DOI号 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2026.09.007
菠菜为苋科菠菜属一年生草本叶菜作物，是栽培广泛、消费普遍的重要绿叶蔬菜[1]。据统计，2020年国内菠菜种植规模扩大至71.8万hm2，占据全球总栽培面积的77.29%[2]；2022年出口总量进一步提升至9 593 t。作物的健壮生长依赖适宜的土壤水分环境，以及及时、均衡、高效的养分供给。
土壤养分组成及肥力水平是影响作物关键生育期生长发育的重要因素[3]。化肥不当施用不仅会造成肥料利用率降低，还可能引发一系列农业生态环境问题[4]。与此同时，不当施用氮、磷、钾元素肥料，可能导致土壤中微量元素随作物收获持续输出损耗，含量逐年递减、供需失衡[5]。在作物必需的多种微量元素中，铁元素居于重要地位，其参与并维持光合作用、激素合成、呼吸作用等关键生理代谢过程[6]。植物自身无法合成铁元素，必须从生长介质中吸收获取。Şimşek等[7]研究认为，合理剂量的铁肥处理可诱导菠菜叶绿素合成增加，并强化其地上部与地下部的营养吸收能力，最终实现对植株生长的正向促进。路强等[8]研究表明，叶面喷施硫酸亚铁处理，可显著促进胡萝卜叶片富集叶绿素，并同步提升矿质营养元素的积累水平。于会丽等[9]研究表明，施用不同类型铁肥可显著促进草莓植株生长，同时有效提升果实产量与品质。因此，在农业生产中科学调控土壤铁素供给，是维持土壤肥力、提升农产品营养品质与生产效益的重要途径。
作为提升作物水肥利用效能的核心手段，滴灌和施肥技术不仅能促进作物干物质的积累与分配，还能改良土壤理化性状，进而活化土壤养分[10]。因此，精准调控滴灌模式与铁素投入水平，对于实现菠菜高产优质及资源高效利用具有较高的应用价值。随着居民生活品质的改善及饮食模式的转型，社会对蔬菜产品的需求总量持续上升，加快发展蔬菜高效节水灌溉技术，是现代节水农业高质量发展的途径之一。目前，关于水肥耦合效应下菠菜铁素精准投入与灌溉模式协同调控的相关研究有待进一步深入[11]。
基于上述情况，深入探究水分供给与铁素投入的互作效应对菠菜产量、产出效益及商品品质的调控机理，对构建高效绿色栽培模式具有重要现实意义。本试验以‘菠爵士040’菠菜品种为供试材料，分析了铁肥施用量耦合不同灌溉模式对植株生物量、品质指标及铁元素积累量的影响，旨在明确菠菜生育期的最优铁肥施用量及灌溉方式，为实施菠菜精准水肥协同调控策略、实现增产提质奠定理论基础。
1 材料与方法
1.1 试验试材
供试菠菜品种为‘菠爵士040’；商品生物有机肥（有效活菌数≥6亿个/g，有机质含量≥60%）与复合肥（N∶P2O5∶K2O为15∶15∶15），均购自山东农大肥业科技股份有限公司；七水合硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）（分析纯）购自西陇科学股份有限公司。
1.2 试验设计
试验于泰安市农业科学院蔬菜科研基地开展。供试土壤pH 6.35，碱解氮、速效磷及速效钾含量分别为112.50、90.35和230.76 mg/kg。于2024年4月1日进行露地直播，基肥施用方案统一设定为有机肥45 000 kg/hm2、复合肥750 kg/hm2。本试验共设10个处理组，包括漫灌（M）与滴灌（D）2种水分管理模式。其中，滴灌处理的供水量较漫灌处理减少30%，以体现其节水效应。FeSO4·7H2O作为基肥施用，用量分别为0（CK）、49.50（T1）、100.50（T2）、150.00（T3）、199.50 kg/hm2（T4）。滴灌对照组D-CK，试验组D-T1、D-T2、D-T3、D-T4；漫灌对照组M-CK，试验组M-T1、M-T2、M-T3、M-T4。试验采用随机区组设计，各处理均设3次重复。小区设定为长2.00 m、宽1.50 m，面积3.00 m2。菠菜栽培采用行距15 cm、株距5 cm的定植密度。收获期，在各试验小区中心区域选取长势一致的植株作为样本，用于后续指标测定。
