不同肥水耦合对黄瓜产量品质及肥料偏生产力的影响
不同肥水耦合对黄瓜产量品质及肥料偏生产力的影响
摘要：【目的】基质栽培是有效解决设施土壤连作障碍、质地恶化对作物生产造成不利影响的有效途径之一。目前基质栽培水肥管理缺乏量化指标，本研究旨在通过研究滴灌水肥耦合对塑料大棚春季基质栽培黄瓜产量、生长、生理、品质和偏肥料生产力的影响，探究黄瓜基质栽培优质高效生产的灌水和营养液供应标准。【方法】以‘春优1号’黄瓜为试材，按照标准山崎黄瓜营养液配方，设置3个营养液浓度水平（F1：75%剂量、F2：100%剂量、F3：125%剂量）和3个单株灌水量（W1：75%蒸腾蒸发量（crop evapo-transpiration ETc）、W2：100% ETc、W3：125% ETc），共9个水肥耦合处理，分析不同灌水和营养液浓度对基质袋栽培黄瓜产量、干物质量、品质、水肥利用效率（water use efficiency，WUE）和肥料偏生产力（partial factor productivity of fertilizer，PFP）的影响。运用多元回归分析和空间分析方法，确定塑料大棚春季基质袋栽培黄瓜高效生产的适宜灌水量和营养液浓度。【结果】灌水量的增加有利于黄瓜产量和PFP的增长，收获期60 d内W3F1处理产量（7 667.3 kg/667m2）和PFP（205.67 kg·kg-1）均最大。在相同施肥处理下，PFP随灌水量的增加呈上升趋势；F1条件下，W3处理净光合速率低于W1，但其叶面积指数较大，同化量较高，获得较高产量。仅考虑灌水条件下，W1水平下黄瓜果实品质的VC、还原糖表现最优；而W3水平下黄瓜果实的可溶性固形物和可溶性蛋白有最优值。运用多元回归和空间分析方法综合评价产量、品质和肥料偏生产力，确定适宜的灌水施肥范围为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。【结论】灌溉和营养液浓度对黄瓜的生长、产量、品质、水分利用效率和肥料偏生产力均有显著影响，以黄瓜产量、硝酸盐含量和PFP同时达到最优值的±10%范围时确定的灌溉量和营养液浓度是塑料大棚春季基质袋栽培黄瓜的优化滴灌施肥方案。
关键词：黄瓜；基质袋栽培；水肥耦合；品质；产量；肥料偏生产力；回归分析；空间分析
0 引言
【研究意义】设施农业连续生产引起的土壤氮磷富集、土壤次生盐渍化等问题，已经严重影响到设施菜地的健康和可持续利用。无土栽培技术用基质代替土壤，摆脱了传统栽培对土壤的依赖，以其营养物质供应精准、水分补给充分等优势，成为解决土壤质量恶化区农业高效生产的一种有效手段。营养液管理（浓度和水分管理）是无土栽培获得成功的关键因素，研究水肥耦合对设施黄瓜产量、品质和水肥利用效率的影响，对制定基质栽培高产高效的管理制度，以及无土栽培技术的应用推广具有重要的理论与实际意义。【前人研究进展】国内外学者对土壤栽培条件下，水肥因素对作物生长、产量品质等影响开展了大量研究。NANGARE等在向日葵的水肥研究中发现，施肥和灌水分别在80%RDF和80%ET时，经济效益更优、生产可行性更强。李银坤等通过对番茄不同灌溉施肥模式的研究得出，基于负压装置的供液模式提高了水肥利用效率且改善了果实品质。李静等对黄瓜水肥耦合的探究结果表明，合理的减少灌水量与施肥量，既能维持黄瓜较好的生长，又能获得较高的经济效益；张丽莹等研究认为水氮耦合对几种氮代谢酶及相关物质含量都有显著影响。方栋平等发现黄瓜植株在75%ETc和100%滴灌施肥组合时，其品质和水分利用效率有较优值。邢英英等通过对番茄产量、品质和水分利用效率等综合评价得出适宜的灌水施肥区间。利用多元回归方法，以灌水量和施肥量为自变量，单指标为因变量建立水肥回归方程，通过求解方程极值推求最佳水肥组合，是确定作物各指标最优灌水施肥组合的一种科学分析方法，通过空间分析方法对各指标多元回归方程所得三维立体曲面进行水平投影，寻找各指标可接受区域的重叠区，可得到兼顾各指标的最优组合范围。