栽培基質(zhì)和供液方式對(duì)番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及根區(qū)離子積累的影響

摘要： 【目的】明確不同栽培基質(zhì)和供液方式下番茄根區(qū)離子積累情況，以期為番茄栽培基質(zhì)和灌溉模式的選擇和營(yíng)養(yǎng)液配方的調(diào)整提供參考?！痉椒ā恳浴鸱?82’番茄為試材，設(shè)置3 個(gè)栽培基質(zhì)（椰糠、草炭和珍珠巖） 和2 個(gè)供液方式（開放式和封閉式） 處理，即：開放式椰糠（OC）、開放式草炭（OT）、開放式珍珠巖（OP）、封閉式椰糠（CC）、封閉式草炭（CT） 和封閉式珍珠巖（CP）6 個(gè)處理，結(jié)合番茄生長(zhǎng)、品質(zhì)、產(chǎn)量、根區(qū)溶液離子積累、水分利用效率以及肥料偏生產(chǎn)力進(jìn)行綜合分析?！窘Y(jié)果】相同供液方式下，草炭基質(zhì)更有利于番茄生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量，相同基質(zhì)下，開放式有利于番茄生長(zhǎng)和產(chǎn)量提高，但品質(zhì)低于封閉式。隨著生育期的延長(zhǎng)，開放式和封閉式均有離子積累的現(xiàn)象，導(dǎo)致根區(qū)溶液電導(dǎo)率（EC） 值升高，且封閉式供液離子積累程度更加嚴(yán)重，生長(zhǎng)末期，CC、CT 和CP 處理分別達(dá)到6.21、6.78 和5.73 mS/cm。封閉式珍珠巖營(yíng)養(yǎng)液槽中EC 值達(dá)到頂峰的時(shí)間明顯晚于椰糠和草炭，選用珍珠巖作為栽培基質(zhì)可以減少營(yíng)養(yǎng)液的更換頻率。生長(zhǎng)末期番茄根區(qū)溶液離子積累程度達(dá)到頂峰，表現(xiàn)為CTgt;CCgt;CPgt;OTgt;OCgt;OP，離子的貢獻(xiàn)率由大到小為K+、Ca2+、SO42?、Mg2+、H2PO4?。番茄綜合效益表明，封閉式在水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力上優(yōu)于開放式。平均隸屬函數(shù)表明，封閉式草炭栽培下番茄在節(jié)肥減排的基礎(chǔ)上，獲得最大的效益?！窘Y(jié)論】開放式供液方式可以提高番茄產(chǎn)量，但需水量巨大，選用開放式供液方式時(shí)可選用草炭作為栽培基質(zhì)。封閉式更有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥和環(huán)境友好型發(fā)展，選用封閉式供液方式時(shí)需注意根區(qū)離子積累的影響，在后期營(yíng)養(yǎng)液的配方中，封閉式椰糠需降低SO42?的離子含量，封閉式草炭需降低K+、Ca2+含量，封閉式珍珠巖需降低H2PO4?含量。

關(guān)鍵詞： 番茄；基質(zhì)；供液方式；離子積累

基質(zhì)栽培是應(yīng)用最廣泛的一種無(wú)土栽培模式[1]，具有栽培基質(zhì)來(lái)源廣泛，生產(chǎn)成本低，技術(shù)要求不高的特點(diǎn)[2]。栽培基質(zhì)可分為有機(jī)基質(zhì)和無(wú)機(jī)基質(zhì)，有機(jī)基質(zhì)含有植物所需的部分營(yíng)養(yǎng)元素，包括草炭、椰糠、菇渣等。無(wú)機(jī)基質(zhì)自身不含植物可利用的養(yǎng)分，其材料廉價(jià)易得，有珍珠巖、蛭石、河沙等[3]。熊靜[4]研究表明，椰糠和草炭栽培較巖棉更有利于提高番茄生長(zhǎng)和產(chǎn)量，但椰糠和草炭基質(zhì)中的離子積累高于巖棉。Dyko 等[5]研究表明，在番茄栽培基質(zhì)中，巖棉栽培基質(zhì)中電導(dǎo)率（EC） 值和化學(xué)吸附的離子均低于椰糠。因此，有機(jī)基質(zhì)更容易產(chǎn)生鹽分積累，需要加強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)液管理。

