不同肥水耦合對(duì)黃瓜產(chǎn)量品質(zhì)及肥料偏生產(chǎn)力的影響

蔣靜靜，屈鋒，蘇春杰，楊劍鋒，余劍，胡曉輝

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不同肥水耦合對(duì)黃瓜產(chǎn)量品質(zhì)及肥料偏生產(chǎn)力的影響

蔣靜靜1,2，屈鋒1,2，蘇春杰1,2，楊劍鋒1，余劍3，胡曉輝1,2

（1西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西楊凌 712100；2農(nóng)業(yè)部西北設(shè)施園藝工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/陜西省設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，陜西楊凌 712100；3西安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，西安 710000）

【目的】基質(zhì)栽培是有效解決設(shè)施土壤連作障礙、質(zhì)地惡化對(duì)作物生產(chǎn)造成不利影響的有效途徑之一。目前基質(zhì)栽培水肥管理缺乏量化指標(biāo)，本研究旨在通過(guò)研究滴灌水肥耦合對(duì)塑料大棚春季基質(zhì)栽培黃瓜產(chǎn)量、生長(zhǎng)、生理、品質(zhì)和偏肥料生產(chǎn)力的影響，探究黃瓜基質(zhì)栽培優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)的灌水和營(yíng)養(yǎng)液供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)?！痉椒ā恳浴簝?yōu)1號(hào)’黃瓜為試材，按照標(biāo)準(zhǔn)山崎黃瓜營(yíng)養(yǎng)液配方，設(shè)置3個(gè)營(yíng)養(yǎng)液濃度水平（F1：75%劑量、F2：100%劑量、F3：125%劑量）和3個(gè)單株灌水量（W1：75%蒸騰蒸發(fā)量（crop evapo-transpiration ETc）、W2：100% ETc、W3：125% ETc），共9個(gè)水肥耦合處理，分析不同灌水和營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)基質(zhì)袋栽培黃瓜產(chǎn)量、干物質(zhì)量、品質(zhì)、水肥利用效率（water use efficiency，WUE）和肥料偏生產(chǎn)力（partial factor productivity of fertilizer，PFP）的影響。運(yùn)用多元回歸分析和空間分析方法，確定塑料大棚春季基質(zhì)袋栽培黃瓜高效生產(chǎn)的適宜灌水量和營(yíng)養(yǎng)液濃度?！窘Y(jié)果】灌水量的增加有利于黃瓜產(chǎn)量和PFP的增長(zhǎng)，收獲期60 d內(nèi)W3F1處理產(chǎn)量（7 667.3 kg/667m2）和PFP（205.67 kg·kg-1）均最大。在相同施肥處理下，PFP隨灌水量的增加呈上升趨勢(shì)；F1條件下，W3處理凈光合速率低于W1，但其葉面積指數(shù)較大，同化量較高，獲得較高產(chǎn)量。僅考慮灌水條件下，W1水平下黃瓜果實(shí)品質(zhì)的VC、還原糖表現(xiàn)最優(yōu)；而W3水平下黃瓜果實(shí)的可溶性固形物和可溶性蛋白有最優(yōu)值。運(yùn)用多元回歸和空間分析方法綜合評(píng)價(jià)產(chǎn)量、品質(zhì)和肥料偏生產(chǎn)力，確定適宜的灌水施肥范圍為36.0—42.2 kg/667m2和198.0—219.8 m3/667m2；42.2—44.6 kg/667m2和206.3—219.8 m3/667m2?！窘Y(jié)論】灌溉和營(yíng)養(yǎng)液濃度對(duì)黃瓜的生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)、水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力均有顯著影響，以黃瓜產(chǎn)量、硝酸鹽含量和PFP同時(shí)達(dá)到最優(yōu)值的±10%范圍時(shí)確定的灌溉量和營(yíng)養(yǎng)液濃度是塑料大棚春季基質(zhì)袋栽培黃瓜的優(yōu)化滴灌施肥方案。

