2常用無土栽培基質(zhì)理化性能的對比分析1

常用無土栽培基質(zhì)理化特性對比分析摘要：基質(zhì)的理化特性是影響作物生長狀況的主要因素，通過對常用基質(zhì)理化性質(zhì)的對比分析，結(jié)合基質(zhì)中水、氣、肥的運輸轉(zhuǎn)移以及有效利用的相關(guān)機理，認為纖維素纖維制品具有較好的開發(fā)潛能。關(guān)鍵字：基質(zhì)、物理特性、化學(xué)特性、持水量、溶質(zhì)轉(zhuǎn)移、纖維素纖維1、無土栽培作為新型農(nóng)業(yè)的一個重要代表，他幫助人類成功的克服了土壤沙漠化、鹽堿化、板結(jié)等作物連作障礙，同時還具有作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、可控以及無污染等諸多優(yōu)點.[1]?；|(zhì)是無土栽培系統(tǒng)中的重要組成部分，對基質(zhì)的研究在一定程度上反應(yīng)了無土栽培技術(shù)的發(fā)展水平，基質(zhì)的作用有四個方面：固定作物根系，供水、供肥以及氣體交換。國外對基質(zhì)性質(zhì)的研究比較早，在1975年，荒木就已對常用基質(zhì)的理化性質(zhì)進行了集中分析【】，DeBoodtandVerdonck也在1983年對樹皮、軟木屑、椰子纖維、污泥等做為基質(zhì)進行了研究報道【】，近年來，我國也出現(xiàn)了較多對基質(zhì)研究的報道，但僅停留在對各種基質(zhì)的比較選用上⑵，對基質(zhì)性能深入分析研究的不多，存在一定的經(jīng)驗性與主觀性。2、基質(zhì)的理化性質(zhì)與栽培對象的關(guān)系2.1基質(zhì)的理化性質(zhì)常用基質(zhì)基質(zhì)按來源不同，可分為天然基質(zhì)和合成基質(zhì)，按組成成分不同，可分為無機基質(zhì)、有機基質(zhì)和混合基質(zhì)，其中無機基質(zhì)包括巖棉、沙、蛭石、膨脹陶粒、爐渣、沸石、石礫、珍珠巖、火山巖以及廢土礦等，有機基質(zhì)包括泥炭、椰子纖維或椰糠、樹皮、雞糞、酒糟、碳化稻殼、鋸木屑、農(nóng)作物秸稈、沼渣、菇渣、甘蔗渣、棉籽殼、羊毛以及部分纖維素非織布等。為了克服單一基質(zhì)的部分性能缺陷，混合基質(zhì)通常包含兩種或兩種以上的基質(zhì)，例如無機一無機型的珍珠巖一蛭石混合基質(zhì)，無機一有機型的泥炭一爐渣混合基質(zhì)，有機一有機型的椰糠一碳化稻殼一蘆葦末混合基質(zhì)等。基質(zhì)理化性質(zhì)心常用基質(zhì)的理化指標(biāo)名稱容重（g/cm）總孔隙率小空隙率大孔隙率（%）大小孔隙比PH值EC值(ms/cm)（%）（%）巖棉0.11969420.027.10.06蛭石0.139565300.467.60.36無機基質(zhì)膨脹陶粒0.67.50.4珍珠巖0.1693.240.2531.337.450.07煤渣0.754.73321.70.467.672.23泥炭0.2184.477.37.10.095.81.04炭化稻殼0.1588.247.840.42.37.33.61鋸末屑0.1978.343.834.50.795.11.35椰糠0.1690.3583.786.570.085.61.9有機基質(zhì)甘蔗渣0.1290.846.344.50.964.71.34蘆葦末0.1193.533.759.81.55.61.5棉籽殼0.2474.92054.90.366.43.64玉米秸稈0.31736.73.15稻草秸稈0.2391.27.52.2基質(zhì)的理化性質(zhì)與栽培對象的關(guān)系對栽培作物生長有較大影響的基質(zhì)特性包括物理特性與化學(xué)特性，物理特性有：粒徑、比重、密度、容重、總孔隙度、大小孔隙比以及墑情（持水量）等。