基質(zhì)栽培中根據(jù)營(yíng)養(yǎng)液是否回收利用可分為開放式（營(yíng)養(yǎng)液不再回收利用） 和封閉式（營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)利用）[6]，開放式營(yíng)養(yǎng)液外排，容易導(dǎo)致水肥浪費(fèi)和農(nóng)業(yè)環(huán)境污染[7]，大量廢棄的營(yíng)養(yǎng)液給環(huán)境帶來(lái)了巨大壓力；封閉式使?fàn)I養(yǎng)液回流到營(yíng)養(yǎng)液池中，水肥循環(huán)利用，節(jié)水減肥，是友好的基質(zhì)栽培供液方式[8]。Van Os[9]研究表明，與開放式系統(tǒng)相比，營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)使用的水量減少了30%，肥料減少了40% 以上，且提高了水肥利用效率。Oztekin 等[10]研究了開放式和封閉式系統(tǒng)中營(yíng)養(yǎng)液EC 水平對(duì)番茄作物的影響，結(jié)果表明，與開放式相比，封閉式外排到環(huán)境中的氮、磷和鉀的含量顯著減少，但根區(qū)EC 值和鹽分累積明顯高于開放式。根區(qū)離子積累程度主要取決于營(yíng)養(yǎng)液供液方式、更換頻率和基質(zhì)種類等[11]，鹽分積累已成為制約基質(zhì)栽培作物產(chǎn)量和品質(zhì)提高的關(guān)鍵因素[12]。

基質(zhì)類型決定了營(yíng)養(yǎng)液的管理模式，本研究選用3 種類型的基質(zhì)，研究了開放和封閉模式下鹽分積累情況，以及管理模式對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，為基質(zhì)栽培節(jié)水減肥、營(yíng)養(yǎng)液科學(xué)管理提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2022 年8 月在北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究所連棟玻璃溫室（116.30E，39.94N） 中進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

供試品種為‘瑞粉882’由瑞克斯旺（中國(guó)） 農(nóng)業(yè)科技有限公司提供，屬無(wú)限生長(zhǎng)型番茄。

供試基質(zhì)：椰糠、草炭、珍珠巖。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)3 個(gè)栽培基質(zhì)：椰糠（coconut coir） 、草炭（turf）、珍珠巖（perlite）；兩個(gè)供液方式：開放式（open）、封閉式（close），開放式供液方式是灌溉回流的營(yíng)養(yǎng)液直接外排，不再回流到營(yíng)養(yǎng)液池中，封閉式供液方式是灌溉回流的營(yíng)養(yǎng)液回收到營(yíng)養(yǎng)液池循環(huán)利用。試驗(yàn)共設(shè)計(jì)6 個(gè)處理： 開放式椰糠（OC，open coconut coir），開放式草炭（OT，openturf），開放式珍珠巖（OP，open perlite），封閉式椰糠（CC，closed coconut coir），封閉式草炭（CT，closedturf），封閉式珍珠巖（CP，closed perlite）。營(yíng)養(yǎng)液配方為北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心劉增鑫[13]的地下水改良配方，配方內(nèi)大中量元素N、P、K、Ca、Mg、S 含量分別為5.25、0.23、2.81、6.81、5.0 和0.47 mmol/L，微肥為通用配方[14]，營(yíng)養(yǎng)液EC 值為2.0～2.2 mS/cm，pH 6.0～6.5。每個(gè)處理設(shè)置1 個(gè)200 L 的營(yíng)養(yǎng)液槽，每次配滿后待水泵（底吸泵） 抽取不到后添加新營(yíng)養(yǎng)液。每個(gè)營(yíng)養(yǎng)液槽新加的營(yíng)養(yǎng)液EC 和pH 值保持一致。整個(gè)生長(zhǎng)周期供液時(shí)間為7：30—17：30，每次供液8 min，每天灌溉6 次，每株每天的灌溉量為2.0 L。栽培系統(tǒng)采用北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究所研發(fā)的基質(zhì)槽培系統(tǒng)（專利號(hào)：ZL201510214349.X）。

1.4 栽培管理

整個(gè)生長(zhǎng)周期按日常田間管理進(jìn)行吊秧、打枝和去頂。

1.5 測(cè)定指標(biāo)和方法

1.5.1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 試驗(yàn)于2022 年8 月播種，待幼苗四葉一心時(shí)定植。定植后7 天，選擇6 株生長(zhǎng)一致的植株，使用卷尺和游標(biāo)卡尺測(cè)定植株株高和莖粗，每7 天測(cè)定1 次。

1.5.2 品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定 于果實(shí)紅熟期，各個(gè)處理選取果實(shí)大小和成熟度一致的紅果進(jìn)行品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定。每個(gè)處理隨機(jī)取5 個(gè)果實(shí)，用電子天平稱量其鮮重，放入恒溫烘箱105℃ 殺青30 min，75℃ 恒溫烘干，稱量其干重，并計(jì)算含水率。

采用2，6-二氯酚靛酚比色法測(cè)定Vc 含量[15]；采用考馬斯亮藍(lán)比色法測(cè)定可溶性蛋白的含量[16]；采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量[17]；采用氫氧化鈉滴定法測(cè)定可滴定酸含量[18]；每個(gè)處理3 次重復(fù)。

1.5.3 產(chǎn)量及水分利用效率測(cè)定 每次采收統(tǒng)計(jì)單株產(chǎn)量，每個(gè)處理重復(fù)統(tǒng)計(jì)6 株；記錄全程肥料和水的添加量及每次更換營(yíng)養(yǎng)液前營(yíng)養(yǎng)液的剩余量，計(jì)算水分利用效率[19]和單株肥料偏生產(chǎn)力[20]。

