栽培基质和供液方式对番茄产量、品质及根区离子积累的影响

摘要： 【目的】明确不同栽培基质和供液方式下番茄根区离子积累情况，以期为番茄栽培基质和灌溉模式的选择和营养液配方的调整提供参考。【方法】以‘瑞粉882’番茄为试材，设置3 个栽培基质（椰糠、草炭和珍珠岩） 和2 个供液方式（开放式和封闭式） 处理，即：开放式椰糠（OC）、开放式草炭（OT）、开放式珍珠岩（OP）、封闭式椰糠（CC）、封闭式草炭（CT） 和封闭式珍珠岩（CP）6 个处理，结合番茄生长、品质、产量、根区溶液离子积累、水分利用效率以及肥料偏生产力进行综合分析。【结果】相同供液方式下，草炭基质更有利于番茄生长和提高产量，相同基质下，开放式有利于番茄生长和产量提高，但品质低于封闭式。随着生育期的延长，开放式和封闭式均有离子积累的现象，导致根区溶液电导率（EC） 值升高，且封闭式供液离子积累程度更加严重，生长末期，CC、CT 和CP 处理分别达到6.21、6.78 和5.73 mS/cm。封闭式珍珠岩营养液槽中EC 值达到顶峰的时间明显晚于椰糠和草炭，选用珍珠岩作为栽培基质可以减少营养液的更换频率。生长末期番茄根区溶液离子积累程度达到顶峰，表现为CTgt;CCgt;CPgt;OTgt;OCgt;OP，离子的贡献率由大到小为K+、Ca2+、SO42−、Mg2+、H2PO4−。番茄综合效益表明，封闭式在水分利用效率和肥料偏生产力上优于开放式。平均隶属函数表明，封闭式草炭栽培下番茄在节肥减排的基础上，获得最大的效益。【结论】开放式供液方式可以提高番茄产量，但需水量巨大，选用开放式供液方式时可选用草炭作为栽培基质。封闭式更有利于实现节水节肥和环境友好型发展，选用封闭式供液方式时需注意根区离子积累的影响，在后期营养液的配方中，封闭式椰糠需降低SO42−的离子含量，封闭式草炭需降低K+、Ca2+含量，封闭式珍珠岩需降低H2PO4−含量。

关键词： 番茄；基质；供液方式；离子积累

基质栽培是应用最广泛的一种无土栽培模式[1]，具有栽培基质来源广泛，生产成本低，技术要求不高的特点[2]。栽培基质可分为有机基质和无机基质，有机基质含有植物所需的部分营养元素，包括草炭、椰糠、菇渣等。无机基质自身不含植物可利用的养分，其材料廉价易得，有珍珠岩、蛭石、河沙等[3]。熊静[4]研究表明，椰糠和草炭栽培较岩棉更有利于提高番茄生长和产量，但椰糠和草炭基质中的离子积累高于岩棉。Dyko 等[5]研究表明，在番茄栽培基质中，岩棉栽培基质中电导率（EC） 值和化学吸附的离子均低于椰糠。因此，有机基质更容易产生盐分积累，需要加强营养液管理。

基质栽培中根据营养液是否回收利用可分为开放式（营养液不再回收利用） 和封闭式（营养液循环利用）[6]，开放式营养液外排，容易导致水肥浪费和农业环境污染[7]，大量废弃的营养液给环境带来了巨大压力；封闭式使营养液回流到营养液池中，水肥循环利用，节水减肥，是友好的基质栽培供液方式[8]。Van Os[9]研究表明，与开放式系统相比，营养液循环使用的水量减少了30%，肥料减少了40% 以上，且提高了水肥利用效率。Oztekin 等[10]研究了开放式和封闭式系统中营养液EC 水平对番茄作物的影响，结果表明，与开放式相比，封闭式外排到环境中的氮、磷和钾的含量显著减少，但根区EC 值和盐分累积明显高于开放式。根区离子积累程度主要取决于营养液供液方式、更换频率和基质种类等[11]，盐分积累已成为制约基质栽培作物产量和品质提高的关键因素[12]。

基质类型决定了营养液的管理模式，本研究选用3 种类型的基质，研究了开放和封闭模式下盐分积累情况，以及管理模式对作物生长和产量的影响，为基质栽培节水减肥、营养液科学管理提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2022 年8 月在北京市农林科学院蔬菜研究所连栋玻璃温室（116.30E，39.94N） 中进行。

