水肥耦合調控對南瓜生長及產量影響研究進展

鐘濤 張金霞 丁林

摘 要： 傳統的灌水、施肥方式不僅水肥利用率低、人工和成本增大，而且污染農田環境。水肥耦合技術通過對灌水與施肥合理的配比達到提高水肥利用效率、產量、品質，以降低生產成本的目的。綜述了水肥耦合調控對南瓜生長發育過程、光合作用、產量及品質的影響。結果表明，合理的水肥調控能顯著促進南瓜生長發育及光合作用，對干物質積累有積極作用，可提高南瓜產量與品質。最后對水肥耦合技術在農業生產中的推廣與應用進行了展望。

關鍵詞：水肥耦合；南瓜；光合作用；產量；品質

中圖分類號：S274 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）01-0113-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.01.020

0 引言

南瓜為南瓜屬一年生草本植物。因種植歷史悠久且栽培面積廣泛，我國成了世界上南瓜生產與消費的第1 大國，并帶來了較好的經濟效益[1]。南瓜含多種糖類、維生素、蛋白質、氨基酸和鈣質等成分。南瓜不僅原料豐富，而且具有較好的營養保健價值，幫助調節膳食營養的不平衡，受到人們廣泛的關注，其產品在食品行業、保健品行業都具有廣闊的發展前景[2]。

農作物的生產過程是一個多因素作用的復雜過程，在影響農作物生長發育的光、熱、水、氣、土和肥等因素中，水分和養分既占主導地位又易于人工調控[3-4]。水分和養分不僅影響土壤微生物的活動和土壤的性質，還參與了植物代謝等生理過程，可見土壤與水肥的聯系十分密切。在傳統農業生產中，人們主要關注作物的計劃施肥量，忽視了水肥間的交互作用。水分和養分各元素在作物生長中各自起著不同的作用；但在一定范圍內，由于各個元素間的協同作用，水肥諸因子可以相互通過補償來避免對作物造成消極的影響[5]。水肥耦合效應是指在農業生態系統中，根據水分和肥料及水肥中所含的氮、磷、鉀等元素之間的相互作用關系，對農作物生長發育、產量形成及其水肥利用效率的影響，可分為相互促進的正作用（即協同效應）、相互抵消的負作用（即拮抗效應）和各個體系效應之和的無效作用（即疊加效應）[6]。生產實踐中利用水肥耦合技術可達到水元素與礦物質元素的最佳結合，是促進農田高質量可持續發展的有力措施[7]。在合理范圍內，水分和養分的結合能提高水肥的利用效率[8]?？茖W合理的水肥制度，對提高水肥利用率、農作物產量及品質有重要意義[9]。本研究主要討論水肥耦合技術改善傳統的灌溉制度和施肥制度，尋求最優的水肥配比使南瓜達到優質高產的目標，避免因不合理的灌溉制度和施肥制度造成南瓜品質下降、生產成本浪費。

1 南瓜生長發育

水分參與作物的代謝過程，是細胞原生質的重要組成成分，更是作物一切生化反應的介質。作物生長發育需要的各種營養元素都需要水分來溶解和運輸，而水肥之間有著復雜的交互作用，因此南瓜的生長發育過程需要一個適宜的水肥條件[10]。南瓜對養分的需求在各生育期內有所不同，幼苗期需肥量較少，若生長前期施肥過多，會引起莖葉徒長，坐果不穩；而施肥過晚會影響南瓜果實的膨大，開花坐果期是南瓜需肥量最大的生育期，保證此關鍵時期營養充足可促進南瓜根莖葉生長[11]。馬建祥等[12] 研究發現，南瓜生長前期要適當控制水肥，防止前期植株生長過旺。因此，根據南瓜不同生育時期的需水、需肥要求，制定合理的灌水施肥制度，是南瓜獲得高產的基礎。

