微喷灌溉仅为微喷灌溉后撒肥或人工淋灌撒肥处理的70%施肥量条件下,香蕉生长结果各项指标最优,表明香蕉水肥耦合微喷灌溉可减少肥料施用量的30%。虞娜等[3]研究了膜下滴灌水肥耦合对番茄产量的影响，指出钾肥和氮肥分别为295.69～330.17和327.13～352.01 kg/hm2，土壤吸力为20 kPa时产量最高。马波等[4]研究指出，影响压砂地西瓜产量的因素顺序为灌水定额>施油渣量>施复合肥量，施油渣量与灌水量较高的组合产量较高。Zeng 等[5]研究表明，甜瓜生长、果实产量和品质、株高、茎粗以及果实产量受灌溉用水量的影响显著。孙文涛等[6]提出，日光温室中膜下滴灌水肥耦合最优水肥组合方案为灌水定额2 704.50～2836.95 m3/hm2，同时施肥定额为265.50～309.64 kg/hm2。

1.3 水肥在提升水果品质方面的应用研究进展 一般，水果品质是指物理品质和化学品质。物理品质主要包括风味、着色度、果实硬度，化学品质主要包括可溶性固形物(TSS)、维生素C(VC)、有机酸(OC)、可溶性糖(SS)。这些成分往往是由环境因素决定的,主要是受水肥相互作用的影响。维生素是人体生命活动不可缺少的营养物质,必须从食物中摄取,因此水果VC含量与人类健康有着极为密切的关系,是水果营养品质的一个重要指标。李波等[7]指出，在树莓整个生育期内，当土壤水分控制在田间持水量的50%～60% 时,树莓果实品质最佳。王铁良等[8]田间试验表明，在施肥水平相同的条件下,适中的土壤含水量有利于果实中有机酸、可溶性糖和SOD营养物质的积累,充足的土壤含水量有利于果实中可溶性固形物和 VC含量的积累。土壤含水量控制在32%以上,施肥量在460.95 kg/hm2水平有利于树莓光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)的提高以及午休时间的缩短;土壤含水量控制在26.2%以上,施肥量在270 kg/hm2水平时有利于提高树莓果实品质。陈碧华等[9]研究指出，膜下滴灌条件下番茄品质与水肥呈显著回归关系，其影响程度为施肥量>灌水量，最优水肥组合方案为：灌水定额27 0415～280 516 m3/hm2，施肥定额为270 145～309 164 kg/hm2。张丽莹等[10]研究了温室无土栽培条件下水肥耦合对作物叶片中可溶性糖含量及糖代谢相关酶的影响，发现灌水量处理对蔗糖合成酶(SS)活性、可溶性糖含量及磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性影响在各个时期均达到显著或极显著水平。赵志华等[11]采用根系分区交替滴灌的水肥耦合方式，提出水肥耦合最为高效、优质的方案为：灌水上限85%，交替灌溉，N120 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，K2O180 kg/hm2，双侧施肥。武阳等[12]研究指出，高水低肥抑制了生育前期香梨树的营养生长，提高了香梨果实产量和灌溉水利用效率。周博等[13]研究指出，降低N、P、K比例为2∶1∶3，可增加番茄果实可溶性糖含量，降低硝态氮和有机酸含量，改善果实品质。

1.4 基于不同水肥耦合模式下作物产量的模拟 Shrestha等[14]运用AquaCrop模拟作物的产量，发现模拟值与实测值之间的相对均方根误差均在0.08以下且Nash效率系数均达到0.90以上。翟丙年等[15]根据二次通用旋转组合设计原理及DPSWIN 软件计算求得不同水分条件下氮素对冬小麦产量影响的数学模型。王凤仙等[16]利用作物—土壤联合模型，研究了土壤氮资源的利用、周年利用率和损失，指出合理的年灌水量在200～320 mm 之间时氮吸收量增加，且土壤水和氮资源的周年利用效率可分别达9.0×10-5hm2/m3和1.5×10-4hm2/kg左右。李广等[17]研究了水肥耦合作用对作物产量影响的机理和规律，调试并验证了APSIM模型。姚静等[18]利用四因素二次回归通用旋转组合设计，建立了水肥耦合模型，结果表明影响甜瓜产量的因素顺序为 钾>磷>水>氮。龚少红[19]建立了用于水稻产量预测的修正Mogrna模型和动态神经网络模型。

2 水肥耦合技术未来的研究方向和领域

农业生产是一个复杂的体系。在明确以肥调水和以水促肥的基础上,水肥耦合效应还应在以下方面开展进一步研究。

2.1 依据不同试验目的,选用模拟或田间试验，同时采取长期观察 大部分此类研究工作采用模拟试验。模拟试验的优点是其条件的可控性和试验设计的高精确性，在研究不同水肥处理对植物生理方面的影响时应用得更加广泛；缺点是模拟试验得出的水肥效应结果与实际相差较大。因此,简单地用模拟试验的结果定性农田水肥耦合效应是不合适的，应将田间试验与模拟试验配合起来。此外，大部分试验仅分析了水果一两个完整生育期的水肥耦合数据，缺乏长期的观测，结论有一定的局限性，所以需要进行多年试验验证，使其具有通用性。