1.3 测定指标及方法
1.3.1 菠菜产量
于2024年5月16日收割菠菜，采集各处理中叶色浓绿光亮、株型挺拔、无病虫损伤且生长均一的植株，以小区为单位核算产量。
1.3.2 菠菜品质
1.3.3 干物质量及铁素含量
将供试植株分离为地上部（茎叶）与地下部（根系）。样品经105 ℃杀青处理15 min后，置于80 ℃恒温烘箱（DHG-9140A型，上海精宏实验设备有限公司）中干燥至恒重，以计算干物质积累量。植株铁素含量利用火焰原子吸收光谱法检测。铁素累积量及其在各组织中的分配比例按式（1 ）～（4 ）计算。
地上部铁素积累量=地上部铁素含量×地上部干重
地下部铁素积累量=地下部铁素含量×地下部干重
单株铁素总积累量=地上部铁素积累量+地下部铁素积累量
铁素积累分配率（%）=（各器官铁素积累量/单株铁素总积累量）×100
1.4 数据分析
采用DPS 20.05软件对试验数据进行Duncan’s多重比较分析（P<0.05），对植株产量、品质指标及铁含量进行Pearson相关分析。使用Microsoft Excel 2019软件进行作图。
2 结果与分析
2.1 对菠菜产量的影响
由图1可知，随铁肥施用量的增加，菠菜产量呈先升后降的变化趋势。在滴灌、漫灌模式下，T3处理组的产量均最高，分别为44 409.36和37 558.77 kg/hm2，且滴灌处理的菠菜产量高于漫灌，差异无统计学意义（P>0.05）。说明滴灌技术在节约30%用水的同时，还能促进菠菜增产。
2.2 对菠菜品质的影响
由表1可知，在滴灌条件下，菠菜的可溶性蛋白与维生素C含量均随铁肥施用量的增加呈先上升后下降的变化趋势，两项指标均在T3处理后达到峰值。具体而言，D-T3处理的菠菜可溶性蛋白含量较D-CK提升20.00%，维生素C含量较D-CK提升8.26%。菠菜的硝酸盐与草酸含量均随铁肥施用量的增加呈先上升后下降再上升的变化趋势，D-T3处理的两项指标均最低，D-T3处理的菠菜硝酸盐含量较D-CK减少21.57%；草酸含量较D-CK减少11.85%。此外，滴灌处理的整体表现优于漫灌。综合来看，T3处理（施铁量150.00 kg/hm2）均为菠菜滴灌栽培的最佳施铁水平，其能提高菠菜可溶性蛋白与维生素C含量，同时有效抑制硝酸盐、草酸过量累积，综合改善菠菜商品品质。
表1 不同灌溉方式及施铁量对菠菜品质的影响 |
| 处理 | 硝酸盐/（mg/kg） | 可溶性蛋白/（mg/g） | 维生素C/（mg/kg） | 草酸/（mg/g） |
|---|---|---|---|---|
| D-CK | 716.24±5.34 b | 25.15±0.46 ab | 471.25±0.66 ab | 36.54±0.40 abc |
| D-T1 | 720.83±2.02 b | 27.57±0.14 a | 488.43±0.76 ab | 37.24±2.47 abc |
| D-T2 | 806.71±21.67 a | 29.78±2.34 a | 498.40±0.77 a | 36.56±2.30 abc |
| D-T3 | 561.74±17.80 d | 30.18±0.58 a | 510.18±0.58 a | 32.21±1.42 c |
| D-T4 | 632.77±24.32 c | 29.86±3.31 a | 497.43±0.12 a | 43.89±2.48 a |
| M-CK | 786.61±11.86 a | 16.66±2.82 b | 440.45±5.96 b | 36.56±1.46 abc |
| M-T1 | 788.63±11.35 a | 26.61±2.85 a | 495.80±0.39 ab | 34.31±2.14 bc |
| M-T2 | 791.02±8.63 a | 29.30±0.37 a | 490.73±1.02 ab | 36.63±2.70 abc |
| M-T3 | 686.55±22.71 bc | 30.17±0.68 a | 507.07±1.23 a | 41.17±2.87 ab |
