基于品质、产量与水肥利用效率的基质栽培辣椒水肥管理优化

2023-07-09周道明孙涛赵玉红贾媛婕杨铭菲屈锋胡晓辉

中国农业科学 2023年12期

周道明，孙涛，赵玉红，贾媛婕，杨铭菲，屈锋，胡晓辉

周道明，孙涛，赵玉红，贾媛婕，杨铭菲，屈锋，胡晓辉

西北农林科技大学园艺学院/农业农村部西北设施园艺工程重点实验室/陕西省设施农业工程技术研究中心，陕西杨凌 712100

【目的】探究灌溉频率和营养液供应量耦合对袋培辣椒品质、产量、水分利用效率和肥料偏生产力的影响，优化袋培辣椒水肥管理方案。【方法】以‘凯莱（37-83）RZ F1’辣椒为试材，以维持基质含水量55%—60%所需要的灌水量（IA）为每日单株总灌水量，设置3种单株灌溉频率和2个营养液供应量。单株灌溉频率是将IA分别按照1次（IF1）、2次（IF2）和4次（IF3）供应；营养液供应量为标准山崎辣椒营养液供应量（NS1，即门椒开花至三层果收获期和三层果采收后，每日供应量分别为250 mL/株和500 mL/株）和持续增加营养液供应量（NS2，即初始营养液供应量每日为250 mL/株，辣椒每采收一层果实后，单株营养液供应量增加50 mL，至500 mL/株时不再增加），共6个耦合处理。采用主成分分析-优劣解距离法、隶属函数分析法和灰色关联度分析法对果实品质、产量、水分利用效率和肥料偏生产力指标进行综合评价。【结果】除果肩长外，灌溉频率对辣椒果实的品质指标均有极显著影响（＜0.01）；营养液供应量对辣椒果实的维生素C、可溶性蛋白、辣椒素和二氢辣椒素有极显著影响（＜0.01），对其他品质指标无显著影响；二者耦合对辣椒果实除果皮厚度之外的品质指标均有极显著影响（＜0.01）；同时，灌溉频率、营养液供应量和二者耦合对辣椒产量和水分利用率均表现出极显著影响（＜0.01）。PCA-TOPSIS法、隶属函数分析法和灰色关联度分析法对测定指标的评价结果一致，排名前两位的处理均为IF1NS1和IF2NS2，其中，IF1NS1处理的果实品质最好，产量、水分利用效率和氮磷钾肥偏生产力均最高，分别为74 482.24 kg·hm-2、34.21 kg·m-3、625.95 kg·kg-1、679.54 kg·kg-1和367.23 kg·kg-1。因此，IF1NS1为最优水肥耦合处理。【结论】袋培辣椒的最优灌溉频率和营养液管理方案为：单株灌溉频率为维持基质含水量55%—60%所需要的灌水量按照1次供应，门椒开花至三层果收获期和三层果采收后分别按照每日250 mL/株和500 mL/株供应标准山崎配方营养液。

