番茄既是世界上广泛栽植的一种蔬菜,也是研究植物生理生化过程的一种模式植物。氮素营养关系到番茄的产量,钾素供应关系到番茄的品质。养分资源能否实现高效利用,不仅与施肥种类、供应量、供应时期有关,也与水分供应状况有密切关系。世界范围内普遍存在且频繁发生的干旱使得作物水肥联合调控研究显得尤为重要。近年来,温室蔬菜生产中人为施用CO₂肥越来越受到重视,同时,全球CO₂浓度呈现不断升高的趋势。未来气候变化条件下,如何进行有效的水肥管理将是农业科研与生产中面临的一个新问题。为此,本论文以番茄为供试作物,开展了3个盆栽试验。试验一,将番茄全生育期划分为5个阶段（苗期、始花结果期、果实生长初期、果实膨大期和果实成熟期）,各阶段均设置3个土壤水分水平（60-70%θ_f、70-80%θ_f和80-90%θ_f）和3个施钾量水平(0、0.46和0.92 g K₂O kg^-1土),其余阶段不施钾肥并维持土壤水分为80-90%θ_f,研究番茄不同生育阶段土壤水分和施钾量对产量品质、钾素吸收分配及水分利用效率（WUE）的影响。试验二,在番茄苗期,控制400 ppm和800 ppm两个环境CO₂浓度,研究未来气候变化下土壤持续干旱对番茄叶片气体交换特征、水氮利用效率等的影响及其生理调控机制。试验三,在400 ppm和800 ppm 2个环境CO₂浓度下,设3个土壤水分水平（30-35%、25-30%和20-25%）和2个施氮水平(0和0.5 g N kg^-1腐植土),研究环境CO₂浓度升高条件下,土壤水分和施氮量对番茄产量品质、水氮利用的影响及其生理机制,为番茄高效优质栽培提供理论依据。研究取得了如下主要结果:（1）探明了土壤水分、施钾量及水肥调控时期对番茄产量、品质及WUE的影响规律。番茄产量受施钾时期和土壤水分水平的显著影响,WUE受施钾时期、土壤水分和施钾量的显著影响。与番茄苗期、始花结果期、果实生长初期相比,在番茄果实成熟期降低土壤水分,产量分别降低15.77%、14.36%和14.51%,WUE分别降低16.64%、14.20%、14.73%。整体上,与70-80%θ_f和80-90%θ_f土壤水分水平相比,60-70%θ_f水平下番茄单株产量分别降低15.69%和23.23%,且WUE有所下降;另外,增加土壤水分可以显著改善番茄果实可溶性固形物、糖酸比和番茄红素含量。适量钾肥供应可以显著增大植株WUE;与不施钾相比,施钾显著提高番茄品质。（2）土壤水分、施钾量及灌水施肥时期间存在交互作用,番茄产量、WUE及品质对土壤水分亏缺和施钾量的响应与水肥调控阶段有关。苗期土壤水分和施钾量对番茄产量和WUE均没有显著影响;在苗期增加土壤水分可以提高果实可溶性固形物和可溶性糖含量,苗期土壤水分为60-70%θ_f时,施0.92g K₂O kg^-1土可以改善果实维生素C含量,施0.46 g K₂O kg^-1土可以改善果实番茄红素含量。始花结果期土壤水分为60-70%θ_f时,与不施钾相比,施0.92 g K₂O kg^-1土增产幅度达63.3%,且增加植株WUE;土壤水分对番茄红素含量的影响与施钾量有关,不施钾或施0.92g K₂O kg^-1土均在土壤水分为70-80%θ_f时有其最大值。果实生长初期,土壤水分为70-80%θ_f和80-90%θ_f收获的产量较60-70%θ_f水平分别增加27.2%和33.9%,但土壤水分对WUE没有显著影响;施钾可以显著提高果实维生素C含量,且钾肥对果实可溶性糖和番茄红素含量的影响与土壤水分水平有关。