化學(xué)特性包括化學(xué)組成，酸堿度（PH值）、電導(dǎo)率（EC）和陽離子交換量（CEC）以及碳氮比（C/N）等。容重:容重指單位體積（包括孔隙）內(nèi)干燥基質(zhì)的重量，用g/頃3表示。他反映基質(zhì)的疏松、緊密程度。容重過大，基質(zhì)緊密，透水性差，作物根系易缺氧爛根，容重過小，基質(zhì)疏松，透氣性好，但對根系的固定能力減弱，作物易倒伏，容重的大小主要受基質(zhì)的化學(xué)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和顆粒的大小影響，一般采用球刀法進行測定。容重：陶粒、沙、石礫、煤灰渣等基質(zhì)的容重在0.5g/cm3以上，化學(xué)穩(wěn)定性好，比較適合用于水培系統(tǒng)；巖棉、蛭石、珍珠巖、碳化稻殼、椰糠、甘蔗渣、蘆葦末等基質(zhì)的容重在0.2g/cm3以下，不利于植株根系的固定，一般不用于辣椒、大白菜、茄子等地上部位比重較大的植株的栽培，但如果添加一些輔助設(shè)施，如架梁、套袋等，則可用于西紅柿、黃瓜、西瓜、西葫蘆等藤蔓植物的栽培?？偪紫抖?總孔隙度是指基質(zhì)中總孔隙體積占基質(zhì)總體積的百分比，用%表示，總孔隙度包括持水孔隙度和通氣孔隙度，只能反映在一種基質(zhì)中空氣和水分能夠容納的空間總和，不能反映基質(zhì)中空氣和水分各自容納的空間量，孔隙度一般不直接測量，可根據(jù)基質(zhì)容重和比重計算而得。公式為：孔隙度（％）=（1-容重）X100%比重大小孔隙比:大孔隙是指基質(zhì)中空氣也能占據(jù)的空間，即通氣孔隙；小孔隙是指基質(zhì)中水分所能占據(jù)的空間，即持水孔隙又稱為毛細孔隙度，這些孔隙會利用毛細管作用將水分吸持在基質(zhì)中。通氣孔隙與持水孔隙的比值稱為大小孔隙比，它能夠反映出基質(zhì)中水、氣之間的狀況，通常，通氣孔隙直徑一般在0.1mm以上，持水孔隙直徑一般在0.001?0.1mm范圍內(nèi)，大小孔隙比在1：1.5?4范圍內(nèi)作物都能良好生長?？紫抖龋赫渲閹r、碳化稻殼、甘蔗渣、蘆葦末等基質(zhì)的通氣孔隙率均在40%以上，具有較好的透氣性，比較適合根系活力強、代謝旺盛、需氧量高的作物，如馬鈴薯、豇豆、西葫蘆、甜瓜、西瓜以及黃瓜等，；巖棉、泥炭、椰糠、泥炭等持水孔隙率在70%以上，能保持大量的水分，適合淺根系且需水量大的植物，如大白菜、甘藍、生菜、芹菜、菠菜等葉類以及落葵、大蔥、洋蔥等鱗莖類蔬菜等，但對大蔥、韭菜、胡蘿卜、西葫蘆等好氣性作物易形成澇害；蘆葦末、沙和低位泥炭的孔隙率較小，易形成澇害，故一般不單獨用作植物栽培基質(zhì)。堿度:基質(zhì)的酸堿度是指基質(zhì)中H+與HO-的分布狀態(tài)，它對基質(zhì)理化性質(zhì)、基質(zhì)肥力以及植物生長都起著重要作用，對原始基質(zhì)酸堿度的分析，可作為在使用過程中基質(zhì)酸堿度調(diào)節(jié)的參考，基質(zhì)pH的測定方法可分為比色法，電位法。蛭石、陶粒、珍珠巖、煤渣等大部分無機基質(zhì)、碳化稻殼和水稻秸稈等部分有機基質(zhì)，PH值均大于7.0，偏堿性，比較適合種植大蔥、洋蔥豇豆等喜堿性的作物；椰糠、鋸末屑、甘蔗渣、蘆葦末等少數(shù)有機基質(zhì)PH在6.0以下，比較適合種植甘藍、韭菜、大蔥、生菜、西瓜、西葫蘆、馬鈴薯等喜酸性的作物；巖棉、泥炭、棉籽殼、玉米秸稈等PH值介于6.0~7.3之間，適合絕大多數(shù)喜中性或偏酸性的作物生長。