2.2 加强湿润地区的研究 目前对干旱区水果水肥耦合研究较多,而湿润地区水果品种多样，降雨与水果生育期耗水也存在不协调关系,因此有必要对湿润地区水肥关系进行研究，同时水肥耦合效应在整个土壤- 植物- 大气系统中的作用机理以及土壤水、肥、气、热与作物生长的协调关系有待进行系统研究与论证。

2.3 加强高新技术的应用，并建立高效管理信息系统 随着科学技术的发展,尤其是计算机技术的突飞猛进,在对不同类型农田水肥耦合研究的基础上,运用人工智能、GIS 技术,将作物、水肥因子与环境条件三者有机结合起来,建立农田水肥高效管理信息系统,将会大大促进我国农业向高产、优质和高效方向发展。

[1] ARNON I.Physiological principles of dry and crop production[C]//Gupta US.,physiological aspects of dry land farming.New York:Universal Press,1975:3-124.

[2] 邱继水,魏岳荣,杨护，等.水肥耦合微喷灌溉对香蕉生长和产量的影响[J].灌溉排水学报,2007,26(6):99-100.

[3] 虞娜,张玉龙,黄毅,等.温室滴灌施肥条件下水肥耦合对番茄产量影响的研究[J].土壤通报,2003,34(3):20-24.

[4] 马波，田军仓.膜下小管出流压砂地西瓜水肥耦合产量效应研究[J].节水灌溉,2009(10):6-12.

[5] ZENG C Z,BIE Z L,YUAN B Z.Determination of optimum irrigation water amount for drip-irrigated muskmelon (CucumismeloL.) in plastic greenhouse[J].Agricultural Water Management,2009,96(4):595-602.

[6] 孙文涛,张玉龙,王思林,等.滴灌条件下水肥耦合对温室番茄产量效应的研究[J].土壤通报,2005,36(2):59-62.

[7] 李波,赵莹,王铁良,等.小管出流条件下土壤水分对树莓果实品质的影响[J].北方园艺,2011(14):5-8.

[8] 王铁良,周罕琳,李波,等.水肥耦合对树莓光合特性和果实品质的影响[J].水土保持学报,2012,26(6):286-290.

[9] 陈碧华,郜庆炉,孙文艺,等.日光温室膜下滴灌水肥耦合效应研究—对番茄果实中VC和可溶性蛋白质含量的影响[J].内蒙古农业大学学报,2008,29(3):90-92.

[10] 张丽莹，王荣莲，张俊生，等.水肥耦合对温室无土栽培水果黄瓜叶片糖含量及其相关酶活性的影响[J].华北农学报，2011,26(2):163-169.

[11] 赵志华，李建明，张大龙，等.根系分区水肥耦合对大棚甜瓜产量和品质的影响[J].北方园艺，2013(6):35-40.

[12] 武阳，王伟，雷廷武，等.调亏灌溉对滴灌成龄香梨果树生长及果实产量的影响[J].农业工程学报，2012,28(11):118-124.

[13] 周博，陈竹君，周建斌.水肥调控对日光温室番茄产量、品质及土壤养分含量的影响[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2006,34 (4):55-60.

[14] SHRESTHA N，RAES D，VANUYTRECHT E,et al.Cereal yield stabilization in Terai (Nepal) by water and soil fertility management modeling[J].Agricultural Water Management,2013,122:53-62.

[15] 翟丙年,李生秀.冬小麦产量的水肥耗合模型[J].中国工程科学,2002,4(9):69-74.

[16] 王凤仙,李韵珠.土壤水氮资源的利用与管理Ⅱ.土壤水氮资源的利用、损失和周年利用效率模拟[J].植物营养与肥料学报,1999,5(4):297-306.

[17] 李广,黄高宝,王琦,等.基于 APSIM 模型的旱地小麦和豌豆水肥协同效应分析[J].草业学报,2011,20(5):151-159.

[18] 姚静,邹志荣,杨猛,等.日光温室水肥耦合对甜瓜产量影响研究初探[J].西北植物学报,2004,24(5):890-894.

[19] 龚少红.水稻水肥高效利用机理及模型研究[D].武汉：武汉大学,2005.

Research Progress of Fertilizer and Water Coupling on Fruit Crops Yield and Quality under Drip Irrigation

LI Lang

(State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering, Sichan University, Chengdu, Sichuan 610065)

China is a big country on fruit industry, but the prevalence of the unscientific water and fertilizer management in fruit production results in the loss of irrigation water and fertilizer and exacerbates the pollution of agricultural ecological environment, which is the important reason why our country does not become a large fruit country. How to use advanced irrigation techniques to promote fruit production by the limited water and fertilizer and achieve the goal of water and fertilizer conservation, good quality and high yield and efficient environmental protection, is the key scientific problem of modern agricultural water conservation area needed to be addressed urgently. This article discusses the concept of water and fertilizer coupling, the effect of water and fertilizer coupling on fruit yield, quality and water and fertilizer use efficiency under drip irrigation, and the status of simulation research of yield, and the prospects to the further research are put forward.

Water and fertilizer coupling; Yield; Quality; Fertilizer use efficiency

李浪(1990- )，男，湖南邵阳人，硕士研究生，研究方向：节水灌溉理论与新技术。

2014-05-06

S 152

A

0517-6611(2014)15-04626-02