水资源短缺已成为限制农业生产的重要因素，提高作物水分利用效率是缓解水资源短缺的关键。传统灌溉方式存在灌水过多、灌水不均和肥料流失等问题，造成资源浪费，而滴灌方式不仅水分利用效率高，还有节水节肥等作用^[1]。康跃虎^[2]提出了一种基于土壤基质势的滴灌灌溉制度，该灌溉制度指出对于大部分作物在生育期间土壤水势保持在-25～-35 kPa 的范围内能获得比较理想的产量； 磷作为作物生长必需的大量元素之一，既是作物体内多种化合物的组成分，又以多种方式参与代谢，对作物的产量形成起着关键作用。土壤中通常通过施用磷肥来提高土壤有效磷含量，进而提高磷素的供给能力^[3]，然而，磷在土壤中移动性较差，极易被固定，导致磷肥的当季利用率较低^[4]，过量施用磷肥则会引起磷肥资源的浪费和水体富营养化等一系列环境问题^[5]。研究表明，水分和磷肥对作物的生长是相互影响的，水分不仅影响土壤中磷素的有效性，还影响作物根系的生长，进而影响作物对土壤养分的吸收^[6]。合理的水分和磷肥配比可以有效地促进作物生长，提高作物产量和水肥利用效率^[7]。因此，适宜的水磷耦合模式对作物稳产增产有重要的指导作用^[8]。

根据中国农村统计年鉴数据^[9]，2020 年世界甜瓜种植总面积达 107 万 hm²，产量为 2800 万 t，其中我国甜瓜生产面积 39.5 万 hm²，产量达 1380.8 万 t，占比约为 49%，居全球第一位。宁夏回族自治区海原县是甜瓜的优势产区，昼夜温差大，光热资源丰富。温室大棚甜瓜经济效益好，是农户脱贫致富的主要产业。但是当地磷肥施用量远超推荐施肥量，而且磷肥普遍采用基施的方法，且土壤属于石灰性土壤，磷素极易被土壤固定导致有效性差，利用率低。在生育中后期由于磷肥供应不足从而抑制甜瓜生长和产量的增加。因此，如何提高滴灌条件下磷肥的利用效率是水肥一体化技术亟需解决的关键问题。

本研究通过 2 年的温室大棚定位试验，研究了滴灌条件下不同土壤基质势和磷肥施用量对甜瓜光合特性及产量等方面的影响，以确定适宜的土壤基质势及适宜的施磷量组合，为滴灌条件下甜瓜水磷管理提供理论依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验于 2020—2021 年在宁夏回族自治区中卫市海原县高崖乡草场村进行，地处 36°56′N， 105°64′E。气候属于典型温带大陆性气候，年均降水量为 360 mm，年均温度为 7.6℃。供试土壤为灰钙土，0～20 cm 土层砂粒（2～0.05 mm）含量为 39.84%，粉粒（0.05～0.002 mm）含量为 46.28%，黏粒（<0.002 mm）含量为 13.88%，土壤质地为壤土。0～20 cm 土层土壤理化性状：pH 7.58，有机质 15.82 g/kg，全氮 0.89 g/kg，全磷 0.78 g/kg，矿质态氮 119.62 mg/kg，有效磷 21.45 mg/kg，速效钾 401.76 mg/kg。

1.2 试验材料

供试作物为厚皮甜瓜‘早香蜜’，生长期约为 75 d 左右。供试肥料为尿素（N 46%）、磷酸二氢钾（P₂O₅ 52%、K₂O 34%）和硫酸钾（K₂O 52%）。