黃瓜；基質(zhì)袋栽培；水肥耦合；品質(zhì)；產(chǎn)量；肥料偏生產(chǎn)力；回歸分析；空間分析

0 引言

【研究意義】設(shè)施農(nóng)業(yè)連續(xù)生產(chǎn)引起的土壤氮磷富集、土壤次生鹽漬化等問(wèn)題，已經(jīng)嚴(yán)重影響到設(shè)施菜地的健康和可持續(xù)利用[1]。無(wú)土栽培技術(shù)用基質(zhì)代替土壤，擺脫了傳統(tǒng)栽培對(duì)土壤的依賴，以其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)精準(zhǔn)、水分補(bǔ)給充分等優(yōu)勢(shì)，成為解決土壤質(zhì)量惡化區(qū)農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)的一種有效手段[2]。營(yíng)養(yǎng)液管理（濃度和水分管理）是無(wú)土栽培獲得成功的關(guān)鍵因素，研究水肥耦合對(duì)設(shè)施黃瓜產(chǎn)量、品質(zhì)和水肥利用效率的影響，對(duì)制定基質(zhì)栽培高產(chǎn)高效的管理制度，以及無(wú)土栽培技術(shù)的應(yīng)用推廣具有重要的理論與實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤栽培條件下，水肥因素對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量品質(zhì)等影響開(kāi)展了大量研究[3-10]。NANGARE等[4]在向日葵的水肥研究中發(fā)現(xiàn)，施肥和灌水分別在80%RDF和80%ET時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益更優(yōu)、生產(chǎn)可行性更強(qiáng)。李銀坤等[7]通過(guò)對(duì)番茄不同灌溉施肥模式的研究得出，基于負(fù)壓裝置的供液模式提高了水肥利用效率且改善了果實(shí)品質(zhì)。李靜等[11]對(duì)黃瓜水肥耦合的探究結(jié)果表明，合理的減少灌水量與施肥量，既能維持黃瓜較好的生長(zhǎng)，又能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益；張麗瑩等[12]研究認(rèn)為水氮耦合對(duì)幾種氮代謝酶及相關(guān)物質(zhì)含量都有顯著影響。方棟平等[13-14]發(fā)現(xiàn)黃瓜植株在75%ETc和100%滴灌施肥組合時(shí)，其品質(zhì)和水分利用效率有較優(yōu)值。邢英英等[15]通過(guò)對(duì)番茄產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率等綜合評(píng)價(jià)得出適宜的灌水施肥區(qū)間。利用多元回歸方法，以灌水量和施肥量為自變量，單指標(biāo)為因變量建立水肥回歸方程，通過(guò)求解方程極值推求最佳水肥組合[16]，是確定作物各指標(biāo)最優(yōu)灌水施肥組合的一種科學(xué)分析方法，通過(guò)空間分析方法對(duì)各指標(biāo)多元回歸方程所得三維立體曲面進(jìn)行水平投影，尋找各指標(biāo)可接受區(qū)域的重疊區(qū)，可得到兼顧各指標(biāo)的最優(yōu)組合范圍?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】以往研究主要集中在土壤栽培條件下水肥耦合對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的宏觀效應(yīng)及相應(yīng)的生理機(jī)制，由于無(wú)土栽培基質(zhì)與土壤所形成的栽培環(huán)境差異較大，且基質(zhì)栽培條件下缺乏依據(jù)產(chǎn)量、品質(zhì)、肥料利用率和肥料偏生產(chǎn)力等因素綜合評(píng)價(jià)確定的灌水和營(yíng)養(yǎng)液管理量化指標(biāo)，因此難以定量確定更有效的灌水和營(yíng)養(yǎng)液管理制度，不易實(shí)現(xiàn)充分發(fā)揮基質(zhì)栽培的節(jié)水節(jié)肥、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】通過(guò)塑料大棚基質(zhì)袋栽培黃瓜不同灌水量和營(yíng)養(yǎng)液濃度的耦合試驗(yàn)，探索產(chǎn)量、干物質(zhì)量、品質(zhì)和肥料偏生產(chǎn)力對(duì)水肥耦合的響應(yīng)規(guī)律，旨在為確定黃瓜基質(zhì)栽培生產(chǎn)模式下最佳水肥管理方案提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在西北農(nóng)林科技大學(xué)北園藝場(chǎng)（34°17′N，108°04′E）的對(duì)稱內(nèi)保溫雙層塑料薄膜覆蓋大棚內(nèi)進(jìn)行，海拔498.68 m。供試黃瓜品種為‘春優(yōu)1號(hào)’，于三葉一心時(shí)定植（3月26日），7月5日拉秧（采收期為60 d），采用基質(zhì)袋栽培種植方式，每袋定植一株黃瓜。PE薄膜基質(zhì)袋尺寸大小為28 cm×43 cm，基質(zhì)量5 L/袋，基質(zhì)配比為菇渣腐熟物﹕珍珠巖﹕蛭石=15﹕11﹕4（體積比）。栽培基質(zhì)的理化性質(zhì)為：容重0.253 g·cm-3，總孔隙度73.45%，通氣孔隙29.31%，持水孔隙64.27%，速效氮423.67 mg·kg-1，速效磷552.21 mg·kg-1，速效鉀714.4 mg·kg-1，全氮16.58 mg·g-1，全磷7.13 mg·g-1，全鉀21.39 mg·g-1，有機(jī)質(zhì)含量為44.8%，pH為6.68，EC為2.25 mS·cm-1。采用水肥一體化灌溉施肥系統(tǒng)供應(yīng)水肥，營(yíng)養(yǎng)液供應(yīng)流速為1 L·h-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

定植密度為3 300 株/667m2，基質(zhì)栽培袋按大小行栽培方式布局，大行距70 cm，小行距50 cm。以單株黃瓜水肥需求為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置灌水和營(yíng)養(yǎng)液濃度2個(gè)自變量。

