水肥耦合调控对南瓜生长及产量影响研究进展

钟涛 张金霞 丁林

摘 要： 传统的灌水、施肥方式不仅水肥利用率低、人工和成本增大，而且污染农田环境。水肥耦合技术通过对灌水与施肥合理的配比达到提高水肥利用效率、产量、品质，以降低生产成本的目的。综述了水肥耦合调控对南瓜生长发育过程、光合作用、产量及品质的影响。结果表明，合理的水肥调控能显著促进南瓜生长发育及光合作用，对干物质积累有积极作用，可提高南瓜产量与品质。最后对水肥耦合技术在农业生产中的推广与应用进行了展望。

关键词：水肥耦合；南瓜；光合作用；产量；品质

中图分类号：S274 文献标识码：A 文章编号：2095-1795（2024）01-0113-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.01.020

0 引言

南瓜为南瓜属一年生草本植物。因种植历史悠久且栽培面积广泛，我国成了世界上南瓜生产与消费的第1 大国，并带来了较好的经济效益[1]。南瓜含多种糖类、维生素、蛋白质、氨基酸和钙质等成分。南瓜不仅原料丰富，而且具有较好的营养保健价值，帮助调节膳食营养的不平衡，受到人们广泛的关注，其产品在食品行业、保健品行业都具有广阔的发展前景[2]。

农作物的生产过程是一个多因素作用的复杂过程，在影响农作物生长发育的光、热、水、气、土和肥等因素中，水分和养分既占主导地位又易于人工调控[3-4]。水分和养分不仅影响土壤微生物的活动和土壤的性质，还参与了植物代谢等生理过程，可见土壤与水肥的联系十分密切。在传统农业生产中，人们主要关注作物的计划施肥量，忽视了水肥间的交互作用。水分和养分各元素在作物生长中各自起着不同的作用；但在一定范围内，由于各个元素间的协同作用，水肥诸因子可以相互通过补偿来避免对作物造成消极的影响[5]。水肥耦合效应是指在农业生态系统中，根据水分和肥料及水肥中所含的氮、磷、钾等元素之间的相互作用关系，对农作物生长发育、产量形成及其水肥利用效率的影响，可分为相互促进的正作用（即协同效应）、相互抵消的负作用（即拮抗效应）和各个体系效应之和的无效作用（即叠加效应）[6]。生产实践中利用水肥耦合技术可达到水元素与矿物质元素的最佳结合，是促进农田高质量可持续发展的有力措施[7]。在合理范围内，水分和养分的结合能提高水肥的利用效率[8]。科学合理的水肥制度，对提高水肥利用率、农作物产量及品质有重要意义[9]。本研究主要讨论水肥耦合技术改善传统的灌溉制度和施肥制度，寻求最优的水肥配比使南瓜达到优质高产的目标，避免因不合理的灌溉制度和施肥制度造成南瓜品质下降、生产成本浪费。

1 南瓜生长发育

水分参与作物的代谢过程，是细胞原生质的重要组成成分，更是作物一切生化反应的介质。作物生长发育需要的各种营养元素都需要水分来溶解和运输，而水肥之间有着复杂的交互作用，因此南瓜的生长发育过程需要一个适宜的水肥条件[10]。南瓜对养分的需求在各生育期内有所不同，幼苗期需肥量较少，若生长前期施肥过多，会引起茎叶徒长，坐果不稳；而施肥过晚会影响南瓜果实的膨大，开花坐果期是南瓜需肥量最大的生育期，保证此关键时期营养充足可促进南瓜根茎叶生长[11]。马建祥等[12] 研究发现，南瓜生长前期要适当控制水肥，防止前期植株生长过旺。因此，根据南瓜不同生育时期的需水、需肥要求，制定合理的灌水施肥制度，是南瓜获得高产的基础。

