李 浪

( 四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，水利水電學(xué)院，四川成都 610065)

滴灌條件下水肥耦合對(duì)水果產(chǎn)量及品質(zhì)影響的研究進(jìn)展

李 浪

( 四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，水利水電學(xué)院，四川成都 610065)

我國是果業(yè)大國，但是果業(yè)生產(chǎn)中普遍存在著不科學(xué)的水肥管理，導(dǎo)致灌溉水的浪費(fèi)和肥料的流失，更加劇了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的污染。這也正是我國并未成為水果強(qiáng)國的重要原因。如何利用先進(jìn)的灌溉技術(shù)，以有限的水肥投入促進(jìn)水果生產(chǎn)，并達(dá)到節(jié)水節(jié)肥、優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)、高效環(huán)保目的，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水領(lǐng)域迫切需要解決的關(guān)鍵問題。該研究討論了水肥耦合的概念以及滴灌條件下水肥耦合對(duì)水果產(chǎn)量、品質(zhì)的影響和對(duì)產(chǎn)量的模擬研究現(xiàn)狀，并且對(duì)今后的研究進(jìn)行了展望。

水肥耦合；產(chǎn)量；品質(zhì)；水肥利用率

近年來,隨著人們生活水平的提高,對(duì)水果品質(zhì)的要求越來越高。果品生產(chǎn)業(yè)正經(jīng)歷著從數(shù)量單方面效益型向注重提高品質(zhì)、質(zhì)量雙效益方向轉(zhuǎn)化。水果品質(zhì)主要決定于遺傳因子,但環(huán)境因子如施肥和灌水對(duì)水果品質(zhì)也有著重要的影響。施肥對(duì)水果品質(zhì)的影響大致分為4個(gè)階段,即①從養(yǎng)分供應(yīng)不足到適宜范圍,其品質(zhì)逐漸改善;②在適宜養(yǎng)分范圍內(nèi),增加養(yǎng)分往往沒有效果;③從適宜范圍到奢侈消耗養(yǎng)分階段,可能會(huì)降低品質(zhì);④養(yǎng)分再進(jìn)一步增加到毒害范圍,明顯降低品質(zhì)。水肥耦合研究正是通過試驗(yàn)確定最佳水肥管理模式，最大限度地控制施肥對(duì)水果品質(zhì)的影響在第一階段。充分發(fā)揮水分、肥料的潛力，盡可能提高作物產(chǎn)量、水分利用率及肥料利用率，降低施肥過量所引起的土壤、水體污染與肥料流失，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境向良性發(fā)展。

1 國內(nèi)外水肥耦合研究現(xiàn)狀

1.1 水肥耦合的概念 耦合是物理學(xué)的一個(gè)概念。它是指2個(gè)( 或2個(gè)以上的) 體系或運(yùn)動(dòng)形式之間,通過各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象。水肥耦合(Water and fertilizers coupling)則是物理學(xué)概念的借用,由Arnon[1]提出的田間水肥管理的新概念，指水分和肥料二因素或水分與肥料中的氮、磷、鉀等因素之間的相互作用對(duì)植物生長及其利用效率的影響。目前，關(guān)于水肥耦合對(duì)作物產(chǎn)量、品質(zhì)及產(chǎn)量的試驗(yàn)及模擬研究已經(jīng)初見成效，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐提供了理論指導(dǎo)。

1.2 水肥耦合在提升水果產(chǎn)量方面的應(yīng)用研究進(jìn)展 作物的品質(zhì)和產(chǎn)量形成是作物生長中極為重要的一環(huán)，也是整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的最后一環(huán)。實(shí)現(xiàn)對(duì)品質(zhì)和產(chǎn)量的調(diào)控，是水肥耦合技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上經(jīng)濟(jì)效益的體現(xiàn)，也是水肥耦合技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中能夠得到大面積推廣應(yīng)用的前提條件。