營(yíng)養(yǎng)液濃度（施肥量）：設(shè)定山崎黃瓜營(yíng)養(yǎng)液標(biāo)準(zhǔn)配方濃度為100%劑量，其單株黃瓜N、P2O5和K2O的用量分別為5.75 g、2.40 g和7.56 g。以此設(shè)置3個(gè)營(yíng)養(yǎng)液濃度水平，其中75%劑量的營(yíng)養(yǎng)液為低肥處理（F1：N-P2O5-K2O, 4.31-1.73-5.46 g/株）；100%劑量的營(yíng)養(yǎng)液為中肥處理（F2：N-P2O5-K2O, 5.75-2.40-7.56 g/株）；125%劑量的營(yíng)養(yǎng)液為高肥處理（F3：N-P2O5-K2O, 7.19-3.00-9.45 g/株）。

灌水量：采用稱量法獲取黃瓜單株日蒸騰量。用上海友聲衡器有限公司生產(chǎn)的BS系列精密電子計(jì)量秤（精度0.01 kg）于每日8：00定時(shí)稱單株基質(zhì)質(zhì)量（由于基質(zhì)袋保水性較好，故可以不考慮水分蒸發(fā)），基質(zhì)袋的減少量即為當(dāng)日單株蒸騰耗水量（100% ETc）。以此設(shè)置W1（75% ETc）、W2（100% ETc）、W3（125% ETc）3個(gè)灌溉水平。

將灌水和營(yíng)養(yǎng)液濃度兩因素耦合，共計(jì)得到9個(gè)處理，3次重復(fù)，每小區(qū)定植黃瓜10株。在苗期結(jié)束之后，進(jìn)入開(kāi)花坐果期基質(zhì)養(yǎng)分不能滿足黃瓜需求時(shí)進(jìn)行水肥耦合處理。

分別于每日上午和下午分次進(jìn)行灌水，確保無(wú)積水和滲漏現(xiàn)象出現(xiàn)。100%ETc處理的單株日灌水量如圖1所示。

空白處為連續(xù)陰雨天未灌水 There was no irrigation on a rainy day

1.3 試驗(yàn)大棚小氣候環(huán)境狀況

在黃瓜全生育期內(nèi)，利用溫濕度自動(dòng)記錄儀（PDL型，哈爾濱物格電子有限公司）連續(xù)檢測(cè)大棚內(nèi)的氣溫和相對(duì)濕度，數(shù)據(jù)采集間隔為30 min，日平均溫度和濕度變化范圍分別為15.1—28.4℃和54.6%— 92.1%。光合有效輻射（PAR）日總量變化范圍為4.25—23.91 mol·m-2·d-1。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在處理22 d（5月11日）后分別用卷尺和游標(biāo)卡尺測(cè)量黃瓜的株高、莖粗；葉面積由葉長(zhǎng)的平方與葉面積系數(shù)的乘積獲得，葉面積系數(shù)則通過(guò)方格紙法回歸得來(lái)[17]；利用便攜式光合測(cè)定儀（6400，Li-CorInc, Ltd.，USA）在盛瓜期（5月11日）測(cè)定凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）。采摘當(dāng)日，用電子天平記錄各試驗(yàn)小區(qū)黃瓜產(chǎn)量，拉秧后統(tǒng)計(jì)總產(chǎn)量。可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定；硝酸鹽含量采用濃硫酸水楊酸法測(cè)定；維生素C含量用鉬藍(lán)比色法測(cè)定；可溶性固形物由ATAGO PAL-1數(shù)字手持袖珍折射儀讀??；還原糖含量采用3,5-二硝基水楊酸（DNS）法測(cè)定[18]。

葉面積指數(shù)（leaf area index, LAI）=葉面積/土地面積；

作物單株耗水量（ET）=I-ΔW；

肥料偏生產(chǎn)力（partial factor productivity of fertilizer, PFP）=Y/F。

式中，I為全生育期內(nèi)單株作物灌水量（L），ΔW為試驗(yàn)初期和末期基質(zhì)儲(chǔ)水量的變化量（L），Y為產(chǎn)量（kg/株），F(xiàn)為全生育期投入的N、P2O5和K2O總量（kg/株），WUE單位為kg·m-3，PFP單位為kg·kg-1。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、多元回歸和方差分析，采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行作圖，Duncan法進(jìn)行多重比較（=0.05）。

2 結(jié)果

2.1 水肥耦合對(duì)基質(zhì)袋栽培黃瓜生長(zhǎng)的影響

由表1可以看出，不同施肥和灌水及其交互作用對(duì)莖粗的影響不顯著。莖粗變化范圍為6.93—8.12 mm，W2F3比W1F3高17.2%。灌水和施肥及其交互作用對(duì)黃瓜株高影響差異顯著。高水中肥（W3F2）處理株高最大比低水低肥（W1F1）處理增加37.27 cm。低水（W1）和高水（W3）條件下中肥處理（F2）株高最大；中水（W2）條件下，低肥和高肥處理株高差異不明顯，中水中肥處理（W2F2）表現(xiàn)出株高最小值；W3F2處理株高最優(yōu)，但與W3F1無(wú)明顯差異。這些結(jié)果表明，在低水（W1）和高水（W3）灌溉條件下，黃瓜株高隨施肥量的增加呈開(kāi)口向下的拋物線變化趨勢(shì)，中肥處理在一定時(shí)期有利于黃瓜株高生長(zhǎng)。