【本研究切入点】以往研究主要集中在土壤栽培条件下水肥耦合对作物生长和产量的宏观效应及相应的生理机制，由于无土栽培基质与土壤所形成的栽培环境差异较大，且基质栽培条件下缺乏依据产量、品质、肥料利用率和肥料偏生产力等因素综合评价确定的灌水和营养液管理量化指标，因此难以定量确定更有效的灌水和营养液管理制度，不易实现充分发挥基质栽培的节水节肥、高产优质的目的。【拟解决的关键问题】通过塑料大棚基质袋栽培黄瓜不同灌水量和营养液浓度的耦合试验，探索产量、干物质量、品质和肥料偏生产力对水肥耦合的响应规律，旨在为确定黄瓜基质栽培生产模式下最佳水肥管理方案提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验在西北农林科技大学北园艺场（34°17′N，108°04′E）的对称内保温双层塑料薄膜覆盖大棚内进行，海拔498.68 m。供试黄瓜品种为‘春优1号’，于三叶一心时定植（3月26日），7月5日拉秧（采收期为60 d），采用基质袋栽培种植方式，每袋定植一株黄瓜。PE薄膜基质袋尺寸大小为28 cm×43 cm，基质量5 L/袋，基质配比为菇渣腐熟物﹕珍珠岩﹕蛭石=15﹕11﹕4（体积比）。栽培基质的理化性质为：容重0.253 g·cm-3，总孔隙度73.45%，通气孔隙29.31%，持水孔隙64.27%，速效氮423.67 mg·kg-1，速效磷552.21 mg·kg-1，速效钾714.4 mg·kg-1，全氮16.58 mg·g-1，全磷7.13 mg·g-1，全钾21.39 mg·g-1，有机质含量为44.8%，pH为6.68，EC为2.25 mS·cm-1。采用水肥一体化灌溉施肥系统供应水肥，营养液供应流速为1 L·h-1。
1.2 试验设计
定植密度为3 300 株/667m2，基质栽培袋按大小行栽培方式布局，大行距70 cm，小行距50 cm。以单株黄瓜水肥需求为标准，设置灌水和营养液浓度2个自变量。
营养液浓度（施肥量）：设定山崎黄瓜营养液标准配方浓度为100%剂量，其单株黄瓜N、P2O5和K2O的用量分别为5.75 g、2.40 g和7.56 g。以此设置3个营养液浓度水平，其中75%剂量的营养液为低肥处理（F1：N-P2O5-K2O, 4.31-1.73-5.46 g/株）；100%剂量的营养液为中肥处理（F2：N-P2O5-K2O, 5.75-2.40-7.56 g/株）；125%剂量的营养液为高肥处理（F3：N-P2O5-K2O, 7.19-3.00-9.45 g/株）。
灌水量：采用称量法获取黄瓜单株日蒸腾量。用上海友声衡器有限公司生产的BS系列精密电子计量秤（精度0.01 kg）于每日8：00定时称单株基质质量（由于基质袋保水性较好，故可以不考虑水分蒸发），基质袋的减少量即为当日单株蒸腾耗水量（100% ETc）。以此设置W1（75% ETc）、W2（100% ETc）、W3（125% ETc）3个灌溉水平。
将灌水和营养液浓度两因素耦合，共计得到9个处理，3次重复，每小区定植黄瓜10株。在苗期结束之后，进入开花坐果期基质养分不能满足黄瓜需求时进行水肥耦合处理。
分别于每日上午和下午分次进行灌水，确保无积水和渗漏现象出现。100%ETc处理的单株日灌水量如图1所示。
空白处为连续阴雨天未灌水 There was no irrigation on a rainy day
图1 生育期内单株灌水量
Fig. 1 Irrigation volume of per cucumber over the growth period
1.3 试验大棚小气候环境状况
在黄瓜全生育期内，利用温湿度自动记录仪（PDL型，哈尔滨物格电子有限公司）连续检测大棚内的气温和相对湿度，数据采集间隔为30 min，日平均温度和湿度变化范围分别为15.1—28.4℃和54.6%— 92.1%。光合有效辐射（PAR）日总量变化范围为4.25—23.91 mol·m-2·d-1。
1.4 测定项目与方法