單株作物耗水量（m3） = [ 水的添加量（m3）?營(yíng)養(yǎng)液剩余量（m3）]/每個(gè)處理株數(shù)；

水分利用效率（kg/m3） = 單株產(chǎn)量（kg）/單株作物耗水量（m3）；

單株肥料偏生產(chǎn)力（kg/kg） = 單株產(chǎn)量（kg）/單株作物總施肥量（kg）。

1.5.4 基質(zhì)理化性質(zhì)測(cè)定 取椰糠、草炭和珍珠巖基質(zhì)進(jìn)行測(cè)定?？詹Ａ|(zhì)量記為W1；空玻璃杯體積記為V；燒杯+基質(zhì)質(zhì)量記為W2；裝滿基質(zhì)的燒杯浸入水中24 h，吸足水分后稱重，記為W3；濕潤(rùn)紗布重量記為W4；將燒杯倒置，直到杯無(wú)水分溢出，稱重記為W5；計(jì)算公式如下：

容重 = （W2?W1）/V；

持水能力 = （W5?W1?W4）/（W2?W1）×100；

總孔隙度 = （W3?W2）/V×100。

基質(zhì)理化性質(zhì)見表1。

1.5.5 根區(qū)溶液采集與測(cè)定 定植后，每12 天進(jìn)行1 次根區(qū)溶液的采集，根區(qū)溶液采用陶土頭根區(qū)溶液采樣器采集，每個(gè)處理3 次重復(fù)，每次重復(fù)采集50 mL，共150 mL，放4℃ 冰箱保存，用于測(cè)定K+、Ca2+、Mg2+、H2PO4?、SO42?含量，每次采集時(shí)測(cè)量并記錄EC 值。溶液中離子含量采用ICP-OES （美國(guó)Perkin Elmer 公司，optima 8000） 儀器進(jìn)行測(cè)定，稱取適量樣品至聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL 硝酸。靜置，反應(yīng)結(jié)束后，蓋蓋密封，放入微波消解儀消解，待溫度冷卻至50℃ 以下后，取出消解罐放入通風(fēng)櫥中，打開消解罐，用超純水潤(rùn)洗，轉(zhuǎn)移至50 mL 容量瓶中，至少潤(rùn)洗3～4 次，用超純水稀釋定容至刻度，待測(cè)?？瞻讓?duì)照同法處理。ICP-OES儀器參數(shù)設(shè)定如下：輔助氣流速0.5 L/min、泵速45 r/min，冷卻氣流速12 L/min，采樣深度5 mm。

1.5.6 平均隸屬函數(shù)分析 對(duì)不同基質(zhì)和供液方式下番茄各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行平均隸屬函數(shù)分析[21]，公式如下：

1.6 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和平均隸屬函數(shù)分析，用SPSS 27.0.1 軟件進(jìn)行差異顯著性分析，用Origin2021 軟件進(jìn)行作圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基質(zhì)與供液方式對(duì)回液和根區(qū)EC 值的影響

由圖1 可知，整個(gè)生長(zhǎng)周期開放式供液方式EC 值整體上升幅度不大，比如草炭基質(zhì)由最初的1.5 mS/cm 最高上升到2.94 mS/cm，最高上升幅度為1.44 mS/cm。封閉式隨著生長(zhǎng)周期延長(zhǎng)，EC 值不斷上升，整體趨勢(shì)為CTgt;CCgt;CP。封閉式前期基本穩(wěn)定，CT 處理從39 天開始快速上升，在109 天時(shí)達(dá)到最高值，為5.52 mS/cm，CC 和CP 處理從53 天開始上升。在78～102 天，封閉式管理下各基質(zhì)均在78 天下降，CC 和CT 處理在91 天出現(xiàn)峰值，而CP 處理在102 天出現(xiàn)峰值，CC 和CT 處理平均每天上升0.17 mS/cm，而CP 處理平均每天上升0.11 mS/cm。草炭基質(zhì)在開放式和封閉式管理模式下，上升幅度均最大，分別上升1.44 和3.89 mS/cm。CP 處理離子積累達(dá)到頂峰的時(shí)間明顯晚于CC 和CT 處理。