1.3 试验方法

2020 年设 W1（-20 kPa）、W2（-40 kPa）2 个土壤基质势水平，追施磷肥量 P0（P₂O₅ 0 kg/hm²）、 P1（P₂O₅ 21.15 kg/hm²）、P2（P₂O₅ 58.65 kg/hm²）、 P3（P₂O₅ 96.15 kg/hm²）、P4（P₂O₅ 133.65 kg/hm²） 5 个水平，每个处理重复 3 次，随机区组排列。试验小区面积为 16.5 m² （ 长 6.6 m× 宽 2.5 m）。试验所用基肥为复合肥料和有机肥，基肥施肥量按照当地农户习惯。所有处理氮肥（N 300 kg/hm²） 和钾肥（K₂O 225 kg/hm²）用量一致，定植前施入等量的磷肥（P₂O₅）278.85 kg/hm²。追肥通过每个小区的滴灌首部的压差式施肥罐分别在甜瓜伸蔓开花期、坐瓜期和膨大期施入，追肥比例分别为 60%、20%、20%。

2021 年设 W1（-20 kPa）、W2（-30 kPa）、 W3（-40 kPa）3 个土壤基质势水平，追施磷肥量P0（P₂O₅ 0 kg/hm²）、P1（P₂O₅ 75 kg/hm²）、P2（P₂O₅ 150 kg/hm²）、P3（P₂O₅ 225 kg/hm²）4 个水平，每个处理重复 3 次，随机区组排列。试验小区面积为 13.86 m² （长 6.6 m× 宽 2.1 m），定植前施入农家肥（猪粪 1 t、羊粪 500 kg）。所有处理氮肥（N 300 kg/hm²）和钾肥（K₂O 225 kg/hm²）用量一致，磷肥作为变量。追肥通过每个小区的滴灌首部的压差式施肥罐分别从甜瓜苗期到膨大期施入，追施比例分别为 5%、5%、15%、15%、10%、10%、10%、 10%、10%、10%。2020 和 2021 年播种日期都为 4 月上旬，收获日期为 6 月中旬。具体处理见表1。

水源为黄河水，通过水泵加压，到达蓄水池。每个小区的滴灌首部由旋翼式水表、压差式施肥罐、网式过滤器、输送配水管道系统等组成。滴灌灌水根据埋设在滴头下 20 cm 处负压计的读数来确定，当负压计读数低于设定值时开始灌水，灌水定额生育前期为 5 mm/ 次，中后期为 10 mm/ 次。

1.4 测定项目与方法

主蔓长、茎粗、叶片叶绿素含量（SPAD 值）：分别在甜瓜幼苗移栽后 35、45、55、65、75 d 测定，选取小区有代表性植株 6 株并作标记，主蔓长用卷尺测定；在第 3、4 片真叶之间，由精度为 0.01 mm 的游标卡尺测定茎粗；每株自顶部向下约4、5 片叶测 3 次 SPAD 值并取其平均值，用便携式 SPAD-502 叶绿素仪测定完全舒展开的叶子。

地上部干物质累积量：分别于移栽后 35、47、 59、71 d（2020 年）以及 35、45、55、65、75 d （2021 年）在每个小区选取单行 20 cm 的植株样本，置于烘箱中 105℃杀青 30 min，然后 75℃恒温烘干至恒重，再冷却至常温称质量，计算每公顷地上部干物质累积量。

产量：每个小区选取 10 个甜瓜进行测产，根据小区面积计算各处理每公顷产量。

光合参数：在移栽后 75 d，选择晴朗无风日，用 Li-6400 便携式光合仪测定叶片光合作用的日变化。测定时间 8：00—16：00，每隔 2 h 测定一次，每个处理测定 3 片。

1.5 计算公式

磷肥偏生产率（kg/kg）= 施磷区产量 / 磷肥用量^[10]

1.6 数据分析

采用 Excel 2020 和 SPSS 26.0 对数据进行统计分析，用 Origin 2022 进行作图。采用 SPSS 26.0 进行方差分析并用 LSD 法进行多重比较，表中数据为 3 个重复的平均值 ± 标准差。