辣椒；产量；品质；水肥利用效率；水肥优化

0 引言

【研究意义】辣椒（L.）具有重要的产业价值，是我国目前播种面积最大、产值最高的蔬菜作物[1]，其因适应性强、营养丰富等优点，深受消费者喜爱，已成为日常生活中最常见的蔬菜作物之一，也是许多地区的主栽蔬菜作物之一。由于部分地区的长期连作，耕地土壤出现缺素、元素不平衡等问题。为解决以上问题和增加产量，农户盲目施用化肥，加剧了土壤元素不均衡，甚至导致盐分含量过高，形成恶性循环，不利于农业的可持续发展[2-4]。而作为无土栽培主要形式之一的袋培可有效解决以上问题[5-11]。【前人研究进展】不同作物和栽培模式的最优灌溉制度存在差异，灌溉频率是灌溉制度中特别重要的参数和核心内涵[12]。适合河西地区辣椒种植的灌溉频率为生长前期10 d一次，生长后期5 d一次[13]；结果前期1天1次、结果后期1天3次的滴灌频率能使番茄优质高产[12]；每周灌水2次，黄瓜的水分利用效率最高[14]；番茄种植采用100%ET0的灌水量，每天灌溉1次，可实现产量、果实品质和水分利用效率之间的平衡[15]。目前，大多数农户凭借土壤栽培的经验进行袋培养分供应，导致缺素或肥料浪费等[16-17]，因此，营养液管理指标标准化的研究尤为重要。胡莹莹[18]研究认为间歇供液显著提高了番茄的产量和品质。屈锋等[19]利用多目标优化模型和遗传算法求解黄瓜最佳营养液配方，进而对基质栽培黄瓜科学供应营养液，使其优质高产。Mali等[20]研究发现在辣椒生长前期使用高剂量肥料可获得高产。雷菲等[21]研究发现，膜下微喷灌减肥模式能够提高辣椒的产量和水肥利用效率。董思琼等[22]研究发现随着追肥量的增加，辣椒的株高和茎粗均增大，光合指标、产量先增加后减少，肥料偏生产力反而呈现减少趋势。周三利等[23]研究发现适宜的水肥耦合处理有利于土壤肥效的发挥，促进辣椒生长，提高产量及品质。【本研究切入点】有关辣椒基质栽培灌溉制度的研究相对较少。笔者团队前期研究发现，基质含水量控制在55%—60%，施用100%浓度的标准山崎辣椒营养液，春茬每次采收前6 d营养液减量40%供应，冬茬按照每株供应为500 mL/3 d，能够获得辣椒的优质高产[24-26]；赵玉红等[27]进一步试验发现，营养液每天供应1次的频率更利于日光温室越冬袋培辣椒的生产。本文在前人研究的基础上，进一步探究更适宜春季基质袋培的灌溉频率和营养液供应模式。【拟解决的关键问题】以袋培辣椒为试验对象，探究产量、果实品质、水分利用效率和肥料偏生产力对灌溉频率和营养液供应量耦合的响应，确定最适的灌溉频率和营养液供应方案，为辣椒袋培优质高效生产提供科学依据。

1 材料与方法

于2021年2—6月在西北农林科技大学延安蔬菜试验示范站下沉式日光温室进行（36°87′ N，109°32′ E，海拔1 009.23 m，温室长120 m、宽12 m），试验期温室内日平均温度为18.79—28.98℃；日平均相对湿度为53.66%—81.09%，日平均光照强度为569.42—30 246.87 lx（美国ONSET HOBO MX1104温湿度光照记录仪）。当地水质pH 7.5—7.8，EC值2.00 mS∙cm-1。

1.1 试验材料

以辣椒品种‘凯莱（37-83）RZ F1’为材料，于2月20日（四叶一心）定植，6月20日拉秧（采收6层果实）。采用基质袋（外白内黑的PE薄膜，规格为60 cm×20 cm×16 cm）栽培种植方式，每袋种植2株辣椒，基质量为每袋18 L。栽培基质由羊粪﹕菇渣﹕珍珠岩=2﹕4﹕1（体积比）混合而成，其化学性质为：速效氮1 780.50 mg∙kg-1，速效磷788.70 mg∙kg-1，速效钾1 985.50 mg∙kg-1，全氮18.85 mg∙g-1，全磷6.85 mg∙g-1，全钾18.65 mg∙g-1，pH 6.82，EC值2.40 mS∙cm-1。采用随机区组设计试验，每个处理的每个小区面积为24 m2（宽2.4 m、长10 m），每个小区设置44个基质袋，大小行距分别为80 cm和40 cm。采用水肥一体化系统进行水肥供应。

