水肥耦合对设施蔬菜生产影响的研究进展

杨阳，刘云，宋炳彦，梁玉芹

（河北省农林科学院经济作物研究所，河北 石家庄 050051）

近年来，随着农业环境工程技术的提高，设施农业发展迅速，蔬菜栽培已逐步摆脱环境和气候条件的制约，实现了周年生产[1，2]。目前，设施蔬菜栽培中仍存在着诸多问题，如蔬菜需水量大，灌溉水利用率（仅30%～40%） 低，水资源浪费严重；温室内空气湿度大，易诱发病害[3，4]；受市场利益的驱动，种植户为追求高产盲目施肥，氮素施用过量导致微生物区系改变，地下水硝酸盐超标率逐年递增，氮素向环境迁移的风险增大，威胁着人类健康[5]。鉴于我国国情的特殊性，蔬菜生产需要兼顾产量和环境，为实现这一目标，需要科学利用水分和养分，大力发展高效农业，实现水肥的高效利用[6]。

采用水肥耦合技术可以有效减少水资源的浪费，避免过量施肥对环境的污染和破坏，以达到节水、节肥、增产、增质、省工、省时、减污的目的。通过系统阐述水肥耦合对蔬菜产量和品质影响的研究进展，总结蔬菜的需水、需肥规律以及水肥耦合机理，旨为提高蔬菜的水肥利用效率、产量和品质，减少环境污染，为蔬菜提质增效、“两节一减”提供参考。

1 水肥耦合对设施蔬菜生长发育的影响

蔬菜的前期生长量是影响其后期产量和品质形成的一个重要因素。在相同灌水条件下，黄瓜根系活力随着施肥量的增加而升高；在肥料充足的情况下，中等水量处理更有利于茎粗生长[7]。丁果[8]研究表明，番茄株高和叶片数与灌水量呈正相关；茎粗和干物质积累量在一定施肥量范围内随着施肥的增加而增加，但超过临界值后呈下降趋势，与潘铜华[9]的研究结果一致；叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度以及根系活力随施肥浓度的增加呈先上升后降低的变化。当肥、水条件处于低水平时，番茄根、茎、叶、果实的干物质积累量均随肥、水的增加而逐渐增加；当肥、水条件处于中或高水平时，根、茎、果实中干物质积累量随肥、水的增加呈先增后降趋势，而叶片的干物质积累量随水分的增加而增加[9～11]。

2 水肥耦合对设施蔬菜产量的影响

养分和水分是影响蔬菜产量的主要因素，植物自身特性和外界环境条件是指导灌溉与施肥的主要依据[12]。适宜的水肥用量有助于提高蔬菜产量，而水肥关系失调则会导致蔬菜生长缓慢，影响产量的形成。

水分对作物的产品结构与其他营养元素在植物体内的转移和分配有一定关系[13]。施肥可促进作物根系发育，扩大作物吸收水分和养分的空间，提高作物的吸水能力，降低叶水势，增加蒸腾量，减少蒸发量，在总供水量不变或增加不大的情况下显著提高水分利用效率，从而实现水肥耦合[14]。良好的水肥耦合能达到以水促肥、以肥调水的目的，通过水肥的交互作用实现蔬菜产量和品质的同步提高。

黄红荣等[15]研究表明，水分对番茄光合特性的影响大于肥料，而肥料对番茄干物质累积和转运的影响大于水分，茎对果实的干物质贡献率大于叶。王鹏勃等[16]研究表明，在相同施肥条件下，番茄单果质量随基质含水量的增加而增大；在相同水分条件下，番茄单果质量随着施肥量的增大呈先增加后降低的变化。

