全 文 ：中国生态农业学报 2011年 3月 第 19卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, March 2011, 19(2): 285292


* 国家自然科学基金项目(30560068)、新疆兵团科技攻关项目(04GG06)和石河子大学高层次人才科研启动资金专项(RCZX200522)资助
王冀川(1968~), 男, 硕士, 副教授, 主要从事作物模型与生理生态研究。E-mail: wjcwzy@126.com
收稿日期: 2010-07-18 接受日期: 2010-10-29
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.00285
加工番茄肥料运筹的动态知识模型*
王冀川 1 高 山 1 陈立平 2 马富裕 3
(1. 塔里木大学植物科学学院 阿拉尔 843300; 2. 塔里木大学信息工程学院 阿拉尔 843300;
3. 石河子大学农学院 新疆兵团绿洲生态农业重点实验室 石河子 832003)
摘 要 通过分析和提炼加工番茄养分需求和肥料管理的最新研究资料, 在综合考虑土壤理化性质、产量目
标、品种特性等影响因子的基础上, 根据养分平衡原理和养分需求规律, 建立了具有系统性和时空适用性的加
工番茄养分运筹动态知识模型。该模型可用于精确定量不同环境条件和产量目标下的氮磷钾养分需求总量及
其在不同生育时期的分配比例。利用不同生态点、品种、土壤类型和产量目标等资料对养分运筹知识模型进
行了验证, 结果表明模型具有较好的决策性和适用性。
关键词 加工番茄 肥料运筹 知识模型
中图分类号: S181; S11+7; S147.2 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)02-0285-08
A dynamic knowledge model for fertilization management in processing tomato
WANG Ji-Chuan1, GAO Shan1, CHEN Li-Ping2, MA Fu-Yu3
(1. College of Plant Science, Tarim University, Alar 843300, China; 2. College of Information Engineering, Tarim University, Alar
843300, China; 3. College of Agronomy, Shihezi University; Key Laboratory of Oasis Ecological Agriculture of Xinjiang Produc-
tion and Construction Crops, Shihezi 832003, China)
Abstract Through analyzing and extracting the newest researches on nutrient requirement and fertilization management of proc-
essing tomato, a dynamic knowledge model for decision-making was developed. With the principles of nutrient balance, the estab-
lishment of the model was based on total nutrient supply levels and their distribution among main growth stages of processing tomato
under different environments and yield targets, and integrated the factors of soil physic-chemical properties, yield targets and variety.
Case studies on the knowledge model with the experiment data sets of different eco-sites, varieties and soil characters indicated a
good model performance in decision-making and applicability.
Key words Processing tomato (Lycopersicon esculentum Mill), Fertilization management, Knowledge model
(Received July 18, 2010; accepted Oct. 29, 2010)
加工番茄(Lycopersicon esculentum Mill)是新疆
干旱区优势特色产业, 种植面积常年保持在 70 000
hm2左右, 已成为该地区第二大经济作物。目前, 干
旱区加工番茄种植已初步进入产业化发展阶段, 而
实现现代化精准栽培管理 , 是加工番茄实现规模
化、高效生产的基础。肥料运筹方案设计是作物生
产管理决策的一项重要内容, 目前, 针对肥料运筹
方面的研究报道较多, 但归纳起来主要有地力分区
配方法、目标产量配方法(包括养分平衡法和地力差
减法)、肥料效应函数法(包括多因子正交回归设计法
和养分丰缺指标法)和氮、磷、钾比例法等[1]。随着
软件技术和系统建模方法的改进, 通过利用信息技
术和专家系统等方法建立施肥决策支持系统可大大
提高决策信息化程度 , 改善管理人员的决策效率 ,
但仍存在函数参数标定不完整、地域性强、机理性
强、知识库庞大和数据实时采集难等问题, 影响了
肥料运筹管理决策的科学性和可靠性。曹卫星等[2]
提出的综合运用知识工程和系统建模技术所构建的
具有时空动态性的知识模型, 有望克服传统管理模
式决策性弱、时空适应性差等缺点, 可根据特定生
产系统的环境和生产条件, 自动设计和生成模式化
栽培管理方案等, 并已在多种作物上使用[2]。但关于
286 中国生态农业学报 2011 第 19卷