在果实膨大期,增加土壤水分显著增加番茄产量和WUE,土壤水分控制在70-80%θ_f时有利于果实维生素C含量的提高,适量施用钾肥可以提高番茄红素含量。果实成熟期,较高的土壤水分对番茄产量至关重要;这个阶段土壤水分对可溶性糖和维生素C含量的影响与施钾水平有关;施钾量对果实可溶性糖含量和糖酸比的影响与土壤水分水平有关:土壤水分为60-70%θ_f,增加施钾量降低可溶性糖含量和糖酸比,土壤水分为70-80%θ_f;增加施钾量提高可溶性糖含量和糖酸比。（3）研究了不同生长阶段土壤水分水平和施钾量对番茄根、茎、叶、果实中钾含量及累积量的影响规律,发现施钾量对番茄各器官钾含量的影响大于土壤水分。番茄果实干重占总干重比例最大,且与其他组织器官相比,果实中钾含量最大,因而,钾素在番茄果实中的分配占主要部分。（4）建立了气体交换随土壤有效水变化的Linear-plateau模型,发现环境CO₂浓度升高延迟了气孔导度和净光合速率对土壤持续干旱的响应,并从植物水分关系、碳氮累积及干旱信号ABA对气孔的调控方面解释了其生理机制。在土壤水分持续干旱过程中,生长在高CO₂浓度下的植株在土壤有效水含量为0.40时气孔导度才开始降低,晚于常规CO₂浓度下的植株（0.61）。木质部汁液ABA和叶片ABA共同参与了气孔导度对土壤水分亏缺的响应。环境CO₂浓度升高对植株耗水没有影响,但显著增加干物质累积量,从而提高植株WUE。此外,CO₂浓度升高降低冠层氮含量,增加冠层碳含量,从而增加冠层碳氮比,提高氮素利用效率（NUE）。（5）明确了全生育期生长在不同CO₂浓度环境下的番茄植株,其叶片气体交换、植物水分关系及植株WUE和NUE受到环境CO₂浓度、土壤水分和施氮量及交互效应的影响。环境CO₂浓度升高增强叶片净光合速率,降低气孔导度及蒸腾速率;土壤水分降低导致气孔导度下降;施氮可以显著提高叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率。高CO₂浓度环境下的植株具有较高的叶水势和膨压;土壤水分降低显著降低叶水势、溶质势;施氮提高叶水势和溶质势。环境CO₂浓度升高增加了植株干物质量,降低水分消耗,从而提高WUE;土壤水分降低增加了番茄干物质量,提高WUE;施氮条件下,耗水量较干物质量的增幅大,导致WUE下降。此外,土壤水分降低增加了番茄碳素累积,对氮素累积没有显著影响,从而提高了NUE;施氮显著降低NUE。交互效应表明,高CO₂浓度环境下,施氮处理显著提高植株净光合速率。高CO₂浓度环境下施氮提高叶水势;施氮条件下降低土壤水分,叶水势降幅更大。高CO₂浓度环境下施氮处理对植株WUE的降低更显著。在不同CO₂浓度环境下,对于不施氮肥植株,NUE随土壤水分增加的变化不同。（6）环境CO₂浓度升高对番茄品质的影响不明显,番茄品质主要受到土壤水分和施氮量的影响。施氮增加单果数、单果重。降低土壤水分增加了果实硬度、可溶性固形物、总糖含量;施氮增加果实硬度,增加总糖含量、减少总酸含量从而提高糖酸比,但降低了可溶性固形物含量。降低土壤水分显著提高总果实抗氧化能力,而施氮降低总抗氧化能力;施氮显著降低果汁中K⁺、Ca²⁺、SO₄^2-、PO₄^3-离子含量,降低果实干物质中的K、Ca和B元素含量,增加果实干物质中的微量元素含量。选取22项番茄品质指标,运用主成分分析方法,评价番茄综合品质。结果表明番茄植株生长在高CO₂浓度环境、土壤水分充分且施氮条件下,番茄品质最优;与不施氮处理相比,施氮显著提高番茄品质。