基質(zhì)的電導(dǎo)率:基質(zhì)的電導(dǎo)率（EC值）是指基質(zhì)在未加入營養(yǎng)液之前，基質(zhì)本身具有的電導(dǎo)率，用ms/cm表示，它表明基質(zhì)內(nèi)部已電離鹽類的溶液濃度，反映基質(zhì)中原來帶有的可溶性鹽分的多少。當(dāng)電導(dǎo)率過低（小于0.37ms/cm）時需施肥，過高（超過2.5ms/cm）時則需淋洗鹽分，蔬菜栽培通常要求EC值大于1.0ms/cm⑶。目前在我國采用5:1浸提法較為普遍。鹽分的測定主要采用電導(dǎo)法和烘干法，其中以電導(dǎo)法較簡便，快速，烘干法較準(zhǔn)確，但操作繁瑣費時在無土基質(zhì)栽培中，化學(xué)有效養(yǎng)分與植物所吸收的養(yǎng)分有很好的相關(guān)性四，影響基質(zhì)化學(xué)有效養(yǎng)分含量的因素主要有酸堿度PH值、電解度EC值以及陽離子交換量ECE值，同時，這三個因素本身之間又相互影響。在上述各基質(zhì)中，巖棉、蛭石、珍珠巖以及膨脹陶粒等無機基質(zhì)PH值普遍大于7,顯中性或偏堿性。泥炭、鋸末屑、蔗渣、椰子纖維等有機基質(zhì)的PH值均小于7，偏酸性，偏酸性的基質(zhì)有利于作物根系的活化，有助于根系分泌的有機酸、糖、酚類物質(zhì)以及其他黏膠物質(zhì)等與基質(zhì)營養(yǎng)液中的溶質(zhì)結(jié)合，增強根系對營養(yǎng)元素的代換吸收。但當(dāng)基質(zhì)的PH值低于5.5時，作物易受到鋁毒、錳毒等酸毒的侵害，極大的阻礙根系對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。陽離子代換量（CEC）:陽離子代換量是指在一定的酸堿度下，每100g基質(zhì)能夠代換吸收陽離子的毫摩爾數(shù)，用mmol/100g表示，其反映基質(zhì)對養(yǎng)分的吸附能力。大多數(shù)有機栽培基質(zhì)具有較大的CEC值，天然無機基質(zhì)的CEC值相對較小，沸石、椰子纖維等基質(zhì)較為特殊，可用乙酸鉉交換法進行測定⑷。在無機基質(zhì)中，除煤渣的EC值和ECE值較高之外，巖棉、蛭石、膨脹陶粒等基質(zhì)的EC值和ECE值均很低，低電解度和陽離子代換量的基質(zhì)對新加入的營養(yǎng)液影響較小，有利于對營養(yǎng)液內(nèi)各組分元素的精確檢測和控制，國外玻璃溫室水培和巖棉培的自動化控制大多建立在對EC值控制的基礎(chǔ)上的，泥炭、碳化稻殼、棉籽殼稻草秸稈等有機基質(zhì)的EC值和ECE值則相對較高，有機質(zhì)中所含有的大量羥基、羧基以及醛基等活性基團能與大量的金屬陽離子相結(jié)合，使基質(zhì)具有很好的保肥能力，對營養(yǎng)液變化有很好的緩沖性，以及有效減輕重金屬對植物的侵害等，有利于穩(wěn)定根系環(huán)境，但EC值和ECE值過高會與作物根系競爭營養(yǎng)物質(zhì)，增大根系對營養(yǎng)物質(zhì)代換吸收的難度，同時也使操作人員無法精確掌握根系對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與需求情況。