不同栽培方式番茄氮素吸收量及理論施氮量

鄧小芳 程于真 楊明霞 陳竹君 周建斌

doi：10.7606/j.issn.1004-1389.2024.07.012

https：//doi.org/10.7606/j.issn.1004-1389.2024.07.012

收稿日期：2023-06-26? 修回日期：2023-10-13

基金項目：山東省重點研發(fā)計劃（2023TZXD028）；國家重點研發(fā)計劃（2017YFD0200106）。

第一作者：鄧小芳，女，副教授，碩士生導師，研究方向為設施蔬菜體系氮的去向和調控。E-mail：dxf@nwafu.edu.cn

通信作者：周建斌，男，教授，博士生導師，研究方向為土壤-植物系統(tǒng)氮素循環(huán)及調控。E-mail：jbzhou@nwsuaf.edu.cn

摘? 要? 研究不同栽培方式及茬口下番茄產量、地上部氮素吸收量和生產1 000 kg果實需氮量的差異，根據目標產量給出田塊尺度理論氮素推薦量，為不同栽培條件下番茄氮肥的合理施肥提供理論依據與技術指導。收集國內外有關番茄氮素利用的文獻43篇，統(tǒng)計分析露地、設施冬春茬和設施秋冬茬栽培條件下番茄的產量、地上部氮素攜出量和形成1 000 kg果實需氮量；根據不同產量水平，計算1 000 kg番茄果實需氮量的變化；用理論施氮量的方法計算不同目標產量下番茄的理論施氮量。分析表明，露地、設施冬春茬和設施秋冬茬番茄的產量、地上部氮素攜出量和形成1 000 kg果實需氮量存在明顯差異。設施冬春茬番茄的產量最高為98.5?? t/hm2（n=159），是露地和設施秋冬茬番茄產量的1.3倍。設施冬春茬地上部氮素攜出量為239.3?? kg/hm2? （n=126），高于露地和設施秋冬茬。與產量和地上部氮素攜出量不同，設施秋冬茬形成1 000 kg番茄果實的需氮量最高，為2.75 kg（n=99），設施冬春茬和露地相接近，分別為2.43 kg（n=126）和2.44 kg? （n=123）。番茄產量和地上部氮素攜出量之間有顯著的線性相關性，番茄產量隨地上部氮素攜出量的增加而顯著增加。番茄產量和地上部氮素攜出量受水肥投入影響，灌溉量對番茄產量的影響極顯著，隨灌溉量增加產量先緩慢上升后下降，但灌溉量對番茄地上部無顯著影響。番茄產量水平在<55、55～85、85～115、? 115～145、>145?? t/hm2時，生產1 000 kg果實的需氮量分別為3.17、2.38、2.27、2.25和2.25 kg。番茄形成1 000 kg果實的需氮量隨著產量水平的增加反而呈現(xiàn)降低的趨勢。理論施氮量的計算簡單易推廣。番茄目標產量在50～150 t/hm2時，露地、設施冬春茬和設施秋冬茬番茄的理論施氮量范圍分別在182～547、183～549和206～619 kg/hm2，露地番茄和設施冬春茬番茄的理論推薦施氮量相近。不同栽培形式和岔口對番茄產量和氮素吸收特性均會產生影響。

關鍵詞? 番茄；產量；地上部氮素攜出量；理論施氮量

番茄（Solanum lycopersicum Mill.）是全世界栽培最為普遍的果菜之一，它不僅適應范圍廣，產量高，且富含多種維生素和其他營養(yǎng)成分，因此具有很高的營養(yǎng)和經濟價值［1］。在蔬菜生產中，氮素對促進其生長和增產的效果最為顯著［2］；同時，番茄由于果實采收期長、產量高、土壤養(yǎng)分移出量大，需要充分的氮素供給。所以，生產中為保證番茄產量菜農往往過量施用氮肥，這不僅影響番茄生長、產量和品質，而且導致植株病害加劇和環(huán)境污染等一系列問題［3-4］。因此，確定合理施氮量是獲得作物高產、保持土壤肥力和減少施氮引起環(huán)境污染的關鍵［5］。

