无土栽培-固体基质

无土栽培—固体基质基质substrate、matrix无土栽培基质是能为植物提供稳定协调的水、气、肥结构的生长介质。它除了支持、固定植株外,更重要的是充当“中转站”的作用,使来自营养液的养分、水分得以中转,植物根系从中按需选择吸收。随着世界园艺业与植物容器栽培的发展,天然土壤的物理、化学性质已不能满足蔬菜、花卉、种苗及其他植物容器生产的需求,因此世界各国的研究机构,早已致力于栽培基质的研究开发。自上世纪七十年代以来,基质的研究逐步成为一个重要的课题。无土栽培基质物料资源的选择1常见基质物料及理化性质无机基质：常用的有岩棉、砂、石砾、蛭石岩棉岩棉（rockwool）岩棉是以天然岩石如玄武岩、辉长岩、白云石、铁矿石、铝矾土等为主要原料，经高温熔化(温度2000℃以下)、纤维化而制成的无机质纤维。矿渣棉是以工业矿渣如高炉矿渣、磷矿渣、粉煤灰等为主要原料，经过重熔、纤维化而制成的无机质纤维。这两种纤维经加工，可制成板、管、毡、带、纸等各种制品，应可用于建筑和工业装备、管道、窑炉的绝热、防火、吸声、抗震等。岩棉是一种性能很好的无土栽培基质。所以当它产生后不久（1968年发明于丹麦。它由60%辉绿岩、20%石炭土、20%焦碳混合在一起，加热到1600℃熔化，喷成直径0.005毫米的纤维，再加粘合剂压成人们所需要的各种形状。）就被西欧各国用作基质种植蔬菜、花卉，到目前已得到广泛使用。在荷兰全国蔬菜无土栽培3500公顷当中用岩棉作基质的面积就占了80%。岩棉的物、化性状外观是白色或浅绿色的丝状体,总孔隙度大,吸水力很强，碳、氮比和盐基交换量低。岩棉吸水后,会依其厚度的不同,含水量从下至上而递减；相反,空气含量则自下而上递增。栽培中施用营养液后,新岩棉pH较高,在栽培初期使营养液的pH有所升高,但经过一段时间岩棉的高pH会被营养液的低pH所中和。岩棉作为基质具有化学性质稳定、物理性状优良、pH稳定以及经高温消毒后不携带任何病原菌等特点。岩棉质轻,不会腐烂,透气性好,被认为是当今无土栽培最好的基质之一,世界上已普遍采用。但块板状的岩棉,废弃后由于在土壤中极难分解,并损害土壤的耕作性状,故被视作污染物。容重0.11g/cm3，总孔隙度100.0%，大孔隙（空气容积）64.3%，小孔隙（毛管容积）35.7%，水气比（以大孔隙值为1）1∶0.55。刚刚使用的岩棉pH值较高，一般为7～8。这主要是含有少量氧化钙的缘故。当使用一段时间后，pH值就会下降。砂（sand）是岩石风化后经雨水冲刷或由岩石轧制而成的粒径为.074～2mm的粒料。砂的来源广泛、价格低廉，碳、氮比和持水量均低;没有盐基交换量。用作无土栽培的砂应确保不含有毒物质，营养管理合理可使作物生长良好，是无土栽培最早使用的无机基质。应注意，不同地区不同来源的砂的组成成分差异很大；沙的粒径大小应相互配合适当,如太粗易产生基质中通气过剩,保水能力较差,植株易缺水,营养液的管理麻烦;沙的容重大,给搬运、消毒和更换等管理工作带来了很大不便。石砾（Gravel）在蔬菜营养液栽培中砾培较为普遍,其来源是河边石子或石矿场岩石碎屑。砾石本身不具有盐基交换量,保持水分和养分的能力差,但通气排水性能良好。石砾的粒径应选在1.6~20mm的范围内,其中总体积一半的石砾直径为13mm左右。石砾应较坚硬,不易破碎;选用的石砾最好棱角不明显,特别是株型高的植物或露天风大的地方,更应选用棱角钝的石砾,否则会使植物茎部受到划伤。蛭石（Vermiculite）是一种含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物，外形似云母，通常由黑（金）云母经热液蚀变作用或风化而成，因其受热失水膨胀时呈挠曲状，形态酷似水蛭，故称蛭石。质地轻而多孔隙,有良好的透气性、吸水性及一定的持水力,并含有可供花卉吸收利用的镁、钾等元素。蛭石的容重很小,能提供一定量的钾,少量的钙、镁等营养物质。蛭石具有较高的缓冲性和离子交换能力,通气性也好,园艺上用它作育苗、扦插或以一定比例配置混合栽培基质,效果较好。