蒋静静等[17]在对黄瓜水肥耦合的研究中发现，在相同施肥条件下，黄瓜产量随灌水量的增多呈上升趋势；而在相同灌水量条件下，随着施肥量的增加，产量未表现出相似的变化规律。李翊华等[18]研究表明，在中等土壤水分和施肥水平下，甜椒生长表现出了较强的水肥耦合效应；在较高和较低的土壤水分条件下，施肥量过大和过小时甜椒生长均较慢，可能是因为水肥失调产生了拮抗作用。赵丽英等[19]提出，在作物经历干旱后增加肥料（如氮肥） 的施用量，可以产生补偿效应，即通过施肥及时补充养分，不仅能消除干旱胁迫造成的不利影响，还能调节植物的生理过程，有效提高作物产量和水分利用效率。李欣等[20]研究表明，水分和肥料及其交互作用对黄瓜的早期产量无显著影响，对中期和后期产量影响显著，且肥料的影响效应大于水分；而水分和肥料及其交互作用对袋培番茄产量的影响均达到了极显著水平[21]。

3 水肥耦合对设施蔬菜品质的影响

王鹏勃等[16]研究表明，在单株水肥用量为中肥（51.47 g） 中水（120 L） 条件下，番茄产量和品质最佳。在相同水分条件下，番茄果实的硝酸盐、可溶性蛋白和可滴定酸含量均随施肥量的增加而增加，而Vc、番茄红素、还原糖和可溶性糖含量却呈现先增加后降低的变化趋势；在相同肥料条件下，水分对硝酸盐、Vc、可溶性蛋白以及可溶性糖等含量表现为“稀释效应”，而水肥交互对其含量无显著影响[22]；且鲜食番茄的口感随水肥用量的增加而降低，其中肥料用量对番茄口感影响较大。施肥量和灌水量对番茄Vc以及可溶性糖含量的影响均达到极显著水平，且水分的作用大于肥料；灌水量对番茄糖酸比的影响较小，高肥处理对提高果实糖酸比效果显著[8，16]。王文娟[23]研究表明，开花着果期适当的水分亏缺有利于番茄可溶性糖和Vc 的积累，提高果实糖酸比；结果后期适当的水分亏缺有利于番茄可溶性蛋白和有机酸的积累。

4 水肥耦合对设施土壤环境和养分利用效率的影响

作物对养分的吸收、运输、转化及代谢均依赖于土壤中的水分[17]，水分可以促进养分向根系迁移，提高作物对养分的吸收率。合理施肥可以改善土壤理化性状，提高土壤的蓄水保墒能力，促进作物根系的生长发育，提高根系活性[24]。

水肥耦合可以调节土壤温度，改善土壤微生物数量和酶活性，减少硝态氮淋溶损失，同时为作物创造适宜的水肥生长条件。米国全等[25]研究表明，水氮协调供应可以明显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） 会降低土壤脲酶和磷酸酶的活性。强浩然等[26]研究表明，当基质含水量为最大持水量60%、施氮量为924.84 kg/hm2时，基质中固氮微生物的数量较多，理化性质较好，生长环境较优，适宜日光温室辣椒生长。

氮肥利用率主要受土壤含水量和施氮量的影响，水氮合理配施是提高氮肥利用效率的措施之一[27]。于红梅等[28]研究表明，与传统水氮处理（灌水量275 mm，施氮量423.3 kg/hm2） 相比，优化水氮处理（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。采用传统的施肥方式，氮肥利用效率仅为40%；而采用滴灌施肥，氮肥利用效率可提高至75%～80%[29]。

5 结语

水分和养分对植株营养生长、产量以及品质形成具有重要影响。适宜水分可以使土壤养分溶解状态和根系吸收状态处于最佳水平，促进作物对养分的吸收与利用；合理施肥可以促进作物根系发育，扩大作物吸收水分和养分的空间，提高水分利用效率以及作物产量和品质。通过水肥耦合可以弥补作物因水分或养分不足而造成的损失，达到“以肥促水、以水调肥”的目的。

作物生长发育是一个复杂的生理生化过程，受季节、土壤条件和环境因素的影响，同一蔬菜在不同地区，适宜的水肥耦合参数不尽相同，因此，应对作物—水肥—土壤—环境系统进行深入研究，以建立起适宜大部分地区应用的作物水肥耦合模型，推动水肥耦合技术在蔬菜生产上的应用与发展。