氮肥是南瓜生长过程中必需的养分元素之一，适量的氮肥可以促进南瓜的生长和发育，但过量的氮肥可能会对南瓜根系生长产生负面影响。水分利用效率和偏氮肥生产力会随灌水量的增加而降低[13-14]。有研究发现，不同水氮处理会影响南瓜的细根根长；不合理的灌水和施氮会显著降低水氮利用效率及南瓜根系各项指标[15]。杨鹏鸣等[16] 研究发现，过高的施肥水平会显著减小南瓜幼苗的地下生物量，根冠比降低；而低肥处理下地下生物量有明显的增加，根冠比明显提高。说明适宜的水肥调控对南瓜根系增长起促进作用，而不合理的灌溉制度、施肥制度会导致南瓜生长过程中植株过于茂盛，促进了南瓜植株叶片的生长，而根系发育不良。因此，在灌溉、施肥时，应根据土壤条件和南瓜根系的生长需要，控制水肥用量，避免过量，造成生产成本的提高、产量和品质的下降。

氮、磷、钾是南瓜生长所需的主要营养元素，每种营养元素都有着独一无二的功能与作用，科学配施氮、磷、钾肥是提高南瓜水肥利用效率、产量及品質的关键。佟玉欣等[17] 研究表明，在最佳处理的基础上，不施氮肥（O-N）会影响磷、钾的吸收；同样条件下分别不施磷肥（O-P）和钾肥（O-K），会影响氮钾和氮磷的吸收。这说明各元素间存在着协同作用，平衡施肥可以有利于养分的均衡吸收。也有研究表明，适宜的肥料配比会显著影响南瓜对氮、磷、钾肥的吸收利用率，对南瓜的生长发育有积极的促进作用[18]。程利峰[19] 研究发现， 氮、磷、钾（ N∶P∶K 配比1.5∶1∶1）平衡施肥可以显著增加南瓜蔓长、茎粗、生长量，促进南瓜发育。也有研究得出相似的结论，最优处理（N∶P∶K 配比接近2∶1∶1）下南瓜的株高、蔓长、分支数、首雌花出现率和雌雄花数的最大值均显著优于其他处理[20]。不同生长阶段南瓜对氮、磷、钾肥的需求量不同。在早期，需要适量的肥来促进植株生长，同时避免出现徒长；在中期阶段需要适量的磷肥来提高花节数量和果实品质；在后期阶段，需要适量的钾肥来促进果实的膨大和提高产量。

综上所述，水肥耦合对南瓜生长发育的影响显著，水肥耦合调控能影响南瓜株高、蔓长、根长、叶片数和叶面积等主要生长参数，从而改善南瓜生长发育过程。合理的水肥耦合调控，可以提高南瓜的生长速度和产量，因不同生长阶段南瓜对水肥的需求量不同，所以在灌溉、施肥时应注意根据南瓜生长阶段进行调控。

2 南瓜光合作用

光合作用是农作物重要的生理活动，水分是光合反应的原料之一，参与了农作物光合的全过程；同时农作物吸收营养元素及有机物质，以维持正常的生命活动[21]。

钾元素在南瓜光合作用中起重要作用，如调节南瓜叶片气孔开关、为光合酶作催化剂等，对南瓜叶的营养生长有显著的促进作用。黄伟等[22] 研究发现，在土壤干旱条件下，南瓜叶片的光合速率随钾肥施用量的增加而提高；钾肥的施用降低了南瓜叶片的蒸腾速率，保持了叶片含水量，有效促进了叶片干物质的积累。高静[23] 研究发现，适宜的施肥、灌水水平可以提高南瓜叶片的叶绿素含量和净光合速率，水分过高时反而呈抑制作用。AMAO P 等[24] 研究发现，水肥对南瓜叶片生长有显著影响，科学合理的水肥管理能显著提高叶片的养分，进而促进光合作用。

氮、磷、钾肥对南瓜生长及光合作用起积极作用，但需注意合理配施，施肥水平过低和过高均对南瓜生长和产量起抑制作用。有研究发现，在高氮、磷、钾肥处理下，南瓜产量增长不显著；中肥处理下南瓜叶抗氧化活性和酚类抗氧化剂浓度达到最佳水平；高肥处理下，叶片抗氧化活性和酚类抗氧化浓度显著降低；钾肥能促进南瓜叶正常呼吸、氧化磷酸化及ATP（腺苷三磷酸）形成，钾胁迫下作物光合酶活性降低，从而制约了作物的光合作用[25]。叶片在养分胁迫下将更多的碳分配至非光合结构上，同时降低了光合功能的碳投入，减少叶绿体数量和叶绿体面向细胞空隙的有效面积，增加叶片内部CO2 传输阻力，降低光合效率[26]。