在处理22 d（5月11日）后分别用卷尺和游标卡尺测量黄瓜的株高、茎粗；叶面积由叶长的平方与叶面积系数的乘积获得，叶面积系数则通过方格纸法回归得来；利用便携式光合测定仪（6400，Li-CorInc, Ltd.，USA）在盛瓜期（5月11日）测定净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）。采摘当日，用电子天平记录各试验小区黄瓜产量，拉秧后统计总产量。可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定；硝酸盐含量采用浓硫酸水杨酸法测定；维生素C含量用钼蓝比色法测定；可溶性固形物由ATAGO PAL-1数字手持袖珍折射仪读取；还原糖含量采用3,5-二硝基水杨酸（DNS）法测定。
叶面积指数（leaf area index, LAI）=叶面积/土地面积；
作物单株耗水量（ET）=I-ΔW；
水分利用效率（water use efficiency, WUE）=×103；
肥料偏生产力（partial factor productivity of fertilizer, PFP）=Y/F。
式中，I为全生育期内单株作物灌水量（L），ΔW为试验初期和末期基质储水量的变化量（L），Y为产量（kg/株），F为全生育期投入的N、P2O5和K2O总量（kg/株），WUE单位为kg·m-3，PFP单位为kg·kg-1。
1.5 数据处理
用SPSS 20.0统计分析软件进行数据处理、多元回归和方差分析，采用Microsoft Excel 2010进行作图，Duncan法进行多重比较（P=0.05）。
2 结果
2.1 水肥耦合对基质袋栽培黄瓜生长的影响
由表1可以看出，不同施肥和灌水及其交互作用对茎粗的影响不显著。茎粗变化范围为6.93—8.12 mm，W2F3比W1F3高17.2%。灌水和施肥及其交互作用对黄瓜株高影响差异显著。高水中肥（W3F2）处理株高最大比低水低肥（W1F1）处理增加37.27 cm。低水（W1）和高水（W3）条件下中肥处理（F2）株高最大；中水（W2）条件下，低肥和高肥处理株高差异不明显，中水中肥处理（W2F2）表现出株高最小值；W3F2处理株高最优，但与W3F1无明显差异。这些结果表明，在低水（W1）和高水（W3）灌溉条件下，黄瓜株高随施肥量的增加呈开口向下的抛物线变化趋势，中肥处理在一定时期有利于黄瓜株高生长。
叶面积指数反应植株叶片的疏密程度，叶面积指数越大，说明单位土地上的叶面积越大，叶片的层叠程度越大，对光能可形成多层利用，减少了光能的浪费。两因素及交互作用对植株的叶面积指数（LAI）影响极显著。低肥（F1）和中肥（F2）条件下高水（W3）处理均表现出LAI最大值，表现出充足的灌水有利于黄瓜叶片的生长。高肥（F3）条件下，中水（W2）处理LAI最大，与高水（W3）相比，高出16.5%。高水低肥（W3F1）处理的LAI（1.94）比低水低肥（W1F1）高出0.41，达叶面积指数最大值。
表1 水肥耦合对黄瓜株高、茎粗和叶面积指数的影响
Table 1 Effects of different water and fertilizer coupling on cucumber plant height, stem diameter and leaf area index
同列数据后不同小写字母表示0.05水平时差异显著，*表示差异显著（P＜0.05），**表示差异极显著（P＜0.01）。下同
Different small letters in the same column indicate significant differences among treatments (P＜0.05). * means significant difference (P＜0.05), ** means much significant difference (P＜0.01). The same as below