葉面積指數(shù)反應(yīng)植株葉片的疏密程度，葉面積指數(shù)越大，說(shuō)明單位土地上的葉面積越大，葉片的層疊程度越大，對(duì)光能可形成多層利用，減少了光能的浪費(fèi)[19]。兩因素及交互作用對(duì)植株的葉面積指數(shù)（LAI）影響極顯著。低肥（F1）和中肥（F2）條件下高水（W3）處理均表現(xiàn)出LAI最大值，表現(xiàn)出充足的灌水有利于黃瓜葉片的生長(zhǎng)。高肥（F3）條件下，中水（W2）處理LAI最大，與高水（W3）相比，高出16.5%。高水低肥（W3F1）處理的LAI（1.94）比低水低肥（W1F1）高出0.41，達(dá)葉面積指數(shù)最大值。

表1 水肥耦合對(duì)黃瓜株高、莖粗和葉面積指數(shù)的影響

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示0.05水平時(shí)差異顯著，*表示差異顯著（＜0.05），**表示差異極顯著（＜0.01）。下同

Different small letters in the same column indicate significant differences among treatments (＜0.05). * means significant difference (＜0.05), ** means much significant difference (＜0.01). The same as below

2.2 水肥耦合對(duì)基質(zhì)袋栽培黃瓜光合特性的影響

如表2所示，低肥（F1）條件下，Pn表現(xiàn)為W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3；高肥（F3）處理下，Pn隨灌水量的增加呈上升趨勢(shì)。W1F1處理的黃瓜葉片凈光合速率（Pn）最大，W2F2處理的黃瓜葉片Pn值最小。低肥處理（F1）的黃瓜葉片蒸騰速率（Tr）分別比中肥處理（F2）和高肥處理（F3）增加8.84%和11.97%，W1F1處理的黃瓜葉片Tr最大。除低水中肥（W1F2）處理外各處理間黃瓜葉片氣孔導(dǎo)度（Gs）差異不顯著，W3F2處理有最大值（0.19 mol·m-2·s-1），比最小值W1F2高出18.75%，低肥（F1）處理下，普遍有較高的氣孔導(dǎo)度。這表明合理的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)在一定程度上可以改善植株的水分狀況，提高滲透調(diào)節(jié)和氣孔導(dǎo)度，從而提高光合效率。低水（W1）和中水（W2）條件下，低肥（F1）處理的黃瓜葉片胞間CO2濃度（Ci）最大；高水（W3）條件下，Ci隨施肥量的變化表現(xiàn)出開(kāi)口向下的拋物線變化趨勢(shì)。中水低肥（W2F1）處理的黃瓜葉片有Ci的最大值，低水中肥（W1F2）處理Ci值最小。由此可以看出，低肥（F1）條件下的黃瓜葉片Pn較高；而在低肥（F1）和中肥（F2）條件下，隨灌水量的增加，Ci呈開(kāi)口向下的拋物線變化趨勢(shì)。

表2 水肥耦合對(duì)基質(zhì)袋栽培黃瓜光合特性的影響

2.3 水肥耦合對(duì)基質(zhì)袋栽培黃瓜果實(shí)品質(zhì)的影響

如表3所示，黃瓜品質(zhì)指標(biāo)受灌水量和施肥量影響極顯著（＜0.01）（還原糖顯著＜0.05），水肥交互作用對(duì)品質(zhì)也呈極顯著影響（除硝酸鹽不顯著外＞0.05）。在低肥（F1）和中肥（F2）條件下，隨灌水的增加，可溶性蛋白含量呈上升趨勢(shì)，W3F2有最大值0.51 mg·g-1，W1F1有最小值0.20 mg·g-1，而在高肥（F3）條件下，中水（W2）處理的可溶性蛋白含量顯著低于高水和低水處理，表現(xiàn)為W1＞W(wǎng)3＞W(wǎng)2。低肥（F1）和高肥（F3）條件下，低水（W1）處理均表現(xiàn)出較高Vc值（36.78和41.17 mg/100g）。低水（W1）條件下，不同施肥量間Vc的最大值和最小值差距較大；隨灌水量的增加，中水（W2）條件下不同施肥量間Vc差值變小，變化范圍為28.67—33.11 mg/100g；到高水處理時(shí)，不同施肥量間Vc含量的最大差值僅為2.67 mg/100g。隨著灌水量的增多，施肥量對(duì)Vc的影響愈加不明顯。低水（W1）處理下，果實(shí)的還原糖含量表現(xiàn)出最大值，W1F1和W1F3處理還原糖含量分別為2.25%和2.20%，顯著高于除高水高肥（W3F3）外的其他處理。同等施肥條件下，硝酸鹽含量隨灌水的增多呈明顯下降趨勢(shì)；相同灌水條件下，硝酸鹽含量隨施肥量的增加而上升。低肥（F1）和高肥（F3）條件下，硝酸鹽含量最小值（W1）與最大值（W3）間最大差值分別為80.56 mg·kg-1和119.63 mg·kg-1。這表明隨施肥量的增加，灌水對(duì)硝酸鹽含量的影響越來(lái)越大。僅考慮施肥因素，總可溶性固形物含量隨施肥量的增加表現(xiàn)為F3＞F2＞F1；W3F2和W3F3處理的可溶性固形物百分?jǐn)?shù)最高（3.90%）。說(shuō)明施肥量的增加對(duì)果實(shí)內(nèi)總的可溶性固形物含量有較為積極的影響。