加工番茄肥料运筹的系统化、定量化知识模型目前
尚鲜见报道。
本文在综合量化土壤理化特性及产量目标等因
子对肥料运筹影响的基础上 , 按照平衡施肥原理 ,
建立具有时空规律和系统性的加工番茄肥料运筹动
态知识模型, 以期为加工番茄栽培的智能化和数字
化管理决策奠定基础。
1 材料与方法
1.1 模型的建立
在广泛收集和查阅加工番茄栽培学、土壤学和
植物营养学等领域最新文献资料和专家经验的基础
上, 借助系统分析原理和数学建模技术, 对加工番
茄施肥方案与生态环境和生产技术水平之间的关系
进行定量分析, 建立问题求解的定量数学模型, 并
以Delphi 2007 RAD语言在Windows XP操作系统平
台上开发了知识模型原型系统。最后通过运行实例
检测模型的正确性, 并通过理解和分析系统的反馈
信息, 对模型中的某些参数进行调整、修改和完善。
1.2 模型的检验
利用新疆石河子、甘肃张掖、内蒙古巴彦淖尔
和新疆焉耆等 4 个不同生态点、不同土壤类型的不
同加工番茄产量目标及常年气象资料等, 对所建肥
料运筹知识模型的可靠性和适用性进行测试验证和
分析。其中, 加工番茄试验品种分别为: 杂交晚熟品
种“红霸”(石河子)、常规中早熟品种“里格 87-5”
(张掖)、常规早熟品种“uc-82”(巴彦淖尔)、早熟杂
交品种“新番 8号”(焉耆)。各点的逐日气象资料收
集: 石河子为 1980~2006年(石河子气象局提供)、张
掖为 1985~2005年(中国气象科学数据共享服务网提
供)、巴彦淖尔为 1998~2006年(中国气象科学数据共
享服务网提供)、焉耆为 1986~2005年(中国气象科学
数据共享服务网提供)。资料内容包括日最高气温
(℃)、日最低气温(℃)、日照时数(h)、相对湿度(%)
和日降水量(mm)。利用上述气象资料、相关文献资
料及下列试验确定知识模型中的基本参数。不同土
壤类型理化特性资料由试验结果、文献资料及网络
查询获得。
2 模型算法的描述
2.1 总施肥量的确定
关于作物施肥总量的确定, 前人已作了大量研
究 [34], 其中养分平衡法是目前比较常用的机理性
较强的方法之一。本模型借鉴养分平衡原理, 以实
现目标产量所需要的氮、磷、钾量来计算加工番茄
一生需肥量(URN, P, K, kg·hm2), 然后根据土壤当季
供肥量 (USN, P, K, kg·hm2)以及肥料当季利用率
(FUN, P, K, %)计算加工番茄全生育期所需的氮、磷、
钾肥总施用量(NRN, P, K, kg·hm2 ), 见式(1)。
NRN, P, K=(URN, P, KUSN, P, K)/FUEN, P, K (1)

肥料当季利用率大小受肥料种类、施肥方法、
天气条件、土壤环境等因素的影响, 常规施肥技术
下氮肥当季利用率一般为 32.5%±2.5%, 磷肥
15%±5%, 钾肥 42.5%±7.5%[56]。近年来, 滴灌施肥
作为一种新型的施肥技术得到较大发展, 由于肥料
可以随水定量施入, 增加肥料的溶解性和近距离施
肥, 提高了肥效, 氮肥利用率可达 50.5%±2.5%, 磷
肥利用率为 22.5%±3.5%, 钾肥利用率为 54%±4%[7]。
用户可以根据施肥方式和往年经验来确定相应的肥
料当季利用率。
据资料 [89], 加工番茄产量与各养分要素吸收
量之间呈正相关关系, 每生产 1 000 kg 商品番茄需
吸收的养分量变异较大, N为 2.88±0.84 kg, P2O5为
0.76±0.13 kg, K2O为 3.85±0.17 kg。低产条件下, 番
茄每生产 1 000 kg商品番茄需吸收的养分分别为 N
2.02 kg、P2O5 0.50 kg、K2O 3.18 kg, 而在 75~112.5
t·hm2的产量水平下, 所需吸收的养分量分别为 N
3.27 kg、P2O5 0.86 kg、K2O 4.02 kg。本文在综合分
析与提炼文献资料[3,911]的基础上, 以式(2)~(4)来定
量计算特定产量目标下的养分需求量, 其中, URN、
URP、URK分别为特定产量目标(TY, kg·hm2)下的 N、
P、K养分需求量(kg·hm2)。
N 0.000 02 ( 99 452.5210)
**
407.671 4
1 e
( 0.885 3 , 24)
TYUR
R n
   