1.2 试验材料

供试品种为‘瑞粉882’由瑞克斯旺（中国） 农业科技有限公司提供，属无限生长型番茄。

供试基质：椰糠、草炭、珍珠岩。

1.3 试验设计

试验设计3 个栽培基质：椰糠（coconut coir） 、草炭（turf）、珍珠岩（perlite）；两个供液方式：开放式（open）、封闭式（close），开放式供液方式是灌溉回流的营养液直接外排，不再回流到营养液池中，封闭式供液方式是灌溉回流的营养液回收到营养液池循环利用。试验共设计6 个处理： 开放式椰糠（OC，open coconut coir），开放式草炭（OT，openturf），开放式珍珠岩（OP，open perlite），封闭式椰糠（CC，closed coconut coir），封闭式草炭（CT，closedturf），封闭式珍珠岩（CP，closed perlite）。营养液配方为北京市农林科学院蔬菜研究中心刘增鑫[13]的地下水改良配方，配方内大中量元素N、P、K、Ca、Mg、S 含量分别为5.25、0.23、2.81、6.81、5.0 和0.47 mmol/L，微肥为通用配方[14]，营养液EC 值为2.0～2.2 mS/cm，pH 6.0～6.5。每个处理设置1 个200 L 的营养液槽，每次配满后待水泵（底吸泵） 抽取不到后添加新营养液。每个营养液槽新加的营养液EC 和pH 值保持一致。整个生长周期供液时间为7：30—17：30，每次供液8 min，每天灌溉6 次，每株每天的灌溉量为2.0 L。栽培系统采用北京市农林科学院蔬菜研究所研发的基质槽培系统（专利号：ZL201510214349.X）。

1.4 栽培管理

整个生长周期按日常田间管理进行吊秧、打枝和去顶。

1.5 测定指标和方法

1.5.1 生长指标测定 试验于2022 年8 月播种，待幼苗四叶一心时定植。定植后7 天，选择6 株生长一致的植株，使用卷尺和游标卡尺测定植株株高和茎粗，每7 天测定1 次。

1.5.2 品质指标测定 于果实红熟期，各个处理选取果实大小和成熟度一致的红果进行品质指标的测定。每个处理随机取5 个果实，用电子天平称量其鲜重，放入恒温烘箱105℃ 杀青30 min，75℃ 恒温烘干，称量其干重，并计算含水率。

采用2，6-二氯酚靛酚比色法测定Vc 含量[15]；采用考马斯亮蓝比色法测定可溶性蛋白的含量[16]；采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[17]；采用氢氧化钠滴定法测定可滴定酸含量[18]；每个处理3 次重复。

1.5.3 产量及水分利用效率测定 每次采收统计单株产量，每个处理重复统计6 株；记录全程肥料和水的添加量及每次更换营养液前营养液的剩余量，计算水分利用效率[19]和单株肥料偏生产力[20]。

单株作物耗水量（m3） = [ 水的添加量（m3）−营养液剩余量（m3）]/每个处理株数；

水分利用效率（kg/m3） = 单株产量（kg）/单株作物耗水量（m3）；

单株肥料偏生产力（kg/kg） = 单株产量（kg）/单株作物总施肥量（kg）。

1.5.4 基质理化性质测定 取椰糠、草炭和珍珠岩基质进行测定。空玻璃烧杯质量记为W1；空玻璃杯体积记为V；烧杯+基质质量记为W2；装满基质的烧杯浸入水中24 h，吸足水分后称重，记为W3；湿润纱布重量记为W4；将烧杯倒置，直到杯无水分溢出，称重记为W5；计算公式如下：

容重 = （W2−W1）/V；

持水能力 = （W5−W1−W4）/（W2−W1）×100；

总孔隙度 = （W3−W2）/V×100。

基质理化性质见表1。

1.5.5 根区溶液采集与测定 定植后，每12 天进行1 次根区溶液的采集，根区溶液采用陶土头根区溶液采样器采集，每个处理3 次重复，每次重复采集50 mL，共150 mL，放4℃ 冰箱保存，用于测定K+、Ca2+、Mg2+、H2PO4−、SO42−含量，每次采集时测量并记录EC 值。溶液中离子含量采用ICP-OES （美国Perkin Elmer 公司，optima 8000） 仪器进行测定，称取适量样品至聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL 硝酸。静置，反应结束后，盖盖密封，放入微波消解仪消解，待温度冷却至50℃ 以下后，取出消解罐放入通风橱中，打开消解罐，用超纯水润洗，转移至50 mL 容量瓶中，至少润洗3～4 次，用超纯水稀释定容至刻度，待测。空白对照同法处理。ICP-OES仪器参数设定如下：辅助气流速0.5 L/min、泵速45 r/min，冷却气流速12 L/min，采样深度5 mm。