2.2 水肥耦合对基质袋栽培黄瓜光合特性的影响
如表2所示，低肥（F1）条件下，Pn表现为W1＞W2＞W3；高肥（F3）处理下，Pn随灌水量的增加呈上升趋势。W1F1处理的黄瓜叶片净光合速率（Pn）最大，W2F2处理的黄瓜叶片Pn值最小。低肥处理（F1）的黄瓜叶片蒸腾速率（Tr）分别比中肥处理（F2）和高肥处理（F3）增加8.84%和11.97%，W1F1处理的黄瓜叶片Tr最大。除低水中肥（W1F2）处理外各处理间黄瓜叶片气孔导度（Gs）差异不显著，W3F2处理有最大值（0.19 mol·m-2·s-1），比最小值W1F2高出18.75%，低肥（F1）处理下，普遍有较高的气孔导度。这表明合理的营养供应在一定程度上可以改善植株的水分状况，提高渗透调节和气孔导度，从而提高光合效率。低水（W1）和中水（W2）条件下，低肥（F1）处理的黄瓜叶片胞间CO2浓度（Ci）最大；高水（W3）条件下，Ci随施肥量的变化表现出开口向下的抛物线变化趋势。中水低肥（W2F1）处理的黄瓜叶片有Ci的最大值，低水中肥（W1F2）处理Ci值最小。由此可以看出，低肥（F1）条件下的黄瓜叶片Pn较高；而在低肥（F1）和中肥（F2）条件下，随灌水量的增加，Ci呈开口向下的抛物线变化趋势。
表2 水肥耦合对基质袋栽培黄瓜光合特性的影响
Table 2 Effects of different water and fertilizer coupling on cucumber photosynthetic characteristics
2.3 水肥耦合对基质袋栽培黄瓜果实品质的影响
如表3所示，黄瓜品质指标受灌水量和施肥量影响极显著（P＜0.01）（还原糖显著P＜0.05），水肥交互作用对品质也呈极显著影响（除硝酸盐不显著外P＞0.05）。在低肥（F1）和中肥（F2）条件下，随灌水的增加，可溶性蛋白含量呈上升趋势，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）条件下，中水（W2）处理的可溶性蛋白含量显著低于高水和低水处理，表现为W1＞W3＞W2。低肥（F1）和高肥（F3）条件下，低水（W1）处理均表现出较高Vc值（36.78和41.17 mg/100g）。低水（W1）条件下，不同施肥量间Vc的最大值和最小值差距较大；随灌水量的增加，中水（W2）条件下不同施肥量间Vc差值变小，变化范围为28.67—33.11 mg/100g；到高水处理时，不同施肥量间Vc含量的最大差值仅为2.67 mg/100g。随着灌水量的增多，施肥量对Vc的影响愈加不明显。低水（W1）处理下，果实的还原糖含量表现出最大值，W1F1和W1F3处理还原糖含量分别为2.25%和2.20%，显著高于除高水高肥（W3F3）外的其他处理。同等施肥条件下，硝酸盐含量随灌水的增多呈明显下降趋势；相同灌水条件下，硝酸盐含量随施肥量的增加而上升。低肥（F1）和高肥（F3）条件下，硝酸盐含量最小值（W1）与最大值（W3）间最大差值分别为80.56 mg·kg-1和119.63 mg·kg-1。这表明随施肥量的增加，灌水对硝酸盐含量的影响越来越大。仅考虑施肥因素，总可溶性固形物含量随施肥量的增加表现为F3＞F2＞F1；W3F2和W3F3处理的可溶性固形物百分数最高（3.90%）。说明施肥量的增加对果实内总的可溶性固形物含量有较为积极的影响。
2.4 水肥耦合对基质袋栽培黄瓜干物质量和产量的影响
养分和水分与作物干物质累积密切相关，图2-a为拉秧时不同水肥耦合处理对黄瓜干物质量的影响（包含叶、茎、果、根）。灌水及水肥交互作用对黄瓜干物质量影响极显著（P＜0.01）。低肥条件下，高水处理（W3）黄瓜干物质累积量优于中水（W2）和低水（W1）处理。高水（W3）处理时随营养液浓度的增加，干物质累积量依次降低。低肥（F1）条件下不同处理间干物质量的最大差值为171.5 kg/667m2，高肥（F3）条件下最大差值缩减为63.5 kg/667m2，随营养液浓度的增大，干物质累积量受灌水的影响逐渐减弱。从灌水和营养液耦合效应看，高水低肥处理（W3F1）干物质累积最大（419.0 kg/667m2）；低水低肥处理（W1F1）干物质累积最小（247.5 g/株）。说明施肥过多的情况下，灌水的积极效应也被减弱。