2 结果与分析

2.1 水磷耦合对甜瓜主蔓长的影响

由图1 可知，2020 年无论土壤基质势为 W1 还是 W2 处理，各个生育时期甜瓜主蔓长均随着追施磷量增加呈先升高后降低趋势，超过 P2 处理甜瓜主蔓长开始降低。从土壤基质势来看，W1 处理的甜瓜主蔓长均高于 W2 处理，移栽后 75 d，当追施磷量为 P2 处理时，W1 较 W2 处理增加了 16.37%。因此，甜瓜主蔓长 W1 高于 W2 处理。2021 年各生育时期甜瓜主蔓长均随着施磷量增加呈先升高后降低趋势，但不同土壤基质势主蔓长达到最高值的施磷量存在差异。移栽后 75 d，W1 和 W2 处理时，施磷量为 P1 处理的主蔓长最大，较 P0 分别增加了 16.77% 和 22.85%；W3 处理时，施磷量为 P2 处理的主蔓长最大，较 P0 增加了 17.48%。这说明当土壤基质势较小时，适当提高施磷量可以促进甜瓜生长。相同施磷量时，甜瓜主蔓长随着土壤基质势降低而减小，这与 2020 年结果一致。综合考虑，在 W1 处理下，追施磷量为 P2（58.65 kg/hm²）或总施磷量为 P1（75 kg/hm²）处理，甜瓜主蔓生长较好。

注：不同小写字母表示同一时期不同磷肥之间差异显著（P<0.05）。下同。

由表2 可知，2020 年结果表明，追施磷量（P） 对不同生育时期甜瓜主蔓长均有显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）影响；而土壤基质势（W）仅对移栽后 35 d 的主蔓长有显著（P<0.05）影响。土壤基质势与追施磷量（P×W）对甜瓜主蔓长均无交互效应。 2021 年结果表明，追施磷量（P）和土壤基质势（W）对移栽后 55、65、75 d 甜瓜主蔓长均有极显著 （P<0.01）或显著（P<0.05）影响，而对生育前期主蔓长无显著影响。追施磷量与土壤基质势（P×W）对移栽后 65 和 75 d 主蔓长有显著（P<0.05）交互效应。

注：* 和 ** 分别表示 P<0.05 和 P<0.01。下同。

2.2 水磷耦合对甜瓜茎粗的影响

由图2 可知，2020 年整个生育时期增加磷肥的施入有利于甜瓜茎粗的增长，超过 P2 后茎粗减小。移栽后 75 d，W1 茎粗大于 W2 处理，追施磷量为 P2 时，W1 较 W2 处理增加了 1.18%。2021 年各生育时期甜瓜茎粗均随着追施磷量增加呈先增加后降低的趋势，移栽后 75 d，在 W1 和 W2 处理时，P1 处理的茎粗最大，较 P0 增加了 1.3% 和 3.7%；W3 处理时，P2 处理的茎粗最大，较 P0 增加了 8.37%。说明增施磷肥可缓解土壤水分胁迫。相同施磷量时，甜瓜茎粗随着土壤基质势的升高而增大。可见，在 W1 处理下，追施磷量为 P2（58.65 kg/hm²）或 P1（75 kg/hm²）处理，甜瓜茎粗生长较好。

由双因素方差分析结果（表3）可知，2020 年结果表明，追施磷量（P）对不同生育时期甜瓜茎粗均有极显著（P<0.01）或显著（P<0.05）影响，而土壤基质势（W）仅对移栽后 45 d 的茎粗有显著（P<0.05）影响。而土壤基质势与追施磷量 （P×W）对甜瓜茎粗均无交互效应。2021 年结果表明，土壤基质势（W）对移栽后 65 和 75 d 甜瓜茎粗有显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）影响，追施磷量（P）对移栽后 45、65、75 d 甜瓜茎粗有显著（P<0.05）影响，施磷量与土壤基质势（P×W） 对移栽后 65、75 d 甜瓜茎粗有显著（P<0.05）交互效应。