 
(2)
P 0.000 02 ( 113 085.475 9)
**
142.258 2
1 e
( 0.7419 , 24)
TYUR
R n
   
 
(3)
K 0.000 02 ( 99 019.6011)
**
830.342 7
1 e
( 0.786 1 , 24)
TYUR
R n
   
 
(4)
2.1.1 土壤当季供氮量(USN, kg·hm2)
土壤供氮量主要包括耕层土壤有机态氮素供应
量 (ON, kg·hm2)和无机态氮净矿化供应量 (ION,
kg·hm2)。
USN=ON+ION (5)
ION=AOVN/1 000 000×SPD×SBW×10×10 000 (6)
ON=0.08×TSN/1 000×SPD×SBW×100×N(t)×SNUE (7)
式中, AOVN 为耕层土壤中无机态氮含量(mg·kg1);
SPD为耕层厚度(cm); SBW为土壤容重(g·cm3); 0.08
为土壤有机态氮年矿化量占全氮的百分比[12]; TSN 为
土壤实际全氮含量(g·kg1); SNUE为氮的利用率(%);
常数数量级项为单位转换系数; N(t)为温度和水分综
合影响下的标准化天数[13], 计算如式(8)~(10):
第 2期 王冀川等: 加工番茄肥料运筹的动态知识模型 287


N(t)=ΣFT(t)×FW(t) (8)
20( 30) /1010( )
STA
TF t Q
 (9)
200.05810 8 e
STAQ    (10)
式中, FT(t)为温度影响函数; Q10为氮矿化温度系数;
STA20 为加工番茄生长发育期间耕层(20 cm)日平均
温度 (℃ ), 根据刘德章等 [14]研究 , STA20=9.372+
0.505×TA, TA 为经地膜覆盖(增温)校正的日平均气
温, 具体计算见生育期模块[15]。
水分影响函数 FW(t)采用庄恒扬等 [16]提出的分
段线性函数描述[式(11)~(13)]。
 
 
 
 
0.2 ( )
0.2 0.8 [ ( ) ] ( ) ( )
( )
1.0 0.6 [ ( ) ] ( ) ( )
0 ( )
D
D O D D O
W
O S O O S
S
W t W
W t W W W W W t W
F t
W t W W W W W t W
W t W
            
≤
≤
≤ (11)
WO=a×WF (12)
a=10.4×CLAYC (13)

式中, W(t)为土壤实际含水量(g·kg1); WO为矿化作
用的最适土壤含水量(g·kg1), 一般认为是田间最大
持水量的 70%; WF为土壤田间持水量(g·kg1); WS
为土壤饱和含水量 (g·kg1); WD 为凋萎含水量
(g·kg1); a为矫正系数, 依据土质取值不同而不同;
CLAYC为土壤物理性黏粒含量(%)。通过综合各项资
料[1718], FW(t)算式中各参数取值见表 1。
每日的土壤实际含水量在实际中很难得到, 为
了方便计算, 假设加工番茄一生要求的最适土壤持
水量为田间最大持水量的 70%, 其具体绝对的含水
量即为 WO, 则不同土质下的 W(t)计算如式(14)。
W(t)=f(W)×WO (14)
式中, f (W)为不同灌溉水平下的作物生长水分满足
系数。

表 1 不同物理性质土壤的水分参数量化值
Tab. 1 Quantized values of water parameters of different soils with different physical property
参数
Parameter
沙土
Sandy soil
沙壤
Sandy loam soil
轻壤
Light loam soil
中壤
Loam soil
重壤
Heavy loam soil
黏土
Clay soil
田间持水量 WF Field capacity (g·kg1) 126 175 202 220 240 280
饱和含水量 WS Saturation moisture content (g·kg1) 255 275 300 245 400 470
凋萎含水量 WD Wilting moisture content (g·kg1) 33 56 69 107 117 153

土壤供氮的作物利用效率SNUE主要与土壤pH
和有机质含量有关。土壤酸碱度强烈影响土壤氮素
的反硝化速率。研究表明[19], 当土壤pH<5时, 反硝
化速度很慢, 随pH升高反硝化作用速度加快, 中性
土壤反硝化作用最快; 但在强碱性条件下(pH>10.5)
反硝化作用却被大大抑制, 甚至停止, 故用式(15)来
定量计算SNUE。其中FOMC和FNpH分别为土壤有机质
含量(OMC, g·kg1)和pH对土壤供氮量的影响函数,
用式(16)~(17)求算。
SNUE=0.50.2×FOMC0.1×FNpH (15)
OMC
0.33 0.033 OMC (OMC 10)
0 (OMC 10)
F
    