露地和設施是番茄栽培的兩種主要方式。不同栽培方式下番茄的產量差異顯著，Maureira等［6］采用模擬的方法得出，美國華盛頓州設施番茄產量是露地的6.4倍。設施栽培番茄根據栽培時間分為冬春茬和秋冬茬。Wu等［7］研究發(fā)現(xiàn)，冬春茬番茄產量顯著高于相同處理下秋冬茬產量；但Du等［8］研究發(fā)現(xiàn)，相同處理下冬春茬和秋冬茬產量沒有顯著差異。不同栽培條件及茬口產量的差異，必定會導致氮素吸收量的不同。

氮肥施用量的多少對番茄產量、品質、氮素利用率等均有顯著影響，合理的施氮量對番茄栽培非常關鍵［9］。姜慧敏等［10］在山東壽光進行調查，發(fā)現(xiàn)每季設施番茄化肥氮的施用量遠高于每季地上部的氮素攜出量，化肥氮投入高達1 000?? kg/hm2，當季氮肥利用率低于10%。閔炬等［11］研究發(fā)現(xiàn)，農民習慣施氮量（300 kg/hm2）導致大棚番茄有減產趨勢，而減氮20%～40%不僅可以保證產量，還可以保證果實品質。Sun等［12］利用EU-Rotate N模型得出設施秋冬茬番茄最佳施氮量為150 kg/hm2，冬春茬番茄為250 kg/hm2。王新等［13］對番茄地上部生物量、氮素累積的變化進行動態(tài)模擬，發(fā)現(xiàn)北疆地區(qū)加工番茄滴灌栽培的理論適宜施氮量為349～382 kg/hm2?？梢?，不同研究對番茄適宜施氮量的研究結果差異較大。

因此，確定不同區(qū)域不同類型番茄合理施氮量仍是一個值得研究的問題［14］。常用的方法包括田間試驗法、土壤和植株測定法等，但這些方法存在工作量大、成本高等問題，不適合大面積應用推廣，尤其對于小農戶［15］?；诖耍琂u等［16］提出了確定作物理論施氮量的方法，該方法用作物根區(qū)氮肥、土壤氮和作物吸收氮三者的數(shù)量關系來確定施氮量，根據農田秸稈還田的生產實際，推導出推薦施氮量約等于作物地上部吸氮量。生產單位果實需氮量是該法確定氮肥適宜用量的關鍵，而目前關于番茄吸氮規(guī)律及生產單位果實需氮量雖開展了不少研究，但多為小樣本的田間小區(qū)試驗，對于不同區(qū)域間大尺度、大樣本數(shù)量的研究缺乏系統(tǒng)報道。因此，本文旨在通過收集大量有關番茄氮素利用的文獻資料和田間試驗數(shù)據進行系統(tǒng)分析，探明不同栽培方式及不同茬口下番茄產量、地上部氮素攜出量和生產1 000 kg果實需氮量的差異，明確不同產量水平下1 000 kg果實需氮量的變化特征；根據目標產量給出田塊尺度氮肥理論推薦量，以期為指導番茄合理施肥和提高氮肥利用效率提供理論依據與科學參考。

1? 材料與方法

1.1? 數(shù)據來源

本研究在中國知網和維普中文文獻數(shù)據庫及Web of Science英文文獻數(shù)據庫進行文獻搜集。以“番茄” “產量” “氮素” “氮肥吸收利用”及其組合為主要關鍵詞進行文獻檢索。為了確保分析的準確性，遵循以下4個標準對收集文獻進行篩選分析：1）試驗方式為田間試驗；2）數(shù)據需包含產量、施氮量、氮素攜出量、灌溉量等至少2個指標，且有明確的標準差或者重復值，重復數(shù)≥3；3）試驗地、試驗作物、生產管理等基本信息清晰；4）不同文獻中的相同試驗數(shù)據只錄入1次。

基于以上標準本文收集了43篇國內外有關番茄氮素吸收利用的文獻資料。番茄品種有‘粉安娜‘布魯特斯‘金鵬 ‘農大等多種，均為大果蔬菜番茄。將研究對象分為露地和設施（溫室、大棚）2種栽培方式，由于設施蔬菜種植制度一般為一年兩茬制，因此根據茬口不同將設施栽培番茄分為冬春茬和秋冬茬。冬春茬種植一般在l月下旬至2月上旬移栽，6月中上旬拉秧，秋冬茬種植一般在8月中旬移栽，翌年1月中旬拉秧。研究樣本包括得到產量數(shù)據為420個、氮肥施用量375個、灌溉量261個和植株地上部氮積累量358個。

