摘要 综述了水肥耦合效应的概念、类型以及水肥耦合对作物生长发育、品质及各元素代谢的影响等方面的研究进展，并对水肥耦合效应的应用前景进行展望。
关键词 水肥耦合；作物；影响；概念
我国水资源紧缺，总水量仅占世界的6%，人均持水量仅为世界平均水平的1/4。当前，我国农业发展方式粗放、资源消耗过大，尤其是水、肥资源消耗巨大，导致资源浪费严重。
水、肥、气、热是影响农作物生长的主要因素，而在上述4个因素中水与肥占主要作用。大量研究证明：水分和养分的结合能有效提高水肥利用率[1-2]。有效施肥可促进作物对水分的利用率，还可提高作物的产量，而且对其品质也有明显的影响。因此，在农业生产中可以通过调节水肥达到增加产量、提高品质、促进农业生产效率的目的。这也就是俗话说的“有收无收在于水、收多收少在于肥”。大部分农民受这一传统观念的影响，认为大量施用化肥可以增加作物的产量，非但没有收到预期的效果，反而易造成环境污染。如何有效利用有限的水资源，并将生产成本降到最低，是我国农业生产长期需要研究解决的问题。适宜的水分条件以 及合适的施肥量是农作物高产优质的基本保证，养分的缺乏，水分的胁迫作用，以及二者的同时缺乏都不利于农作物的生长。要实现农业的可持续发展，解决我国农业长期存在的问题，就要研究如何在有限的水资源条件下，合理施用肥料，达到“以水促肥，以肥促水”的效果。
1 水肥耦合效应的概念及其类型
“耦”者，二为耦，二人耕为耦，二伐为耦等，“合”者，合而为一。在“土壤—植物—大气”系统中水肥耦合效应表现为2个因素或2个以上因素对植物生育的相互促进或相互制约作用。水肥耦合效应是指在农业系统中土壤矿质元素系统与水系统中最佳组合而产生优化产量、质量等现象[3]。它是20世纪80年代提出的田间水肥管理的新观念，水肥耦合可发生3种现象，即水肥协同效应、叠加作用和拮抗作用[4-5]。
水肥协同效应也称耦合正效应，即2个体系或2个以上体系相互作用、相互影响、相互促进，故多因素的协同效应大于各自效应之和[6]。拮抗作用也称耦合负效应，是指塑料制油2个体系或2个以上体系相互制约、相互抵消或者1个体系中各因素之间相互抵消，故各因素的综合效应应小于各个因素效应之和。叠加效应是指2个体系或2个以上体系的作用等于各自体系
效应之和，体系之间无耦合效应，则称为叠加效应。人们在长期的农业生产实践中进行农业经营管理，其目的是要利用各个因素的耦合作用，创建植物和谐统一的关系，进而达到协同效应，从而生产出高产、优质的产品。因此，在农田土壤系统中，土壤是溶剂，肥料多为溶质，各种植物所需的养分物质通过土壤矿化分解，转而发生耦合作用。
2 水肥耦合对作物的影响
2.1 水肥耦合对作物生长发育的影响
水肥对作物的生长发育起着至关重要的作用，肥能够提供植物必需的营养元素，水则作为作物的营养元素和血液。很多学者一直致力于研究水肥耦合对作物的生长发育的影响。
陈碧华等[7]研究了番茄生长发育情况，结果表明，番茄植株的一些生物学性状与灌水量和肥料施用量之间呈现正相关的关系，并且肥料施用量对植株的生物学性状的影响大于灌水量的影响。华元刚等[8]研究表明：在氮、磷肥施用适宜的情况下，很好地促进了橡胶树根系在0～20 cm土层的生长；施用氮肥过量时，处于深层土壤的根系比重增大；土壤含水量稍少时，能使橡胶树的根系向深层土壤生长。薛 涛等[9]研究了水肥耦合对向日葵生长发育
的影响，结果表明：在向日葵生长发育过程中水分是重要的制约因素。李 邵等[10]研究表明：黄瓜的生长情况对水肥反应很大。黄瓜植株的水肥供给直接影响其株高与叶片的变化。梁运江等心理管理[11]研究表明：灌水是影响辣椒生长发育和产量的最重要的因素，同时水磷耦合对辣椒的植株粗细和分蘖数也有显著影响。李法云等[12]的研究表明：春小麦在生育前期，施氮量的多少影响其植株高度和叶面积指数，而灌水量的多少对植株高度影响不显著；氮、磷配合施用时对春小麦叶面积和植株高度有显著影响。李开峰等[13]对冬小麦的研究表明：不同水肥耦合对冬小麦的叶面积、植株高度及产量的影响很大，上干下湿的湿润方式和下层施肥方式对冬小麦的叶面积、植株高度和产量有不同程度的降低作用。孔清华等[14]通过大田试验，比较了地下滴灌与地表滴灌及其不同施肥量对青椒生长的响应，研究表明地下灌水及合理施用肥料可以促进青椒根系向土壤深层生长，但随着土壤中氮浓度的增加，反而不利于青椒根系的生长，同时对根系的生长也表现出抑制性。韩晓增等[15]研究了水氮耦合对大豆生长发育的影响，结果表明：在土壤水分略旱条件下，导致各生育时段的光合速率、气孔导度、蒸腾速率降低，增施氮肥可以调节水分对光合速率的作用，同时提高蒸腾速率、气孔导度，增强对逆境胁迫的适应能力；在土壤水分充足条件下可以提高光合速率、气孔导度、蒸腾速率，但随着生育期的推进而递减，增施氮肥可以提