氮肥是南瓜生長過程中必需的養分元素之一，適量的氮肥可以促進南瓜的生長和發育，但過量的氮肥可能會對南瓜根系生長產生負面影響。水分利用效率和偏氮肥生產力會隨灌水量的增加而降低[13-14]。有研究發現，不同水氮處理會影響南瓜的細根根長；不合理的灌水和施氮會顯著降低水氮利用效率及南瓜根系各項指標[15]。楊鵬鳴等[16] 研究發現，過高的施肥水平會顯著減小南瓜幼苗的地下生物量，根冠比降低；而低肥處理下地下生物量有明顯的增加，根冠比明顯提高。說明適宜的水肥調控對南瓜根系增長起促進作用，而不合理的灌溉制度、施肥制度會導致南瓜生長過程中植株過于茂盛，促進了南瓜植株葉片的生長，而根系發育不良。因此，在灌溉、施肥時，應根據土壤條件和南瓜根系的生長需要，控制水肥用量，避免過量，造成生產成本的提高、產量和品質的下降。

氮、磷、鉀是南瓜生長所需的主要營養元素，每種營養元素都有著獨一無二的功能與作用，科學配施氮、磷、鉀肥是提高南瓜水肥利用效率、產量及品質的關鍵。佟玉欣等[17] 研究表明，在最佳處理的基礎上，不施氮肥（O-N）會影響磷、鉀的吸收；同樣條件下分別不施磷肥（O-P）和鉀肥（O-K），會影響氮鉀和氮磷的吸收。這說明各元素間存在著協同作用，平衡施肥可以有利于養分的均衡吸收。也有研究表明，適宜的肥料配比會顯著影響南瓜對氮、磷、鉀肥的吸收利用率，對南瓜的生長發育有積極的促進作用[18]。程利峰[19] 研究發現， 氮、磷、鉀（ N∶P∶K 配比1.5∶1∶1）平衡施肥可以顯著增加南瓜蔓長、莖粗、生長量，促進南瓜發育。也有研究得出相似的結論，最優處理（N∶P∶K 配比接近2∶1∶1）下南瓜的株高、蔓長、分支數、首雌花出現率和雌雄花數的最大值均顯著優于其他處理[20]。不同生長階段南瓜對氮、磷、鉀肥的需求量不同。在早期，需要適量的肥來促進植株生長，同時避免出現徒長；在中期階段需要適量的磷肥來提高花節數量和果實品質；在后期階段，需要適量的鉀肥來促進果實的膨大和提高產量。

綜上所述，水肥耦合對南瓜生長發育的影響顯著，水肥耦合調控能影響南瓜株高、蔓長、根長、葉片數和葉面積等主要生長參數，從而改善南瓜生長發育過程。合理的水肥耦合調控，可以提高南瓜的生長速度和產量，因不同生長階段南瓜對水肥的需求量不同，所以在灌溉、施肥時應注意根據南瓜生長階段進行調控。

2 南瓜光合作用

光合作用是農作物重要的生理活動，水分是光合反應的原料之一，參與了農作物光合的全過程；同時農作物吸收營養元素及有機物質，以維持正常的生命活動[21]。

鉀元素在南瓜光合作用中起重要作用，如調節南瓜葉片氣孔開關、為光合酶作催化劑等，對南瓜葉的營養生長有顯著的促進作用。黃偉等[22] 研究發現，在土壤干旱條件下，南瓜葉片的光合速率隨鉀肥施用量的增加而提高；鉀肥的施用降低了南瓜葉片的蒸騰速率，保持了葉片含水量，有效促進了葉片干物質的積累。高靜[23] 研究發現，適宜的施肥、灌水水平可以提高南瓜葉片的葉綠素含量和凈光合速率，水分過高時反而呈抑制作用。AMAO P 等[24] 研究發現，水肥對南瓜葉片生長有顯著影響，科學合理的水肥管理能顯著提高葉片的養分，進而促進光合作用。

氮、磷、鉀肥對南瓜生長及光合作用起積極作用，但需注意合理配施，施肥水平過低和過高均對南瓜生長和產量起抑制作用。有研究發現，在高氮、磷、鉀肥處理下，南瓜產量增長不顯著；中肥處理下南瓜葉抗氧化活性和酚類抗氧化劑濃度達到最佳水平；高肥處理下，葉片抗氧化活性和酚類抗氧化濃度顯著降低；鉀肥能促進南瓜葉正常呼吸、氧化磷酸化及ATP（腺苷三磷酸）形成，鉀脅迫下作物光合酶活性降低，從而制約了作物的光合作用[25]。葉片在養分脅迫下將更多的碳分配至非光合結構上，同時降低了光合功能的碳投入，減少葉綠體數量和葉綠體面向細胞空隙的有效面積，增加葉片內部CO2 傳輸阻力，降低光合效率[26]。