合理的水肥配比可以促进南瓜的生长和提高南瓜叶片光合作用效率，从而获得高产[27]。诸多研究指出，作物的实际光合效率受到水肥影响显著，合理的水氮配比可显著提高作物的光合性能[28-30]。水肥配比合理可以促进南瓜的生长和发育，使其充分发挥光合作用的效能，适宜的水肥配比有利于提高叶绿素含量。高静[23] 研究发现，肥力条件一定时，中水处理下的叶绿素含量高于高水和低水两个处理；而在水分条件一定时，无肥N0P0 处理和高肥N2P2 处理的叶绿素含量都相对低于中肥N1P1 处理；同等施肥条件下，随着追肥比例的提高，南瓜叶片的叶绿素含量、蒸腾速率及气孔导度均呈现先上升后下降的趋势。

施肥量、灌水量、施肥种类和水肥配比等对南瓜生长均有着重要的影响。水肥因素能通过影响南瓜叶片的光合面积、二氧化碳的同化作用、叶绿素含量及光合酶活性等多种叶片生理生态因素水平来调节叶片的光合特性，从而促进了农作物的光合作用。因此南瓜生长期间的水肥管理应该根据土壤肥力、南瓜生育期、南瓜生长状态等因素进行调整，以此来充分使其发挥光合作用的效能。

3 南瓜产量

南瓜产量对水肥响应十分明显，适当的水分和肥料可以提高南瓜的产量，而过高过低的水肥水平都会影响南瓜的产量。董肖杰[31] 研究发现，中低水处理下产量达到最优且外观、品质最好，与对照处理比较产量提高了117.41%，营养指标参数均有不同程度提高。马红菊[32] 研究发现，在南瓜不同生育期补灌不同水量比未补灌的处理产量均有不同程度的提高；在南瓜不同生育期追肥均可显著提升产量及水分利用效率，其中在伸蔓期追肥产量提升达到最大，较无追肥提高87.3%。ANSARY S H 等[33] 研究发现，在适宜的施肥水平下，提高灌水频率可以促进作物的营养生长和生殖生长，为后期产量的形成奠定了基础。也有研究得出相似结论[34-35]。

不同水肥处理对南瓜的产量存在显著的差异。程利峰等[36] 研究发现，采用定植畦边沟施肥可以显著提高产量，原因是根系接触肥料较晚，避免了生长前期出现徒长，这样有利于促进南瓜果实的发育。水肥耦合对南瓜产量影响显著，南瓜的产量与水肥配施息息相关，适宜的水肥耦合调控能促进南瓜生长发育，提高净光合速率，提高其产量；而较高或较低浓度下均会抑制产量的形成。黄文浩[37] 研究发现，氮、钾、镁肥的水平过低会显著延缓南瓜的生长发育并降低南瓜的产量，而过高同样会降低南瓜的产量。CHEN Y 等[38]研究发现，南瓜产量与氮、磷、钾肥存在显著的回归关系，随着氮、磷、钾肥施用量的增加而先增加后降低。王泽林[39] 研究发现，南瓜产量在一定范围内随施氮量的增加而增加，氮肥施用量过多时，产量增加不显著。周文波[40] 通过营养液来模拟水肥情况的试验表明，在营养液配方一定时随着供液量的增加产量呈先上升后下降的整体趋势；在供液量一定时氮、磷、钾元素的不同配比使南瓜的产量出现显著的差异。塔娜等[41] 研究发现，单一水处理下南瓜产量未受氮添加量的影響；水肥耦合处理下，南瓜产量随氮添加水平的提高而显著增加。