1.2? 數(shù)據提取

如果文獻中含有樣本數(shù)、均值及標準差，則直接進行數(shù)據的提取；如果文獻中不直接含有標準差，但處理有多個重復時，則提取數(shù)據之后，計算出均值和標準差。文獻中如果只有圖，沒有表，則使用 GetData 軟件進行數(shù)據提取。

1.3? 理論施氮量的計算

巨曉棠［14］認為在長期秸稈還田的情況下，在確定了百千克收獲物需氮量（N100，kg）后，推薦施氮量（Nfert，kg/hm2）是目標產量（Y，kg/hm2）的唯一函數(shù)，即理論施氮量Nfert≈Y/100×N100。但是番茄一般很少直接進行秸稈還田，因此，番茄的理論推薦量應等于上述結果加上扣除果實之外的地上部氮素攜出量。綜合各種文獻報道及筆者試驗結果［8］，扣除果實之外的地上部氮素攜出量約占地上部總氮素攜出量的50%，即可得出番茄的理論施氮量Nfert≈Y/1 000×N1 000＋Y1 000×N1 000×50%≈Y/1 000×N1 000（1+50%），其中N1 000為形成1 000 kg番茄果實的需氮量。

1.4? 數(shù)據分析

采用Microsoft Office Excel 2016 軟件進行基礎數(shù)據整理和圖表制作，SPSS 21.0進行統(tǒng)計分析，用Duncans檢驗（α=0.05）進行多重比較。

2? 結果與分析

2.1? 番茄產量和氮素吸收量

由表1可知，大田試驗條件下番茄平均產量為84.9 t/hm2（n=420），但不同栽培條件下番茄產量差異較大。設施冬春茬番茄產量最高為? 98.48 t/hm2（n=159），是露地和設施秋冬茬番茄產量的1.3倍。露地和設施秋冬茬的番茄產量接近，分別是75.39? t/hm2（n=123）和77.3?? t/hm2? （n=138）。不同栽培條件下番茄的地上部氮素攜出量同樣也存在差異，平均地上部氮素攜出量為198.55 kg/hm2（n=358），其中設冬春茬的地上部氮素攜出量最高為239.25 kg/hm2? （n=126），露地最低為172.73 kg/hm2（n=123），相差? 66.52 kg/hm2。與產量和地上部氮素攜出量不同的是，設施秋冬茬形成1 000 kg番茄果實的需氮量最高，為2.75 kg（n=99），設施冬春茬和露地相接近，分別為2.43 kg（n=126）和2.44 kg（n=123），較設施秋冬茬低。設施秋冬茬形成1 000 kg果實所需的氮素量是露地和設施冬春茬的? 1.1倍。綜上可知，設施冬春茬的番茄產量和地上部氮素攜出量較露地和設施秋冬茬高，設施冬春茬形成1 000 kg番茄果實高于設施冬春茬和露地。

2.2? 番茄產量與地上部氮素攜出量的關系

對地上部氮素攜出量和番茄產量進行相關性分析，由圖1可知，番茄產量隨地上部氮素攜出量的增加而增加，呈顯著的線性關系。番茄產量和地上部氮素攜出量的相關性系數(shù)分別為0.799、0.36和0.677，均達極顯著水平?？傮w樣點的相關函數(shù)表達式為y =0.314x + 20.989（x表示地上部氮素攜出量，y為產量），R2為0.619，達到極顯著水平（P<0.01）。

2.3? 水肥投入與番茄產量、地上部氮素攜出量的關系

分別以氮肥施用量和灌溉量作為自變量，以產量和番茄地上部氮素攜出量作為因變量，分析其相關性。發(fā)現(xiàn)氮肥施用量和灌溉量對番茄產量的影響均達極顯著水平（P<0.01）；氮肥施用量對番茄地上部氮素攜出量的影響達極顯著水平（P<0.01），但灌溉量對其無顯著影響。

