养分专家系统推荐施肥在番茄上的应用效果

摘    要：为提高番茄科学施肥水平，通过田间试验，研究了养分专家系统推荐施肥对番茄产量、纯收益和养分利用率的影响，为番茄方便快捷进行施肥决策提供理论、技术和工具支撑。养分专家推荐施肥处理（OPT）确定的番茄试验地N、P2O5和K2O施用量分别为390、166和410 kg·hm-2。与农民习惯施肥处理（FP）相比，该方法分别减少氮、钾肥用量17.20%和34.19%，增施了9.57%的磷肥用量，番茄经济产量显著提高13.83%，纯收益提高26 503.68元·hm-2，并且提高了肥料的农学效率1～5倍和养分回收率10.72～30.75个百分点，促进了养分的高效利用。有机肥替代20%化肥氮处理（OPT+OM）较OPT外的其他处理可以提高番茄生物产量（15.83%～31.65%）。养分专家系统推荐施肥充分利用了土壤的基础养分供应，调控了氮磷钾养分的合理施用量，从而达到降低化肥投入、提高番茄产量和肥料利用效率的效果。

关键词：番茄；产量反应；农学效率；推荐施肥；养分吸收量；肥料利用率

中图分类号：S641.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2022）04-045-06

Application effects of Nutrient Expert fertilizer recommendation on tomato production

SHAN Nan1， CHUAN Limin2， LI Mingyue3， LIU Jipei4

（1. School of New Materials and Chemical Engineering， Tangshan University， Tangshan 063000， Hebei， China; 2. Institute of Data Science and Agricultural Economics， Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Beijing 100097， China; 3. Tianjin Institute of Agricultural Resources and Environment， Tianjin 300192， China; 4. Daxing Soil and Fertilizer Workstation， Beijing 102600， China）

Abstract： A field experiment was conducted to study the application effects of a decision support system named Nutrient Expert on yield， profits and fertilizer use efficiency. The system could be a quick tool to provide technical support of fertilization recommendation for tomato production. Treatments included farmer practice （FP）， fertilizer recommendation based on Nutrient Expert （OPT）， 20% chemical N substitution with organic fertilizer （OPT+OM）， and N， P and K omission based on OPT. OPT recommended fertilizer application for N， P2O5 and K2O were 390， 166 and 410 kg·hm-2， respectively. Compared with farmer practice fertilization， Nutrient Expert recommendation reduced 17.20% of nitrogen and 34.19% of potassium， increased 9.57% of phosphate， significantly increased the tomato economic output by 13.83%， increased the net income by 26 503.68 yuan·hm-2， and improved fertilizer use efficiency by 1-5 times and nutrient recovery efficiency 10.72-30.75 percentage points. The results also showed that substitution of 20% chemical N with organic fertilizer improved tomato biological yield 15.83%-31.65%. Nutrient Expert recommendation based on soil nutrients， yield response and fertilizer use efficiency improved yields， fertilizer use efficiency and profitability of tomato production.

Key words： Tomato; Yield response; Agronomic efficiency; Fertilizer recommendation; Nutrient taken; Fertilizer use efficiency

集约化农业生产模式能够有效为人类社会生存和发展提供充足的产品供应。近年来，随着人们对农产品需求的不断增长，设施蔬菜因其具有生长快、周期短和效益高等特点，规模迅速扩大，但是同时存在集约化程度高、化肥施用量大、肥料利用率不高、易带来环境污染风险等问题。番茄属茄科植物，含维生素C、维生素E、番茄红素、胡萝卜素、类黄酮等多种丰富的营养物质以及钾、磷和镁等元素，是主要设施蔬菜之一。据统计，2018年全国设施番茄的种植面积达2 041.5万 hm2，占全国番茄总种植面积的57.2%[1]。有研究发现，氮、磷和钾养分的供应水平对番茄的产量和品质有决定性的影响[2-4]。另据调查显示，中国在番茄上的肥料投入高达1 354.5 kg·hm-2，番茄生产存在盲目过量和不平衡施肥现象。不科学的施肥管理不仅会降低作物产量，还会降低肥料利用效率，影响农田土壤质量，甚至给全球生态环境造成一定的负面影响[5-7]。因此，减少肥料损失，提高养分利用效率，降低农业生产的环境污染风险，是番茄种植保产提效、实现农业可持续发展必须解决的重要问题。

提高科学施肥水平是解决这一问题的重要途径。依据土壤测试制定施肥方案，以及在作物生长过程中借助叶绿素仪、叶色卡、冠层反射仪等[8-10]即时无损诊断的施肥管理模式逐渐发展成熟，应用也较为广泛，同时也积累了大量的作物产量、施肥量、养分吸收、养分利用等多种农学数据。如何对现有成千上万个农学试验数据和各指标之间相互关系进行深入挖掘，研发更加便捷的施肥决策方法，则是一项更有价值的工作。养分专家系统（微信公众号）推荐施肥正是基于多年多点的农学试验数据库，建立作物产量反应与农学效率的关系，无需进行土壤测试，仅依据具体地块的种植信息，便可做出施肥决策的一种便捷系统，是更为方便、快捷、适合于大小不同田块应用的科学养分管理方法。养分专家系统推荐施肥认为作物施肥后的产量有两部分组成，一是来自土壤本身的基础养分供给，其余则来自施肥的贡献[11]。在推荐氮肥用量时，由于考虑到氮肥的环境风险，主要基于作物氮肥产量反应和氮肥农学效率之间的响应关系得出；在推荐磷肥和钾肥的用量时，除了作物产量反应所需的养分外，结合上一季作物秸秆还田所带入的养分和当季作物收获所移走的养分，从磷钾肥养分的平衡与可持续供应角度，对磷钾肥用量进行了适时调整。

