番茄是我国种植的主要蔬菜种类之一。2020年，我国番茄种植面积逾110万hm²，产量近6 500万t，全球占比分别为22.0% 和34.7%^[1]。番茄种植已成为我国农民增收致富的重要产业。肥料对作物的生长至关重要，合理施肥能有效提升作物产量和质量，进而增加效益。而当施肥量超出一定合理范围后，不反会影响作物生长，还会对土壤、空气和水资源等生态环境造成污染，危害人类身体健康。为提高蔬菜产量，通常施用大量氮肥，但氮肥利用率较低，大量的氮素损失给环境造成了负担^[2]。因此，合理有效地把控作物施肥量对作物生产有着重要作用。肥料效应函数法、养分平衡–地力差减法、养分平衡–土壤有效养分校正系数法和土壤养分丰缺指标法等方法是确定施肥量的主要手段。其中，土壤养分丰缺指标法是测土推荐施肥的经典和通用方法，它具有时间有效性长、地域有效性广且简便易行等优势，故得以在世界各地广泛应用。我国于20世纪80年代开始进行作物土壤养分丰缺指标的研究^[3-4]，目前已建立了诸如水稻、小麦、玉米、甘薯等作物的若干地区土壤养分丰缺指标推荐施肥系统^[5-13]，但针对番茄的相关研究仍较少。20世纪80年代，武书敏等^[14]率先开展了北京露地番茄土壤养分丰缺指标研究。21世纪以来，吴建繁^[15]对北京设施番茄土壤有效磷丰缺指标推荐施肥系统进行了探索；张连云^[16]研究了内蒙古五原县番茄土壤养分丰缺指标；康翠娥等^[17]建立了内蒙古包头九原区番茄土壤氮、磷、钾丰缺指标推荐施肥系统；刘顺国等^[18]开展了辽宁设施番茄土壤养分丰缺指标研究。截至目前，我国番茄土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究仍有不足，不仅开展研究较少、涉及范围不够全面，而且有些研究没有确定适宜施肥量^{[14, 16, 18]}。作物土壤养分丰缺指标推荐施肥系统的研究需要开展多年、多点田间试验，故需要足够的人力、物力和财力作为保障，而番茄等诸多小作物的相关科研投入普遍较少，因此，土壤养分丰缺指标推荐施肥系统的研究仍有许多问题有待解决。为解决上述困难，中国农业大学孙洪仁研究团队将“零散试验数据整合法”和“养分平衡–地力差减法新应用公式”综合起来，创建了作物土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究新方法，而且以此为基础，成功建立了我国紫花苜蓿、燕麦、甜菜、甘蔗、籽实与饲草谷子土壤养分丰缺指标推荐施肥系统^[19-26]。本研究拟采用作物土壤养分丰缺指标推荐施肥系统研究新方法，进行全国番茄土壤氮素丰缺指标和推荐施氮量研究，为我国番茄测土施氮提供有效参考。

1 材料与方法 1.1 我国番茄土壤氮素回归方程与丰缺指标

在数据库中检索我国开展的番茄施肥试验文献，选择含有土壤氮素含量、缺氮处理产量及施氮处理产量的文献，并提取上述数据。利用公式(1)计算番茄缺氮处理相对产量。

$ R_{-\mathrm{N}}=Y_{-\mathrm{N}} / Y_{\mathrm{N}} $

(1)

式中：R_-N为缺氮处理相对产量；Y_-N为缺氮处理产量；Y_N为施氮处理产量。

利用Excel 2016，选择适宜模型建立番茄缺氮处理相对产量与土壤氮素含量回归方程。参考“测土施肥土壤养分丰缺分级改良方案”^[27]，对氮素进行丰缺级别的划分。对于超出缺氮处理相对产量和土壤氮素含量试验范围的外推数据，低端和高端分别允许保留1个。

1.2 我国番茄推荐施氮量

根据“养分平衡–地力差减法新应用公式”(公式(2))^[28-29]，确定每个丰缺级别土壤的番茄推荐施氮量。

$ F_{\mathrm{N}}=A_{\mathrm{N}} \times\left(1-R_{-\mathrm{N}}\right) / E_{\mathrm{N}} $

(2)

式中：F_N为适宜施氮量；A_N为目标产量番茄氮素移出量；R_-N为缺氮处理相对产量；E_N为氮肥当季利用率。

单位经济产量番茄氮素(N)移出量确定为2.7 kg/t^[30]。根据我国番茄生产实际状况，确定番茄目标产量11个，分别为45、60、75、90、105、120、135、150、165、180和195 t/hm²。每个丰缺级别的番茄缺氮处理相对产量下限作为该级别的缺氮处理相对产量，第1级为100%，第二级为90%，第3级为80%，……，第11级为0%。设置3个番茄氮肥当季利用率，分别为30%、40% 和50%。