2.3 水磷耦合对甜瓜叶片 SPAD 值及光合特性的影响

2.3.1 甜瓜叶片 SPAD 值

由图3 可以看出，不同土壤基质势甜瓜叶片的 SPAD 值在移栽后 55 d 达到最大值。无论 W1 还是 W2 处理，甜瓜叶片 SPAD 值均随追施磷量的增加呈先增后减的趋势，以 P2 处理最大。移栽后 55 d， W1 和 W2 处理下，P2 较 P0 处理分别增加了 9.4% 和 6.7%，且显著高于 P0 处理（P<0.05）；移栽 55 d 后，P0 处理甜瓜叶片 SPAD 值下降明显，施磷处理甜瓜叶片 SPAD 值下降缓慢，说明追施磷肥可缓解甜瓜叶片的 SPAD 值下降。因此，在 W1 处理下，追施磷量为 P2（58.65 kg/hm²），可使甜瓜叶片的 SPAD 值维持在较高水平。

由表4 可知，土壤基质势（W）和土壤基质势与追施磷量交互（P×W）均对甜瓜叶片 SPAD 无显著影响，而追施磷量（P）仅对移栽后 35、55 d 的甜瓜叶片 SPAD 值有显著（P<0.05）影响。

2.3.2 甜瓜叶片光合特性

由图4 可知，2020 年随着追施磷量的增加， W1 和 W2 处理的净光合速率（Pn）（图4A、B）、气孔导度（Gs）（图4C、D）和蒸腾速率（Tr）（图4E、F）均呈先增大后减小的趋势，均在 W1 P2 处理中达到最大值，在 10：00 时，W1P2 较 W1P0 处理分别增加了 33.54%、23.14%、12.44%。叶片水分利用效率即叶片的净光合速率与蒸腾速率的比值。水分利用效率（4G、H）随追施磷量增加呈先增大后减小的趋势，在 W1P2 处理下最大，较 W1P0 处理增加了 18.76%；同一磷肥处理下，W1 的 Pn、Gs、Tr 和水分利用效率均高于 W2 处理，在 10：00，追施磷量为 P2 处理时，W1 较 W2 处理分别增加了 25.69%、14.81%、31.01% 和 2.23%。综上，在 W1 处理时，适当追施磷量为 P2（58.65 kg/hm²），可使甜瓜叶片光合效率和水分利用效率维持在较高水平。

由表5 可知，2020 年结果表明，追施磷量 （P）在 10：00 和 12：00 对甜瓜叶片 Pn 有极显著 （P<0.01）影响，土壤基质势（W）和追施磷量与土壤基质势（P×W）交互对甜瓜叶片 Pn 无显著影响；土壤基质势（W）和追施磷量（P）对甜瓜叶片 Gs 在 10：00 和 16：00 有极显著（P<0.01） 或显著（P<0.05）影响，但两者仅在 16：00 有显著 （P<0.05）交互效应；土壤基质势（W）对 12：00 和 16：00 甜瓜叶片 Tr 有极显著（P<0.01）或显著（P<0.05）影响，追施磷量与土壤基质势（P×W） 对 14：00 甜瓜叶片 Tr 有显著（P<0.05）交互效应； 土壤基质势（W）对 8：00、10：00 甜瓜叶片水分利用效率有显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）影响，追施磷量（P）对 8：00、10：00 和 14：00 甜瓜叶片水分利用效率有极显著（P<0.01）或显著 （P<0.05）影响，追施磷量与土壤基质势（P×W） 对甜瓜叶片水分利用效率无显著交互效应。

2.4 水磷耦合对甜瓜地上部干物质累积量的影响

由图5 可知，2020 年无论 W1 还是 W2，各生育期适量追施磷肥能够明显促进甜瓜地上部干物质的累积量，且随着施磷量的增加呈先上升后下降的趋势。且各生育时期甜瓜地上部干物质累积量在追施磷 P2 处理时显著高于 P0 处理，移栽后 71 d，在 W1 处理时，P2 较 P0 处理增加了 37.86%，当施磷量为 P2 处理时，W1 较 W2 处理增加了 26.76%，说明随着土壤基质势的增加，甜瓜地上部干物质累积量也随之增加。2021 年移栽后 75 d，在 W1 处理时，追施磷量为 P1 处理的地上部干物质累积量较大，较 P0 处理增加了 33.6%；在 W3 处理时，追施磷量为 P2 处理的地上部干物质累积量较大，较 P0 处理增加了 29.7%。这说明增施磷肥在一定范围内可以增加甜瓜地上部干物质累积量，缓解水分亏缺。这与 2020 年结果一致。综合考虑，在 W1 处理时，追施磷量为 P2（58.65 kg/hm²） 或 P1（75 kg/hm²）处理，甜瓜地上部干物质的累积量较多。