≥
(16)
NpH
1.14 0.28 pH (4 pH 7.5)
1.0 (7.5 pH 8.2)
4.6 0.43 pH (8.2 pH 10.5)
0 (pH 4 pH 10.5)或
F
         
≤ ≤
≤
≤ (17)
2.1.2 土壤当季供磷量(USP, kg·hm2)
土壤供磷量与土壤速效磷密切相关, 速效磷的
吸收受土壤 pH、通气性、温度、土壤质地等影响, 因
此土壤供磷量可以用方程式(18)计算。

20
P
( 30) /10
( /1000 000) 100 00
10 2 2.29STA
US AOVP SPD
SBW SPUE 
   
    (18)
式中, AOVP为土壤速效磷的实测值(mg·kg1); 2.29
为土壤磷换算为 P2O5的系数; SPUE为土壤磷素的当
季利用系数, 具体定量计算见式(19)~(20)。
SPUE = (EPSO0.2×FPpH) (19)
PpH
2 0.333 pH (3 pH 6)
1.0 (6 pH 7)
2.333 0.333 pH (7 pH 10)
0 (pH 3 pH 10)或
F
        
≤ ≤
≤
≤ (20)
式中, EPSO为适宜 pH条件下土壤磷素当季利用系数,
一般为 1.2; FPpH为土壤 pH对土壤供磷量的影响因子。
2.1.3 土壤当季供钾量(USK, kg·hm2)
番茄是喜钾作物, 对钾素营养的需求量甚至超
过氮素[10], 缺钾植株的地上部和地下部生长均受到
抑制。番茄田土壤中易被吸收的速效钾包括水溶性
钾和代换性钾, 其数量受速效性钾、缓效性钾和矿
物态钾之间可逆动态平衡的影响, 而这种可逆动态
平衡主要受吸收、土壤钾、微生物腐解等的影响。
因此土壤供钾量可以通过土壤速效钾 (AOVK,
288 中国生态农业学报 2011 第 19卷


mg·kg1)和土壤速效钾当季利用率(SKUE)计算得到,
见式(21)~(22)。
USK=(AOVK/1 000 000)×10 000×SPD×
SBW×10×SKUE×1.2 (21)
SKUE=[298103.31l×log(AOVK))/100 (22)
式中, 1.2为土壤钾换算成 K2O的系数。
2.2 施肥比例
2.2.1 有机氮与无机氮施用比例
有机肥和无机肥配合施用不仅可以提高土壤肥
力, 满足作物对养分的需求, 还有利于土壤培肥和
维持生态环境的可持续发展。一般情况下番茄有机
氮(OMC)与无机氮(OINR)配合的比例为 3∶7~5∶5 之
间[20], 在此基础上, 土壤有机质含量越低, 目标产量
(TY, kg·hm2)越高, 所要求的有机氮比例也越高。另
外, 育苗栽培下, 移栽叶龄(LA)越低, 所需有机氮比例
也越高。所以有机肥和无机肥纯氮比例可由式(23)定
量得到。TYmax为当地的最高产量(kg·hm2)。


max max
max max
max max
max max
max max
max max
2.5 2.55 : 5 ( 8)
2.5 2.54 : 6 (8 14)
2.5 2.53 : 7
TY TY TY TYLA LA OMC
LA TY LA TY
TY TY TY TYLA LAOINR OMC
LA TY LA TY
TY TY TY TYLA LA
LA TY LA TY
               
               
         
≤ ≤
( 14)OMC
     
(23)

2.2.2 基肥与追肥施用比例
实际生产中有机肥是作为基肥施入的, 化肥施
用的基追比(基肥∶追肥)也要根据生产条件和栽培
方式的具体情况而定, 由于加工番茄生产区域属干
旱灌区, 基肥一般采用全耕层施肥为主, 有机肥为
主, 化肥为辅, 化肥施用比例也随施肥方式而不同。
(1)常规施肥方式下的基追比
氮肥的基追比: 一般来讲, 氮肥是制约加工番茄
产量的主要因素, 对于氮肥的施用, 要根据不同施肥
方式、土壤质地、肥料的养分释放特性和产量水平, 进
行不同的基追肥配比; 另外, 还要根据番茄各生育时
期的养分需求规律进行追肥。据研究[1011], 加工番茄
各生育期对氮素的吸收比例为: 苗期 6.61%、坐果期
25.91%、青果期 36.55%、采收期 26.84%、红果盛期
4.09%, 即花果期是其养分吸收高峰期。因此高产栽培
一般要求在施足基肥的基础上, 根据具体情况适时追
施苗肥、花果肥和红果肥(采收期)等, 为了防止后期早
衰, 还要适当喷施叶面肥。一般情况下, 氮肥基追比大
概在 7 3∶ ~3 7∶ 之间, 并且土质越轻、产量越高, 基肥
比例越小, 追肥比例越大。具体计算如式(24)~(25),
BTRNtC和 BTRNsC分别为常规施肥方式下直播和育苗
移栽加工番茄基肥、苗肥、膨果肥和红果肥的比值。