无土栽培用蛭石的砾径应在3mm以上,用作育苗的蛭石可稍细些。重复使用时,其物理性状会有所改变。珍珠岩（Perlite）含硅质矿物,由灰色火山岩经粉碎加热至1000℃,膨胀形成的一种白色颗粒状物。性质稳定、坚固、质地轻、清洁无菌,具有良好的排水和通气性,但保水、保肥性稍差。是一种封闭的轻质团聚体,容重小（容重≤80kg/m3~200kg/m3）,碳氮比低。作育苗基质时常和其它基质混用,浇水时容易浮起。农林园艺上主要用于土壤改造，调节土壤板结，防止农作物倒伏，控制肥效和肥度，以及作为杀虫剂和除草剂的稀释剂和载体膨胀陶粒（Expansionceramic）膨胀陶粒又称多孔陶粒或海式砾石,是用大小比较均匀的团粒状陶土,在800~1100℃的高温陶窑中煅烧制成的其化学成分和性质受陶土原料成分的影响,有一定的盐基代换量。膨胀陶粒作为基质其排水通气性能良好,每个颗粒中间有很多小孔可以持水。陶粒本身价格虽高于珍珠岩、蛭石等基质,但因其耐用,故实际使用价格并不高。炉渣（Slag）为燃烧后的残渣,民用燃料的废弃物,工企业的锅炉、食堂及北方地区居民的取暖等都有大量炉渣,各地均有,数量较大,取材方便。炉渣灰通气性好,容重适中,有利于固定作物根系,种植作物时不易倒苗,但由于颗粒大小相差悬殊以及常混有石块,使用前最好将其粉碎,具有良好的理化性质,同时,炉渣的价格低廉。缺点是碱性大,保水吸水性能力差,质地不均一,热容量小,变温幅度大,对营养液成分影响大。有机基质常用的或有待进一步应用的有：草炭、椰子纤维、稻壳、锯木屑、甘蔗渣、芦苇末……有机基质的化学性质一般稳定性较差,它们通常具有较高的盐基交换量,其蓄肥能力相对较强草炭（Peat）、泥炭（sphagnumpeat）“草炭”又名“泥炭”，亦叫作“泥煤”，是沼泽发育过程中的产物，形成于第四纪，由沼泽植物的残体，在多水的嫌气条件下，不能完全分解堆积而成。含有大量水分和未被彻底分解的植物残体、腐殖质以及一部分矿物质。有机质含量在30％以上（国外认为应超过50％），质地松软易于散碎，比重0.7－1.05，多呈棕色或黑色，具有可燃性和吸气性，pH值一般为5.5～6.5，呈微酸性反应，呈层状分布，称为泥炭层。是沼泽发展速度和发育程度的重要标志。是一种宝贵的自然资源。草炭是煤化程度最低的煤（为煤最原始的状态），乃有机物质。草炭是迄今为止被世界各国普遍认为是最好的无土栽培基质之一。生产上通常和其它基质(如珍珠岩、砂、蛭石、炉渣灰等)混合使用。我国草炭资源分布不均匀,主要分布于北方,其质量较好,这与北方的地理和气候条件有关。是低温、湿地的植物残体经堆积,在气温较低、雨水较少的条件下,植物残体缓慢分化而成,为不可再生的自然资源,长期采用必然会造成草碳资源枯竭,所以应该合理的利用。稻壳（Ricehusk）水稻产区最常见的有机废弃物,是水稻产区加工时的副产物;常用的是炭化稻壳又叫砻糠,由暗火闷燃(炭化处理)而成。容重、总孔隙度及大小孔隙都比较适中,通透性好;保肥保水性能一般,养分含量低,pH值偏高。能与其他任何基质材料配合使用,也是复合育苗基质的优质原料之一。近些年,关于生稻壳在无土栽培上的应用日益被人重视。椰子纤维（Coconutfiber）长纤维素,松泡多孔,保水和通气性能良好。与泥炭相比,椰子纤维含有更多的木质素和纤维素,半纤维素含量却很低;其本身所含可供植物利用的矿质元素含量很低,但P和K的含量却很高。我国海南等地具有丰富的椰子纤维资源,有待很好地开发利用。基于椰子纤维的良好性能,应以生产模制基质等高档成型产品为主才能创造更好的效益。锯木屑（woodSawdust）锯木屑来源丰富、容重轻、吸水保水性较好;但碳氮比过高,单独使用要补充大量N肥,否则易造成植株缺N;基质较偏酸性,可与碱性基质(如灰)混合使用。锯末作为栽培基质受到越来越多的关注,但其含有大量杂菌及致病微生物,需经过适当处理和发酵腐熟才能应用,使用高温灭菌和杀苗剂,能杀死有害病菌,但使基质中的有益微生物减少,且不能使这种高碳氮比锯末中的碳素得到有效降解。