1.2 试验设计

设置单株灌溉频率和营养液供应量2个自变量。单株灌溉频率：以维持基质含水量55%—60%所需要的灌溉水量（IA）为每日的单株灌溉总水量，将IA分别按照1次（IF1）、2次（IF2）和4次（IF3）供应（表1）。营养液供用量：以1个剂量的山崎辣椒营养液配方[24-26]为基础，设置2个水平，常规标准供应水平（NS1）：门椒开花至三层果收获期，每株每日250 mL；三层果采收后，每株每日500 mL；持续增加营养液供应水平（NS2）：辣椒每采收一层果实后，单株营养液供应量增加50 mL，初始营养液供应量为每株每日250 mL，至每株每日500 mL时不再增加。在整个试验周期内，基质的含水量控制在55%—60%，门椒开花后开始灌溉频率和营养液供应量耦合处理，每15 d左右采收一次果实。每个处理3次重复。NS1处理的小区总氮、磷、钾施用量分别为0.22、0.20和0.37 kg，NS2处理的小区总氮、磷、钾施用量分别为0.25、0.23和0.43 kg。

每次灌溉前，利用称量法[28]确定灌水量IA，并利用水肥机控制营养液随水一同施用，按照表1设定的灌溉时间和灌溉量进行灌水，确保无积水和渗漏现象。

表1 灌溉频率及灌溉量

浇灌时间根据试验地区的环境及气候条件来确定。5月后因白天平均温度超过28℃，11：00可进行补水，将基质含水量补充至60%，同时浇灌时间点分别更改为8：00、9：00、16：00、17：00

Watering times are determined according to the environmental and climatic conditions of the test area, and after May, when the average daytime temperature exceeds 28℃, top-up watering can be carried out at 11:00 am to replenish the water content of the substrate to 60% and change the watering points to 8:00, 9:00, 16:00 and 17:00, respectively

1.3 测定项目与方法

1.3.1 产量测定采摘当日，用电子天平（精度0.001 g）称量各试验小区辣椒单果重，并记录果实个数，统计单株产量，按照单株产量乘每公顷种植株数折算每公顷产量。

1.3.2 辣椒品质的测定在第三层辣椒采收期，分别在各小区的相同位点取样，选取同层次的果实进行品质测定。用数显游标卡尺测量辣椒果皮厚度和果肩长，用蒽酮比色法测定可溶性总糖含量，3,5-二硝基水杨酸法测定还原糖含量，钼蓝比色法测定维生素C含量，考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白含量，水杨酸法测定硝态氮含量，茚三酮显色法测定游离氨基酸含量，HLPC法测定辣椒素及二氢辣椒素含量[4,24-26]。

1.3.3 水肥利用效率水分利用效率（water use efficiency，WUE，kg∙m-3）=Y/ET；

肥料偏生产力（partial factor productivity of fertilizer，PFP，kg∙kg-1）=Y/F。

式中，Y：产量（kg∙hm-2）；ET：全生育期内单株作物耗水量（m3∙hm-2）；F：全生育期投入的N、P2O5和K2O总量（kg∙hm-2）[29]。

1.4 数据统计与分析

采用SPSS 23.0统计分析软件进行单因素（one- way ANOVA）方差分析、Tukey法（＜0.05）多重比较、Pearson相关性分析、主成分提取；主成分分析法、TOPSIS分析法、隶属函数分析法和灰色关联度分析法的综合评价采用Microsoft Excel 2019完成[13,24]。