高光合速率、气孔导度、蒸腾速率，对大豆产量形成有利；在土壤水分特旱条件下，光合速率、气孔导度、蒸腾速率降低，增施氮肥不能对大豆起到调节作用，而土壤恢复适宜水分后，氮肥对大豆受旱恢复生长的速度起到一定的调节作用。
2.2 水肥耦合对作物品质的影响
水肥耦合对农作物的品质也存在很大的影响。许广波等[16]研究表明：施磷、氮及灌水对辣椒VC含量的影响呈现出逐渐减小的趋势，而氮磷肥的施用量对辣椒VC的含量作用相同。汪玉磊等[17]研究了水肥对冬小麦蛋白质含量的影响，结果表明：冬小麦中蛋白质与灌水量之间呈现负相关的关系，在灌水量严重缺乏时，与其他处理相比蛋白质的含量最高。灌水量适宜时，蛋白质的含量无明显差异；当施氮量达到一定量后，冬小麦的籽粒蛋白含量随着施氮量的增加而增加。赵 静等[18]研究了控释肥与水分耦合对红丽海棠品质及树体营养状况的影响，研究结果表明：包膜水肥耦合能够明显促进红丽海棠的生长，增加花朵中的花苷含量，提高果实品质以及叶片中的氮、磷、钾含量，而包膜控释肥与适量的水分协调效果更佳。汪瑞清等[19]研究了水肥耦合对脐橙品质的影响，研究表明：可溶性固形物及总糖的含量在干旱区与施入有机肥的比例有关，且随着有机肥比例的高低可溶
性固形物及总糖的含量升高或者降低，而在非干旱区可溶性固形物及总糖的含量与有机肥比例的高低呈相反的趋势。代晓华等[20]研究了水肥耦合对玉米品质的影响，研究表明：定量灌水能增加玉米干物质的积累。水分严重缺乏时，干物质的积累变慢。杨 红等[21]研究了水肥耦合对辣椒品质的影响，结果表明：水肥耦合对辣椒的品质有显著的影响，施氮处于中等水平时辣椒中VC含量有所提高，当施氮量过多时，辣椒中VC含量反而下降。氮、磷、钾施肥量增加以及灌水次数适当增加时，可显著改善辣椒品质。2.3 水肥耦合对各元素代谢的影响
王小燕等[22]研究了不同施氮量条件下灌溉量对小麦氮素分配和吸收转运的影响，研究结果表明：同一施氮水平下增加灌溉量，成熟期氮素吸收总量增加；随灌溉量增加，土壤氮的吸收量和占总氮量的比例增大，肥料氮的吸收量和占总氮量的比例减小，增加灌溉量导致氮素吸收总量的增加主要是通过提高土壤氮的吸收量和占总氮量的比例实现的。邓宇驰等[23]研究了甘蔗中水肥耦合情况，结果表明：随着灌水量的增加甘蔗叶片中全氮含量提高，同时叶片中全氮含量也随灌水量和施氮水平的增加而增加，但低水平的水氮耦合反而不利于甘蔗植株对钾素的吸收。孟战赢等[24]研究表明：氮代谢过程中所需酶的活性高低与土壤中施肥量有关，合理灌水与施肥可加速氮素在夏玉米体内的循环。Hebbar S S et al
[25]研究表明，交替沟灌可减少肥料淋溶，在交替灌溉下，作物对氮的吸收也减少，与普通灌溉相比，交替沟灌的施肥行土壤硝酸根含量在营养生长期和生殖生长期较高。Thomas L Thompsona et al[26]研究表明施氮量显著影响氮肥利用率，而土壤含水量也明显影响氮肥利用率。Skinner R H et al[27]研究表明滴灌施肥能明，显促进根系生长，提高氮、磷、钾的吸收量，减少深层土壤中NO3-，氮、钾的淋溶、渗灌增加了对深层土壤中磷的吸收。滴灌施肥能明显地增加单株果实数量，提高肥料利用率。
3 展望
长期以来，人们对水肥之间的作用十分关注。自20世纪60年代，发达国家已经开始推广应用灌溉施肥技术。近几年，该项技术被称为“水肥一体化”，或理解为狭义的水肥耦合。国内外对水肥耦合效应的研究也越来越多，尤其是在水稻、玉米、小麦及西红柿等作物上的研究取得了可喜的成绩，在有限的水资源情况下提高作物的产量、通过合理的水资源优化配置提高水肥利用率还需要作进一步的研究。目前，我国大部分地区示范和推广了全膜覆盖、灌溉施肥、膜下喷灌、垄膜沟灌、沟内覆草等节水农业新技术，实现了水肥一体化管理。这些技术的运用，不仅节约了资源，还增加了产值，为水肥耦合理论做出了有益的探索和实践。
随着我国经济社会的不断发展，对农产品的需求日益增加，而耕地面积逐年减少，水资源严重匮乏，导致水肥资源对农业发展的制约将进一步加大。因此，发展高产、优质、高效的生态农业，才能促进我国农业的可持续发展。而要实现这一转变，必须实现资源的高效利用，注重水肥耦合效应在农业生产实践中的应用，积极树立水肥耦合、科学性管理的农业生产新理念。
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