由圖2 可知，隨著生長(zhǎng)時(shí)間延長(zhǎng)，各處理根區(qū)EC 值均呈不斷升高趨勢(shì)且在生長(zhǎng)末期達(dá)到最大值。各處理間根區(qū)EC 值差異顯著，定植36 天時(shí)，根區(qū)溶液EC 值表現(xiàn)為CTgt;OPgt;OCgt;OTgt;CPgt;CC。定植60天時(shí)，根區(qū)溶液EC 值表現(xiàn)為CPgt;CTgt;CCgt;OTgt;OPgt;OC。定植120 天時(shí)，CT 處理根區(qū)溶液EC 值達(dá)到最高值6.78 mS/cm，其次為CC 處理EC 值為6.21 mS/cm，CP 處理EC 值為5.73 mS/cm，此時(shí)根區(qū)溶液EC 值表現(xiàn)為CTgt;CCgt;CPgt;OTgt;OCgt;OP。草炭基質(zhì)在開放式和封閉式管理模式下，上升幅度均最大，分別上升3.51 和5.24 mS/cm。CT 處理較OT、CC 和CP 處理分別提高了35.33%、9.18%、18.32%，OT 處理較OC 和OP 處理分別提高了16.51% 和17.06%，CC 處理較OC 處理提高了44.42%，CP 處理較OP 處理提高了33.88%，說(shuō)明相同供液方式下，草炭基質(zhì)較椰糠和珍珠巖離子積累更嚴(yán)重。另外，椰糠基質(zhì)封閉式供液方式較開放式離子積累程度更大，而珍珠巖基質(zhì)積累程度較低。

2.2 不同基質(zhì)和供液方式對(duì)番茄根區(qū)溶液和回液離子積累的影響

2.2.1 不同基質(zhì)和供液方式對(duì)番茄根區(qū)溶液和回液陽(yáng)離子積累的影響 由圖3 可知，開放式供液方式下，隨著生長(zhǎng)周期的延長(zhǎng)，根區(qū)溶液中K+、Ca2 +、Mg2+含量均處于不斷積累的過(guò)程。定植36 天，各處理的K+、Ca2+、Mg2+含量差異明顯。定植120 天時(shí)，K+、Ca2+和Mg2+含量CTgt;CCgt;OTgt;OCgt;CPgt;OP，封閉式供液方式下，草炭積累更多陽(yáng)離子，椰糠基質(zhì)下，開放式供液方式根區(qū)溶液K+、Ca2+、Mg2+陽(yáng)離子含量相較于定植初期分別上升了387.97、307.80、116.80 mg/L，封閉式供液方式分別上升了472.67、455.57、180.24 mg/L，封閉式各離子分別較開放式提高了21.83%、48.01%、54.32%；草炭基質(zhì)栽培下，開放式根區(qū)溶液的K+、Ca2+、Mg2+陽(yáng)離子含量相較于定植初期分別上升了443.10、347.33、151.33 mg/L；封閉式供液方式分別上升了498.80、377.2、177.33mg/L，封閉式各離子分別較開放式提升了17.72%、8.6%、17.18%；開放式珍珠巖栽培基質(zhì)根區(qū)K+、Ca2+、Mg2+離子比定植初期分別上升了248.74、232.24、83.24 mg/L，封閉式分別上升了298.50、288.33、103.47 mg/L，此時(shí)封閉式較開放式提高了20%、24.15%、24.3%。椰糠、草炭和珍珠巖3 種基質(zhì)中，封閉式椰糠和珍珠巖較開放式大幅增加的離子為Ca2+，而草炭大幅增加的離子為K+。由各離子含量可以看出，封閉式供液方式根區(qū)溶液陽(yáng)離子積累程度均高于開放式，椰糠和草炭基質(zhì)根區(qū)積累了更多養(yǎng)分，而珍珠巖基質(zhì)離子積累程度相對(duì)較低。

隨著生長(zhǎng)時(shí)間延長(zhǎng)，不同處理間回液陽(yáng)離子濃度差異顯著，K+和Ca2+離子呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，且封閉式供液方式增長(zhǎng)趨勢(shì)大于開放式，封閉式Mg2+含量呈不斷增長(zhǎng)趨勢(shì)，而開放式趨于穩(wěn)定，并未隨著營(yíng)養(yǎng)液的消耗和新營(yíng)養(yǎng)液的加入出現(xiàn)大幅波動(dòng)，開花期（生長(zhǎng)12—48 天），每次新加營(yíng)養(yǎng)液到下一次新加營(yíng)養(yǎng)液前OC、OT、OP、CC、CT、CP 處理K+分別增加了70.67、114.33、51.00、70.00、65.00、44.60 mg/L，Ca2+分別增加了28.87、6.00、12.23、20.03、10.84、2.83 mg/L，Mg2+分別增加了14.33、11.90、9.17、13.00、8.00、5.36 mg/L。坐果期（生長(zhǎng)48—84 天），每次新加營(yíng)養(yǎng)液到下一次新加營(yíng)養(yǎng)液前以上處理K+分別增加了34.67、55.00、35.67、20.67、54.34、28.67 mg/L，Ca2+分別增加了47.34、45.00、17.00、47.70、1.00、16.33 mg/L，Mg2+分別增加了7.76、9.70、6.50、14.74、10.60、23.84 mg/L。成熟期（生長(zhǎng)84—108 天） 每次新加營(yíng)養(yǎng)液到下一次新加營(yíng)養(yǎng)液前以上處理K+分別增加了32.34、32.34、30.34、65.66、69.00、124.67 mg/L，Ca2+分別增加了24.34、34.00、75.67、60.00、98.00、118.00 mg/L，Mg2+分別增加了1.23、7.77、3.83、31.20、45.90、61.67mg/L。封閉式回液陽(yáng)離子積累量均高于開放式，且珍珠巖的積累量最高，可能是珍珠巖持水能力低（表1），作為栽培基質(zhì)時(shí)營(yíng)養(yǎng)液使用天數(shù)較長(zhǎng)。定植9 6 天時(shí)封閉式草炭和椰糠C a 2 +、M g 2 +的積累量達(dá)到頂峰，而封閉式珍珠巖在108 天時(shí)達(dá)到頂峰，此趨勢(shì)與圖1 一致，主要由Ca2+、Mg2+積累慢導(dǎo)致。因水肥供應(yīng)量一定，除去根區(qū)溶液和回液離子含量，即為植株吸收的量。開花期（生長(zhǎng)12—48 天） 開放式供液方式根區(qū)溶液和回液K+含量總和均低于封閉式，開放式椰糠、草炭和珍珠巖基質(zhì)較封閉式分別降低了19.34%、16.07% 和33.6%。表明開放式供液方式下植株在開花期吸收更多的K+。