max max
max
max max
max max
max max
2.5 60 2.5 603.0 : 2.5 : 3.5 :1.0 ( )
60 60
2.5 60 2.5 604.5 : 2.0 : 3.0
60 60C
TY TY TY TYLA CLAYC LA CLAYC TY TY
LA TY LA TY
TY TY TY TYLA CLAYC LA CLAYCBTRNt
LA TY LA TY
                  
                
≥
max max
max max
max
max max
: 0.5 (0.6 )
2.5 60 2.5 606.0 :1.5 : 2.5 : 0.0 ( 0.6 )
60 60
TY TY TY
TY TY TY TYLA CLAYC LA CLAYC TY TY
LA TY LA TY
                        
≤
≤
(24)

max max
max
max max
max max
max max
max max
60 603.5 : 2.0 : 3.5 :1.0 ( )
60 60
60 605.0 :1.5 : 3.0 : 0.5 (0.6 )
60 60
606.5
C
TY TY TY TYCLAYC CLAYC TY TY
TY TY
TY TY TY TYCLAYC CLAYCBTRNs TY TY TY
TY TY
CL
              
                 

≥
≤
max max
max
max max
60:1.0 : 2.5 : 0.0 ( 0.6 )
60 60
TY TY TY TYAYC CLAYC TY TY
TY TY
              
≤
(25)

磷钾肥的基追比: 加工番茄对磷素和钾素的吸
收特点与氮素相似, 各期的吸收比例分别为: 苗期
5.92%、7.74%, 坐果期 35.01%、27.44%, 青熟期
32.88%、25.22%, 采收期 25.22%、32.29%, 坐果盛
期 0.97%、0.74%。即吸收高峰期也都在花果期, 所
不同的是磷素吸收重点在坐果初期, 而钾素吸收重
点在采收期。据研究表明, 磷肥基施比例越大, 番茄
前期产量越高, 但总产量却随基追比例呈现二次曲
线变化 [21], 由于磷肥肥效较慢, 生产上一般以基肥
为主, 辅以少量的追肥, 追肥应在蹲苗后结合头水
进行(膨果初期)。钾肥虽然作基肥可以满足苗期较大
需肥量的要求 , 作用明显 , 并且施肥方便 , 但加工
第 2期 王冀川等: 加工番茄肥料运筹的动态知识模型 289


番茄一生需钾量很大, 后期钾素供应对产量和品质
有较大影响 , 产量要求越高 , 需追施的钾素越多 ,
且速效钾在土壤中易流失, 因此大田基施钾肥量应
占总施钾肥量 50%~60%, 其余的作追肥在青熟期施
用。磷肥和钾肥的基肥、追肥比例(BTRPC和 BTRKC)
的计算见式(26)~(27)。

max
max max
max max
max
7 : 3 ( 0.8 )
15 1519 : 9 (0.6 0.8 )
10 : 0 ( 0.6 )
C
TY TY
TY TYBTRP TY TY TY
TY TY
TY TY
                 
≤ ≤ (26)
max
max max
max max
max
5 : 5 ( 0.8 )
25 2525 : 15 (0.6 0.8 )
10 : 0 ( 0.6 )
C
TY TY
TY TYBTRK TY TY TY
TY TY
TY TY
                 
≤ ≤ (27)