表3 不同水肥处理对黄瓜果实品质的影响
Table 3 Effects of irrigation and fertilization coupling on fruit quality of cucumber
不同水肥处理对黄瓜产量的影响如图2-b所示。经方差分析可知，本试验条件下，灌水对产量表现出极显著的影响（P＜0.01）。在同一施肥条件下，各处理的产量随灌水量的增多，基本均呈上升趋势；伴随施肥量的增加，产量未表现出相似的变化趋势，其中W3F1处理的产量最大（7 667.3 kg/667m2），显著高于除W3F2之外的其他处理。这表明在本试验条件下，灌水的增加对产量有很强的正效应。
图2 不同水肥处理对干物质量和产量的影响
Fig. 2 Effects of different water and fertilizer coupling treatments on cucumber dry weight and yield
2.5 水肥耦合对基质袋栽培黄瓜水分利用效率和肥料偏生产力的影响
施肥对水分利用效率（WUE）影响显著（P＜0.05），灌水对WUE影响极显著（P＜0.01）。如图3-a所示，在中肥（F2）和高肥（F3）水平，水分利用效率（WUE）均呈现随灌水量的增加而下降的趋势；而在低肥（F1）水平下，3个不同灌溉量处理对WUE影响差异不大。仅考虑灌水因素，W1处理的WUE分别比W2和W3处理提高3.9%和20.1%。各处理中，W1F3处理WUE最高（40.96 kg·m-3），W3F3处理WUE最低（30.07 kg·m-3）。
肥料偏生产力（PFP）反应了栽培袋内的基础养分和营养液滴灌量的综合效应。由图3-b可知，PFP在86.91—205.67 kg·kg-1之间变化，同WUE的响应规律相反，在相同的施肥水平下，灌水量增加PFP也随之增大（W1F3最小，为86.91 kg·kg-1）。仅考虑施肥因素，F1比F2和F3分别增大了35.3%和66.6%。仅考虑灌水条件，与W1相比W2和W3处理PFP分别增大25.1%和40.1%。这表明高水处理（W3）在很大程度上能够增加PFP；且在全部的水肥耦合处理中，减少施肥量，高水低肥（W3F1）处理的PFP增加幅度最大。
图3 不同水肥处理对水分利用效率和肥料偏生产力的影响
Fig. 3 Effects of different water and fertilizer coupling on cucumber water use efficiency (WUE) and partial factor productivity of fertilizer (PFP)
2.6 水肥投入与产量、水分利用效率和硝酸盐含量的关系
以水肥投入量为自变量，分别以产量、WUE、PFP和果实硝酸盐含量为因变量，进行回归分析（表4），结果表明灌水量和施肥量对各因变量的影响均极显著（P＜0.01），决定系数均在0.85以上。
设定W3和W1处理的灌水量分别为灌水的上下限，F3和F1处理分别为施肥量的上下限，运用空间分析方法，使用MATLAB作图软件，形成表4中各方程的平面投影图（图4）。由图4可知，产量、PFP以及硝酸盐含量均在低肥高水区域有较优值（硝酸盐含量较低值为较优值），而WUE则在高肥低水的区域有较优值。可见4个指标不能同时达到最优，产量、PFP和硝酸盐有比较接近的灌水和施肥区域，而WUE与其他3个指标无交互区域。因此在综合评价中不考虑WUE。
表4 水肥投入与产量、水分利用效率、肥料偏生产力和硝酸盐含量之间的回归关系