2.2.2 不同基質(zhì)和供液方式對(duì)番茄根區(qū)溶液和回液陰離子積累的影響 整個(gè)生長(zhǎng)周期，根區(qū)溶液中SO42?和H2PO4?含量的變化不同，開放式供液方式下，SO42?含量呈不斷上升趨勢(shì)，H2PO4?含量呈先上升后下降趨勢(shì) （圖4）。定植120 天時(shí)，SO42?含量CCgt;CTgt;OTgt;OCgt;CPgt;OP，H2PO4?含量CPgt;CTgt;OPgt;OTgt;CCgt;OC，封閉式椰糠積累的SO42 ?最多，珍珠巖積累的H2PO4?最高。椰糠基質(zhì)中， 開放式供液方式根區(qū)溶液H2 PO4?、SO42 ?含量比定植初期分別上升了1.33、348.20 mg/L，封閉式H2PO4?、SO42?含量分別較開放式提高了103%、32.78%。草炭基質(zhì)栽培下，開放式根區(qū)溶液的H2PO4?、SO42?含量比定植初期分別上升了0.58、423.70 mg/L，封閉式供液方式的、離子較定植初期分別上升了2.23、457.00 mg/L，H2PO4 SO24較定植120 天的開放式分別提升了284.48%、3.14%。開放式珍珠巖栽培基質(zhì)根區(qū)、離子比定植初期分別上升了2.75、242.43 mg/L，封閉式H2PO4?、SO42?含量分別上升了9.16、290.17 mg/L，較此時(shí)的開放式分別提高了233.09%、19.69%。

回液中SO42?含量隨生長(zhǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)呈不斷增長(zhǎng)趨勢(shì)，而開放式趨于穩(wěn)定，營(yíng)養(yǎng)液的消耗和新營(yíng)養(yǎng)液的加入并未導(dǎo)致其出現(xiàn)大幅波動(dòng)。開花期（生長(zhǎng)12—48 天），每次新加營(yíng)養(yǎng)液到下一次新加營(yíng)養(yǎng)液前OC、OT、OP、CC、CT、CP 處理H2PO4?分別增加了8.07、4.44、2.60、24.00、4.77、7.43 mg/L，SO42 ?分別增加了113.00、20.66、14.10、75.00、100、87.34 mg/L。成熟期（84—108 天） 每次新加營(yíng)養(yǎng)液到下一次新加營(yíng)養(yǎng)液前以上處理H2PO4?分別增加了1.13、2.65、3.63、8.50、2.53、10.2 mg/L，SO42 ?分別增加了14.67、33.33、17.67、86.34、126.33、185.33 mg/L。坐果期（48—84 天），每次新加營(yíng)養(yǎng)液到下一次新加營(yíng)養(yǎng)液前以上處理H2PO4?分別增加了8.07、4.44、2.60、24.00、4.77、7.43mg/L，SO42 ?分別增加了113.00、20.66、14.10、75.00、100.00、87.34 mg/L。