(2)滴灌施肥方式下的基追配比
由于滴灌施肥方式下肥料随水滴施入土, 对养
分的土壤分布动态和存在形态有较大改变, 肥料的
有效性和损失去向与常规施肥也有较大不同[22]。在
作物生育前期, 由于滴灌量较少, 酰胺态氮肥(尿素)
的滴施养分量主要集中在 10~20 cm土层中; 中后期
随着滴水量的增加, 20~40 cm土层的氮肥含量显著
增加, 与此期根系主要分布区域特征相一致, 利于
养分吸收 ; 磷肥滴施入土后易被固定 , 移动性小 ,
在垂直和横向分布上主要集中在 0~10 cm 土层, 致
使滴施的磷肥不能与大量的番茄根系接触, 不利于
植株中后期对磷肥的吸收利用; 钾素随水移动规律
与氮素相似, 但最大分布深度为 30 cm[23]。因此, 在
滴灌施肥中, 应该以氮、钾为主, 磷肥依然采用深施
为好。氮肥滴施量占总施氮量的 60%~90%, 磷肥占
20%~50%, 钾肥占 60%~80%。具体氮钾肥施用量计
算需根据产量水平来确定, 产量越高, 基施比例越
小 ; 磷肥施用主要依据土壤质地。具体计算见式
(28)~(30), 其中, BTRND、BTRKD代表氮、钾肥在基
肥、蕾花期、膨果期、红熟期初期、盛果期滴施比
例。BTRPD 代表磷肥在基肥、蕾花期和膨果期滴施
比例。

max max
max
max max
max max
max max
2.5 2.54.0 : 2.0 : 3.0 :1.0 : 0 ( 0.4 )
100 100
2.5 2.52.5 : 2.5 : 3.5
1000 100D
TY TY TY TYLA CLAYC LA CLAYC TY TY
LA TY LA TY
TY TY TY TYLA CLAYC LA CLAYCBTRN
LA TY LA TY
                  
                 max max
max max
max
max max
:1.0 : 0.5 (0.4 0.8 )
2.5 2.51.0 : 2.5 : 3.5 : 2.0 :1.0 ( 0.8 )
100 100
TY TY TY
TY TY TY TYLA CLAYC LA CLAYC TY TY
LA TY LA TY
                      
≤ ≤
(28)
max max
max
max max
max max
max max
max max
60 605.0 : 3.0 : 2.0 ( 0.6 )
60 60
60 606.5 : 2.0 :1.5 (0.6 0.8 )
60 60
608.0
D
TY TY TY TYCLAYC CLAYC TY TY
TY TY
TY TY TY TYCLAYC CLAYCBTRP TY TY TY
TY TY
CLA
                
                 

≤ ≤
max max
max
max max
60: 2.0 : 0.0 ( 0.8 )
60 60
TY TY TY TYYC CLAYC TY TY
TY TY
               
(29)
max max
max
max max
max max
max max
2.5 2.54.0 :1.5 : 2.5 : 2.0 : 0 ( 0.4 )
100 100
2.5 2.53.0 : 2.0 : 2.0
1000 100D
TY TY TY TYLA CLAYC LA CLAYC TY TY
LA TY LA TY
TY TY TY TYLA CLAYC LA CLAYCBTRK
LA TY LA TY
                  
                 max max
max max
max
max max
: 2.5 : 0.5 (0.4 0.8 )
2.5 2.52.0 : 2.5 : 1.5 : 3.0 :1.0 ( 0.8 )
100 100
TY TY TY
TY TY TY TYLA CLAYC LA CLAYC TY TY
LA TY LA TY
                      
≤ ≤
(30)

3 模型的实例验证
利用石河子、张掖、巴彦淖尔和焉耆 4个不同生
态点常年气象资料、土壤类型、品种和产量目标等资
料, 对所建肥料运筹知识模型进行验证分析。在模型
输入的基础资料和实例验证结果数据中, 不同生态点
不同肥力土壤耕层理化特性见表 2, 不同生态点、不同
土壤肥力、不同产量目标及不同栽培技术管理水平下
的养分总施用量设计结果见表 3, 不同生态点、不同土
290 中国生态农业学报 2011 第 19卷


壤肥力、不同产量目标下“里格 87-5”加工番茄有机
氮肥与无机氮肥比例的设计结果见表 4, 不同生态点、
不同施肥方式各生育阶段追肥比例的设计结果见表5。
土壤肥力的计算采用吕新等[24]方法。
从表 3 可以看出, 要求达到的目标产量越高 ,
需要施入的养分越多; 而在同等产量水平下, 土壤
肥力和栽培管理水平越高 , 需要施入的养分越少 ,
这与实际生产情况相符[11,2527]。各养分追施总量大
小顺序, 4 个生态点均表现为 N>P2O5>K2O, 其中氮
素在各种条件下均需追施, 表明各生态点土壤普遍
缺氮; 土壤速效磷供应在提高产量前提下表现不足;
而需钾量除了在高产条件下需要施肥补充外, 低产
时土壤供钾基本可以满足加工番茄需求。总体上看,
石河子施肥量较少, 巴彦淖尔施肥量较多, 这可能
与石河子地区多年耕作培肥和栽培管理水平较高有
关; 张掖和焉耆施肥量居中, 但焉耆地区的磷素施
入需求量较高, 这可能与该地区的成土母质(灌耕草
甸土)、pH和地下水位高以及施肥习惯等因素有关。