2 结果与分析 2.1 我国番茄施氮试验与土壤氮素丰缺指标研究相关信息

选取我国开展的含有土壤氮素(碱解氮、全氮和有机质)含量、缺氮处理产量和施氮处理产量的番茄施氮试验文献共154篇(1986—1989年2篇，1990—1999年5篇，2000—2009年32篇，2010—2022年115篇)。所选文献涉及25个省份/自治区/直辖市，土壤pH范围为5.3 ~ 8.9，土壤碱解氮、全氮和有机质含量范围依次为42.6 ~ 297.8 mg/kg、0.5 ~ 2.7 g/kg和5.0 ~ 42.3 g/kg，施氮处理的施氮量范围为17 ~ 2 400 kg/hm²。从上述文献中提取土壤氮素含量、缺氮处理产量和施氮处理产量数据280组，进而得到土壤氮素含量与缺氮处理相对产量配套数据280对，其中露地125对，设施155对。此外，土壤碱解氮、全氮和有机质含量与番茄缺氮处理相对产量的配套数据分别为192对、157对和224对。我国番茄施氮试验文献中土壤氮素丰缺指标研究的相关信息见表 1。

2.2 我国番茄土壤氮素含量与缺氮处理相对产量回归方程

为最大限度地保证样本数量，以回归趋势线为参考，从总体数据中剔除个别明显偏离群体的数据后，建立我国土壤碱解氮、全氮和有机质含量与番茄缺氮处理相对产量回归方程如图 1所示。剔除离群数据后，分别利用178对和142对配套数据建立土壤碱解氮和全氮含量与番茄缺氮处理相对产量回归方程，2个回归方程均达到极显著水平(P < 0.01)。当土壤碱解氮和全氮含量范围分别为42.6 ~ 297.8 mg/kg和0.5 ~ 3.0 g/kg时，缺氮处理相对产量范围分别为5.9% ~ 115.7% 和5.9% ~ 113.2%。分别利用207对、79对和127对配套数据建立土壤有机质(全体)、土壤有机质(露地)和土壤有机质(设施)含量与番茄缺氮处理相对产量回归方程，3个回归方程均达到极显著水平(P < 0.01)。当全体、露地和设施土壤有机质含量范围分别为5.0 ~ 42.3 g/kg、5.0 ~ 42.1 g/kg和7.3 ~ 42.3 g/kg时，番茄缺氮处理相对产量范围分别为34.7% ~ 107.9%、37.1% ~ 107.9% 和34.7% ~ 106.3%。

2.3 我国番茄土壤氮素丰缺指标的建立

通过土壤氮素含量和番茄缺氮处理相对产量回归方程，计算得到缺氮处理相对产量100%、95%、90%、80%、70%、60%、50% 所对应的露地土壤碱解氮含量依次为303.1、239.7、189.5、118.5、74.1、46.3、29.0 mg/kg；土壤全氮含量依次为3.0、2.4、2.0、1.3、0.8、0.6、0.4 g/kg；土壤有机质(全体)含量依次为77.3、53.2、36.6、17.4、8.2、3.9、1.8 g/kg；土壤有机质(露地)含量依次为55.3、42.6、32.8、19.4、11.5、6.8、4.1 g/kg；土壤有机质(设施)含量依次为129.1、74.8、43.4、14.6、4.9、1.6、0.6 g/kg。根据高端和低端分别至多保留1个外推数据原则，舍弃超出范围的外推数据后，得到我国番茄土壤氮素丰缺指标(表 2)。

2.4 我国番茄不同丰缺级别土壤推荐施氮量

表 3列出了我国番茄不同目标产量和不同氮肥利用率下不同丰缺级别土壤的推荐施氮量。对于目标产量为120 t/hm²的番茄，当氮肥当季利用率为40% 时，土壤氮素丰缺级别第1 ~ 7级的推荐施氮量依次为0、81、162、243、324、405、486 kg/hm²；当氮肥利用率提高到50% 时，推荐施氮量依次为0、65、130、194、259、324、389 kg/hm²，比40% 氮肥利用率分别节约氮素0、16、32、49、65、81、97 kg/hm²；当氮肥利用率降低到30% 时，推荐施氮量依次为0、107、217、324、431、541、648 kg/hm²，比40% 氮肥利用率分别浪费氮素0、26、55、81、107、136、162 kg/hm²。番茄推荐施氮量与氮肥当季利用率、土壤氮素丰缺级别呈线性负相关关系，即氮肥当季利用率或土壤氮素丰缺级别越高，推荐施氮量越低。而番茄推荐施氮量与目标产量线性正相关，即目标产量越低，推荐施氮量越低。

