番茄是我国西北地区日光温室栽培的主要特色经济蔬菜之一,如何根据温室番茄生产过程中对水分和养分的需要,采用合理的灌溉方式及适宜的水肥耦合模式,按时、按需对番茄进行灌水、施肥,对提高温室番茄产量和水肥利用效率,改善品质及保护生态环境具有重要的意义。本研究采用试验测定和理论分析相结合的方法,从不同灌水方式、不同水肥水平的组合处理多个角度,对番茄的形态生理指标、产量品质、根系生长、干物质累积和养分分配等问题进行了分析研究,得出以下主要结论:(1)分根区交替灌溉和常规灌溉方式下,番茄株高、茎粗和叶面积随水氮供应的变化趋势并不完全一致,适当增加灌水施氮量有利于植株株高、茎粗和叶面积的生长。与常规灌溉相比,分根区交替灌溉方式下番茄株高和叶面积降低,茎粗提高,即该灌水方式能够优化植株生长形态,抑制冗余的营养生长并且有助于番茄茎粗的增加,提高植株的抗倒伏性。番茄株高、茎粗及干物质累积随生育期符合作物生长模型Logistic曲线,春夏茬番茄茎粗快速生长时间集中,在植株营养生长的需水需肥关键期应集中并且及时地供应适量的水氮,而秋冬茬番茄可少量多次提供水肥以避免“细高”株型。分根区交替灌溉能够降低株高茎粗生长速率和最大累积速率,调节株高茎粗的增长,使植株缓慢有序生长。(2)分根区交替灌溉和常规灌溉方式下,番茄各器官干重及总干重随水氮供应的趋势基本相似,随着灌水量和施氮量的增加,各处理番茄总干物质呈先增大后减小的趋势。与常规灌溉相比,分根区交替灌溉能够增加植株根、茎、叶的干物质累积量,从而有助于产量的形成。番茄总干物质与水氮供应量满足二元二次回归方程,番茄总干物质在高水中氮(W3N2)处理达到最大。(3)番茄叶片叶绿素含量随着生育期的推进出现先增加后减小的趋势,在果实膨大期达到最大值;分根区交替灌溉下不同水氮处理番茄各生育期叶片叶绿素含量均高于常规灌溉;随着灌水量和施氮量的增加,叶绿素含量呈先升高后降低趋势;适当增加灌水量可提高番茄光合作用,而水分过量供应则对光合作用无益;适量增施氮肥能减缓干旱对光合作用的抑制,而过度施氮加重干旱对光合的抑制作用。分根区交替灌溉方式能够提高番茄光合速率和胞间CO2浓度,同时通过降低气孔导度来抑制植株的奢侈蒸腾,在提高水分利用效率的前提下,作物产量不降低;低水条件和高氮条件下分根区交替灌溉方式对番茄光合特性的调节更为突出。(4)春夏茬番茄单株产量明显高于秋冬茬番茄,分根区交替灌溉方式下番茄单株产量高于常规灌溉;增施氮肥可以缓解干旱对产量的抑制作用,增加灌水可以弥补氮素不足引起的产量降低,不同的水氮供应与番茄单株产量之间满足二元二次回归方程;番茄产量达到最大时的灌水量仅为干物质最大时灌水量的82.9%,施氮量为89.4%;增加灌水量和减小施氮量,水分利用效率降低,肥料生产效率增加,优化水氮供应能够显著提高番茄水氮利用效率。(5)分根区交替灌溉能够刺激根系吸收补偿功能,促进番茄根系生长;不同水氮条件下番茄根长、根表面积和根体积随生育进程的动态累积变化符合logistic生长模型;提高灌水施氮量能够促进根系生长,但存在一个阈值点,番茄根长、根表面积和根体积均在中水中氮(w2n2-p)处理达到最大。番茄根系由直径≤0.1mm,直径在0.1~0.2mm,0.2~0.5mm,0.5~1mm,1~2mm,2~5mm,直径≥5mm的根群组成;随着径级的增大,各水氮处理根系长度比例依次递减,根表面积大致呈先增加后降低趋势,根体积在直径≥5mm范围内所占比例最大;不同水氮处理下番茄根长、根表面积、根体积与产量之间存在显著正相关,不同直径范围内根系特征与产量之间亦存在不同程度的相关性;通过灰色关联度分析,番茄根系特征对产量的关联度大小表现为:根长>根干重>根表面积>根体积,因此不同水氮处理根长的差异是造成产量不同的主要原因之一。(6)增加灌水量,番茄果实中可溶性固形物降低,番茄红素、糖酸比和硝酸盐呈先升高后降低趋势;有机酸和硝酸盐随施氮量的增加而增加,番茄红素、可溶性糖、维生素c和糖酸比随施氮量的增加先增大后减小;通过熵权法确定番茄单一品质指标权重,分根区交替灌溉下番茄各品质指标权重排序为番茄红素>糖酸比>可溶性糖>有机酸>可溶性固形物>维生素c;番茄可溶性固形物与可溶性糖极显著正相关,维生素c与番茄红素、可溶性糖极显著正相关,番茄红素与可溶性糖极显著正相关,有机酸与硝酸盐极显著正相关。定量分析番茄各品质指标与灌水施氮水平的关系得到,保持灌水上限为田间持水量的70%~80%,施氮水平为每千克干土0.36gn可兼顾各品质指标较优。(7)番茄果实采摘末期植株养分含量的顺序为氮>钾>磷;适当提高灌水施氮量有利于植株对氮、磷、钾的吸收;番茄地上部生物量氮浓度随施氮量的增加而提高,随生育进程的推移呈下降趋势,在各水分条件下番茄地上部最大生物量与氮浓度之间符合幂指数关系,适当增大灌水量可以提高植株对氮的容纳能力;基于临界氮浓度构建的氮营养指数、氮吸收模型对番茄的氮素营养状况诊断均以中水中氮(w2n2-m)处理最优;番茄植株体内氮、磷、钾素含量在各器官的分配均为叶>茎>根;通过逐步分析统计方法建立各器官干物质与养分因子之间的回归方程,发现根干重与吸磷量,茎干重与吸钾量,叶干重与吸氮量均成显著线性正相关。(8)番茄叶片含磷量与果实可溶性固形物呈极显著正相关,与有机酸呈显著正相关,叶片含钾量与番茄红素呈显著正相关;采用典型相关分析法探求叶片养分与果实品质之间的关系,发现叶片含氮量的增加可能引起果实中维生素c、有机酸和硝酸盐含量的增加,叶片含磷量的增加可能引起果实中可溶性固形物的增加,叶片含钾量的增加可能引起果实中番茄红素的增加。(9)基于空间分析法从节水优质高产多种目标出发,提出兼顾春夏茬番茄产量和品质最优时的适宜灌水施氮范围为58.8~63.8L/株(70%~80%θf),13.6~17.1g/株(0.36N g?kg-1);采用主成分分析法,并结合秋冬茬番茄单株产量,计算平均品质综合主成分F’,得到中水中氮(W2N2-P)处理得分最高,此时灌水水平为60%~75%θf,施氮水平为0.30 N g?kg-1,以上结果可分别作为西北不同茬口温室番茄最佳的水氮耦合模式。