Table 4 Regression equation for response variable of yield, water use efficiency, partial factor productivity of fertilizer and nitrate content with irrigation and fertilization amount
W、F、R2和P值分别代表灌水量、施肥量、决定系数和统计显著性值
W, F, R2and P mean irrigation amount, fertilization amount, coefficient of determination and statistically significant value, respectively
运用空间分析方法，对产量、WUE、PFP和硝酸盐含量等各指标最优值（各指标最优值的选取范围控制在本次试验的水肥控制范围内）的±5%、±10%、±15%范围内进行评价。发现产量和硝酸盐含量在最优值的±15%（产量为1.84 kg/株；硝酸盐含量为433.5 mg·kg-1）的范围内偏离其极值太大，对于水肥供给量的寻优探索意义较小。在最优值±10%和±5%的范围内都有同时满足产量、PFP和硝酸盐含量的较优区域。但±5%的范围内PFP（约为193.8kg·kg-1）可接受区域过小，PFP完全包含在产量和硝酸盐含量两指标的可接受区域之内，相对而言，降低了产量和硝酸盐含量所代表的意义。因此将最优值±10%的范围定为合理的可接受范围。
以图4中所示每一个小格为基础单元，将产量、WUE、PFP以及硝酸盐含量这4项指标所得最优值±10%的水肥可接受区域进行汇总，得到综合分析图5。可见黄瓜产量、PFP和硝酸盐含量达到±10%最优值时，水肥供应重叠区域为2个长方形的组合。黄瓜施肥灌水区间约为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。
图4 水肥投入与产量、水分利用效率、肥料偏生产力和硝酸盐含量的关系
Fig. 4 Relationship of irrigation amount and fertilization amount with yield, water use efficiency, partial factor productivity of fertilizer and nitrate content
图中阴影区域为产量、肥料偏生产力和硝酸盐含量最优值±10%的可接受区域
The shaded area is shown in the yield, fertilizer partial productivity and nitrate ±10% optimum value
图5 产量、水分利用效率、硝酸盐含量和肥料偏生产力的综合评价
Fig. 5 Comprehensive evaluation of yield, water use efficiency, nitrate content and partial factor productivity of fertilizer
3 讨论
无土栽培技术的应用扩大了农业生产的区域，灌溉和营养液管理已成为无土栽培的核心技术之一。本试验结果表明，不同的水肥耦合处理显著影响黄瓜株高、叶面积指数、光合参数、水分利用效率、肥料偏生产力和产量等指标。在本试验中W3F2处理表现出株高的最大值，同杨小振等在西瓜上得出的结果类似，中肥处理在一定时期对株高的增加较为有利。李静等对黄瓜的水氮耦合试验表明，叶面积指数随灌水量的增加显著增加。本试验在F1和F2情况下，灌水对叶面积指数有积极作用，叶面积指数随灌水量的增加而增加。