南瓜产量对水肥耦合响应十分明显。灌溉施肥的方式、种类、用量和水肥配比等因素均影响南瓜的产量。因此，实际生产中需要根据南瓜的生长阶段和土壤情况，合理制定水肥耦合调控制度，才能促进南瓜的生长和产量的提高。

4 南瓜品质

水肥耦合会影响南瓜营养物质的生产和干物质的积累进而影响品质，适当的水肥耦合调控可以促进南瓜的生长和增加产量，同时也可以提高南瓜的品质。目前相关研究主要是通过对氮、磷、钾肥施用量和灌水量的调控，达到增产和提升品质的效果[42]。

水肥对南瓜品质有重要的影响，适度的水分和肥料可以促进南瓜的膨大和生长，增加南瓜产量，提升南瓜营养含量，如维生素、矿物质等；过低或过高的施肥、灌水水平都会对南瓜产量及品质起抑制作用。杨晓婷等[13] 研究发现，南瓜横径、纵径随着灌水频率和灌水量的提高显著增加。佟玉欣等[17] 研究发现，平衡配施氮、磷、钾肥可以提高南瓜中可溶性糖、粗蛋白、粗脂肪和淀粉含量，进而提高南瓜的品质。邹冰雪等[43] 研究了不同的氮、磷、钾肥配比对南瓜全生育期的干物质积累、分配的影响，发现适宜的氮、磷、钾肥配比可以增加南瓜干物质的积累量，同时通过提高籽粒的饱满度达到提高南瓜品质的效果。程利峰[19]研究发现，在一定范围内南瓜的淀粉、可溶性固形物、可溶性蛋白质含量随着氮、磷、钾肥施用量的增加而增加，达到一定范围后影响明显降低。有研究表明，适宜的配施氮、磷、钾肥可以提高南瓜的营养生长跟产量，并显著增加了南瓜果实的矿物质和维生素C 含量[44]。LI X 等[45] 研究发现，适当的亏水调控下南瓜的可溶性糖含量、有机酸、维生素C、蛋白质和可溶性固形物含量均有不同程度的提升。

水肥耦合对南瓜的横径、纵径、质量、维生素C、淀粉及可溶性固形物等品质指标影响明显，同时也说明水肥耦合调控需要在一个适宜的范围内，适量的水分和肥料可以促进南瓜的生长和发育，因而促进南瓜维生素C 等营养物质的形成，过量的水分和肥料会导致南瓜生长过快，而无法充分积累营养物质，有研究也得到相似结论[46]。因此，要提高南瓜品质，首先要保证合理的水肥制度，避免过量或不足，保证南瓜能高效地进行光合作用和营养物质的合成。

5 结束语

水肥耦合技术是发展节水、高效、绿色农业的关键。其优势在于可以将灌溉和施肥有机地结合起来，大幅度提高水肥利用效率，从而达到以肥调水、以水促肥和增产节肥的效果。

水肥耦合直接影响南瓜的生长发育、产量和品质，是实现南瓜优质高效高产的重要农田管理措施之一。长期以来，由于受农田管理技术水平和传统观念的影响，农业生产中水肥用量大、成本高、品质低并且对农田环境造成了污染。

随着经济发展及面临耕地减少实际问题，发展高产、优质、高效、安全、生态和可持续发展农业迫在眉睫。

研究人员对水肥耦合技术十分关注，但目前水肥耦合技术的热点集中在西红柿、辣椒、小麦和玉米等农作物方面，对南瓜的研究较少。如何通过科学、合理的水肥耦合调控来降低生产成本，实现南瓜的优质高产还需要进一步关注。其次，近年来关于南瓜光合特性的研究有限，南瓜光合作用对水肥耦合调控的响应机制需深入探讨。因水、热、土、气条件不同，导致水肥耦合反馈模型存在一定局限性，模型只适用于当前区域，无疑加大了水肥耦合技术推广和应用的难度，如何建立成熟完善的技术模式，亟待更深入的研究。发展绿色、高产、高效、优质农产品，必须转变发展方式，在资源高效利用的道路上不断探索，树立水肥耦合和科学的管理理念。