近年来，养分专家系统推荐施肥方法主要应用于小麦、玉米、水稻等粮食作物，在白菜、萝卜等蔬菜作物上也开展了初步研究[12-16]，但是在茄科类蔬菜尤其是番茄上的应用研究还不够深入。因此，笔者选取番茄为研究对象，通过布置田间试验，研究养分专家系统基于产量反应和农学效率推荐施肥方法在番茄上的应用效果，为番茄方便快捷进行施肥管理提供理论与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点

2018年3—7月在北京市大兴区礼贤镇设置大棚番茄田间试验。该地点位于北京市南郊，属暖温带半湿润大陆性季风气候，春、夏、秋、冬四季分明，2018年降水量约575.50 mm。番茄试验供试土壤类型为沙壤。试验开始前0～20 cm 耕层土壤基本理化性质见表1。

1.2 试验设计

番茄田间试验设置农民习惯施肥处理（FP）、基于养分专家系统的推荐施肥处理（OPT）、OPT基础上有机肥替代20%化肥氮处理（OPT+OM）以及与OPT处理对应的减氮（OPT-N）、减磷（OPT-P）和减钾处理（OPT-K）共6个处理。其中，OPT-N、OPT-P和OPT-K 3个处理为对照处理，用于计算番茄施肥后的增产效果、农学效率和养分利用率指标。每个处理具体施肥量见表2。小区面积分别为22.5 m2，每个处理3次重复，随机排列。化肥分别为尿素（N，46%）、过磷酸钙（P2O5，12%）和硫酸钾（K2O，50%）。

试验于2018年3月5日种植，于7月16日收获。供试番茄品种为迪安娜，为无限生长型粉果品种，抗黄化曲叶病毒、生长势强、果实硬度大、耐贮运、连续坐果能力强。种植模式为起垄覆膜宽窄行种植，宽行行距1.5 m，窄行行距为80 cm，株距为31 cm。灌溉条件为沟灌。按照当地常规田间管理方法进行统一管理。

1.3 养分指标测定

番茄分次收获，且每个小区单独测定番茄果实和番茄秧产量，记录各处理鲜样质量。收获后，每个小区取代表性番茄果实和番茄秧样品，于105 ℃杀青30 min，65 ℃烘干至恒质量称质量，用于计算番茄果实和番茄秧的含水量。将烘干样品粉碎后经过H2SO4-H2O2方法消煮，采用凯氏定氮法、钒钼黄比色法和原子吸收分光光度计法测定番茄果实和番茄秧中的全氮、全磷和全钾含量。

番茄果实N累积量 =果实N含量×果实干物质质量；

番茄秧N累积量 =秧N含量×秧干物质质量；

番茄植株N累积量=番茄果实N累积量+番茄秧N累积量；

氮素回收利用率/%=（施氮处理植株氮累积量−不施氮处理植株氮累积量）/施氮量 × 100；

氮素农学效率=（施氮处理番茄果实产量−不施氮处理番茄果实产量）/施氮量；

氮素偏生产力=施氮处理番茄果实产量/施氮量；

磷和钾养分利用效率指标计算同氮。

1.4 数据分析

试验数据采用IBM SPSS 19.0软件进行One-way ANOVA法单因素方差分析和LSD法多重比较，用Microsoft Excel 2016 软件对试验数据进行处理和图表制作。

2 结果与分析

2.1 番茄产量

由图1可以看出，在6个处理中，OPT处理番茄产量和经济产量均最高，均显著高于OPT-N、OPT-P、OPT-K处理，而OPT与FP、OPT+OM三者之间番茄产量和经济产量差异均不显著。与FP处理相比，OPT处理减少了17.20%的氮肥和34.19%的钾肥，增施了9.57%的磷肥，番茄生物产量提高了27.21 t·hm-2（20.34%），经济产量提高了12.70 t·hm-2（13.83%）。有机肥替代20%化肥N的OPT+OM处理与OPT处理相比，番茄生物产量和经济产量分别降低了6.03 t·hm-2和4.14 t·hm-2，但较FP处理分别增产15.83%和9.32%。与对应的OPT-N、OPT-P、OPT-K处理相比，OPT处理条件下番茄生物产量分别增加43.29、32.11和28.31 t·hm-2，提高了36.77%、24.91%和21.33%；经济产量分别增加了19.49、22.10和17.36 t·hm-2，提高了22.92%、26.81%和19.91%，氮、磷和钾肥增产效果显著。