無土栽培基質(zhì)的研究與發(fā)展

無土栽培基質(zhì)的研究與發(fā)展

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展和植物結(jié)構(gòu)的調(diào)整，以及中國園林藝術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，花卉和蔬菜等附加值農(nóng)業(yè)正朝著現(xiàn)代、工業(yè)化、規(guī)?；?、商品化的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。無土栽培目前已成為設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容,也是農(nóng)業(yè)作物工廠化生產(chǎn)的重要形式,是發(fā)展高效農(nóng)業(yè)的新途徑。作為無土栽培的基礎(chǔ)栽培基質(zhì)是決定植物根系生長環(huán)境的最主要因素。因此,栽培基質(zhì)將有良好的發(fā)展機遇和廣闊的市場前景。1對于無土栽培的第一,其根栽培基質(zhì)是能為植物提供穩(wěn)定協(xié)調(diào)的水、氣、肥結(jié)構(gòu)的生長介質(zhì)。它不僅支持、固定植株,而且更重要的是充當(dāng)“中轉(zhuǎn)站”的作用,使來自營養(yǎng)液的水分、養(yǎng)分得以中轉(zhuǎn),植株根系從中按需選擇吸收。另外,還可以通過栽培基質(zhì)來調(diào)節(jié)植株根部的水氣比例,基質(zhì)合理的大小孔隙比是作物良好生長的保障。因此,基質(zhì)的研究是無土栽培的第一步,同時也反映了無土栽培的水平。國內(nèi)外對此給予了充分重視。1.1無土栽培的理論基礎(chǔ)栽培基質(zhì)的研究史實際上也是固體基質(zhì)栽培的發(fā)展史。關(guān)于無土栽培的起源問題,不同的文獻(xiàn)有不同的記載。1840年,德國化學(xué)家LIEBIG的礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說的提出,為無土栽培提供了理論基礎(chǔ)。栽培基質(zhì)的研究真正始于1860年J.BoussingaultandSalm-Horstmarin的研究;發(fā)展始于1968年丹麥Grodan公司開發(fā)的巖棉(Rockwool)栽培技術(shù)和1973年英國溫室作物研究所的NFT技術(shù)。砂礫是最早的栽培基質(zhì),以后擴展到石礫、陶粒、珍珠巖、巖棉、硅膠、海綿(尿醛)、堿交換物(離子交換樹脂),如斑脫土、沸石及合成的樹脂材料等、泥炭、鋸末、樹皮、稻殼、酚醛泡沫和混合基質(zhì)。1.2混合基質(zhì)的研究現(xiàn)階段,基質(zhì)的研究可歸納為基質(zhì)與植物營養(yǎng)供應(yīng)的關(guān)系,基質(zhì)與栽培技術(shù),基質(zhì)與水分、養(yǎng)分、空氣利用的關(guān)系,基質(zhì)的混合利用和重復(fù)利用等。NicoleDeRuin等(1998)從基質(zhì)的孔隙度、pH、可利用水量、產(chǎn)量、養(yǎng)分平衡性等方面對幾種混合基質(zhì)進(jìn)行了評價,并推薦了各種基質(zhì)的栽培技術(shù)。PrasadMandMaherM.J(1993)報道了泥炭的各種理化性質(zhì)。他認(rèn)為泥炭質(zhì)地較輕,持水性強,并且具有較好的結(jié)構(gòu)和較穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。