2 结果

2.1 灌溉频率和营养液供应量耦合对辣椒品质的影响

由表2可以看出，灌溉频率对辣椒果实除果肩长之外的品质指标均有极显著影响（＜0.01）；营养液供应量对辣椒果实的维生素C、可溶性蛋白、辣椒素和二氢辣椒素有极显著影响（＜0.01），对其他品质指标无显著影响；二者耦合对辣椒果实除果皮厚度之外的品质指标均有极显著影响（＜0.01）。在NS1营养液供应量下，果实中辣椒素类物质含量随灌溉频率的增加呈先增加后减少的趋势，维生素C、可溶性蛋白、游离氨基酸、还原糖和可溶性总糖含量均随灌溉频率的增加呈先减少后增加的趋势，单果重随灌溉频率的增加呈减少趋势，果皮厚度和果肩长的最高值均出现在低频率处理，硝态氮含量最低值出现在低频率处理中。在NS2营养液供应量下，随灌溉频率的增加，单果重、还原糖含量和可溶性总糖含量呈先增加后减少的趋势，可溶性蛋白、硝态氮和二氢辣椒素含量呈先减少后增加的趋势，游离氨基酸含量呈增加趋势，果皮厚度和维生素C含量最高值均出现在高频率处理，辣椒素含量最高值出现在低频率处理。不同灌溉频率下的营养液供应量对辣椒果实品质影响规律不同。当灌溉频率为IF1时，NS1处理的辣椒果实维生素C、硝态氮和二氢辣椒素含量均低于NS2处理，其他辣椒果实品质指标均高于NS2处理；灌溉频率为IF2时，NS1处理的辣椒果实游离氨基酸、硝态氮和辣椒素类物质含量均高于NS2处理，辣椒果实的果肩长、可溶性蛋白含量不受营养液供应量变化影响，其他辣椒果实品质指标均低于NS2处理；灌溉频率为IF3时，NS1处理的辣椒果实可溶性蛋白、辣椒素含量高于NS2处理，辣椒果实的果皮厚度、果肩长、还原糖含量、可溶性总糖含量、硝态氮含量不受营养液供应量变化影响，其他辣椒果实品质指标均为NS2处理较高。

2.2 灌溉频率和营养液供应量耦合对辣椒产量和水分利用效率的影响

由表3可知，灌溉频率、营养液供应量和二者耦合效应对辣椒产量和水分利用率有极显著影响（＜0.01）。在NS1和NS2营养液供应量下，产量及水分利用率最高的灌溉频率分别为IF1和IF2。在IF1和IF3灌溉频率下，NS1处理的产量和水分利用率高于NS2处理；而在IF2下，NS1处理的产量和水分利用率低于NS2。本试验条件下，IF1NS1处理的产量和水分利用率最高，分别为74 482.24 kg∙hm-2和34.21 kg∙m-3。

2.3 灌溉频率和营养液供应量耦合对辣椒肥料偏生产力的影响

由表4可知，灌溉频率、营养液供应量和二者耦合效应对辣椒肥料偏生产力有极显著影响（＜0.01）。在NS1营养液供应量下，氮、磷、钾肥的偏生产力最高的是IF1处理，IF2和IF3处理无显著差异；在NS2营养液供应量下，氮、磷、钾肥的偏生产力随着灌溉频率的增加呈先增加后减少的趋势，IF2处理最高。在IF1和IF3灌溉频率下，NS1处理的氮、磷、钾肥偏生产力均高于NS2处理；在IF2灌溉频率下，两种营养液供应量处理的氮磷钾肥偏生产力无显著差异。本试验条件下，IF1NS1处理的氮、磷、钾肥偏生产力最高。

2.4 Pearson相关性分析

图1结果表明，单果重与硝态氮呈显著负相关（＜0.05），单果重与还原糖呈显著正相关（＜0.05），果肩长与可溶性总糖呈显著正相关（＜0.05），果肩长与硝态氮呈极显著负相关（＜0.01），还原糖与可溶性总糖呈显著正相关（＜0.05），还原糖与硝态氮呈显著负相关（＜0.05），可溶性总糖与硝态氮呈极显著负相关（＜0.01）。由此可见，不同水肥处理的辣椒品质指标之间存在不同程度的相关性，说明指标之间存在信息重叠，为避免综合评价结果出现偏差，须剔除指标间的重复信息。

2.5 主成分分析（PCA）

对单果重、果皮厚度、果肩长、维生素C、可溶性蛋白、游离氨基酸、还原糖、可溶性总糖、硝态氮、辣椒素、二氢辣椒素等11项辣椒果实品质指标进行主成分分析，所得相关矩阵的特征值和方差贡献率见表5，经标准化后的因子负荷矩阵见表6。以特征值大于1的原则提取3个主成分，累计方差贡献率为86.98%，可代表原始数据的大部分信息。