2.3 不同基質(zhì)與供液方式回液和根區(qū)溶液離子變化特征

由表2 可知，整個(gè)生長(zhǎng)周期開放式回液營(yíng)養(yǎng)液離子含量保持相對(duì)穩(wěn)定的趨勢(shì)，椰糠、草炭和珍珠巖封閉式回液K+較初始配制營(yíng)養(yǎng)液分別降低了2.83%、6.58% 和4.19%，Ca2+分別降低了4.71%、5.42% 和6.02%，Mg2+分別增加了0.16%、0.86% 和0.62%，H2PO4?分別增加了1.72%、0.34% 和0.91%，SO42?分別增加了3.74%、0.03% 和3.37%，與開放式差異達(dá)顯著水平。與初期配置的營(yíng)養(yǎng)液相比，椰糠、草炭和珍珠巖處理開放式根區(qū)溶液離子K+分別降低了7.27%、6.31%、6.06%，Ca2 +分別增加了2.83%、7.02% 和5.67%，Mg2+分別增加了1.16%、1.9% 和2.17%，H2PO4?分別降低了1.08%、1.43% 和0.97%，椰糠基質(zhì)中SO42?含量增加了4.43%，草炭和珍珠巖SO42?含量分別降低了0.87% 和0.8%。封閉式供液方式中，與初期配置的營(yíng)養(yǎng)液相比，椰糠、草炭、珍珠巖處理回液K+分別降低了5.47%、8.24%和6.68%，Ca2+分別增加了0.7%、6.65% 和3.81%，Mg2+分別增加了1.02%、1.5% 和2.36%，H2PO4?分別降低了0.86%、1.28% 和0.99%，SO42?分別增加了4.62%、1.68% 和1.5%。綜合開放式和封閉式回液營(yíng)養(yǎng)液和根區(qū)溶液離子變化特征可以看出，回液的循環(huán)使用導(dǎo)致封閉式供液方式營(yíng)養(yǎng)液和根區(qū)溶液離子失衡。

2.4 不同基質(zhì)和供液方式對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響

不同處理之間株高差異顯著（圖5），OT 處理最高，為214 cm，其次為CT 處理，為200 cm，CP 處理最低，為153 cm，OT 處理較CT、OC 和OP 分別提高了6.69%、11.05% 和9.23%，CT 處理較CC 和CP 分別提高了6.71% 和31.06%，OC 處理較CC 處理提高了2.52%，OP 處理較CP 提高了15.27%。OT 處理莖粗高于CT，開放式草炭莖粗高于其他處理，封閉式珍珠巖處理莖粗最低，OC 較CC 高12.26%、OT 較CT 高2.77%、OP 較CP 高11.48%，OT 較OC、OP、CC、CP 處理莖粗分別高6.43%、7.81%、17.90%、18.40%。說(shuō)明草炭基質(zhì)有利于番茄的生長(zhǎng)，椰糠次之。

2.5 不同基質(zhì)與供液方式對(duì)番茄品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

由表3 可知，不同處理間維生素C （Vc） 含量、可滴定酸和果實(shí)含水率多沒(méi)有明顯差異，OT 處理Vc 含量相對(duì)較高；開放式供液方式可溶性固形物均低于封閉式，CC 處理比OC 處理提高了6.70%，CT 處理較OT 處理提高了7.31%，CP 處理較OP 處理提高了8.11%?？扇苄蕴堑淖兓厔?shì)與可溶性固形物類似，但封閉式供液方式不同基質(zhì)之間存在差異，CT 處理較CC 和CP 處理分別提高了22.64%，12.72%。OT 處理的單株產(chǎn)量最高，較CT 處理提高了16.50%，開放式供液方式下，OT 處理較OC 和OP 處理分別提高了17.44% 和18.92%，CP 處理的單株產(chǎn)量最低。因此，開放式供液方式可以提高產(chǎn)量，封閉式供液方式提高番茄品質(zhì)。相同供液方式下，草炭基質(zhì)的番茄品質(zhì)和產(chǎn)量?jī)?yōu)于其他基質(zhì)。

2.6 不同基質(zhì)與供液方式對(duì)番茄水肥利用的影響和綜合分析

由表4 可知，作物生長(zhǎng)的整個(gè)周期，開放式供液方式單株耗水量和施肥量均高于封閉式，封閉式供液方式下，CC 與CT 處理的單株耗水量、總用肥量和總配肥次數(shù)相同，但兩個(gè)處理之間產(chǎn)量不同 ，水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力不同。OC、OT 和OP 處理因營(yíng)養(yǎng)液外排，所以單株作物耗水量和施肥量相同，OT 處理產(chǎn)量較高，所以其水分利用效率高于OC、OP 處理。相同基質(zhì)不同供液方式下，封閉式供液方式處理的水分利用效率、肥料偏生產(chǎn)力均高于開放式，說(shuō)明基質(zhì)相同的情況下，采用封閉式供液方式可提高番茄的水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力，減少配肥次數(shù)和不外排營(yíng)養(yǎng)液，但會(huì)降低產(chǎn)量。整個(gè)生長(zhǎng)周期，開放式供液方式營(yíng)養(yǎng)液外排量在2294.3～2602.9 L 范圍內(nèi)，總用肥量為6.9 kg，OC 和OT、CC 和CT 處理的總用肥量相同，CC 和CT 處理分別較OC 和OT 處理總用肥量平均降低了64.59%，CP 處理較OP 處理總用肥量降低了91.51%，開放式供液方式在整個(gè)生長(zhǎng)周期共配肥23 次 ，CC 和CT 處理較OC 和OT 處理均少了9 次，CP 處理較OP 處理少了11 次 ，較CC 和CT 處理均少了兩次。封閉式供液方式可以降低單株作物耗水量和單株作物施肥量，提高水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力。封閉式供液方式是環(huán)境友好型栽培方式，草碳和椰糠栽培基質(zhì)作為有機(jī)基質(zhì)，在番茄生長(zhǎng)初期能夠提供其生長(zhǎng)所需要的養(yǎng)分，珍珠巖作為無(wú)機(jī)基質(zhì)，成分單一，番茄生長(zhǎng)初期養(yǎng)分全部來(lái)自營(yíng)養(yǎng)液。