2.4 水肥耦合對(duì)基質(zhì)袋栽培黃瓜干物質(zhì)量和產(chǎn)量的影響

養(yǎng)分和水分與作物干物質(zhì)累積密切相關(guān)，圖2-a為拉秧時(shí)不同水肥耦合處理對(duì)黃瓜干物質(zhì)量的影響（包含葉、莖、果、根）。灌水及水肥交互作用對(duì)黃瓜干物質(zhì)量影響極顯著（＜0.01）。低肥條件下，高水處理（W3）黃瓜干物質(zhì)累積量?jī)?yōu)于中水（W2）和低水（W1）處理。高水（W3）處理時(shí)隨營(yíng)養(yǎng)液濃度的增加，干物質(zhì)累積量依次降低。低肥（F1）條件下不同處理間干物質(zhì)量的最大差值為171.5 kg/667m2，高肥（F3）條件下最大差值縮減為63.5 kg/667m2，隨營(yíng)養(yǎng)液濃度的增大，干物質(zhì)累積量受灌水的影響逐漸減弱。從灌水和營(yíng)養(yǎng)液耦合效應(yīng)看，高水低肥處理（W3F1）干物質(zhì)累積最大（419.0 kg/667m2）；低水低肥處理（W1F1）干物質(zhì)累積最小（247.5 g/株）。說(shuō)明施肥過(guò)多的情況下，灌水的積極效應(yīng)也被減弱。

表3 不同水肥處理對(duì)黃瓜果實(shí)品質(zhì)的影響

不同水肥處理對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響如圖2-b所示。經(jīng)方差分析可知，本試驗(yàn)條件下，灌水對(duì)產(chǎn)量表現(xiàn)出極顯著的影響（＜0.01）。在同一施肥條件下，各處理的產(chǎn)量隨灌水量的增多，基本均呈上升趨勢(shì)；伴隨施肥量的增加，產(chǎn)量未表現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)，其中W3F1處理的產(chǎn)量最大（7 667.3 kg/667m2），顯著高于除W3F2之外的其他處理。這表明在本試驗(yàn)條件下，灌水的增加對(duì)產(chǎn)量有很強(qiáng)的正效應(yīng)。

圖2 不同水肥處理對(duì)干物質(zhì)量和產(chǎn)量的影響

2.5 水肥耦合對(duì)基質(zhì)袋栽培黃瓜水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力的影響

施肥對(duì)水分利用效率（WUE）影響顯著（＜0.05），灌水對(duì)WUE影響極顯著（＜0.01）。如圖3-a所示，在中肥（F2）和高肥（F3）水平，水分利用效率（WUE）均呈現(xiàn)隨灌水量的增加而下降的趨勢(shì)；而在低肥（F1）水平下，3個(gè)不同灌溉量處理對(duì)WUE影響差異不大。僅考慮灌水因素，W1處理的WUE分別比W2和W3處理提高3.9%和20.1%。各處理中，W1F3處理WUE最高（40.96 kg·m-3），W3F3處理WUE最低（30.07 kg·m-3）。

肥料偏生產(chǎn)力（PFP）反應(yīng)了栽培袋內(nèi)的基礎(chǔ)養(yǎng)分和營(yíng)養(yǎng)液滴灌量的綜合效應(yīng)。由圖3-b可知，PFP在86.91—205.67 kg·kg-1之間變化，同WUE的響應(yīng)規(guī)律相反，在相同的施肥水平下，灌水量增加PFP也隨之增大（W1F3最小，為86.91 kg·kg-1）。僅考慮施肥因素，F(xiàn)1比F2和F3分別增大了35.3%和66.6%。僅考慮灌水條件，與W1相比W2和W3處理PFP分別增大25.1%和40.1%。這表明高水處理（W3）在很大程度上能夠增加PFP；且在全部的水肥耦合處理中，減少施肥量，高水低肥（W3F1）處理的PFP增加幅度最大。

圖3 不同水肥處理對(duì)水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力的影響

2.6 水肥投入與產(chǎn)量、水分利用效率和硝酸鹽含量的關(guān)系

以水肥投入量為自變量，分別以產(chǎn)量、WUE、PFP和果實(shí)硝酸鹽含量為因變量，進(jìn)行回歸分析（表4），結(jié)果表明灌水量和施肥量對(duì)各因變量的影響均極顯著（＜0.01），決定系數(shù)均在0.85以上。

設(shè)定W3和W1處理的灌水量分別為灌水的上下限，F(xiàn)3和F1處理分別為施肥量的上下限，運(yùn)用空間分析方法，使用MATLAB作圖軟件，形成表4中各方程的平面投影圖（圖4）。由圖4可知，產(chǎn)量、PFP以及硝酸鹽含量均在低肥高水區(qū)域有較優(yōu)值（硝酸鹽含量較低值為較優(yōu)值），而WUE則在高肥低水的區(qū)域有較優(yōu)值?？梢?jiàn)4個(gè)指標(biāo)不能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)，產(chǎn)量、PFP和硝酸鹽有比較接近的灌水和施肥區(qū)域，而WUE與其他3個(gè)指標(biāo)無(wú)交互區(qū)域。因此在綜合評(píng)價(jià)中不考慮WUE。