番茄產量隨施氮量的增加，呈現(xiàn)出先緩慢上升后再下降的趨勢（圖2），由此可知，在一定范圍內增施氮肥有利于促進果實增產，但其施用量過高或過低均會導致負效應。番茄產量隨灌溉量的變化與氮肥施用量有類似的規(guī)律，這表明過度干旱或過度灌溉都會導致番茄產量下降。番茄地上部氮素攜出量隨施氮量的增加，呈開口向下的拋物線形狀（圖3）。因此，在一定范圍內氮肥的增施能促進作物對氮素的吸收利用，但施用量過高同樣也會降低地上部對氮素的吸收。

2.4? 番茄氮素吸收特征及其產量效應

將番茄產量分為<55、55～85、85～115、? 115～145和>145 t/hm2 5個水平組，進一步研究形成1 000 kg果實需氮量與番茄產量水平的關系。5個番茄產量組由低到高的平均產量分別是35.3 t/hm2（n=89）、70.5 t/hm2（n=93）、102.1?? t/hm2（n=85）、127.2?? t/hm2（n=70）? 和>152.1 t/hm2（n=11）。

露地番茄在5個產量水平分組下，生產1 000 kg番茄的需氮量從低至高依次為2.94（n=48）、2.14（n=30）、2.05（n=16）、2.15（n=25）和2.22 kg（n=4）；設施冬春茬番茄生產1 000 kg果實的需氮量依次為3.96（n=5）、2.53（n=35）、2.33? （n=45）、2.30（n=35）和2.20 kg（n=6）；設施秋冬茬番茄分別為3.41（n=36）、2.44（n=28）、? 2.31（n=24）、2.34（n=10）和2.63 kg（n=1）（圖4）。綜上可知，5個番茄產量分組由低到高形成? 1 000 kg果實需氮量分別為3.17、2.38、2.27、? 2.25和2.25 kg。因此，番茄需氮量隨產量水平的提高呈逐漸遞減趨勢。

2.5? 番茄的理論施氮量

根據本試驗上述研究結果，露地、設施冬春茬和設施秋冬茬番茄形成1 000 kg果實需氮量平均為2.43 kg、2.44 kg和2.75 kg。根據番茄的理論施氮量算式，可以求出不同栽培條件下不同目標產量的理論施氮量（表2）。由表2可知，番茄目標產量在50～150 t/hm2時，露地、設施冬春茬和設施秋冬茬番茄的理論施氮量為182～547 kg/hm2、183～549 kg/hm2和206～619??? kg/hm2，露地番茄和設施冬春茬番茄的理論推薦施氮量相近。

3? 討? 論

不同栽培模式會顯著影響作物的產量。石會娟等［17］研究表明，河北省設施番茄產量是露地番茄產量的1.4倍。本研究中，設施番茄的平均產量為87.9 t/hm2，是露地番茄產量的1.2倍。因此，從番茄產量來看，設施栽培模式優(yōu)于露地栽培。相比露地栽培，設施栽培模式擁有更適宜作物生長的不同于大田的小氣候環(huán)境［18-19］，且配套設施更好。種植茬口對設施番茄產量和地上部氮

素攜出量的影響存在差異。趙云霞等［20］選取9個番茄品種進行試驗，發(fā)現(xiàn)設施冬春茬番茄產量為秋冬茬的1.1倍～1.8倍；高方勝等［21］也研究表明，設施冬春茬的番茄單株產量為1.22 kg，較設施秋冬茬提高40.23%，且冬春茬番茄的全株氮素吸收積累量和吸收速率顯著高于秋冬茬。本研究結果類似，番茄平均產量和地上部氮素攜出量設施冬春茬分別是設施秋冬茬的1.27倍和? 1.34倍。但Du等［8］研究發(fā)現(xiàn)，日光溫室冬春茬和秋冬茬番茄產量無顯著差異。因為本研究收集了大量數(shù)據，所以在絕大多數(shù)情況下，設施冬春茬的產量要高于秋冬茬。冬春茬番茄所處的溫度和光照條件較好，栽培期間外界氣溫和日平均光照強度不斷上升，適宜番茄生長；而秋冬茬番茄所處的溫度和光照條件的變化與冬春茬變化相反，后期果實的膨大受到影響，最終影響產量。