1.5.6 平均隶属函数分析 对不同基质和供液方式下番茄各项指标进行平均隶属函数分析[21]，公式如下：

1.6 数据分析

使用Excel 进行数据整理和平均隶属函数分析，用SPSS 27.0.1 软件进行差异显著性分析，用Origin2021 软件进行作图分析。

2 结果与分析

2.1 不同基质与供液方式对回液和根区EC 值的影响

由图1 可知，整个生长周期开放式供液方式EC 值整体上升幅度不大，比如草炭基质由最初的1.5 mS/cm 最高上升到2.94 mS/cm，最高上升幅度为1.44 mS/cm。封闭式随着生长周期延长，EC 值不断上升，整体趋势为CTgt;CCgt;CP。封闭式前期基本稳定，CT 处理从39 天开始快速上升，在109 天时达到最高值，为5.52 mS/cm，CC 和CP 处理从53 天开始上升。在78～102 天，封闭式管理下各基质均在78 天下降，CC 和CT 处理在91 天出现峰值，而CP 处理在102 天出现峰值，CC 和CT 处理平均每天上升0.17 mS/cm，而CP 处理平均每天上升0.11 mS/cm。草炭基质在开放式和封闭式管理模式下，上升幅度均最大，分别上升1.44 和3.89 mS/cm。CP 处理离子积累达到顶峰的时间明显晚于CC 和CT 处理。

由图2 可知，随着生长时间延长，各处理根区EC 值均呈不断升高趋势且在生长末期达到最大值。各处理间根区EC 值差异显著，定植36 天时，根区溶液EC 值表现为CTgt;OPgt;OCgt;OTgt;CPgt;CC。定植60天时，根区溶液EC 值表现为CPgt;CTgt;CCgt;OTgt;OPgt;OC。定植120 天时，CT 处理根区溶液EC 值达到最高值6.78 mS/cm，其次为CC 处理EC 值为6.21 mS/cm，CP 处理EC 值为5.73 mS/cm，此时根区溶液EC 值表现为CTgt;CCgt;CPgt;OTgt;OCgt;OP。草炭基质在开放式和封闭式管理模式下，上升幅度均最大，分别上升3.51 和5.24 mS/cm。CT 处理较OT、CC 和CP 处理分别提高了35.33%、9.18%、18.32%，OT 处理较OC 和OP 处理分别提高了16.51% 和17.06%，CC 处理较OC 处理提高了44.42%，CP 处理较OP 处理提高了33.88%，说明相同供液方式下，草炭基质较椰糠和珍珠岩离子积累更严重。另外，椰糠基质封闭式供液方式较开放式离子积累程度更大，而珍珠岩基质积累程度较低。

2.2 不同基质和供液方式对番茄根区溶液和回液离子积累的影响

2.2.1 不同基质和供液方式对番茄根区溶液和回液阳离子积累的影响 由图3 可知，开放式供液方式下，随着生长周期的延长，根区溶液中K+、Ca2 +、Mg2+含量均处于不断积累的过程。定植36 天，各处理的K+、Ca2+、Mg2+含量差异明显。定植120 天时，K+、Ca2+和Mg2+含量CTgt;CCgt;OTgt;OCgt;CPgt;OP，封闭式供液方式下，草炭积累更多阳离子，椰糠基质下，开放式供液方式根区溶液K+、Ca2+、Mg2+阳离子含量相较于定植初期分别上升了387.97、307.80、116.80 mg/L，封闭式供液方式分别上升了472.67、455.57、180.24 mg/L，封闭式各离子分别较开放式提高了21.83%、48.01%、54.32%；草炭基质栽培下，开放式根区溶液的K+、Ca2+、Mg2+阳离子含量相较于定植初期分别上升了443.10、347.33、151.33 mg/L；封闭式供液方式分别上升了498.80、377.2、177.33mg/L，封闭式各离子分别较开放式提升了17.72%、8.6%、17.18%；开放式珍珠岩栽培基质根区K+、Ca2+、Mg2+离子比定植初期分别上升了248.74、232.24、83.24 mg/L，封闭式分别上升了298.50、288.33、103.47 mg/L，此时封闭式较开放式提高了20%、24.15%、24.3%。椰糠、草炭和珍珠岩3 种基质中，封闭式椰糠和珍珠岩较开放式大幅增加的离子为Ca2+，而草炭大幅增加的离子为K+。由各离子含量可以看出，封闭式供液方式根区溶液阳离子积累程度均高于开放式，椰糠和草炭基质根区积累了更多养分，而珍珠岩基质离子积累程度相对较低。