表4 水肥投入與產(chǎn)量、水分利用效率、肥料偏生產(chǎn)力和硝酸鹽含量之間的回歸關(guān)系

、、2和值分別代表灌水量、施肥量、決定系數(shù)和統(tǒng)計(jì)顯著性值

,,2andmean irrigation amount, fertilization amount, coefficient of determination and statistically significant value, respectively

運(yùn)用空間分析方法，對(duì)產(chǎn)量、WUE、PFP和硝酸鹽含量等各指標(biāo)最優(yōu)值（各指標(biāo)最優(yōu)值的選取范圍控制在本次試驗(yàn)的水肥控制范圍內(nèi)）的±5%、±10%、±15%范圍內(nèi)進(jìn)行評(píng)價(jià)。發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量和硝酸鹽含量在最優(yōu)值的±15%（產(chǎn)量為1.84 kg/株；硝酸鹽含量為433.5 mg·kg-1）的范圍內(nèi)偏離其極值太大，對(duì)于水肥供給量的尋優(yōu)探索意義較小。在最優(yōu)值±10%和±5%的范圍內(nèi)都有同時(shí)滿足產(chǎn)量、PFP和硝酸鹽含量的較優(yōu)區(qū)域。但±5%的范圍內(nèi)PFP（約為193.8kg·kg-1）可接受區(qū)域過(guò)小，PFP完全包含在產(chǎn)量和硝酸鹽含量?jī)芍笜?biāo)的可接受區(qū)域之內(nèi)，相對(duì)而言，降低了產(chǎn)量和硝酸鹽含量所代表的意義。因此將最優(yōu)值±10%的范圍定為合理的可接受范圍。

以圖4中所示每一個(gè)小格為基礎(chǔ)單元，將產(chǎn)量、WUE、PFP以及硝酸鹽含量這4項(xiàng)指標(biāo)所得最優(yōu)值±10%的水肥可接受區(qū)域進(jìn)行匯總，得到綜合分析圖5。可見(jiàn)黃瓜產(chǎn)量、PFP和硝酸鹽含量達(dá)到±10%最優(yōu)值時(shí)，水肥供應(yīng)重疊區(qū)域?yàn)?個(gè)長(zhǎng)方形的組合。黃瓜施肥灌水區(qū)間約為36.0—42.2 kg/667m2（即N：13.2—15.4 kg/667m2、P2O5：5.5—6.4 kg/667m2、K2O：17.3—20.3 kg/667m2）和198.0—219.8 m3/667m2；42.2—44.6 kg/667m2（N：15.4—16.3 kg/667m2，P2O5：6.4—6.8 kg/667m2，K2O：20.3—21.5 kg/667m2）和206.3—219.8 m3/667m2。

圖中陰影區(qū)域?yàn)楫a(chǎn)量、肥料偏生產(chǎn)力和硝酸鹽含量最優(yōu)值±10%的可接受區(qū)域

3 討論

無(wú)土栽培技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)大了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的區(qū)域，灌溉和營(yíng)養(yǎng)液管理已成為無(wú)土栽培的核心技術(shù)之一。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同的水肥耦合處理顯著影響黃瓜株高、葉面積指數(shù)、光合參數(shù)、水分利用效率、肥料偏生產(chǎn)力和產(chǎn)量等指標(biāo)。在本試驗(yàn)中W3F2處理表現(xiàn)出株高的最大值，同楊小振等[20]在西瓜上得出的結(jié)果類似，中肥處理在一定時(shí)期對(duì)株高的增加較為有利。李靜等[11]對(duì)黃瓜的水氮耦合試驗(yàn)表明，葉面積指數(shù)隨灌水量的增加顯著增加。本試驗(yàn)在F1和F2情況下，灌水對(duì)葉面積指數(shù)有積極作用，葉面積指數(shù)隨灌水量的增加而增加。