為確定適合番茄栽培的最佳基質(zhì)和供液方式，結(jié)合生長(zhǎng)、品質(zhì)和水肥利用指標(biāo)進(jìn)行平均隸屬函數(shù)綜合分析，表5 中為參與分析的指標(biāo)，包括株高（X1）、莖粗（X2）、Vc （X3）、可溶性固形物（X4）、可溶性糖（X5）、可滴定酸（X6）、單株產(chǎn)量（X7） 、單株作物耗水量（X8）、單株作物施肥量（X9）、水分利用效率（X10）、肥料偏生產(chǎn)力（X11）。計(jì)算各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，并計(jì)算出各處理的平均隸屬函數(shù)值，根據(jù)平均隸屬函數(shù)值確定各處理排名。由表4 和表5 可知，CT 處理排在第一位，其次為CC 處理，表明CT 處理的各項(xiàng)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)高于其他處理，因此CT 處理可作為最佳的基質(zhì)和供液方式用于番茄栽培。

3 討論

3.1 不同基質(zhì)和供液方式對(duì)番茄生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響

基質(zhì)栽培是無(wú)土栽培的主要形式，基質(zhì)材料的選擇是基質(zhì)栽培成功與否的關(guān)鍵因素[22]。張婧等[23]研究表明，草炭基質(zhì)下番茄幼苗的株高和莖粗要優(yōu)于椰糠基質(zhì)，但差異不顯著。本研究表明，相同供液方式下，番茄植株株高和莖粗以草炭基質(zhì)處理最高，椰糠處理次之，最后為珍珠巖處理，番茄葉片光合作用趨勢(shì)與株高相似，結(jié)果與前人研究相似，草炭和椰糠作為有機(jī)基質(zhì)，在番茄生長(zhǎng)初期能夠?yàn)槠涮峁┮欢ǖ酿B(yǎng)分，而珍珠巖作為無(wú)機(jī)基質(zhì)，材料單一，番茄在生長(zhǎng)時(shí)所需的養(yǎng)分全部來(lái)自營(yíng)養(yǎng)液；張一鳴[24]研究表明，分區(qū)供液方式較混合供液更有利于番茄的生長(zhǎng)發(fā)育。相同基質(zhì)下，開放式供液方式株高和莖粗均高于封閉式，說(shuō)明封閉式供液方式根區(qū)離子積累抑制了植株生長(zhǎng)。本研究顯示，相同供液方式下，以草炭基質(zhì)的番茄品質(zhì)和產(chǎn)量最高，珍珠巖最低。不同供液方式下，封閉式供液方式的可溶性固形物和可溶性糖含量均高于開放式，但單株產(chǎn)量相反，說(shuō)明封閉式供液方式提高了番茄可溶性糖和可溶性固形物含量。