2.3合理栽培的基質(zhì)理化性質(zhì)為了使基質(zhì)能獲得較為合理的水氣環(huán)境，有關(guān)人員通過反復(fù)實驗分析，得出理想基質(zhì)的指標(biāo)如下［5,6,7］：粒徑：0.5—10mm；容重：0.1-0.8g/cm3；總孔隙度：＞75%；持水空氣度：＞60%；通氣孔隙度:＞15%；大小孔徑比：1：1.5~1：4；PH值：6.0-7.5；C/N值：＜30，最好在25左右；電導(dǎo)率（EC值）：1.0-2.5ms/cm；陽離子代換量（ECE值）：30-100mmol/100g?；|(zhì)物理指標(biāo)較為穩(wěn)定，在使用前應(yīng)根據(jù)具體栽培對象進行選擇和加工，化學(xué)指標(biāo)屬于不穩(wěn)定指標(biāo)，可操作性強，同一作物在不同的生長時期對相同指標(biāo)的要求也不同，需要在實際生產(chǎn)中適時調(diào)控。3、不同基質(zhì)的特性基質(zhì)類別？各個優(yōu)缺點，為什么？發(fā)展的趨勢基質(zhì)物理特性與基質(zhì)吸水保水透氣能力的關(guān)系水、氣在基質(zhì)中的分布情況主要由基質(zhì)的孔隙分布情況決定，大多數(shù)水分儲存在毛細孔隙內(nèi)，毛細孔隙率越大，保水性越強，水分的運動是基質(zhì)營養(yǎng)物和氣體分子熱運動的主要驅(qū)動力，水分可通過通氣孔隙（即大孔隙）在基質(zhì)中快速和遠距離遷移⑶，從理論上講，采用氣體交換速率的動態(tài)指標(biāo)比采用氣體含量的靜態(tài)指標(biāo)（如孔隙率）更有價值［14］。在以上各類基質(zhì)中，膨脹陶粒、珍珠巖和砂等天然無機基質(zhì)表面主要屬于硅氧烷表面、水和氫氧化物表面以及氧化物表面，具有很強的極性吸水能力，泥炭、椰糠等有機基質(zhì)的表面所含有的羥基、羧基以及醛基等屬于共價鍵型表面，親水性能相對較弱，部分基質(zhì)表面含有少量脂類物質(zhì)，這導(dǎo)致諸如巖棉、泥炭等基質(zhì)在使用過程中，一旦完全干燥，再次澆水時，基質(zhì)很難潤濕滲透再吸水。一般認為，基質(zhì)中的通氣空隙率應(yīng)大于15%才能滿足大多數(shù)植物根系氣體交換的需要，在上表所列基質(zhì)中，除高度分化的低位泥炭、砂、巖棉和椰子纖維之外，其余大多數(shù)均滿足要求，但實踐證明，巖棉和椰糠在生產(chǎn)應(yīng)用中單獨使用同樣獲得了較好的效果［15,16］,因為對于大多數(shù)顆粒狀基質(zhì)來說，當(dāng)持水量達到一定程度以后，大量通氣孔隙會被阻隔成單個的閉塞孔隙，無法進行氣體的交換和運輸，因此在實際使用過程中的有效通氣孔隙率要比所測的的通氣孔隙率要小得多，相反，巖棉、椰子纖維以及稻草秸稈纖維等纖維狀基質(zhì)內(nèi)，大量無規(guī)則的纖維之間形成了大量交錯相同的毛細管道，具有極強的虹吸效應(yīng)，在相同的空氣分壓和溶液濃度梯度的情況下，后者基質(zhì)內(nèi)的水分許能獲得更好的對流和擴散效果，也就更有利于作物根系營養(yǎng)液以及根系氣體的交換吸收。在巖棉培中，甚至出現(xiàn)基質(zhì)層從上到下，含水量逐漸減少，空氣含量反而增加的現(xiàn)象。基質(zhì)的化學(xué)成分:基質(zhì)的化學(xué)組成成分是指基質(zhì)本身含有的化學(xué)物質(zhì)種類及其含量，既包括作物可以吸收利用的礦質(zhì)營養(yǎng)和有機營養(yǎng)，也包括對作物生長有害的有毒物質(zhì)?