产量作为反映农作物生长状况的关键指标，成为试验研究重点。已有研究表明，番茄产量与灌水、施肥呈正相关，且增加灌水量，降低施肥量，水分利用效率逐渐下降。张丽莹、王鹏勃等的试验表明，在单株灌水量一定的条件下，植株产量随施肥量的增加表现为先增加后降低，且产量随灌水量的增加也表现出先升后降的抛物线关系。李建明等研究表明，120%ET水分处理产量最优；赵青松等对黄瓜的槽式基质栽培研究指出，灌溉处理为基质最大含水率85%—100%时，产量最高水分利用效率最低；杨平等对番茄的基质袋培研究结果显示，中等营养液浓度供应水平和70%田间持水量的灌溉下限组合为最佳水肥处理。但本试验结果显示，产量、水分利用效率等指标，随灌水量和施肥量无完全一致的变化趋势，在营养供应量较高的F2和F3水平，WUE随灌水的增多呈下降变化趋势，这与王秀康等的研究结果一致。且相较于W3F3处理，W3F1的WUE和产量显著提高。这可能同栽培方式、试验标准及黄瓜生长发育的水肥耦合阈值有关。本试验的水肥供应是在根瓜坐瓜后进行，此时基质中营养成分已不能满足黄瓜的正常生长需求，基质种类和成分组成会对试验结果产生一定影响，但差异已不明显。同时，本研究的水分供应和营养补充是在ETc的指导下发生，消除了基质容积的限制，且基质袋较好的保水保肥性，使得袋培基质容积大小对试验结果造成的影响可忽略。在本试验中，F1的营养补给足以满足黄瓜的增产目标；F3供应水平造成根区氮、磷、钾离子浓度过高，不利于黄瓜根系对水分、养分的吸收，导致增产幅度较小。W1F1处理净光合速率有最大值27.03 μmol·m-2·s-1（表2），但其产量较低，这可能是由于其叶面积指数较小（表1），导致总同化量较少。叶面积与净光合速率共同决定了植物的同化量，W3F1处理叶面积指数有最大值，且净光合速率较高，因而产量最优。
不同的水肥耦合处理对黄瓜果实可溶性蛋白、Vc、还原糖、可溶性固形物和硝酸盐含量等均有显著影响。邢英英等研究表明，增大灌水量番茄品质呈倒U型变化趋势。而本研究表明随营养液浓度的增大，黄瓜果实可溶性蛋白和硝酸盐含量均值都呈上升趋势；在高肥条件下，Vc和可溶性固形物含量最大，且还原糖也较高。这可能是较高浓度营养液下，氮磷钾营养元素增多，磷肥和钾肥能参与植物糖类代谢，同时钾能促进和加强植物对磷的吸收及光合产物的运输，并且促进植株体内氮素的代谢。且已有研究表明，增施磷肥可有助于植株体内可溶性糖含量增加，提升作物品质。由于本研究中营养液是以同一配比的氮磷钾组合，尚不能确定是哪种元素起主要作用，关于氮磷钾肥对黄瓜果实品质的影响有待进一步研究和验证。硝酸盐在人体内可被转化为亚硝酸盐，亚硝酸盐有致癌作用。因此硝酸盐含量是蔬菜安全品质中监控的重要指标，可作为品质代表指标进行综合评价。本试验中，在相同的灌水条件下，果实中硝酸盐的含量随营养液浓度的上升而增加，表明硝酸盐含量与施肥量存在正向关系。
设施内的水肥管理即协调灌水与施肥之间关系，实现节水节肥、高效优质的管理目标。本文运用多元回归和空间分析相结合的方法综合评价产量品质和偏肥料生产力，得到2个黄瓜施肥灌水区间分别为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时，黄瓜产量、硝酸盐含量和PFP同时达到最优值的±10%范围内。这一灌水施肥区域为大棚黄瓜高产优质的水肥管理提供依据。尽管水肥管理的最适区域灌水量较大，但施肥量较小，符合当前农业生产中提倡“减肥、减药”的发展方向。同时说明水分和肥料利用效率受灌水和施肥影响规律完全相反，在优化灌水施肥制度时，二者不能同时达到最优。
4 结论
本试验条件下，不同水肥耦合处理对黄瓜的生长、产量、品质、光合特征、水分利用效率均有显著影响。同一施肥条件下，灌水的增加有利于黄瓜产量和肥料偏生产力（PFP）的增长，硝酸盐含量随灌水的增多呈明显下降趋势。同一灌水水平时，硝酸盐含量随施肥量的增加而上升；低水（W1）处理下，果实的还原糖含量表现出最大值。综合考虑水肥协同、增产高产以及提高肥料偏生产力等多种因素，在设施基质袋栽培模式下，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时，黄瓜产量、PFP和硝酸盐含量同时达到最优值的±10%。
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