水肥一体化是一种将灌溉与施肥融为一体的高效水氮利用方式,能把水分和氮素直接供给到作物根系,有助于提高作物的水氮吸收。由于水肥一体化对作物生理影响过程还不明确,因此,本研究通过温室盆栽试验,研究水肥一体化的水氮供应对番茄的生理响应过程及水氮利用效率的影响机制,明确促进番茄生长,提高番茄产量和品质及水分和氮素有效性的最优水肥一体化耦合模式。为了研究水肥一体化对番茄的生理响应及水氮利用效率的影响,试验设置充分供水（WH）、中等水分胁迫（WM）、严重水分胁迫（WL）三个水分水平（90%、70%和50%土壤持水量）和高（NH）、中（NM）、低（NL）三个氮素水平(3.0、2.0和1.0 g N pot^-1)。为了研究土壤水分、施氮量和施氮频率对番茄水氮利用的影响,试验设置两个水分水平W₁和W₂（60%和80%土壤持水量）,两个氮素水平N₁和N₂(1.5和3 g N pot^-1),三个施氮频率F₁、F₂和F₃（12天、6天、4天一次）。试验过程采用稳定同位素技术,测定番茄叶片气体交换、水分状况、叶片及根系激素水平、植株体内的δ¹³C和δ¹⁸O和δ¹⁵N、番茄生物量及水氮吸收利用效率等,得到研究结果如下:1.番茄的干物质积累与土壤水分和氮素密切相关。番茄叶、茎、果、根的干物质量与灌水量之间具有显著的正线性关系。在WH和WM条件下,增加氮素用量使番茄地上部干物质含量显著增加,NH和NM处理的地上部干物质相比NL处理增加了19.8%-45.4%。2.土壤含水量决定了植株的水分状况。土壤含水量的变化产生水力信号,调控叶片的气孔开闭,气孔导度（g_s）在WL条件下显著降低,在WH条件下明显提高。与此同时,土壤水分胁迫促进了根源化学信号ABA的产生,根系ABA浓度与土壤含水量呈显著负相关关系。WL条件下的ABA浓度比WH条件下显著增加了131.3%-178.5%,水分胁迫使根系产生ABA化学信号增加,向地上部传导调控叶片气孔的开闭。土壤水分变化产生的水力信号和根源ABA化学信号共同调控叶片气孔的开闭和水分利用效率。3.土壤水分和氮素影响叶片气体交换过程。水分因素对g_s和内在水分利用效率（WUE_i）影响更加显著,而氮素的影响较小。随着土壤水分的变化,g_s和WUE_i的变化具有明显的规律,g_s随着水分胁迫的增加而减小,WUE_i随着水分胁迫的增加而增大。WL条件下,g_s的降低导致叶片δ¹³C组成和δ¹⁸O值的增加,WUE增加,g_s分别与δ¹³C组成和δ¹⁸O值呈显著负相关关系。δ¹³C的变化不仅受到气孔的影响,还受到叶片的光合能力的调控。比叶氮含量代表了叶片的光合能力,δ¹³C与比叶氮含量呈显著正相关关系。与δ¹³C相比,δ¹⁸O主要受到叶片气孔开闭和蒸腾的调控,因此可以测定δ¹³C和δ¹⁸O来探明水分利用效率主要是由气孔还是光合来决定。研究中发现,水肥一体化条件下,与氮素的影响相比,植株的WUE的调节,g_s起主导作用。4.在水氮一体化条件下,水分、氮素及施氮频率影响番茄的生长,随着水分和氮素用量以及施氮频率的降低,番茄叶面积减小、地上部干物质含量降低;土壤水分的降低以及氮素用量的增加能提高番茄WUE,施氮频率对于WUE具有改善作用,F₂施氮频率使番茄WUE提高。土壤水分以及氮素用量的降低,使番茄植株氮素吸收量降低,F₂施氮频率使得作物氮素吸收量提高。建议采用6天一次施氮频率进行灌溉施肥,以获得高产,提高WUE和养分吸收。