甘蔗渣（Bagasse）新鲜的甘蔗渣碳氮比很高,不能直接使用,经过添加氮肥并堆沤处理后,可成为与泥炭种植效果相当的良好栽培基质。用甘蔗渣作育苗基质的蔗渣应较细,最大粒径不超过5mm;用作袋培或槽培,粒径可稍大,但最大也不超过15mm。芦苇末（reedresidue）利用造纸厂废弃下脚料,添加一定比例的辅料（如鸡粪等）,在发酵微生物的作用下,堆制发酵合成优质环保型无土栽培有机基质。已广泛应用于无土栽培和育苗之中,尤其在长江流域普遍采用。复合基质（compoundsubstrates）复合基质也叫混合基质,是指两种以上的单一基质按一定比例混合而成的基质。这些复合基质包含了各种组成物料的优良的理化性质,克服单一物料的缺点,有利于提高栽培效果。使用中针对不同植物,复合基质的组成不同,如草炭、蛭石、炉渣、珍珠岩按2：2：5：1混合,适于番茄、辣椒育苗;按4：3：1：2混合,适于西瓜育苗;草炭和炉渣按1：1混合适宜黄瓜育苗。复合基质的选用一定要在少量试验的基础上才能进行大规模使用。基质材料的开发与重复利用泥炭（sphagnumpeat）具有理想的理、化条件,是迄今为止最好的无土基质。然而泥炭是有限的资源,大量开采会破坏沼泽地的生态环境,因此从环保性和经济性出发,探求新的基质已成为各国政府和学者刻不容缓的课题。二十世纪七十年代以来,国内外不少学者提出利用堆肥、农业有机废弃物、下水道污泥等材料,如纸泥（paper-sludge）,煤渣（coalbottomash）,橡胶屑（shreddedrubber）,洋麻纤维（kenaf）,废棉（cottonwaste）,堆肥土（compostedyardwaste）,椰粉纤维（coconutcoirdust）,鱼骨堆肥（fishwasteComposting）生物固体（bio-solid）,污泥（sludge）等原料企图以部分或全部取代泥炭的利用,但因其性质不易掌握或容易再造成污染,一直无法动摇泥炭的地位。自20世纪80年代后期以来,欧美国家颁布实施了有关环保法规,如禁止营养液的排放以免污染地下或地表水源,禁止泥炭资源的开采等,促使无土栽培逐步向环保型、经济型、技术型的方向转变。另一方面,如何处理与再利用废弃基质,也是保护环境的一个重要措施。由于基质的结构在灌溉和植物根系作用下有所改变,同时基质中积聚了根分泌物和盐分,以及可能存在的病虫等因素,所以基质重复利用前应进行处理,如结构重组、水分淋洗、消毒等。无土栽培基质应具备的条件1．要有一定的透水性和保水性。基质的透水性和保水性是由基质颗粒的大小、性质、形状、孔隙度等因素决定的。2．无毒或不含有毒物质。钠离子、钙离子的含量也不能过高。3．要有稳定的化学性质。基质中加入营养液和水后，基质的pH要稳定，其化学性质也要稳定不变。4．价格便宜，容易得到。基质的作用供水、供营养、供氧、供支撑1．支持锚定植物。要求植物扎根于固体基质中不致沉埋和倾倒。2．保持水分。3．透气。固体基质中透气和持水两者之间存在着对立统二的关系，即固体基质中空气含量高时，水分含量就低，反之亦然。4．缓冲作用。缓冲作用可以使根系生长的环境比较稳定，即当外来物质或根系本身新陈代谢过程中产生的一些有害物质危害作物根系时，缓冲作用会将这些危害化解。基质的物理性质影响作物生长的主要物理因子有基质的三相比,基质的吸水性,排水性,再吸湿力及其表面水分散失特性等。反映其物理性质的重要参数有容重（BulkDensity，DY）、总孔隙度（TotalPorosity，TY）、通气孔隙度（Airfilledporosity，AFP）、粒径分布（paticlesizedistribution）、容器容水量（Containecapasity，CC）等。基质的物理性质对栽培作物生长有较大影响的基质的物理性质主要有粒径、容重、总孔隙度、持水量、大小孔隙比(气水比)。1．基质孔隙与粒径：粒径即基质颗粒的大小，通常用mm表示。可分五级（Ⅰ1、1