而目前大型專業(yè)化育苗工廠大多采用20世紀(jì)60~70年代的基質(zhì)配方,如美國康奈爾大學(xué)60年代研制開發(fā)的4種混合基質(zhì)配方,加利福尼亞大學(xué)的VC培養(yǎng)土,英國溫室作物研究所開發(fā)的GCRI混合物以及荷蘭的巖棉、泥炭等。目前,我國設(shè)施農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平較低,基質(zhì)研究尚未達(dá)到實用階段,對基質(zhì)的研究僅停留在用植物長勢和產(chǎn)量來評價基質(zhì)優(yōu)劣的水平上,即各種基質(zhì)的比較選用上,而對基質(zhì)的結(jié)構(gòu)(顆粒粒徑、形狀、孔隙度)、結(jié)構(gòu)的保持、水分養(yǎng)分的運移及配套的營養(yǎng)液管理技術(shù)等關(guān)鍵要素缺乏系統(tǒng)的研究。2關(guān)于栽培基質(zhì)的研究2.1取材與材料可用于栽培和育苗的基質(zhì)有多種,可以因地制宜,就地取材。常用的有砂、珍珠巖、蛭石、巖棉、泥炭、鋸木屑、稻殼、泡沫塑料等?；|(zhì)的分類沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),分類方法較多,下面介紹幾種常見的分類方法。2.1.1根據(jù)基本組成的來源分類可分為天然基質(zhì)和人工合成基質(zhì)兩類。如砂、石礫等為天然基質(zhì),巖棉、泡沫塑料、多孔陶粒等為人工合成基質(zhì)。2.1.2無機質(zhì)可分為有機基質(zhì)和無機基質(zhì)兩類。砂、石礫、巖棉、蛭石、珍珠巖等是由無機物組成的,為無機基質(zhì);泥炭、鋸末、稻殼、樹皮等是由有機殘體組成的,為有機基質(zhì)。2.1.3陽離子代換量基質(zhì)可分為惰性基質(zhì)和活性基質(zhì)兩類。惰性基質(zhì)是指基質(zhì)本身不起供應(yīng)養(yǎng)分作用或不具有陽離子代換量的基質(zhì);活性基質(zhì)是指具有陽離子代換量或本身能供給植物養(yǎng)分的基質(zhì)。砂、石礫、巖棉、泡沫塑料等本身既不含養(yǎng)分也不具有陽離子代換量,屬于惰性基質(zhì)。而泥炭、蛭石等含有植物可吸收利用的養(yǎng)分,而且具有較強的陽離子代換量,屬于活性基質(zhì)。2.1.4復(fù)合基質(zhì)的制備方法可分為單一基質(zhì)和復(fù)合基質(zhì)兩類。單一基質(zhì)是指以一種基質(zhì)為生長介質(zhì)的,如砂培用的砂。所謂復(fù)合基質(zhì)是指由兩種或兩種以上的基質(zhì)按一定比例混合制成的基質(zhì)。生產(chǎn)上為了克服單一基質(zhì)可能造成的容重過輕、過重、通氣不良或過于疏松等弊端,常將幾種基質(zhì)混合,制成復(fù)合基質(zhì)使用。結(jié)構(gòu)控制比較好的基質(zhì)可以單獨使用,也可以根據(jù)生產(chǎn)需要與其它基質(zhì)混合使用。使用者可靈活選擇和調(diào)配。2.2一般結(jié)構(gòu)的質(zhì)量對作物生長有較大影響的基質(zhì)物理性質(zhì)主要有容重、總孔隙度、持水量、大小孔隙比及顆粒大小等。2.2.1基質(zhì)容重的影響指在自然壘結(jié)狀態(tài)下,單位體積基質(zhì)的重量,用g/L(克/升)或g/cm3(克/立方厘米)來表示?；|(zhì)的容重反映了基質(zhì)的疏松、緊實程度。不同基質(zhì)的容重相差很大,同一基質(zhì)由于受到壓實程度、顆粒大小的影響,其容重也存在很大的差異。容重太大,則基質(zhì)過于緊實,通氣透水性差,不利于種苗生長;容重過小,基質(zhì)疏松,通氣性好,有利于根系的伸展,但不易于固定根系,且持水保肥能力較差,也不利于種苗的生長。