| M-T4 | 788.61±9.55 a | 29.98±2.89 a | 504.50±0.26 a | 42.57±1.33 a |
|
2.3 对菠菜铁素积累量的影响
由表2可知，随着铁肥施用量的增加，滴灌条件下地上部、地下部的干物质量、铁素积累量及单株铁素总积累量均呈先上升后下降的趋势，且均在T3处理后达到最大，该处理下各指标较D-CK分别提高了80.97%、54.55%、97.50%、54.55%、95.38%。地上部与地下部铁素积累分配率占比约为（8~14）∶1，D-T3处理的地上部铁素积累分配率最大，为93.23%，地下部铁素积累分配率最低，为6.77%。在各施肥梯度下，滴灌模式对铁素吸收与分配的调控效果均优于漫灌。综上，2种灌溉方式下，T3处理（施铁量150.00 kg/hm2）均为菠菜栽培的最佳施铁水平，其能促进植株全株铁素的富集，并提高地上部铁素的分配比例。
表2 不同灌溉方式及施铁量对菠菜铁素积累量的影响 |
| 处理 | 地上部 | 地下部 | 单株铁素 总积累量/（mg/株） | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 干物 质量/g | 铁素积累量/（mg/株） | 铁素积累 分配率/% | 干物 质量/g | 铁素积累量/ （mg/株） | 铁素积累 分配率/% | ||
| D-CK | 9.67±0 f | 1.20±0.01 e | 92.10±0.47 ab | 0.11±0.01 f | 0.11±0.01 f | 7.91±0.48 cd | 1.30±0.01 e |
| D-T1 | 13.61±0 b | 1.80±0.02 c | 91.72±0.10 abc | 0.16±0 ab | 0.16±0 ab | 8.29±0.11 bcd | 1.96±0.02 c |
| D-T2 | 17.00±0 a | 2.18±0.01 b | 92.82±0.17 a | 0.17±0 a | 0.17±0 a | 7.19±0.18 d | 2.34±0.01 b |
| D-T3 | 17.50±0 a | 2.37±0.01 a | 93.23±0.04 a | 0.17±0 a | 0.17±0 a | 6.77±0.04 d | 2.54±0.0 1 a |
| D-T4 | 13.33±0 bc | 1.56±0.02 d | 91.43±0.14 abcd | 0.15±0.01 bcd | 0.15±0 bcd | 8.58±0.15 abcd | 1.70±0.02 d |
| M-CK | 11.19±0.50 e | 1.12±0.06 e | 89.72±0.45 d | 0.13±0 de | 0.13±0 de | 10.29±0.46 a | 1.25±0.06 e |
| M-T1 | 11.30±1.00 de | 1.12±0.13 e | 90.00±1.59 cd | 0.12±0.01 ef | 0.12±0.01 ef | 10.00±1.59 ab | 1.24±0.12 e |
| M-T2 | 11.01±0 e | 1.26±0.01 e | 90.37±0.04 bcd | 0.14±0.01 de | 0.14±0.01 de | 9.64±0.04 abc | 1.40±0.01 e |
| M-T3 | 12.62±0.50 bcd | 1.47±0.05 d | 90.49±0.11 bcd | 0.16±0.01 abc | 0.16±0.01 abc | 9.52±0.11 abc | 1.63±0.05 d |
| M-T4 | 12.21±0 cde | 1.25±0.02 e | 90.12±0.23 cd | 0.14±0 cd | 0.14±0 cd | 9.89±0.23 ab | 1.39±0.02 e |