随着生长时间延长，不同处理间回液阳离子浓度差异显著，K+和Ca2+离子呈增长趋势，且封闭式供液方式增长趋势大于开放式，封闭式Mg2+含量呈不断增长趋势，而开放式趋于稳定，并未随着营养液的消耗和新营养液的加入出现大幅波动，开花期（生长12—48 天），每次新加营养液到下一次新加营养液前OC、OT、OP、CC、CT、CP 处理K+分别增加了70.67、114.33、51.00、70.00、65.00、44.60 mg/L，Ca2+分别增加了28.87、6.00、12.23、20.03、10.84、2.83 mg/L，Mg2+分别增加了14.33、11.90、9.17、13.00、8.00、5.36 mg/L。坐果期（生长48—84 天），每次新加营养液到下一次新加营养液前以上处理K+分别增加了34.67、55.00、35.67、20.67、54.34、28.67 mg/L，Ca2+分别增加了47.34、45.00、17.00、47.70、1.00、16.33 mg/L，Mg2+分别增加了7.76、9.70、6.50、14.74、10.60、23.84 mg/L。成熟期（生长84—108 天） 每次新加营养液到下一次新加营养液前以上处理K+分别增加了32.34、32.34、30.34、65.66、69.00、124.67 mg/L，Ca2+分别增加了24.34、34.00、75.67、60.00、98.00、118.00 mg/L，Mg2+分别增加了1.23、7.77、3.83、31.20、45.90、61.67mg/L。封闭式回液阳离子积累量均高于开放式，且珍珠岩的积累量最高，可能是珍珠岩持水能力低（表1），作为栽培基质时营养液使用天数较长。定植9 6 天时封闭式草炭和椰糠C a 2 +、M g 2 +的积累量达到顶峰，而封闭式珍珠岩在108 天时达到顶峰，此趋势与图1 一致，主要由Ca2+、Mg2+积累慢导致。因水肥供应量一定，除去根区溶液和回液离子含量，即为植株吸收的量。开花期（生长12—48 天） 开放式供液方式根区溶液和回液K+含量总和均低于封闭式，开放式椰糠、草炭和珍珠岩基质较封闭式分别降低了19.34%、16.07% 和33.6%。表明开放式供液方式下植株在开花期吸收更多的K+。

2.2.2 不同基质和供液方式对番茄根区溶液和回液阴离子积累的影响 整个生长周期，根区溶液中SO42−和H2PO4−含量的变化不同，开放式供液方式下，SO42−含量呈不断上升趋势，H2PO4−含量呈先上升后下降趋势 （图4）。定植120 天时，SO42−含量CCgt;CTgt;OTgt;OCgt;CPgt;OP，H2PO4−含量CPgt;CTgt;OPgt;OTgt;CCgt;OC，封闭式椰糠积累的SO42 −最多，珍珠岩积累的H2PO4−最高。椰糠基质中， 开放式供液方式根区溶液H2 PO4−、SO42 −含量比定植初期分别上升了1.33、348.20 mg/L，封闭式H2PO4−、SO42−含量分别较开放式提高了103%、32.78%。草炭基质栽培下，开放式根区溶液的H2PO4−、SO42−含量比定植初期分别上升了0.58、423.70 mg/L，封闭式供液方式的、离子较定植初期分别上升了2.23、457.00 mg/L，H2PO4 SO24较定植120 天的开放式分别提升了284.48%、3.14%。开放式珍珠岩栽培基质根区、离子比定植初期分别上升了2.75、242.43 mg/L，封闭式H2PO4−、SO42−含量分别上升了9.16、290.17 mg/L，较此时的开放式分别提高了233.09%、19.69%。