合理的水肥配比可以促進南瓜的生長和提高南瓜葉片光合作用效率，從而獲得高產[27]。諸多研究指出，作物的實際光合效率受到水肥影響顯著，合理的水氮配比可顯著提高作物的光合性能[28-30]。水肥配比合理可以促進南瓜的生長和發育，使其充分發揮光合作用的效能，適宜的水肥配比有利于提高葉綠素含量。高靜[23] 研究發現，肥力條件一定時，中水處理下的葉綠素含量高于高水和低水兩個處理；而在水分條件一定時，無肥N0P0 處理和高肥N2P2 處理的葉綠素含量都相對低于中肥N1P1 處理；同等施肥條件下，隨著追肥比例的提高，南瓜葉片的葉綠素含量、蒸騰速率及氣孔導度均呈現先上升后下降的趨勢。

施肥量、灌水量、施肥種類和水肥配比等對南瓜生長均有著重要的影響。水肥因素能通過影響南瓜葉片的光合面積、二氧化碳的同化作用、葉綠素含量及光合酶活性等多種葉片生理生態因素水平來調節葉片的光合特性，從而促進了農作物的光合作用。因此南瓜生長期間的水肥管理應該根據土壤肥力、南瓜生育期、南瓜生長狀態等因素進行調整，以此來充分使其發揮光合作用的效能。

3 南瓜產量

南瓜產量對水肥響應十分明顯，適當的水分和肥料可以提高南瓜的產量，而過高過低的水肥水平都會影響南瓜的產量。董肖杰[31] 研究發現，中低水處理下產量達到最優且外觀、品質最好，與對照處理比較產量提高了117.41%，營養指標參數均有不同程度提高。馬紅菊[32] 研究發現，在南瓜不同生育期補灌不同水量比未補灌的處理產量均有不同程度的提高；在南瓜不同生育期追肥均可顯著提升產量及水分利用效率，其中在伸蔓期追肥產量提升達到最大，較無追肥提高87.3%。ANSARY S H 等[33] 研究發現，在適宜的施肥水平下，提高灌水頻率可以促進作物的營養生長和生殖生長，為后期產量的形成奠定了基礎。也有研究得出相似結論[34-35]。

不同水肥處理對南瓜的產量存在顯著的差異。程利峰等[36] 研究發現，采用定植畦邊溝施肥可以顯著提高產量，原因是根系接觸肥料較晚，避免了生長前期出現徒長，這樣有利于促進南瓜果實的發育。水肥耦合對南瓜產量影響顯著，南瓜的產量與水肥配施息息相關，適宜的水肥耦合調控能促進南瓜生長發育，提高凈光合速率，提高其產量；而較高或較低濃度下均會抑制產量的形成。黃文浩[37] 研究發現，氮、鉀、鎂肥的水平過低會顯著延緩南瓜的生長發育并降低南瓜的產量，而過高同樣會降低南瓜的產量。CHEN Y 等[38]研究發現，南瓜產量與氮、磷、鉀肥存在顯著的回歸關系，隨著氮、磷、鉀肥施用量的增加而先增加后降低。王澤林[39] 研究發現，南瓜產量在一定范圍內隨施氮量的增加而增加，氮肥施用量過多時，產量增加不顯著。周文波[40] 通過營養液來模擬水肥情況的試驗表明，在營養液配方一定時隨著供液量的增加產量呈先上升后下降的整體趨勢；在供液量一定時氮、磷、鉀元素的不同配比使南瓜的產量出現顯著的差異。塔娜等[41] 研究發現，單一水處理下南瓜產量未受氮添加量的影響；水肥耦合處理下，南瓜產量隨氮添加水平的提高而顯著增加。