3 讨论 3.1 我国番茄土壤氮素丰缺指标

本研究建立了我国番茄土壤氮素含量与缺氮处理相对产量之间的回归方程，明确了我国番茄土壤氮素丰缺指标。武书敏等^[14]和刘顺国等^[18]的研究表明，北京露地番茄缺氮处理相对产量50% 和95% 对应的土壤碱解氮含量分别为50和130 mg/kg，辽宁设施番茄缺氮处理相对产量70% 和90% 对应的土壤碱解氮含量分别为120和240 mg/kg。本研究结果与其差别较大，全国番茄缺氮处理相对产量50%(29.0 mg/kg)、70%(74.1 mg/kg)和90%(189.5 mg/kg)对应的土壤碱解氮指标明显低于上述指标，而95% 指标(239.7 mg/kg)明显高于北京指标。张连云^[16]和康翠娥等^[17]的研究表明，内蒙古五原县番茄缺氮处理相对产量50% 和95%对应的土壤全氮含量分别为0.45和1.25 g/kg，内蒙古包头九原区设施番茄缺氮处理相对产量50%、90% 和95% 对应的土壤全氮含量分别为0.09、2.35和3.54 g/kg。本研究结果与之相近，全国番茄缺氮处理相对产量50% 对应的土壤全氮指标(0.4 g/kg)明显高于内蒙古包头九原区指标，而与内蒙古五原县指标颇为接近；全国番茄缺氮处理相对产量90% 对应的土壤全氮指标(2.0 g/kg)与内蒙古包头九原区指标较为一致；全国番茄缺氮处理相对产量95% 的土壤全氮指标(2.4 g/kg)略高于内蒙古五原县指标，略低于内蒙古包头九原区指标。康翠娥等^[17]的研究表明，内蒙古包头九原区设施番茄缺氮处理相对产量50%、90% 和95% 对应的土壤有机质含量分别为2.5、52和76 g/kg。由本研究结果可知，全国番茄缺氮处理相对产量50%(1.8 g/kg)、90%(36.6 g/kg)和95% (53.2 g/kg)对应的土壤有机质指标均略低于内蒙古指标；全国露地番茄研究结果与其差别较大，缺氮处理相对产量50% 的土壤有机质指标(4.1 g/kg)明显比其高，而90%(32.8 g/kg)和95%(42.6 g/kg)指标明显比其低；全国设施番茄研究结果与之相近，缺氮处理相对产量50% 对应的土壤有机质指标(0.6 g/kg)较低于内蒙古指标，但90%(43.4 g/kg)和95%(74.8 g/kg)指标仅略低于内蒙古指标，这应该是由于二者皆为设施番茄试验所致。鉴于本研究样本数量大、地域分布广、时间持续久，且研究结果与我国水稻^[5]、小麦^[7]、玉米^[10]、甘薯^[13]、燕麦^[21]、甜菜^[23]、甘蔗^[25]的相应研究结果亦较为相符，因此有理由相信该全国番茄土壤氮素丰缺指标研究结果较为可靠。

3.2 我国番茄适宜施氮量

本研究提供了不同目标产量和不同氮肥当季利用率下各个丰缺级别土壤的适宜施氮量(表 3)。张福锁等^[30]针对目标产量50 ~ 200 t/hm²的华北地区设施番茄的推荐施氮量范围为0 ~ 500 kg/hm²。当氮肥当季利用率为40%时，本研究土壤氮素丰缺级别第1 ~ 5级的推荐施氮量(0 ~ 527 kg/hm²)与其十分接近。本研究涉及的番茄施肥研究文献针对目标产量0.1 ~ 230 t/hm²的氮素推荐施用量为17 ~ 2 400 kg/hm²，本研究得出的最高适宜施氮量(1 053 kg/hm²)介于其间。由此可见，本研究得出的番茄适宜施氮量结果较为可靠。

4 结论

当氮肥当季利用率为40%、番茄目标产量为120 t/hm²时，土壤氮素丰缺级别第1 ~ 7级的推荐施氮量依次为0、81、162、243、324、405、486 kg/hm²。适宜施氮量与土壤氮素丰缺级别和氮肥当季利用率线性负相关，与番茄目标产量线性正相关。本研究建立了全国番茄土壤氮素丰缺指标，确定了不同目标产量和不同氮肥当季利用率情形下不同氮素丰缺级别土壤的番茄推荐施氮量，可为我国番茄测土施氮提供科学依据。