表2 灌溉频率和营养液供应量耦合对辣椒果实品质的影响

IF：灌溉频率；NS：营养液供应量。*表示差异显著（＜0.05），**表示差异极显著（＜0.01），ns表示不显著（＞0.05）。同列不同小写字母表示差异显著（＜0.05）。下同

IF: Irrigation frequency; NS: Nutrient supply in the significance test. * indicate significant differences (＜0.05), ** indicates highly significant differences (＜0.01), and ns indicates not significant (＞0.05). Different lowercase letters in the same column indicate significant differences (＜0.05). The same as below

表3 灌溉频率和营养液供应量耦合对辣椒产量和水分利用效率的影响

表4 灌溉频率和营养液供应量耦合对辣椒肥料偏生产力的影响

图1 水肥耦合处理的辣椒品质指标的Pearson相关性分析

其中，第1主成分包含了48.46%的原始信息量，其大小主要由还原糖决定，命名为甜度因子；第2主成分包含了19.66%的原始信息量，其大小主要由辣椒素决定，命名为辣度因子；第3主成分包含了18.86%的原始信息量，其大小主要由维生素C决定，命名为营养因子。将不同处理辣椒果实品质评价因子简化为还原糖、辣椒素和维生素C，即用此3项品质指标基本可以反映辣椒果实各方面的品质要求。

表5 主成分的特征值及方差贡献率

表6 因子负荷矩阵

2.6 辣椒果实品质综合评价

由于各主成分的方差贡献率不同，因此在处理评价时需重新考虑不同主成分方差贡献率的权重，计算各处理前3个主成分得分与相应权重乘积的累加和作为综合得分，即=0.55711+0.22602+0.21683。利用该模型计算出综合得分排在前2位的水肥耦合处理分别为IF1NS1、IF2NS2（表7）。

2.7 基于不同算法的基质袋培辣椒水肥耦合方案寻优

2.7.1 基于PCA-TOPSIS的基质袋培辣椒水肥耦合方案寻优将产量、水分利用效率、肥料偏生产力和PCA确定的3个果实品质替代指标（还原糖、辣椒素、维生素C）的实测值归一化，然后利用TOPSIS法可得到各处理的贴合度C值（表8），C值的大小可反映各处理综合评价的优劣。在IF1和IF3灌溉频率下，NS1营养液供应量水平下的C值较高；在IF2灌溉频率下，NS2营养液供应量水平下的C值较高。在NS1营养液供应量水平下，C值随灌溉频率的增加先降低后升高，IF1灌溉频率水平下的C值最高；在NS2营养液供应量水平下，C值随灌溉频率的增加先升高后降低，IF2灌溉频率水平下的C值最高。C值排名前两位的处理为IF1NS1、IF2NS2，C值分别为0.86和0.43。

表7 各处理辣椒果实品质各主成分综合得分及比较

表8 基于PCA-TOPSIS法的各处理辣椒综合评价及排名

C：相对贴合度；S：理想解；S：逆理想解；D+：各处理与理想解的距离；D-：各处理与逆理想解的距离

C: The relative fitness; S: The ideal solution;S: The inverse ideal solution;D+: The distance between each treatment and the ideal solution;D-: The distance between each treatment and the inverse ideal solution

2.7.2 基于隶属函数分析法的基质袋培辣椒水肥耦合方案寻优利用隶属函数分析法对本试验6个处理的16个指标进行综合评价（表9），结果表明排名前两位的处理也是IF1NS1和IF2NS2，其隶属函数值分别为0.86和0.43。

2.7.3 基于灰色关联度分析法的基质袋培辣椒水肥耦合方案寻优通过灰色关联度分析，计算得出maxΔ=0.13，minΔ=0。分辨率取0.5，各指标关联度、权重、灰色评判值及排名如表10所示，排名前两位的处理依然是IF1NS1和IF2NS2，其灰色评判值分别为3.41和1.73。