由表6 可知，2020 年结果表明，追施磷肥 （P）对整个追肥生育期甜瓜地上部干物质累积量有极显著（P<0.01）影响。土壤基质势（W）在移栽后 47、59 和 71 d 对地上部干物质累积量有显著（P<0.05） 或极显著（P<0.01） 影响，土壤基质势与追施磷量（P×W）对地上部干物质累积量在移栽后 35、59、71 d 有极显著（P<0.01）交互效应。2021 年结果表明，土壤基质势（W）在移栽后 55、65、75 d 对地上部干物质累积量有显著 （P<0.05）影响；追施磷量（P）和追施磷量与土壤基质势（P×W）交互对移栽后 65 和 75 d 地上部干物质累积量有显著（P<0.05）或极显著（P<0.01） 影响。

2.5 水磷耦合对甜瓜产量和磷肥偏生产率的影响

由表7 可知，2020 和 2021 年试验结果均表明，追施磷肥（P）和土壤基质势（W）以及二者的交互效应（P×W）均对甜瓜产量有显著（P<0.05） 或极显著（P<0.01）影响。而磷肥偏生产率仅在追施磷肥（P）处理下有极显著（P<0.01）影响。

注：不同小写字母表示不同水磷处理之间差异显著（P<0.05）。

由表7 可知，2020 年结果表明，相同施磷量时，W1 处理的甜瓜产量高于 W2 处理，W1 处理时， P2 处理甜瓜产量最高，显著高于其他追施磷肥处理且较 P0 处理产量增加了 16.40%，但磷肥偏生产率在 P1 处理时最高，较 P0 处理增加了 20.16%；W2 处理时，追施磷量为 P2 处理时甜瓜产量最高，较 P0 处理产量增加了 17.59%，但磷肥偏生产率在 P1 处理时最高，较 P0 处理增加了 11.37%。2021 年同一土壤基质势下，甜瓜产量和磷肥偏生产率均随着追施磷量增加呈先升高后降低的趋势，不同土壤基质势产量达到最高值的施磷量存在差异，W1 处理下，追施磷量为 P1 处理时甜瓜产量最大，W3 处理下，追施磷量为 P2 处理时甜瓜产量最大，W1P1 较 W3P2 处理增加了 36.24%。磷肥偏生产率均在 P1 处理最大，W1 处理较 W2 和 W3 分别提高了 19.46% 和 36.74%，甜瓜产量和磷肥偏生产率随着土壤基质势增加而增加。这与 2020 年研究结果一致。可见，在 W1 处理下，追施磷量为 P2（58.65 kg/hm²）或 P1（75 kg/hm²）处理，甜瓜产量较高。

3 讨论

3.1 土壤基质势对甜瓜产量和光合特性的影响

土壤基质势与甜瓜产量关系密切，土壤基质势的增加不但改变甜瓜生长的水分环境，还影响土壤中磷的移动和扩散^[11]。本研究发现，当土壤基质势下降时，甜瓜的生长和光合效率也随之下降，进而影响甜瓜产量，可能因为水分亏缺不但影响了作物根系生长环境，还影响磷素的运移，进而降低了作物对磷等养分的吸收和运输^[12]。研究发现，土壤基质势显著影响甜瓜叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，当土壤基质势为-20 kPa 时可提高光合效率，进而提高作物的生长和产量^[13-16]。本试验结果表明，增加土壤基质势可提高甜瓜的光合效率，当土壤基质势为-20 kPa 时光合效率较大，这可能因为该基质势下细胞膜受到的伤害较小，具有较高的光合潜力；而土壤基质势低则会降低整体光合性能，这可能因为叶片水分不足，导致气孔关闭，影响 CO₂ 从空气到细胞内部的扩散，从而降低净光合速率和蒸腾速率，降低产量，进而影响磷肥偏生产率，这与前人的研究结果一致^[17-18]。说明在当土壤基质势为-20 kPa 时，甜瓜的生长和光合效率较好，进而提高甜瓜产量和磷肥偏生产率。