回液中SO42−含量随生长时间的延长呈不断增长趋势，而开放式趋于稳定，营养液的消耗和新营养液的加入并未导致其出现大幅波动。开花期（生长12—48 天），每次新加营养液到下一次新加营养液前OC、OT、OP、CC、CT、CP 处理H2PO4−分别增加了8.07、4.44、2.60、24.00、4.77、7.43 mg/L，SO42 −分别增加了113.00、20.66、14.10、75.00、100、87.34 mg/L。成熟期（84—108 天） 每次新加营养液到下一次新加营养液前以上处理H2PO4−分别增加了1.13、2.65、3.63、8.50、2.53、10.2 mg/L，SO42 −分别增加了14.67、33.33、17.67、86.34、126.33、185.33 mg/L。坐果期（48—84 天），每次新加营养液到下一次新加营养液前以上处理H2PO4−分别增加了8.07、4.44、2.60、24.00、4.77、7.43mg/L，SO42 −分别增加了113.00、20.66、14.10、75.00、100.00、87.34 mg/L。

2.3 不同基质与供液方式回液和根区溶液离子变化特征

由表2 可知，整个生长周期开放式回液营养液离子含量保持相对稳定的趋势，椰糠、草炭和珍珠岩封闭式回液K+较初始配制营养液分别降低了2.83%、6.58% 和4.19%，Ca2+分别降低了4.71%、5.42% 和6.02%，Mg2+分别增加了0.16%、0.86% 和0.62%，H2PO4−分别增加了1.72%、0.34% 和0.91%，SO42−分别增加了3.74%、0.03% 和3.37%，与开放式差异达显著水平。与初期配置的营养液相比，椰糠、草炭和珍珠岩处理开放式根区溶液离子K+分别降低了7.27%、6.31%、6.06%，Ca2 +分别增加了2.83%、7.02% 和5.67%，Mg2+分别增加了1.16%、1.9% 和2.17%，H2PO4−分别降低了1.08%、1.43% 和0.97%，椰糠基质中SO42−含量增加了4.43%，草炭和珍珠岩SO42−含量分别降低了0.87% 和0.8%。封闭式供液方式中，与初期配置的营养液相比，椰糠、草炭、珍珠岩处理回液K+分别降低了5.47%、8.24%和6.68%，Ca2+分别增加了0.7%、6.65% 和3.81%，Mg2+分别增加了1.02%、1.5% 和2.36%，H2PO4−分别降低了0.86%、1.28% 和0.99%，SO42−分别增加了4.62%、1.68% 和1.5%。综合开放式和封闭式回液营养液和根区溶液离子变化特征可以看出，回液的循环使用导致封闭式供液方式营养液和根区溶液离子失衡。

2.4 不同基质和供液方式对番茄生长的影响

不同处理之间株高差异显著（图5），OT 处理最高，为214 cm，其次为CT 处理，为200 cm，CP 处理最低，为153 cm，OT 处理较CT、OC 和OP 分别提高了6.69%、11.05% 和9.23%，CT 处理较CC 和CP 分别提高了6.71% 和31.06%，OC 处理较CC 处理提高了2.52%，OP 处理较CP 提高了15.27%。OT 处理茎粗高于CT，开放式草炭茎粗高于其他处理，封闭式珍珠岩处理茎粗最低，OC 较CC 高12.26%、OT 较CT 高2.77%、OP 较CP 高11.48%，OT 较OC、OP、CC、CP 处理茎粗分别高6.43%、7.81%、17.90%、18.40%。说明草炭基质有利于番茄的生长，椰糠次之。

2.5 不同基质与供液方式对番茄品质和产量的影响

由表3 可知，不同处理间维生素C （Vc） 含量、可滴定酸和果实含水率多没有明显差异，OT 处理Vc 含量相对较高；开放式供液方式可溶性固形物均低于封闭式，CC 处理比OC 处理提高了6.70%，CT 处理较OT 处理提高了7.31%，CP 处理较OP 处理提高了8.11%。可溶性糖的变化趋势与可溶性固形物类似，但封闭式供液方式不同基质之间存在差异，CT 处理较CC 和CP 处理分别提高了22.64%，12.72%。OT 处理的单株产量最高，较CT 处理提高了16.50%，开放式供液方式下，OT 处理较OC 和OP 处理分别提高了17.44% 和18.92%，CP 处理的单株产量最低。因此，开放式供液方式可以提高产量，封闭式供液方式提高番茄品质。相同供液方式下，草炭基质的番茄品质和产量优于其他基质。