3 讨论

3.1 灌溉频率和营养液供应量耦合影响辣椒果实品质

灌溉和营养液管理是基质栽培的核心，是无土栽培实现优质高效生产的基础。本研究中，在灌溉量一致的前提下，辣椒果实的商品品质优劣与营养液供应量单因素的变化无关，而灌溉频率或灌溉频率与营养液供应量的耦合对辣椒果实的商品品质有极显著性影响（＜0.01）。在NS1处理下，低灌溉频率的辣椒果实商品品质较优；在NS2处理下，中灌溉频率的辣椒果实商品品质较优，这与段鹏伟等[30]、汪生林[31]的研究结果一致，表明适宜的水肥耦合是作物果实优质的基础。中等灌溉频率和NS2营养液供应量耦合处理的辣椒果实维生素C和还原糖含量最高，研究对象及试验地水质、气候等原因会造成试验结果不同[32-34]。马道承等[35]研究发现施肥可促进渗透物质的产生和积累，过度施肥会造成养分胁迫。本研究中，营养液供应量的变化对游离氨基酸和可溶性总糖含量无影响，而对可溶性蛋白含量有极显著性影响（＜0.01），可能是因为试验地水质偏碱性且EC值偏高，不利于养分的吸收，导致基质养分累积过多，造成了养分胁迫。IF1NS1处理的果实硝态氮含量最低，可能是其他处理进行多频率灌溉或增加营养液供应导致植株受到了不同程度的胁迫，硝态氮含量明显增加。中等灌溉频率NS1营养液供应量处理的果实辣椒素类物质含量最高，这与胡晓辉等[12]和张智等[36]的研究结果一致，说明常规营养液供应量下，中等灌溉频率可以提高果实品质。

表9 基于隶属函数分析法的各处理辣椒的隶属函数值及排名

表10 基于灰色关联度分析法的各处理辣椒综合评价及排名

3.2 灌溉频率和营养液供应量耦合影响产量、水分利用效率和肥料偏生产力

灌溉频率、营养液供应量和二者耦合对产量、水分利用效率和肥料偏生产力有极显著影响（＜0.01），IF1NS1处理的产量、水分利用效率和氮、磷、钾肥偏生产力最高。在相同灌溉频率下，除IF2处理外，其他频率下均为NS1处理的产量、水分利用效率和氮、磷、钾肥偏生产力较高，说明本试验增加灌溉频率并不能充分发挥NS2处理前期高施肥量的优势，不能带来高的产量和高的肥料利用率，这与Mali等[20]、赵玉红等[27]和Tadesse等[37]的研究结果不一致，表明在灌溉水总量一致的条件下，灌水频次的增加及前期施肥量的增加虽改变了基质的孔隙状况，干湿交替明显，但试验地区气候干燥，蒸发较大，每频次的灌溉量较少则难以支撑植株正常生长，对植株生长造成了胁迫，导致水分利用效率低、栽培介质微生物活性降低，叶片光合下降[37-39]，刺激植株根系加快生长以促进吸收水分[40]，进而导致根系O2和水分愈加缺乏，最终形成恶性循环。同时，试验地区水质偏碱性，EC值偏高，可能导致进一步胁迫[41-43]。

3.3 灌溉频率和营养液供应量耦合处理寻优

为排除测定指标数值和单位差异，同时为了避免单一评价方法的片面性，保证试验结果的准确性，本试验采用PCA-TOPSIS分析法、隶属函数分析法、灰色关联度分析法进行综合评价。3种评价方法的排名结果一致，综合排名第一的处理均为IF1NS1处理，因此，此处理为本试验条件下最优水肥耦合处理，但此种植模式下水肥耦合调控生长和品质形成的机制仍需深入研究。同时试验地区海拔较高，光热资源丰富，光照强度过高时，辣椒种植需多次补水，辣椒的水肥供应还受设施环境的影响，且不同品种对于水肥的需求存在差异，因此，基于光照强度、温度与水肥耦合的影响效应还需要进一步研究。