3.2 不同基質(zhì)和供液方式對(duì)番茄根區(qū)和回液離子積累的影響

開放式和封閉式供液方式下，基質(zhì)栽培根區(qū)均有離子積累，但封閉式積累情況更加嚴(yán)重[25]。熊靜等[26]研究表明，開放式和封閉式供液方式均隨著番茄生長(zhǎng)時(shí)間延長(zhǎng)而不斷上升，生長(zhǎng)后期，封閉式根區(qū)電導(dǎo)率達(dá)到6 mS/cm 以上，對(duì)番茄根系產(chǎn)生脅迫，導(dǎo)致植株養(yǎng)分吸收障礙，劉佳等[27]研究表明，番茄基質(zhì)栽培適宜的營(yíng)養(yǎng)液EC 值為2.5～3.5 mS/cm，本研究與熊靜等的研究結(jié)果一致，隨著番茄生長(zhǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，根區(qū)EC 值不斷升高，且通過(guò)對(duì)根區(qū)溶液主要特征進(jìn)行分析，結(jié)果顯示開放式和封閉式均存在離子失衡的現(xiàn)象，且封閉式更加嚴(yán)重，對(duì)回液離子主要特征值分析表明，不同基質(zhì)的開放式營(yíng)養(yǎng)液配方成分變化較小，而封閉式變化較大，封閉式條件下，不同基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)液配方成分變化主要差異離子為K+和SO42?，草炭基質(zhì)回液中K+的比例顯著降低，而SO42?比例顯著上升。本研究顯示，封閉式供液方式根區(qū)離子積累程度高于開放式，生長(zhǎng)后期不同基質(zhì)積累情況差異顯著，草炭積累程度最高，珍珠巖較低，回液中不同基質(zhì)EC 值達(dá)到最高的時(shí)間點(diǎn)不同，珍珠巖要晚于椰糠和草炭，可能是珍珠巖對(duì)Ca2+和Mg2+陽(yáng)離子吸附和交換能力弱的原因?qū)е耓28]。因此在封閉式供液方式下，使用珍珠巖作為栽培基質(zhì)時(shí)，可以降低基質(zhì)的沖刷次數(shù)或營(yíng)養(yǎng)液的更換頻率[29]。各處理根區(qū)對(duì)溶液EC 值貢獻(xiàn)率最高的是K+，開放式和封閉式條件下根區(qū)溶液EC 值增加的主要原因是K+過(guò)度積累導(dǎo)致。生長(zhǎng)末期，封閉式條件下，椰糠積累更多的SO42?，草炭積累更多K+、Ca2+和Mg2+，珍珠巖積累更多的H2PO4?，因此當(dāng)選擇3 種基質(zhì)時(shí)，在后期營(yíng)養(yǎng)液的配方上可以適當(dāng)降低積累量多的離子的含量。K+參與水分吸收、光合作用、養(yǎng)分同化運(yùn)輸以及酶活性的促進(jìn)等生理活動(dòng)，對(duì)作物的生長(zhǎng)有著重要影響[30]。楊陽(yáng)等[31]研究表明，對(duì)溫室黃瓜施鉀肥會(huì)提高黃瓜果實(shí)可溶性糖、Vc 含量。本研究顯示，開放式供液方式植株在開花期對(duì)K+的吸收高于封閉式，因此開放式株高和產(chǎn)量要高于封閉式。根區(qū)溶液離子積累貢獻(xiàn)度最大的為K+，生長(zhǎng)末期封閉式供液方式較開放式積累更多的K+，對(duì)番茄根系產(chǎn)生脅迫，可溶性糖和可溶性固形物均高于開放式。

3.3 不同基質(zhì)和供液方式下番茄綜合效益分析

不同營(yíng)養(yǎng)液供液方式影響了番茄的產(chǎn)量及水肥利用效率。開放式供液方式可以減少養(yǎng)分累積，從而保證番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)，但會(huì)造成水資源浪費(fèi)和農(nóng)業(yè)環(huán)境的污染[32]。與封閉式相比，開放式供液方式每年約有1.5 t/hm2 氮肥排入土壤中，排放的營(yíng)養(yǎng)液造成了大量水肥浪費(fèi)和環(huán)境污染等問(wèn)題[33?34]。郭丙玉等[35]對(duì)玉米的研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)量的水肥投入會(huì)降低氮吸收速率、水分利用效率、產(chǎn)量和干物質(zhì)積累，并造成資源浪費(fèi)。本研究顯示，開放式供液方式與封閉式相比，開放式單株產(chǎn)量顯著高于封閉式，但封閉式的水分利用效率、肥料偏生產(chǎn)力顯著高于開放式，單株作物耗水量、用肥量和營(yíng)養(yǎng)液添加次數(shù)低于開放式，因此封閉式供液方式在節(jié)水減肥和保護(hù)環(huán)境上要優(yōu)于開放式，且珍珠巖在節(jié)水減肥方面要優(yōu)于椰糠和草炭。平均隸屬函數(shù)表明，封閉式草炭下番茄綜合指標(biāo)優(yōu)于封閉式椰糠和珍珠巖，但其根區(qū)離子濃度更大，在使用其作為番茄的栽培基質(zhì)和供液方式時(shí)應(yīng)注意根區(qū)離子積累程度，適當(dāng)對(duì)根區(qū)進(jìn)行沖洗和營(yíng)養(yǎng)液更換。封閉式珍珠巖根區(qū)離子積累程度和配肥次數(shù)較低，是節(jié)水減肥保護(hù)環(huán)境和節(jié)約成本的不錯(cuò)選擇，但番茄果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量要低于椰糠和草炭。

4 結(jié)論

草炭基質(zhì)下番茄生長(zhǎng)、品質(zhì)和產(chǎn)量要優(yōu)于其他基質(zhì)。開放式供液方式可以提高番茄生長(zhǎng)和產(chǎn)量，降低根區(qū)離子積累程度，但水肥的需求量和環(huán)境污染巨大，不利于節(jié)水減肥，開放式供液方式可選用草炭作為栽培基質(zhì)。封閉式供液方式可以提高番茄品質(zhì)，但離子積累程度較高，在生長(zhǎng)后期可以采取多種措施來(lái)緩解這一問(wèn)題，如對(duì)根區(qū)進(jìn)行沖洗、提高營(yíng)養(yǎng)液更換頻率、降低營(yíng)養(yǎng)液濃度等。選用封閉式椰糠時(shí)，可在后期營(yíng)養(yǎng)液的配方中降低SO42?的離子含量。封閉式草炭需降低K+、Ca2+含量，封閉式珍珠巖需降低H2PO4?含量。