南瓜產量對水肥耦合響應十分明顯。灌溉施肥的方式、種類、用量和水肥配比等因素均影響南瓜的產量。因此，實際生產中需要根據南瓜的生長階段和土壤情況，合理制定水肥耦合調控制度，才能促進南瓜的生長和產量的提高。

4 南瓜品質

水肥耦合會影響南瓜營養物質的生產和干物質的積累進而影響品質，適當的水肥耦合調控可以促進南瓜的生長和增加產量，同時也可以提高南瓜的品質。目前相關研究主要是通過對氮、磷、鉀肥施用量和灌水量的調控，達到增產和提升品質的效果[42]。

水肥對南瓜品質有重要的影響，適度的水分和肥料可以促進南瓜的膨大和生長，增加南瓜產量，提升南瓜營養含量，如維生素、礦物質等；過低或過高的施肥、灌水水平都會對南瓜產量及品質起抑制作用。楊曉婷等[13] 研究發現，南瓜橫徑、縱徑隨著灌水頻率和灌水量的提高顯著增加。佟玉欣等[17] 研究發現，平衡配施氮、磷、鉀肥可以提高南瓜中可溶性糖、粗蛋白、粗脂肪和淀粉含量，進而提高南瓜的品質。鄒冰雪等[43] 研究了不同的氮、磷、鉀肥配比對南瓜全生育期的干物質積累、分配的影響，發現適宜的氮、磷、鉀肥配比可以增加南瓜干物質的積累量，同時通過提高籽粒的飽滿度達到提高南瓜品質的效果。程利峰[19]研究發現，在一定范圍內南瓜的淀粉、可溶性固形物、可溶性蛋白質含量隨著氮、磷、鉀肥施用量的增加而增加，達到一定范圍后影響明顯降低。有研究表明，適宜的配施氮、磷、鉀肥可以提高南瓜的營養生長跟產量，并顯著增加了南瓜果實的礦物質和維生素C 含量[44]。LI X 等[45] 研究發現，適當的虧水調控下南瓜的可溶性糖含量、有機酸、維生素C、蛋白質和可溶性固形物含量均有不同程度的提升。

水肥耦合對南瓜的橫徑、縱徑、質量、維生素C、淀粉及可溶性固形物等品質指標影響明顯，同時也說明水肥耦合調控需要在一個適宜的范圍內，適量的水分和肥料可以促進南瓜的生長和發育，因而促進南瓜維生素C 等營養物質的形成，過量的水分和肥料會導致南瓜生長過快，而無法充分積累營養物質，有研究也得到相似結論[46]。因此，要提高南瓜品質，首先要保證合理的水肥制度，避免過量或不足，保證南瓜能高效地進行光合作用和營養物質的合成。

5 結束語

水肥耦合技術是發展節水、高效、綠色農業的關鍵。其優勢在于可以將灌溉和施肥有機地結合起來，大幅度提高水肥利用效率，從而達到以肥調水、以水促肥和增產節肥的效果。

水肥耦合直接影響南瓜的生長發育、產量和品質，是實現南瓜優質高效高產的重要農田管理措施之一。長期以來，由于受農田管理技術水平和傳統觀念的影響，農業生產中水肥用量大、成本高、品質低并且對農田環境造成了污染。

隨著經濟發展及面臨耕地減少實際問題，發展高產、優質、高效、安全、生態和可持續發展農業迫在眉睫。

研究人員對水肥耦合技術十分關注，但目前水肥耦合技術的熱點集中在西紅柿、辣椒、小麥和玉米等農作物方面，對南瓜的研究較少。如何通過科學、合理的水肥耦合調控來降低生產成本，實現南瓜的優質高產還需要進一步關注。其次，近年來關于南瓜光合特性的研究有限，南瓜光合作用對水肥耦合調控的響應機制需深入探討。因水、熱、土、氣條件不同，導致水肥耦合反饋模型存在一定局限性，模型只適用于當前區域，無疑加大了水肥耦合技術推廣和應用的難度，如何建立成熟完善的技術模式，亟待更深入的研究。發展綠色、高產、高效、優質農產品，必須轉變發展方式，在資源高效利用的道路上不斷探索，樹立水肥耦合和科學的管理理念。