2.6 不同基质与供液方式对番茄水肥利用的影响和综合分析

由表4 可知，作物生长的整个周期，开放式供液方式单株耗水量和施肥量均高于封闭式，封闭式供液方式下，CC 与CT 处理的单株耗水量、总用肥量和总配肥次数相同，但两个处理之间产量不同 ，水分利用效率和肥料偏生产力不同。OC、OT 和OP 处理因营养液外排，所以单株作物耗水量和施肥量相同，OT 处理产量较高，所以其水分利用效率高于OC、OP 处理。相同基质不同供液方式下，封闭式供液方式处理的水分利用效率、肥料偏生产力均高于开放式，说明基质相同的情况下，采用封闭式供液方式可提高番茄的水分利用效率和肥料偏生产力，减少配肥次数和不外排营养液，但会降低产量。整个生长周期，开放式供液方式营养液外排量在2294.3～2602.9 L 范围内，总用肥量为6.9 kg，OC 和OT、CC 和CT 处理的总用肥量相同，CC 和CT 处理分别较OC 和OT 处理总用肥量平均降低了64.59%，CP 处理较OP 处理总用肥量降低了91.51%，开放式供液方式在整个生长周期共配肥23 次 ，CC 和CT 处理较OC 和OT 处理均少了9 次，CP 处理较OP 处理少了11 次 ，较CC 和CT 处理均少了两次。封闭式供液方式可以降低单株作物耗水量和单株作物施肥量，提高水分利用效率和肥料偏生产力。封闭式供液方式是环境友好型栽培方式，草碳和椰糠栽培基质作为有机基质，在番茄生长初期能够提供其生长所需要的养分，珍珠岩作为无机基质，成分单一，番茄生长初期养分全部来自营养液。

为确定适合番茄栽培的最佳基质和供液方式，结合生长、品质和水肥利用指标进行平均隶属函数综合分析，表5 中为参与分析的指标，包括株高（X1）、茎粗（X2）、Vc （X3）、可溶性固形物（X4）、可溶性糖（X5）、可滴定酸（X6）、单株产量（X7） 、单株作物耗水量（X8）、单株作物施肥量（X9）、水分利用效率（X10）、肥料偏生产力（X11）。计算各指标的隶属函数值，并计算出各处理的平均隶属函数值，根据平均隶属函数值确定各处理排名。由表4 和表5 可知，CT 处理排在第一位，其次为CC 处理，表明CT 处理的各项指标综合评价高于其他处理，因此CT 处理可作为最佳的基质和供液方式用于番茄栽培。

3 讨论

3.1 不同基质和供液方式对番茄生长和品质的影响

基质栽培是无土栽培的主要形式，基质材料的选择是基质栽培成功与否的关键因素[22]。张婧等[23]研究表明，草炭基质下番茄幼苗的株高和茎粗要优于椰糠基质，但差异不显著。本研究表明，相同供液方式下，番茄植株株高和茎粗以草炭基质处理最高，椰糠处理次之，最后为珍珠岩处理，番茄叶片光合作用趋势与株高相似，结果与前人研究相似，草炭和椰糠作为有机基质，在番茄生长初期能够为其提供一定的养分，而珍珠岩作为无机基质，材料单一，番茄在生长时所需的养分全部来自营养液；张一鸣[24]研究表明，分区供液方式较混合供液更有利于番茄的生长发育。相同基质下，开放式供液方式株高和茎粗均高于封闭式，说明封闭式供液方式根区离子积累抑制了植株生长。本研究显示，相同供液方式下，以草炭基质的番茄品质和产量最高，珍珠岩最低。不同供液方式下，封闭式供液方式的可溶性固形物和可溶性糖含量均高于开放式，但单株产量相反，说明封闭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 不同基质和供液方式对番茄根区和回液离子积累的影响