表 2 石河子、张掖、巴彦淖尔和焉耆 4 个生态点不同肥力土壤耕层理化特性
Tab. 2 Physico-chemical characteristics of plough layer for different fertility soils at four eco-sites
石河子 Shihezi 张掖 Zhangye 巴彦淖尔 Bayanaoer 焉耆 Yanqi
性状 Characteristic 高肥力
Higher
fertility
低肥力
Lower
fertility
高肥力
Higher
fertility
低肥力
Lower
fertility
高肥力
Higher
fertility
低肥力
Lower
fertility
高肥力
Higher
fertility
低肥力
Lower
fertility
耕层厚度 Plough layer depth (cm) 20 20 20 17 20 17 20 20
有机质含量 Organic matter content (g·kg1) 16.3 8.8 18.7 12.3 16.6 14.8 18.5 12.4
矿化无机氮含量
Mineralized inorganic nitrogen content (mg·kg1) 82.1 26 76 51 80 50 72 40
速效磷含量
Available phosphorus content (mg·kg1) 14 5.5 12.8 8.7 15.4 10.4 10.2 5.4
速效钾含量
Available potassium content (mg·kg1) 270 186 245 205 194 183 166 106
土质 Soil texture 轻壤 1) 中壤 2) 轻壤 1) 中壤 2) 砂壤 3) 砂壤 3) 轻壤 1) 中壤 2)
pH 7.1 7.6 7.3 8 7.2 7.8 7.7 8
全氮含量 Total nitrogen content (g·kg1) 1.18 0.70 1.34 0.72 1.21 0.62 1.66 0.97
容重 Bulk density (g·cm3) 1.26 1.38 1.29 1.39 1.18 1.33 1.33 1.30
1)Light loam soil; 2)Loam soil; 3)Sandy loam soil.

表 3 根据 4 个生态点的不同土壤肥力、产量目标及栽培技术水平而设计的加工番茄养分施用量
Tab. 3 Nutrient application rates of processing tomato under different soil fertilities, yield targets and management levels at
four different eco-sites designed by knowledge model kg·hm2
产量目标 1) Yield target (kg·hm2) 土壤肥力 2) Soil fertility 栽培管理水平 3) Management level生态点
Eco-site
品种
Variety
养分
Nutrient 105 000 60 000 高 High 低 Low 高 High 低 Low
N 320.61 24.18 121.63 371.56 166.54 222.38
P2O5 52.22 0 7.46 79.60 0 0.97
石河子
Shihezi
红霸
Hongba
K2O 0 0 2.33 23.89 0 0
N 343.38 46.76 152.92 394.79 189.62 243.42
P2O5 139.80 0 34.06 167.42 60.43 87.65
张掖
Zhangye
里格 87-5
Liger-87-5
K2O 31.05 0 9.85 91.77 0 0
N 309.58 13.37 216.68 360.77 155.71 211.75
P2O5 177.57 28.75 129.58 205.08 98.15 126.53
焉耆
Yanqi
新番 8号
Xinfan-8
K2O 88.16 0 148.62 151.35 0 0
N 370.46 76.15 178.57 420.82 215.91 273.84
P2O5 108.99 0 0 136.05 29.20 58.55
巴彦淖尔
Bayanaor
uc-82
K2O 112.71 0 126.61 172.19 0 0
种植方式为覆膜栽培, 常规施肥方式 The planting way was film-covering cultivation and conventional fertilization. 1)基于高管理水平、低土
壤肥力 Results were based on high management level and low soil fertility; 2)基于高管理水平、高产(112 500 kg·hm2)水平 Results were based on
high management level and high yield target (112 500 kg·hm2); 3)基于低肥力水平、中等目标产量(82 500 kg·hm2)水平 Results were based on
low soil fertility and medium yield target (82 500 kg·hm2).
第 2期 王冀川等: 加工番茄肥料运筹的动态知识模型 291


表 4表明, 有机氮与无机氮的比例因土壤肥力、
产量目标的不同而变化。相同土壤肥力条件下, 随着
产量增加, 有机氮所占比例增加; 相同产量目标情况
下, 随着土壤肥力下降, 有机肥所占比例增加。

表 4 石河子点在不同土壤肥力和产量目标下加工番茄
“里格 87-5”的有机氮与无机氮比例设计结果
Tab. 4 Ratios of organic to inorganic nitrogen under different
soil fertilities and yield targets of “Liger87-5” of processing
tomato at Shihezi designed by knowledge model
产量目标
Yield target (kg·hm2)
高肥力
High fertility
低肥力
Low fertility
112 500 2.59 7.41∶ 3.59∶6.41
75 000 2.29∶7.71 3.29 6.71∶

此结果基于高栽培水平 Results were based on high management
level.