；|(zhì)的化學(xué)組成成分中的分子結(jié)合方式、官能團以及其他活性基團等直接關(guān)系到基質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性、吸水透氣性、酸堿性、陽離子代換能力、緩沖能力和電導(dǎo)度等?；|(zhì)理化特性對比分析與栽培對象的關(guān)系粒徑和形狀：沸石、陶粒、珍珠巖、石礫等基質(zhì)粒徑較其他基質(zhì)要大，不利于甘藍、花椰菜、生菜、菠菜、甜玉米以及洋蔥等淺根系作物的固定，浮石、沸石、石礫等質(zhì)地堅硬且菱角明顯的基質(zhì)易對洋蔥、大蒜、大蔥等玄虛根作物、肉質(zhì)根、半肉質(zhì)根作物以及馬鈴薯、魔芋等塊莖類作物的地下部分組織造成損害，故一般不用于上述作物的栽培。4、展望材質(zhì)2、結(jié)構(gòu)3、植株4、加工工藝？5、標(biāo)準(zhǔn)、（3、為什么？分析？）4.展望（1、材質(zhì)2、結(jié)構(gòu)3、植株4、加工工藝？5、標(biāo)準(zhǔn)從基質(zhì)特性與栽培對象來看，隨著對基質(zhì)研究的不斷深入，有必要綜合考慮某一特定植物的生理特性，制定出特定的栽培基質(zhì)。例如生菜屬于淺根系類蔬菜，且喜肥好氣，水分需求量大，甘蔗渣比較適合作為其栽培基質(zhì)，為了克服其容重過小的缺點，可與礫石按一定比例混合使用。從基質(zhì)形態(tài)結(jié)構(gòu)來看，一般認為團聚體有利于水分的吸收和排放、通氣、根系的生長和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及基質(zhì)的可重復(fù)利用等［17］，但結(jié)合前文對水氣轉(zhuǎn)移的分析，纖維狀基質(zhì)可能更適合以營養(yǎng)液澆灌技術(shù)為主的無土栽培，其深層的作用機理還需要進一步深入研究。從加工工藝方面來看，工廠化無土栽培要求其所用基質(zhì)必須也適合規(guī)?；a(chǎn)。在現(xiàn)有基質(zhì)中，巖棉、陶粒珍珠巖等無機基質(zhì)能很好的滿足要求，但國際上已不贊成使用巖棉，其他基質(zhì)因運輸成高本或管理麻煩等因素的因響，也限制了其廣泛發(fā)展。我國日前所推廣的有機生態(tài)型復(fù)合基質(zhì)，一方面在原料獲得上具有較大的地域性和季節(jié)性限制，另一方面，基質(zhì)成分的腐熟、配比、消毒等環(huán)節(jié)中影響因子過多，無法實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。日前世界上應(yīng)用最廣泛的基質(zhì)是草炭和巖棉，但草炭是不可再生的自然資源，巖棉廢棄物降解困難，均不符合長期可持續(xù)發(fā)展的要求，為滿足長期大規(guī)模精細化控制的工廠化無土栽培，基質(zhì)材料單一可降解化是較為易取的路徑，而以木質(zhì)素和纖維素為主的椰子纖維、棉纖維、麻纖維以及農(nóng)作物秸稈纖維等天然纖維能很好的滿足以上要求，而且上述纖維素資源廣泛存在于農(nóng)業(yè)、紡織業(yè)以及食品加工業(yè)中，經(jīng)濟成本低，適合基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，可以說，纖維素纖維制品類無土栽培基質(zhì)具有很高的開發(fā)價值。參考文獻：萬軍.國內(nèi)外無土栽培技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011NO03.蘇平.無土栽培基質(zhì)的研究進展.中國林副特產(chǎn).第6期(總第109期)2010.9荊