开放式和封闭式供液方式下，基质栽培根区均有离子积累，但封闭式积累情况更加严重[25]。熊静等[26]研究表明，开放式和封闭式供液方式均随着番茄生长时间延长而不断上升，生长后期，封闭式根区电导率达到6 mS/cm 以上，对番茄根系产生胁迫，导致植株养分吸收障碍，刘佳等[27]研究表明，番茄基质栽培适宜的营养液EC 值为2.5～3.5 mS/cm，本研究与熊静等的研究结果一致，随着番茄生长时间的延长，根区EC 值不断升高，且通过对根区溶液主要特征进行分析，结果显示开放式和封闭式均存在离子失衡的现象，且封闭式更加严重，对回液离子主要特征值分析表明，不同基质的开放式营养液配方成分变化较小，而封闭式变化较大，封闭式条件下，不同基质的营养液配方成分变化主要差异离子为K+和SO42−，草炭基质回液中K+的比例显著降低，而SO42−比例显著上升。本研究显示，封闭式供液方式根区离子积累程度高于开放式，生长后期不同基质积累情况差异显著，草炭积累程度最高，珍珠岩较低，回液中不同基质EC 值达到最高的时间点不同，珍珠岩要晚于椰糠和草炭，可能是珍珠岩对Ca2+和Mg2+阳离子吸附和交换能力弱的原因导致[28]。因此在封闭式供液方式下，使用珍珠岩作为栽培基质时，可以降低基质的冲刷次数或营养液的更换频率[29]。各处理根区对溶液EC 值贡献率最高的是K+，开放式和封闭式条件下根区溶液EC 值增加的主要原因是K+过度积累导致。生长末期，封闭式条件下，椰糠积累更多的SO42−，草炭积累更多K+、Ca2+和Mg2+，珍珠岩积累更多的H2PO4−，因此当选择3 种基质时，在后期营养液的配方上可以适当降低积累量多的离子的含量。K+参与水分吸收、光合作用、养分同化运输以及酶活性的促进等生理活动，对作物的生长有着重要影响[30]。杨阳等[31]研究表明，对温室黄瓜施钾肥会提高黄瓜果实可溶性糖、Vc 含量。本研究显示，开放式供液方式植株在开花期对K+的吸收高于封闭式，因此开放式株高和产量要高于封闭式。根区溶液离子积累贡献度最大的为K+，生长末期封闭式供液方式较开放式积累更多的K+，对番茄根系产生胁迫，可溶性糖和可溶性固形物均高于开放式。

3.3 不同基质和供液方式下番茄综合效益分析

不同营养液供液方式影响了番茄的产量及水肥利用效率。开放式供液方式可以减少养分累积，从而保证番茄的产量和品质，但会造成水资源浪费和农业环境的污染[32]。与封闭式相比，开放式供液方式每年约有1.5 t/hm2 氮肥排入土壤中，排放的营养液造成了大量水肥浪费和环境污染等问题[33−34]。郭丙玉等[35]对玉米的研究发现，过量的水肥投入会降低氮吸收速率、水分利用效率、产量和干物质积累，并造成资源浪费。本研究显示，开放式供液方式与封闭式相比，开放式单株产量显著高于封闭式，但封闭式的水分利用效率、肥料偏生产力显著高于开放式，单株作物耗水量、用肥量和营养液添加次数低于开放式，因此封闭式供液方式在节水减肥和保护环境上要优于开放式，且珍珠岩在节水减肥方面要优于椰糠和草炭。平均隶属函数表明，封闭式草炭下番茄综合指标优于封闭式椰糠和珍珠岩，但其根区离子浓度更大，在使用其作为番茄的栽培基质和供液方式时应注意根区离子积累程度，适当对根区进行冲洗和营养液更换。封闭式珍珠岩根区离子积累程度和配肥次数较低，是节水减肥保护环境和节约成本的不错选择，但番茄果实品质和产量要低于椰糠和草炭。

4 结论

草炭基质下番茄生长、品质和产量要优于其他基质。开放式供液方式可以提高番茄生长和产量，降低根区离子积累程度，但水肥的需求量和环境污染巨大，不利于节水减肥，开放式供液方式可选用草炭作为栽培基质。封闭式供液方式可以提高番茄品质，但离子积累程度较高，在生长后期可以采取多种措施来缓解这一问题，如对根区进行冲洗、提高营养液更换频率、降低营养液浓度等。选用封闭式椰糠时，可在后期营养液的配方中降低SO42−的离子含量。封闭式草炭需降低K+、Ca2+含量，封闭式珍珠岩需降低H2PO4−含量。