施肥和灌溉是限制作物增產的兩大重要因子［22］，同時二者存在明顯的交互效應［23］，適宜的水分條件會增強養(yǎng)分的質流和擴散，保障土壤養(yǎng)分離子向作物根系的遷移，施肥反過來又會影響作物對水分的吸收、轉運和利用［24］。李建明等［25］研究發(fā)現(xiàn)番茄產量隨施肥和水分的變化均呈開口向下的拋物線形狀，這說明過度干旱或過度滯水均會加劇作物的減產，同樣在一定范圍內增加施肥量有利于產量的提高，但施肥量太少或太多同樣均會造成減產。這與本研究結果一致。養(yǎng)分吸收是干物質形成和累積的基礎，干物質和養(yǎng)分累積是產量形成的前提［26］，本研究顯示，氮素攜出量與產量之間呈顯著正相關關系；番茄地上部氮素攜出量受施氮量的顯著影響，在一定范圍內植株地上部氮素攜出量隨施氮量的增大而增大，持續(xù)增大反而降低地上部氮素攜出量。

已有諸多研究資料表明，每形成1 000 kg的番茄果實，地上部氮素吸收量為1.38～2.93 kg［27-29］。本研究表明，番茄形成1 000 kg果實所需氮量隨產量水平的提高逐漸下降，平均為2.52 kg，產量在<55、55～85、85～115、115～145和>145 t/hm2時，形成1 000 kg 果實的氮吸收量分別為3.17 kg（n=89）、2.38 kg（n=93）、2.27 kg（n=85）、2.25 kg（n=70）和2.25 kg（n=11），這與黃倩楠等［30］研究小麥需氮量隨產量變化的規(guī)律類似。隨著番茄的生長發(fā)育，果實吸氮量隨產量增加而增加，但到果實膨大期后莖和葉中的部分氮發(fā)生轉移，供應番茄果實的生長［31］，故產量的增加幅度大于地上部吸氮量的增加幅度，導致需氮量降低。露地、設施冬春茬和設施秋冬茬番茄形成1 000 kg果實的需氮量分別為2.44、2.43 和2.75 kg。這是因為不同栽培模式和茬口的溫度、水分、土壤等環(huán)境條件和田間管理技術不同，導致其存在差異。這說明在番茄實際生產中，適宜施氮量的確定要考慮產量、土壤養(yǎng)分和農藝措施等綜合因素。

目前對番茄最佳施氮量的研究大部分是通過設置氮素梯度試驗，這對中國小農戶經營而言，操作復雜且成本較高，實用性差。所以作物理論施氮量的方法較簡單易于接受，只需基層推廣人員將簡單的算式和系數(shù)告訴農戶，農戶通過口算就能得知自己田塊的氮肥施用量，因為農戶對自己田塊的目標產量是相當清楚的［14］。王新等［13］根據Quad-ratic模型得出，北疆地區(qū)露地加工番茄理論產量在114～120 t/hm2時，理論適宜施氮量在349～382 kg/hm2；本研究應用理論施氮量，露地番茄目標產量在110～120 t/hm2時，相應理論推薦施氮量在401～431 kg/hm2?？梢钥闯龈哂赒uad-ratic模型所得的施氮量，這可能是因為Quad-ratic 模型未考慮土壤本底氮的消耗。但遠低于農戶習慣施氮量，所以理論施氮量方法是值得推薦的簡單易行的方法。

4? 結? 論

通過文獻搜集與數(shù)據分析得到冬春茬的設施栽培模式番茄產量最高，設施秋茬和露地番茄產量較設施冬春茬低，但其兩者之間產量相近。露地、設施冬春茬和設施秋冬茬番茄形成1 000 kg果實需氮量分別為2.44、2.43、2.75 kg。番茄目標產量在50～150 t/hm2時，露地、設施冬春茬和設施秋冬茬番茄的理論施氮量分別為182～547、183～549和206～619 kg/hm2。在番茄生產實踐中，理論施氮量是一種可推薦的簡單易行的方法。根據不同栽培模式和目標產量，可很快的算出合理施氮量，最終實現(xiàn)氮肥的合理施用。

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Nitrogen? Uptake and Theoretical Nitrogen Application Rate of Tomato under Different Cultivation Conditions

