与传统的灌水方法相比,水肥耦合滴灌因少量多次灌溉,根区土壤水、肥保持在适宜的范围,作物生长良好,具有较高的水分和养分利用效率。但灌溉引起的持续湿润锋将土壤空气排出,导致土壤氧消耗和补给之间的不平衡,质地粘重的根区土壤低氧胁迫严重。土壤缺氧抑制了根系呼吸和生长,影响作物对水分、养分的吸收及其在植株体内的运输,降低作物的产量和品质。在水肥耦合滴灌的基础上,借助文丘里空气射流器将氧气(或含氧物质)通过滴灌系统直接输送到植物根区的一种新型灌水技术被称为水肥气耦合滴灌。这一技术为克服因淹水、灌溉、盐碱化及压实所导致的根区缺氧提供了现实可能,为挖掘水肥耦合灌溉植物生产潜力提供了新的途径。本研究通过盆栽和微区试验与结构方程模型相结合的方法,设置不同增氧方式、增氧量、灌水量和施肥量方案,探讨水肥气耦合滴灌对土壤通气性、土壤健康、作物生长生理、产量品质和养分吸收利用的影响;通过分析土壤通气性、土壤酶活性、土壤微生物量与作物生长、生理、产量品质及养分吸收的相关关系,探索水肥气耦合滴灌改善土壤通气性进而对作物生长生理的影响,揭示水肥气耦合滴灌下土壤-作物响应机理。主要结论如下:(1)文丘里循环曝气增氧在土壤通气性、作物生长生理、产量和养分吸收利用等方面较对照均有显著改善,在三种增氧方式中表现最好,可作为水肥气耦合滴灌的增氧方式。(2)水肥气耦合滴灌通过循环曝气增氧提高了根区土壤的气相氧和液相氧含量,显著改善了根区土壤通气性,各处理的氧气扩散速率、氧化还原电位和溶解氧浓度有显著提高,改善时间可持续24 h以上。增氧处理是土壤通气性改善的主要推动力,可解释土壤通气性改善的90%以上,但氧气增氧处理的效果低于预期。(3)适宜的增氧量、灌水量和施肥量可显著的改善土壤酶活性和土壤微生物量,改善效果在果实膨大期和成熟期更为明显。增氧处理除了直接影响土壤酶活性和土壤微生物量以外,还通过改善土壤通气性对土壤酶活性和土壤微生物量产生间接影响,施肥量对土壤酶活性和土壤微生物量有直接影响,灌水量对土壤微生物量有直接影响。(4)水肥气耦合滴灌下良好的根区土壤水-肥-气环境带来了良好的土壤通气性和土壤健康状况,显著的改善了作物的生长生理活动、产量和品质,作物植株对养分的吸收利用也从中受益。作物养分吸收以及生理活动的改善由增氧量、施肥量和灌水量共同造成;产量品质受增氧量和灌水量的影响程度较大,但过大的增氧量会造成负面影响,空气增氧处理的生物量积累和产量要优于氧气增氧处理。(5)以产量和品质为导向构建的水肥气耦合滴灌对土壤-作物系统改善结构模型显示,水肥气耦合滴灌经由对土壤通气性、土壤酶活性和微生物量的改善对产量做出的贡献占总贡献的55.85%,对VC含量改善做出的贡献占总贡献的21.24%,水肥气耦合滴灌对根区土壤环境的改善以及由此而来的对作物生长生理的改善是作物增产提质的关键。(6)通过响应曲面分析确定了温室条件下辣椒和番茄产量最优的水肥气耦合灌溉参数,辣椒为1.0倍作物-蒸发皿系数的灌水量、25 mg·L-1的增氧量和210 kg N·ha-1的施肥量;番茄为1.0倍作物-蒸发皿系数的灌水量、23.5 mg·L-1的增氧量和240 kg N·ha-1的施肥量。