一般基質(zhì)容重在0.1g/cm3~0.8g/cm3范圍內(nèi),最好為0.5g/cm3(克/立方厘米),種苗生長較好。2.2.2支撐植物根系生長是指基質(zhì)中所有孔隙(持水孔隙和通氣孔隙)的總和,以相當(dāng)于基質(zhì)體積的百分?jǐn)?shù)(%)表示?？偪紫抖却蟮幕|(zhì)較輕而疏松,有利于植物根系生長,但對根系的支撐作用較差,植物易倒伏。例如,蔗渣、蛭石、巖棉等的總孔隙度在90%~95%以上;總孔隙度小的基質(zhì)較重,水氣的總?cè)萘枯^小,如砂的總孔隙度約為30%。因此,為了克服單一基質(zhì)總孔隙度過大或過小所產(chǎn)生的弊病,在種苗生產(chǎn)上常將2~3種不同顆粒大小的基質(zhì)混合制成復(fù)合基質(zhì)使用,復(fù)合基質(zhì)的總孔隙度以60%左右為宜。2.2.3大小孔隙比對空氣相對應(yīng)養(yǎng)孔隙結(jié)構(gòu)的影響大孔隙是指基質(zhì)中空氣所能占據(jù)的空間,也叫通氣孔隙;小孔隙是指基質(zhì)中水分所能夠占據(jù)的空間,又稱持水孔隙。大小孔隙比是指通氣孔隙和持水孔隙之比。大小孔隙比能夠反映出基質(zhì)內(nèi)水、氣之間的狀況。大小孔隙比大,說明空氣容量大而持水容量小,基質(zhì)透氣性好,但易缺水干旱,需增加灌溉次數(shù),且每次灌溉量不宜太大;反之,空氣容量小而持水量大,說明基質(zhì)通氣性較差,不利于種苗生長。大小孔隙比在1∶1.5~4范圍內(nèi)植物都能良好生長。2.2.4大小孔隙比基質(zhì)顆粒大小直接影響著容重、總孔隙度和大小孔隙比。顆粒大小用顆粒粒徑(mm)來表示,對于同一種基質(zhì),顆粒越粗,總孔隙度越小,大小孔隙比越大;反之總孔隙度越大,大小孔隙比越小。但是基質(zhì)容重隨著顆粒粒徑的增大而逐漸減小,但顆粒粒徑增大到一定程度,容重又隨粒徑的增大而逐漸增大。為了使基質(zhì)既能滿足根系吸水的需要,又能滿足根系吸收氧氣的要求,基質(zhì)顆粒不能過粗或過細(xì)。過粗,通氣性較好,但持水性較差,要求灌溉次數(shù)增加;太細(xì),雖然持水性較高,但通氣不良,水分在基質(zhì)內(nèi)積累,易漚根導(dǎo)致根系發(fā)育不良。2.3一般結(jié)構(gòu)對作物有較大影響的基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì),主要有基質(zhì)的化學(xué)組分及由此引起的化學(xué)穩(wěn)定性、酸堿性、陽離子代換量、電導(dǎo)率和緩沖能力。2.3.1健全植物殘體組成成分是指基質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的難易程度?；|(zhì)要求有較強的化學(xué)穩(wěn)定性,以減少其對營養(yǎng)液平衡的影響?；|(zhì)的組成成分不同,其化學(xué)穩(wěn)定性存在較大的差異。由無機礦物構(gòu)成的基質(zhì)如砂、石礫等,若其由石英、長石、云母等礦物組成,化學(xué)穩(wěn)定性最強;由角閃石、輝石等組成的次之;而以石灰石、白云石等碳酸鹽礦物組成的化學(xué)性質(zhì)最不穩(wěn)定,產(chǎn)生的Ca、Mg影響營養(yǎng)液平衡。由植物殘體構(gòu)成的基質(zhì),如泥炭、木屑、稻殼、甘蔗渣等,其組成成分復(fù)雜,對營養(yǎng)液的影響較大。其組成成分大體可以分為三類,一類是易被微生物分解的物質(zhì),如糖、淀粉、有機物等;一類是有毒物質(zhì),如某些有機酸,酚類,丹寧等,毒害根系;還有一類是不易分解物質(zhì),如木質(zhì)素、腐殖質(zhì)等,這類物質(zhì)最穩(wěn)定,使用時最安全。如泥炭和經(jīng)過堆漚處理后腐熟了的木屑、樹皮、甘蔗渣等。