3.2 施磷量对甜瓜产量和光合特性的影响

磷肥用量对厚皮甜瓜植株的生长至关重要，随着磷添加量增大，甜瓜产量呈先增加后降低的趋势，一方面施磷可以为甜瓜生长提供营养元素，另一方面施磷可以使土壤剖面中水势低的土层下移，提高土壤水势^[19-20]。本试验结果表明，在土壤基质势较高的条件下，适量增加磷肥会促进甜瓜植株的生长，当土壤基质势较低时，增施磷肥在一定范围内可以改善甜瓜生长的水分环境，补偿水分亏缺下植物生长受抑的不良效应并改善植物的生理功能，这与前人研究结果一致^[21]。施磷过量则会抑制甜瓜生长，原因可能是根系对磷元素吸收过量，抑制甜瓜根系的生长，还会与甜瓜吸收其他元素的机制产生竞争效应^[22]。光合作用受磷肥的影响较大，随着施磷量的增加，甜瓜叶片光合速率、气孔导度和蒸腾速率先增加后减少，这可能因为施磷可增加叶片气孔的开放程度，提高作物的光合效率，过度反而发生抑制，这与前人研究结果一致^[23-25]。本研究发现，追施磷肥为 P2（58.65 kg/hm²） 或 P1 （75 kg/hm²）处理，甜瓜的生长和光合效率较好，进而提高甜瓜的产量和磷肥偏生产率。

3.3 水磷耦合对甜瓜产量及光合特性的影响

合理的灌水量和施肥量是作物高产的基础^[26-27]。本试验发现，2020 年在施磷量为 P2 处理时，W1 较 W2 处理产量增加了 16.13%；W1 处理下，随着施磷量的增加产量表现为先增加后减少，P2 较 P0 处理产量增加了 16.13%，原因可能是该处理下甜瓜生长和光合效率最高，提升了甜瓜生产潜力，使甜瓜产量增加。2021 年不同土壤基质势产量达到最高值的施磷量存在差异，W1P1 较 W3P2 处理增加了 36.24%。这说明磷肥随水分同时施用具有明显的水肥耦合效应，且当土壤基质势较小时，适当提高施磷量可以促进甜瓜生长，这与已有的“灌溉量和磷添加量互作时理论上存在最佳组合”研究结果一致^[28]。光合作用决定着甜瓜的生产力，本试验发现，相同灌溉条件下，叶片水分利用效率随追施磷量增加呈先增大后减小的趋势，在 W1P2 处理下较大，较 P0 处理增加了 18.76%，有利于作物的生长和增产，这与前人研究结果一致^[29]。说明无论甜瓜光合效率、产量还是磷肥偏生产率，含水量和磷添加量均存在一个理论最佳组合，以土壤基质势为-20 kPa、追施磷肥为 P2（58.65 kg/hm²）或 P1（75 kg/hm²）处理较好，并不是灌水量和磷肥添加量越多越好，只有当水磷最佳耦合时，才能实现甜瓜高产、降低成本和减少环境污染^[30-31]。

4 结论

水磷耦合效应对甜瓜产量和光合作用影响显著，适宜的灌水和磷肥施用量能够较好地发挥水磷耦合效应，获得较高甜瓜产量，过量施用磷肥反而会造成产量以及磷肥偏生产率下降。综合评价表明，适宜当地温室大棚厚皮甜瓜的水磷管理模式为土壤基质势-20 kPa、追施磷肥为 P2（58.65 kg/hm²）或 P1（75 kg/hm²）。

参考文献