邱繼水等[2]發(fā)現(xiàn)，在水肥耦合微噴灌溉僅為微噴灌溉后撒肥或人工淋灌撒肥處理的70%施肥量條件下,香蕉生長結(jié)果各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu),表明香蕉水肥耦合微噴灌溉可減少肥料施用量的30%。虞娜等[3]研究了膜下滴灌水肥耦合對(duì)番茄產(chǎn)量的影響，指出鉀肥和氮肥分別為295.69～330.17和327.13～352.01 kg/hm2，土壤吸力為20 kPa時(shí)產(chǎn)量最高。馬波等[4]研究指出，影響壓砂地西瓜產(chǎn)量的因素順序?yàn)楣嗨~>施油渣量>施復(fù)合肥量，施油渣量與灌水量較高的組合產(chǎn)量較高。Zeng 等[5]研究表明，甜瓜生長、果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)、株高、莖粗以及果實(shí)產(chǎn)量受灌溉用水量的影響顯著。孫文濤等[6]提出，日光溫室中膜下滴灌水肥耦合最優(yōu)水肥組合方案為灌水定額2 704.50～2836.95 m3/hm2，同時(shí)施肥定額為265.50～309.64 kg/hm2。

1.3 水肥在提升水果品質(zhì)方面的應(yīng)用研究進(jìn)展 一般，水果品質(zhì)是指物理品質(zhì)和化學(xué)品質(zhì)。物理品質(zhì)主要包括風(fēng)味、著色度、果實(shí)硬度，化學(xué)品質(zhì)主要包括可溶性固形物(TSS)、維生素C(VC)、有機(jī)酸(OC)、可溶性糖(SS)。這些成分往往是由環(huán)境因素決定的,主要是受水肥相互作用的影響。維生素是人體生命活動(dòng)不可缺少的營養(yǎng)物質(zhì),必須從食物中攝取,因此水果VC含量與人類健康有著極為密切的關(guān)系,是水果營養(yǎng)品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。李波等[7]指出，在樹莓整個(gè)生育期內(nèi)，當(dāng)土壤水分控制在田間持水量的50%～60% 時(shí),樹莓果實(shí)品質(zhì)最佳。王鐵良等[8]田間試驗(yàn)表明，在施肥水平相同的條件下,適中的土壤含水量有利于果實(shí)中有機(jī)酸、可溶性糖和SOD營養(yǎng)物質(zhì)的積累,充足的土壤含水量有利于果實(shí)中可溶性固形物和 VC含量的積累。土壤含水量控制在32%以上,施肥量在460.95 kg/hm2水平有利于樹莓光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)的提高以及午休時(shí)間的縮短;土壤含水量控制在26.2%以上,施肥量在270 kg/hm2水平時(shí)有利于提高樹莓果實(shí)品質(zhì)。陳碧華等[9]研究指出，膜下滴灌條件下番茄品質(zhì)與水肥呈顯著回歸關(guān)系，其影響程度為施肥量>灌水量，最優(yōu)水肥組合方案為：灌水定額27 0415～280 516 m3/hm2，施肥定額為270 145～309 164 kg/hm2。張麗瑩等[10]研究了溫室無土栽培條件下水肥耦合對(duì)作物葉片中可溶性糖含量及糖代謝相關(guān)酶的影響，發(fā)現(xiàn)灌水量處理對(duì)蔗糖合成酶(SS)活性、可溶性糖含量及磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性影響在各個(gè)時(shí)期均達(dá)到顯著或極顯著水平。趙志華等[11]采用根系分區(qū)交替滴灌的水肥耦合方式，提出水肥耦合最為高效、優(yōu)質(zhì)的方案為：灌水上限85%，交替灌溉，N120 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，K2O180 kg/hm2，雙側(cè)施肥。武陽等[12]研究指出，高水低肥抑制了生育前期香梨樹的營養(yǎng)生長，提高了香梨果實(shí)產(chǎn)量和灌溉水利用效率。周博等[13]研究指出，降低N、P、K比例為2∶1∶3，可增加番茄果實(shí)可溶性糖含量，降低硝態(tài)氮和有機(jī)酸含量，改善果實(shí)品質(zhì)。