DENG Xiaofang，CHENG Yuzhen，YANG Mingxia，CHEN Zhujun and ZHOU Jianbin

（College of Natural Resources and Environment，Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and

Agro-Environment in Northwest China，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Yangling Shaanxi? 712100，China）

Abstract? This study? investigated variations in tomato yield，aboveground nitrogen （N） uptake，and N requirement for producing 1? 000 kg of fruit under different cultivation methods and stubble.Furthermore，this study aimed to provide theoretical N recommendations at the field scale， guided by? the target yield.The results of this study will contribute to the development of a theoretical framework，and provide technical recommendations for the optimal fertilization of tomatoes under diverse cultivation conditions.A comprehensive review of 43 domestic and international literature sources on N utilization was conducted.The compiled data covered various cultivation scenarios，including open-field culture，greenhouse cultivation during the winter-spring，and autumn-winter seasons.A statistical analysis was performed to assess tomato plant yield，aboveground N uptake，and nitrogen requirements for 1? 000 kg of tomato fruit.The change in the N requirement for 1 000 kg of tomato fruit at different yield levels was calculated.The theoretical N rate method was used to calculate the theoretical N application rate for tomatoes under different target yields.The highest yield of tomato in greenhouse cultivation during winter-spring reached 98.5 t/hm2 （n=159），which was 1.3 times higher than that in open field and greenhouse cultivation during autumn-winter.The aboveground nitrogen uptake of the winter-spring stubble was 239.3 kg/hm2 （n=126），which was higher than that of the open-field and the autumn-winter stubble.The highest N requirement for producing 1 000 kg of tomato fruit was 2.75 kg in greenhouse cultivation during autumn-winter.The winter-spring stubble of the greenhouse cultivation were close to that of? open field，with requirement?? of 2.43 kg and 2.44 kg，respectively，both of which were lower than the autumn-winter stubble of the greenhouse cultivation.Aboveground N uptake increased significantly with increasing tomato yields，and a significant linear relationship was observed between them.The application of water and fertilizer affected tomato yield and aboveground N uptake.The study found a strong relationship between irrigation volume and tomato yield.As the quantity of irrigation increased，tomato yield first showed a gradual increase，followed by a decline.However，the?? amount of irrigation did not significantly affect the aboveground nitrogen uptake.The N requirement for 1? 000 kg of tomato fruit decreased with the increase of yield level，being 3.17，2.38，? 2.27，? 2.25 and 2.25 kg for tomato yields <55，55-85，85-115，115-145，>145 t/hm2，respectively.The calculation of the theoretical N application was easily generalized.For? target tomato yield between?? 50-150?? t/hm2，the theoretical N application rates for open field tomato，greenhouse cultivation during winter-spring tomato，and greenhouse cultivation during autumn-winter tomatoes ranged from 182-547，? 183-549 to 206-619 kg/hm2，respectively.The theoretical recommended N application rates for open field tomatoes and greenhouse cultivation during winter-spring tomatoes were found to be similar.The yield and N uptake characteristics of tomatoes were affected by different cultivation forms and planting seasons.Considering the target yield of tomato and the N requirement for 1 000 kg of fruit under different cultivation，it becomes possible to calculate the nitrogen content necessary for producing 1 000 kg of fruit.This calculation helps determine the appropriate nitrogen fertilizer application rate for tomatoes under different cultivation conditions，thereby offering valuable guidance for optimizing nitrogen fertilizer utilization? in tomato cultivation.

Key words? Tomato; Yield; Aboveground N uptake; Theoretical nitrogen? rate

Received ??2023-06-26??? Returned? 2023-10-13

Foundation item? the Key R&D Program of Shandong Prince（No.2023TZXD028）; the National Key R&D Program of China （No.2017YFD0200106）.

First author? DENG Xiaofang，female，associate professor，master supervisor.Research area：nitrogen destination and control in vegetable system.E-mail：dxf@nwafu.edu.cn

Corresponding?? author? ZHOU Jianbin，male，professor，doctoral supervisor.Research area：utilization and management of nutrient resources.E-mail：jbzhou@nwsuaf.edu.cn

（責任編輯：史亞歌? Responsible editor：SHI Yage）