產(chǎn)量作為反映農(nóng)作物生長(zhǎng)狀況的關(guān)鍵指標(biāo)，成為試驗(yàn)研究重點(diǎn)[21-24]。已有研究表明，番茄產(chǎn)量與灌水、施肥呈正相關(guān)，且增加灌水量，降低施肥量，水分利用效率逐漸下降[15]。張麗瑩、王鵬勃等[12,25]的試驗(yàn)表明，在單株灌水量一定的條件下，植株產(chǎn)量隨施肥量的增加表現(xiàn)為先增加后降低，且產(chǎn)量隨灌水量的增加也表現(xiàn)出先升后降的拋物線關(guān)系。李建明等[26]研究表明，120%ET水分處理產(chǎn)量最優(yōu)；趙青松等[27]對(duì)黃瓜的槽式基質(zhì)栽培研究指出，灌溉處理為基質(zhì)最大含水率85%—100%時(shí)，產(chǎn)量最高水分利用效率最低；楊平等[28]對(duì)番茄的基質(zhì)袋培研究結(jié)果顯示，中等營(yíng)養(yǎng)液濃度供應(yīng)水平和70%田間持水量的灌溉下限組合為最佳水肥處理。但本試驗(yàn)結(jié)果顯示，產(chǎn)量、水分利用效率等指標(biāo)，隨灌水量和施肥量無(wú)完全一致的變化趨勢(shì)，在營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)量較高的F2和F3水平，WUE隨灌水的增多呈下降變化趨勢(shì)，這與王秀康等[16]的研究結(jié)果一致。且相較于W3F3處理，W3F1的WUE和產(chǎn)量顯著提高。這可能同栽培方式、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育的水肥耦合閾值有關(guān)。本試驗(yàn)的水肥供應(yīng)是在根瓜坐瓜后進(jìn)行，此時(shí)基質(zhì)中營(yíng)養(yǎng)成分已不能滿足黃瓜的正常生長(zhǎng)需求，基質(zhì)種類和成分組成會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定影響，但差異已不明顯。同時(shí)，本研究的水分供應(yīng)和營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充是在ETc的指導(dǎo)下發(fā)生，消除了基質(zhì)容積的限制，且基質(zhì)袋較好的保水保肥性，使得袋培基質(zhì)容積大小對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成的影響可忽略。在本試驗(yàn)中，F(xiàn)1的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)給足以滿足黃瓜的增產(chǎn)目標(biāo)；F3供應(yīng)水平造成根區(qū)氮、磷、鉀離子濃度過(guò)高，不利于黃瓜根系對(duì)水分、養(yǎng)分的吸收，導(dǎo)致增產(chǎn)幅度較小。W1F1處理凈光合速率有最大值27.03 μmol·m-2·s-1（表2），但其產(chǎn)量較低，這可能是由于其葉面積指數(shù)較?。ū?），導(dǎo)致總同化量較少。葉面積與凈光合速率共同決定了植物的同化量，W3F1處理葉面積指數(shù)有最大值，且凈光合速率較高，因而產(chǎn)量最優(yōu)。

不同的水肥耦合處理對(duì)黃瓜果實(shí)可溶性蛋白、Vc、還原糖、可溶性固形物和硝酸鹽含量等均有顯著影響。邢英英等[3]研究表明，增大灌水量番茄品質(zhì)呈倒U型變化趨勢(shì)。而本研究表明隨營(yíng)養(yǎng)液濃度的增大，黃瓜果實(shí)可溶性蛋白和硝酸鹽含量均值都呈上升趨勢(shì)；在高肥條件下，Vc和可溶性固形物含量最大，且還原糖也較高。這可能是較高濃度營(yíng)養(yǎng)液下，氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素增多，磷肥和鉀肥能參與植物糖類代謝，同時(shí)鉀能促進(jìn)和加強(qiáng)植物對(duì)磷的吸收及光合產(chǎn)物的運(yùn)輸，并且促進(jìn)植株體內(nèi)氮素的代謝[29]。且已有研究表明，增施磷肥可有助于植株體內(nèi)可溶性糖含量增加，提升作物品質(zhì)。由于本研究中營(yíng)養(yǎng)液是以同一配比的氮磷鉀組合，尚不能確定是哪種元素起主要作用，關(guān)于氮磷鉀肥對(duì)黃瓜果實(shí)品質(zhì)的影響有待進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。硝酸鹽在人體內(nèi)可被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，亞硝酸鹽有致癌作用[30]。因此硝酸鹽含量是蔬菜安全品質(zhì)中監(jiān)控的重要指標(biāo)，可作為品質(zhì)代表指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。本試驗(yàn)中，在相同的灌水條件下，果實(shí)中硝酸鹽的含量隨營(yíng)養(yǎng)液濃度的上升而增加，表明硝酸鹽含量與施肥量存在正向關(guān)系。