1.4 基于不同水肥耦合模式下作物產(chǎn)量的模擬 Shrestha等[14]運(yùn)用AquaCrop模擬作物的產(chǎn)量，發(fā)現(xiàn)模擬值與實(shí)測(cè)值之間的相對(duì)均方根誤差均在0.08以下且Nash效率系數(shù)均達(dá)到0.90以上。翟丙年等[15]根據(jù)二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)原理及DPSWIN 軟件計(jì)算求得不同水分條件下氮素對(duì)冬小麥產(chǎn)量影響的數(shù)學(xué)模型。王鳳仙等[16]利用作物—土壤聯(lián)合模型，研究了土壤氮資源的利用、周年利用率和損失，指出合理的年灌水量在200～320 mm 之間時(shí)氮吸收量增加，且土壤水和氮資源的周年利用效率可分別達(dá)9.0×10-5hm2/m3和1.5×10-4hm2/kg左右。李廣等[17]研究了水肥耦合作用對(duì)作物產(chǎn)量影響的機(jī)理和規(guī)律，調(diào)試并驗(yàn)證了APSIM模型。姚靜等[18]利用四因素二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，建立了水肥耦合模型，結(jié)果表明影響甜瓜產(chǎn)量的因素順序?yàn)?鉀>磷>水>氮。龔少紅[19]建立了用于水稻產(chǎn)量預(yù)測(cè)的修正Mogrna模型和動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

2 水肥耦合技術(shù)未來的研究方向和領(lǐng)域

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的體系。在明確以肥調(diào)水和以水促肥的基礎(chǔ)上,水肥耦合效應(yīng)還應(yīng)在以下方面開展進(jìn)一步研究。

2.1 依據(jù)不同試驗(yàn)?zāi)康?選用模擬或田間試驗(yàn)，同時(shí)采取長期觀察 大部分此類研究工作采用模擬試驗(yàn)。模擬試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是其條件的可控性和試驗(yàn)設(shè)計(jì)的高精確性，在研究不同水肥處理對(duì)植物生理方面的影響時(shí)應(yīng)用得更加廣泛；缺點(diǎn)是模擬試驗(yàn)得出的水肥效應(yīng)結(jié)果與實(shí)際相差較大。因此,簡單地用模擬試驗(yàn)的結(jié)果定性農(nóng)田水肥耦合效應(yīng)是不合適的，應(yīng)將田間試驗(yàn)與模擬試驗(yàn)配合起來。此外，大部分試驗(yàn)僅分析了水果一兩個(gè)完整生育期的水肥耦合數(shù)據(jù)，缺乏長期的觀測(cè)，結(jié)論有一定的局限性，所以需要進(jìn)行多年試驗(yàn)驗(yàn)證，使其具有通用性。

2.2 加強(qiáng)濕潤地區(qū)的研究 目前對(duì)干旱區(qū)水果水肥耦合研究較多,而濕潤地區(qū)水果品種多樣，降雨與水果生育期耗水也存在不協(xié)調(diào)關(guān)系,因此有必要對(duì)濕潤地區(qū)水肥關(guān)系進(jìn)行研究，同時(shí)水肥耦合效應(yīng)在整個(gè)土壤- 植物- 大氣系統(tǒng)中的作用機(jī)理以及土壤水、肥、氣、熱與作物生長的協(xié)調(diào)關(guān)系有待進(jìn)行系統(tǒng)研究與論證。

2.3 加強(qiáng)高新技術(shù)的應(yīng)用，并建立高效管理信息系統(tǒng) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn),在對(duì)不同類型農(nóng)田水肥耦合研究的基礎(chǔ)上,運(yùn)用人工智能、GIS 技術(shù),將作物、水肥因子與環(huán)境條件三者有機(jī)結(jié)合起來,建立農(nóng)田水肥高效管理信息系統(tǒng),將會(huì)大大促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)向高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和高效方向發(fā)展。

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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，湖南邵陽人，碩士研究生，研究方向：節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)。

2014-05-06

S 152

A

0517-6611(2014)15-04626-02