作為栽培基質(zhì),含第一、第二類物質(zhì)較多的基質(zhì)不經(jīng)處理是不能直接使用的,比較安全的辦法是要將其漚制腐熟后再使用,堆漚是為了消除基質(zhì)中易分解物質(zhì)和有毒物質(zhì),使其轉(zhuǎn)變成以難分解物質(zhì)為主體的基質(zhì)。2.3.2不同基質(zhì)中礦質(zhì)土ph應(yīng)穩(wěn)定驗算不同基質(zhì)其酸堿性各不相同,有酸性、堿性和中性。栽培基質(zhì)的酸堿性應(yīng)保持相對穩(wěn)定。如果是無土基質(zhì),pH應(yīng)穩(wěn)定在5.4~6.0之間;如果栽培基質(zhì)中摻有大于20%(體積含量)的礦質(zhì)土,pH應(yīng)穩(wěn)定在6.2~6.8之間。使用初期,基質(zhì)的pH會發(fā)生波動,但波動幅度不宜過大,否則將影響營養(yǎng)液成分的有效性和植株的生長發(fā)育。2.3.3陽離子吸收效率k在一定酸堿度下,基質(zhì)含有可代換性陽離子的數(shù)量稱陽離子代換量。通常在pH為7的條件下測定,以100g(克)基質(zhì)代換吸收陽離子的毫克當(dāng)量數(shù)來表示。有些基質(zhì)幾乎沒有陽離子代換量,有些卻很高?；|(zhì)的這種作用能很好的保存營養(yǎng)液的有效元素,減少損失,同時對酸堿反應(yīng)有一定的緩沖作用,另一方面,它影響營養(yǎng)液的平衡,使管理者難于控制營養(yǎng)液的組成。2.3.4基質(zhì)及溶液濃度的測量電導(dǎo)率是指基質(zhì)未加入營養(yǎng)液之前,本身具有的電導(dǎo)率,一般用西門子/厘米來表示,它表明基質(zhì)內(nèi)部已電離鹽類的溶液濃度。反映基質(zhì)中原來帶有可溶性鹽分的多少,它直接影響營養(yǎng)液的平衡。使用基質(zhì)前,應(yīng)對電導(dǎo)率了解清楚,以做出適當(dāng)?shù)奶幚?。但電?dǎo)率只反映鹽分總含量,作為大概了解是可以的,要知道其中的具體化合物的組成,則要進(jìn)行逐項的化學(xué)分析,這對大規(guī)模使用一種新的基質(zhì)是必要的。2.3.5基質(zhì)緩沖劑沖沖劑是指基質(zhì)中在加入酸堿物質(zhì)后,基質(zhì)本身所具有的緩和酸堿變化(pH值)的能力。緩沖能力的大小,主要由陽離子代換量以及存在于基質(zhì)中的弱酸及其鹽類的多少決定的。一般陽離子代換量高的,緩沖能力就大。含有較多碳酸鈣、鎂鹽的基質(zhì)對酸的緩沖能力大,含有較多腐殖質(zhì)的基質(zhì)對酸堿兩性都有緩沖能力。在常用基質(zhì)中,植物性基質(zhì)都有緩沖能力(如泥炭),礦物基質(zhì)緩沖能力都很弱?；|(zhì)緩沖能力的大小不能用理論計算出來,但可通過加入定量的酸或堿后,測定其pH值的變化來求出。2.4評估指標(biāo)的選擇2.4.1栽培基質(zhì)對組成類型的評價指標(biāo)配制配方基質(zhì)的組分應(yīng)越少越好,Anon認(rèn)為基質(zhì)組分在數(shù)量上最好不要超過3個。2.4.2性及成本。請看，有以下基質(zhì)的經(jīng)濟(jì)評價指標(biāo)取決于它們的易得性及它們的成本。好的基質(zhì)應(yīng)容易獲得,且使用時包括基質(zhì)組分費用、基質(zhì)配制、運輸及貯存在內(nèi)的各項費用應(yīng)最低。2.4.3不同基質(zhì)的熱特性張德威等認(rèn)為,基質(zhì)栽培的關(guān)鍵是基質(zhì)種類的選擇,并從基質(zhì)的容重、吸水保水性能、pH值、C/N比以及離子交換特性等方面研究了稻谷殼灰、鋸木屑、棉籽殼的理化性質(zhì),并從它們的理化性質(zhì)的差異,評價了不同基質(zhì)的優(yōu)劣。