表 5 表明, 不同产量目标下肥料基追比发生较
大变化, 产量越高, 基追比越低。高产加工番茄田追
肥次数多少, 取决于土壤供肥规律、施肥方式、植
株的需肥规律和群体建成特点等, 如高产田群体形
成要求是蕾期和初花期生长较稳, 膨果期至红熟初
期要有旺盛的生长, 后期生长不衰, 这是形成花果
期追肥比例大、前期和采收后期追肥比例相对小的
肥料运筹模式的基础。相同产量目标下, 磷钾肥的
基追比较氮肥大, 氮肥的追肥次数比磷钾肥多, 而
滴施的又比常规的追肥次数多, 这些结果均与当地
生产实践[2729]具有较好的一致性。
4 结论与讨论
运用系统学原理和数学建模技术 , 参考其他作
物管理知识模型构建方法[12], 在综合考虑气象环境
因子、产量目标、加工番茄生育需肥规律和土壤理
化特性的基础上, 按照平衡施肥原理, 建立了具有系
统性和适用性的加工番茄肥料运筹和管理动态知识模
型。并利用典型品种和 4 个不同生态点常年气象条件
下产量目标和土壤肥力资料对该模型进行了验证, 验
证结果表明, 模型具有较好的决策功能和适用性。

表 5 “里格 87-5”加工番茄在石河子点不同产量目标条件下的施肥基追比的设计结果
Tab. 5 Ratios of basal to topdressing fertilizers under different yield targets of “Liger87-5” processing tomato at Shihezi site de-
signed by knowledge model
追肥 Topdressing fertilizer 产量目标
Yield target
(kg·hm2)
施肥方式
Fertilization way
养分
Nutrient
基肥
Basal
fertilizer
苗肥
Seedling
fertilizer
蕾花肥
Flower
fertilizer
膨果肥
Fruit setting
fertilizer
红熟肥
Maturation
fertilizer
后期肥
Later stage
fertilizer
N 4.82 1.50 3.18 0.50
P2O5 7.00 3.00
常规施肥
Conventional
fertilization K2O 5.00 5.00
N 1.57 2.50 2.93 2.00 1.00
P2O5 7.82 2.18 0
105 000
滴灌施肥
Drip fertilization
K2O 2.57 2.50 0.93 3.00 1.00
N 6.67 1.00 2.33 0
P2O5 10.00 0
常规施肥
Conventional
fertilization K2O 10.00 0
N 5.17 2.83 2.00 1.00 0.50
P2O5 5.17 2.83 2.00
60 000
滴灌施肥
Drip fertilization
K2O 3.92 2.00 1.08 2.50 0.50
基于低肥力水平和高栽培技术水平 Results were based on high management level and low soil fertility.

与已有的加工番茄施肥管理专家系统[3031]、统
计施肥模型和平衡施肥模型[4,9,2729]相比, 本知识模
型不仅考虑了肥料总量需求, 而且还计算了有机肥
与无机肥的使用比例、基肥与追肥的适宜比例及追
肥时期等, 较好地体现了模型的完整性和系统性。
同时模型通过量化土壤理化特性及产量目标等因子
与肥料运筹方案之间的动态关系, 克服了专家系统
和统计施肥模型时空适应性差等弱点, 可以用于不
同生态点、不同土壤及不同产量目标下的肥料运筹
方案设计, 从而使现有的经验性和地域性施肥方案
上升到动态性和普适性的模型化水平, 为精确施肥
系统的发展奠定基础。然而, 由于加工番茄肥料施
用方面的研究资料有限, 模型没有考虑灌溉、人为
生长调控(整枝、化调等)以及病虫危害等条件对养分
需求的影响, 在具体的作物生长过程中可能仍需根
据品种特性及农情特点对施肥量及追肥次数进行适
当的微调和修订, 从而进一步提高知识模型的决策
能力和效果。
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