設(shè)施內(nèi)的水肥管理即協(xié)調(diào)灌水與施肥之間關(guān)系，實(shí)現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥、高效優(yōu)質(zhì)的管理目標(biāo)。本文運(yùn)用多元回歸和空間分析相結(jié)合的方法綜合評(píng)價(jià)產(chǎn)量品質(zhì)和偏肥料生產(chǎn)力，得到2個(gè)黃瓜施肥灌水區(qū)間分別為36.0—42.2 kg/667m2（其中N：13.2—15.4 kg/667m2、P2O5：5.5—6.4 kg/667m2、K2O：17.3—20.3 kg/667m2）和198.0—219.8 m3/667m2；42.2—44.6 kg/667m2（N：15.4—16.3 kg/667m2，P2O5：6.4—6.8 kg/667m2，K2O：20.3—21.5 kg/667m2）和206.3—219.8 m3/667m2時(shí)，黃瓜產(chǎn)量、硝酸鹽含量和PFP同時(shí)達(dá)到最優(yōu)值的±10%范圍內(nèi)。這一灌水施肥區(qū)域?yàn)榇笈稂S瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水肥管理提供依據(jù)。盡管水肥管理的最適區(qū)域灌水量較大，但施肥量較小，符合當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提倡“減肥、減藥”的發(fā)展方向。同時(shí)說(shuō)明水分和肥料利用效率受灌水和施肥影響規(guī)律完全相反，在優(yōu)化灌水施肥制度時(shí)，二者不能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，不同水肥耦合處理對(duì)黃瓜的生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)、光合特征、水分利用效率均有顯著影響。同一施肥條件下，灌水的增加有利于黃瓜產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力（PFP）的增長(zhǎng)，硝酸鹽含量隨灌水的增多呈明顯下降趨勢(shì)。同一灌水水平時(shí)，硝酸鹽含量隨施肥量的增加而上升；低水（W1）處理下，果實(shí)的還原糖含量表現(xiàn)出最大值。綜合考慮水肥協(xié)同、增產(chǎn)高產(chǎn)以及提高肥料偏生產(chǎn)力等多種因素，在設(shè)施基質(zhì)袋栽培模式下，水肥耦合的施肥和灌水控制在36.0—42.2 kg/667m2（其中N：13.2—15.4 kg/667m2、P2O5：5.5—6.4 kg/667m2、K2O：17.3—20.3 kg/667m2）和198.0—219.8 m3/667m2；42.2—44.6 kg/667m2（其中N：15.4—16.3 kg/667m2，P2O5：6.4—6.8 kg/667m2，K2O：20.3—21.5 kg/667m2）和206.3—219.8 m3/667m2時(shí)，黃瓜產(chǎn)量、PFP和硝酸鹽含量同時(shí)達(dá)到最優(yōu)值的±10%。

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Effects of Different Water and Fertilizer Coupling on Yield and Quality of Cucumber and Partial Factor Productivity of Fertilizer

JIANG JingJing1,2, QU Feng1,2, SU ChunJie1,2, YANG JianFeng1, YU Jian3, HU XiaoHui1,2

(1College of Horticulture, Northwest A&F University, Yangling712100, Shaanxi;2Key Laboratory of Protected Horticultural Engineering in Northwest, Ministry of Agriculture/Shaanxi Province Facility Agriculture Engineering Center, Yangling 712100, Shaanxi;3Xi′an Agricultural Technology Extension Center, Xi′an 710000)

【Objective】Substrate cultivation is one of the effective ways to solve the adverse influences of soil texture deterioration on crop production which were cultivated in protected environment. With lacking standard of water and fertilizer management for substrate cultivation, in order to ensure the standard of irrigation and fertilizer coupling on yield, dry weight, quality, partial factor productivity of fertilizer and water use efficiency of cucumber cultivated in substrate in spring, the irrigation and fertilizer supply systems for high yield, quality, and efficient production of cucumber substrate were investigated.【Method】‘ChunyouNo.1’ cucumber was chosen as the materials, and the experiment was subjected to three irrigation water levels (W1 (75% crop evapo-transpiration,ETc), W2 (100% ETc) and W3 (125% ETc)) and three Yamazaki cucumber nutrient solution formula concentrations (F1 (75%), F2 (100%), F3 (125%)). The study analyzed the effects of different water and fertilizer coupling on cucumber yield, dry weight, quality, partial factor productivity of fertilizer and water use efficiency. The multivariate regression analysis and spatial analysis methods were used to obtain the best combination of irrigation and fertilizer for efficient cultivation of spring cucumber in plastic greenhouses. 【Result】The increase of irrigation was beneficial to the growth of cucumber yield and partial factor productivity of fertilizer (PFP). The yield (7 667.3 kg/667m2) and PFP (205.67 kg·kg-1) of W3F1 treatment were the largest during the 60 days of the harvest period. Under the same fertilization conditions, PFP was increasing with the increase of irrigation volume. Under the condition of F1, the net photosynthetic rate of W3 treatment was lower than W1, but its leaf area index was larger, therefore higher assimilation amount and yield were obtained. Under the same irrigation condition, the Vitamin C and reducing sugar performance of cucumber fruit under W1 level was the best, while the soluble solids and soluble protein of cucumber fruit under W3 had the best value. Through the multivariate regression analysis and the spatial analysis methods to evaluate yield, quality and partial factor productivity of fertilizer, the results showed that the fertilization and irrigation amount obtained was about 36.0-42.2 kg/667m2and 198.0-219.8 m3/667m2, or 42.2-44.6 kg/667m2and 206.3-219.8 m3/667m2.【Conclusion】Irrigation level and fertilization level significantly affected growth, yield, quality, WUE and PFP.The best strategy of fertilization andirrigation for the production of drip-irrigated cultivated cucumber grown in substrate bags in Spring is level which yield, nitrate content and PFP of cucumber were ±10% of optimal value.

cucumber; substrate bag culture; coupling of water and fertilizer; quality; yield; partial factor productivity of fertilizer; regression analysis; spatial analysis

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.01.009

2018-05-22；

2018-08-22

“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0201005）

蔣靜靜，E-mail：wszgdjj@126.com。通信作者胡曉輝，E-mail：hxh1977@163.com

（責(zé)任編輯 李云霞）