劉懷屺等則對基質(zhì)的熱特性包括容積熱容量、導(dǎo)熱率和導(dǎo)溫率及地面熱通量等進(jìn)行了測定。研究表明,導(dǎo)溫率越大,則晝夜和年的溫度變化所能達(dá)到的深度就越大,即溫度波能傳到較深層;表面熱通量越大,則晝夜或熱冷季的溫度變化越緩和,對牡丹等花卉的生長、開花較為有利。2.5基質(zhì)重復(fù)利用基質(zhì)結(jié)構(gòu)在灌溉和植物根系作用下會有所改變,同時根系分泌物和鹽分積累,以及可能存在病原菌或害蟲蟲卵或幼蟲等,因此,基質(zhì)要重復(fù)利用應(yīng)該進(jìn)行一些處理,如結(jié)構(gòu)重組、水分淋洗、消毒等。消毒措施有蒸汽消毒,溴甲烷、福爾馬林、氯化苦消毒等,但尚沒有經(jīng)濟(jì)可靠的大批量基質(zhì)消毒的辦法。3基礎(chǔ)研究的進(jìn)展3.1基質(zhì)栽培的意義和方法基質(zhì)栽培改善了作物的生長環(huán)境,水、肥、氣得到了合理供應(yīng),使其產(chǎn)品產(chǎn)量高,品質(zhì)好。在產(chǎn)品外觀、顏色、質(zhì)地、風(fēng)味和營養(yǎng)成分等方面都比土壤栽培的好。另一方面,基質(zhì)栽培克服了土壤栽培中存在的土壤次生鹽漬化,營養(yǎng)難于控制,病蟲害難于預(yù)防,生產(chǎn)操作繁重等諸多弊端。因此,進(jìn)行基質(zhì)栽培是現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的大勢所趨。作為基質(zhì)栽培的基礎(chǔ),基質(zhì)的重要性可見一斑?；|(zhì)良好的理化性狀是基質(zhì)栽培基礎(chǔ)的基礎(chǔ),同時,開發(fā)的基質(zhì)應(yīng)該適應(yīng)不同設(shè)施檔次,不同地域,不同作物,以成本低,效果好,管理方便為標(biāo)準(zhǔn),并與該基質(zhì)和營養(yǎng)液管理配套,聯(lián)合推廣。以目前的趨勢發(fā)展,未來幾年內(nèi),基質(zhì)栽培將占設(shè)施面積的一半以上,基質(zhì)具有廣闊的市場前景。3.2重點研究的問題3.2.1作物生長保障是指基質(zhì)理化性狀參數(shù)的研究。基質(zhì)良好的理化性狀是作物良好生長的保障。對基質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究不僅是基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的基礎(chǔ),也是營養(yǎng)管理的依據(jù)和基質(zhì)重復(fù)利用的前提。這方面的系統(tǒng)研究將是一種創(chuàng)新和突破。3.2.2基質(zhì)生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)符合以下幾種基本要求既如何按照參數(shù)控制基質(zhì)結(jié)構(gòu)形成的技術(shù)。目前,我國已加入WTO,以工廠化生產(chǎn)技術(shù)為代表的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整勢在必行,而工廠化生產(chǎn)要求其生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)都要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,規(guī)?；；|(zhì)的生產(chǎn)技術(shù)及生產(chǎn)工藝應(yīng)該適應(yīng)這種標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、工