3 结论与讨论
作物的产量水平与品质性状是表征其生长发育状况的关键指标。铁作为植物必需的微量元素，不仅是叶绿素合成的核心组分，也是多种酶类的构成要素与激活因子，广泛参与光合、呼吸以及物质能量代谢等过程。铁素匮乏会阻碍叶绿素的生物合成，进而减弱植株的光合潜力与效率[16]。周瑞金等[17]研究指出，缺铁会引起果树生理代谢紊乱，从而影响果实产量与品质，本试验结果与此基本一致。随铁肥施用量的增加，各处理组菠菜的产量与品质指标较对照（CK）明显改善。然而，铁素供应水平与作物产量及品质表现并非呈简单的线性相关，当铁素浓度超过适宜阈值后，小麦产量会受到抑制[18]。本试验结果表明，土壤铁素含量存在适宜阈值区间，在此范围内可显著促进菠菜根系生长发育；铁素含量过低或过高均会对根系生长产生抑制效应。究其原因，过量铁离子易与土壤中其他必需营养元素发生拮抗作用，竞争根系养分吸收位点，进而造成植株养分吸收失衡，最终抑制根系正常生长。本研究中，D-T3处理组的菠菜产量最高，说明了滴灌技术与适宜铁肥用量的耦合能促进菠菜增产。该模式实现了水肥资源的集约化利用，大幅提高了种植收益。
可溶性蛋白、维生素C、硝酸盐以及草酸含量，构成了评估蔬菜营养品质的核心指标体系。可溶性蛋白是植物营养供应和参与渗透调节的关键物质，能够保障细胞正常的代谢活动[19]。维生素C是一种水溶性维生素，具有抗氧化、抗自由基功效，是人体必需的主要维生素之一[20]。作为光合作用中CO₂固定的核心催化剂，Rubisco（1，5-二磷酸核酮糖羧化酶）的活性受铁元素的显著调控，铁素供应能增强该酶活性，进而加速CO₂同化，强化菠菜叶片的光合效能，最终促进维生素C与蛋白质的生物合成[21]。本试验结果表明，菠菜叶片中可溶性蛋白和维生素C在150.00 kg/hm2的铁肥处理下含量较高，适量Fe²⁺与Fe³⁺进入叶片后，可能通过影响光合作用与营养吸收过程，增加可溶性蛋白及维生素C含量。同时，铁元素还能提升叶片光合效率，促进核糖核蛋白体及有机物合成，从而改善作物品质[22]。适量施铁能够有效提升菠菜各部位的铁素含量。本研究发现，随着施铁量的递增，滴灌模式下菠菜地上及地下部分的铁积累量均呈先升高后降低的趋势，在D-T3处理（施铁量150.00 kg/hm2）时最高，表明适量施铁能够明显增加植株对铁素营养的吸收量，提高植株的铁素积累分配率，并且铁素分配主要集中在地上部分，这与刘鑫[23]在油菜上的研究结果一致。
张勤杰[24]研究指出，与常规地面灌溉模式相比，滴灌技术不仅能大幅减少玉米生长期的耗水量，还能显著增加收获期的生物量积累，从而同步提升作物产量与灌溉水利用效率。Wang等[25]研究发现，滴灌处理的玉米干物质积累量与产量较地面灌溉分别提高16.23%、21.49%。此外，叶片光合速率降低会抑制光合产物向生殖器官转运，增加同化物向根系分配而减少地上生物量，进而可能导致产量大幅下降[26]。本研究所得结果与相关研究结论基本一致，相较于漫灌，滴灌处理可降低菠菜体内草酸与硝酸盐含量，同时提升可溶性蛋白、维生素C含量。其原因在于，滴灌能够持续稳定供给土壤水分，有效缓解水分胁迫，进而抑制草酸、硝酸盐的生物合成与积累；同时滴灌可优化土壤养分供应环境，增强叶片光合效率，从而促进维生素C与可溶性蛋白的合成及积累。本研究中，各滴灌处理的铁素积累量均高于漫灌处理，可能是滴灌通过精准的水分调控，明显优化了土壤水分分布，营造了更适宜的微环境；同时，滴灌有效减少了养分的淋溶流失，大幅提高了铁素的利用效率，最终促进了菠菜对铁素的吸收。实践中，菠菜施肥与灌溉方案仍需结合实际进一步优化。
综上，在漫灌与滴灌2种灌溉模式下，T3处理综合表现最优，可同步提升菠菜产量、商品品质及铁素富集能力。相较于漫灌模式，滴灌模式在保障高产优质、促进植株铁素积累的基础上，可节水30%，实现水肥高效协同利用。综合表明，D-T3处理（滴灌+施铁量150.00 kg/hm²）为本试验最优栽培组合。研究结果为菠菜田间铁肥精准施用提供参考依据，对同步提升农业经济效益与生态效益具有重要应用价值。