4 结论

PCA-TOPSIS分析法、隶属函数分析法和灰色关联度分析法的综合评价结果均为IF1NS1处理综合得分高，且该处理的辣椒果实品质、产量、水分利用效率和肥料偏生产力也最高。因此，袋培辣椒的最优灌溉频率和营养液管理方案为：单株灌溉频率为维持基质含水量55%—60%所需要的灌水量按照1次供应，门椒开花至三层果收获期和三层果采收后分别按照每株每日供应250 mL和500 mL的标准山崎配方营养液，该方案可为辣椒袋培优质高效生产提供参考。

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Optimization of Water and Fertilizer Management of Substrate Cultivated Peppers Based on Quality, Yield, and Water and Fertilizer Use Efficiency

ZHOU DaoMing, SUN Tao, ZHAO YuHong, JIA YuanJie, YANG MingFei, QU Feng, HU XiaoHui

College of Horticulture, Northwest A&F University/Key Laboratory of Protected Horticultural Engineering in Northwestern China, Ministry ofAgriculture and Rural Affairs/Facility Agricultural Engineering Technology Research Center, Yangling 712100, Shaanxi

【Objective】The aim of this study was to optimize the water and fertilizer management of peppers, and to investigate the effects of the coupling of irrigation frequency and nutrient solution supply on the quality, yield, water use efficiency and fertilizer partial productivity of peppers grown in substrate bags. 【Method】 Kailai (37-83) RZ F1 pepper was chosen as the material in the study, the irrigation amount (IA) required to maintain the water content of the substrate at 55%-60% was set as the total daily IA of single plant, and three irrigation frequencies (IF) of single plant were to supply IA according to 1 time (IF1), 2 times (IF2) and 4 times (IF3), respectively, and two nutrient solution supply amounts (NS) were the standard Yamazaki pepper nutrient solution (NS1, i.e. 250 mL/plant per day and 500 mL/plant per day during the flowering to triple layer harvesting period and after the triple layer harvesting, respectively) and the increasing nutrient solution (NS2, i.e. the initial nutrient solution supply was 250 mL/plant per day, after each layer of pepper was harvested, the nutrient supply of single plant was increased by 50 mL, and did not increase until it increased to 500 mL/plant), for a total of six coupled treatments. The principal component analysis-technique for order preference by similarity to an ideal solution (PCA-TOPSIS), membership function analysis and grey relational degree analysis were used tocomprehensively evaluate fruit quality, yield, water use efficiency and fertilizer partial productivity. 【Result】The IF had a significant effect on all quality indicators except shoulder length (＜0.01); the NS had a significant effect on vitamin C, soluble protein, capsaicin and dihydrocapsaicin (＜0.01), but had no significant effect on other quality indicators; the coupling of IF and NS showed highly significant effect on the quality indicators, except the thickness of the peel (＜0.01). At the same time, IF, NS and their coupling showed extremely significant effects on pepper yield and water use efficiency (＜0.01). The evaluation results were consistent by PCA-TOPSIS, fuzzy membership function and grey relational degree, and the top two were IF1NS1 and IF2NS2. IF1NS1 treatment had the best fruit quality of pepper, for yield, water use efficiency, and N, P, K fertilizer partial productivity were the highest, with the value of 74 482.24 kg∙hm-2, 34.21 kg∙m-3, 625.95 kg∙kg-1, 679.54 kg∙kg-1, and 367.23 kg∙kg-1, respectively. Therefore, IF1NS1 was the optimal water-fertilizer coupling treatment. 【Conclusion】 The optimal IF and NS management of peppers grown in substrate bags were as follows: IF of single plant was to maintain the water content of the substrate at 55%-60% required IA was supplied according to 1 time, the standard Yamazaki formula nutrient solution of 250 mL/plant per day and 500 mL/plant per day was supplied from the flowering to triple layer harvesting period and after the triple layer harvesting, respectively.

pepper; yield; quality; water and fertilizer use efficiency; water and fertilizer optimization