無土栽培基質的研究進展

蘇 平

(黑龍江林業職業技術學院,黑龍江 牡丹江 157011)

無土栽培基質是能為植物提供穩定協調的水、氣、肥結構的生長介質。它除了支持、固定植株外,更重要的充當養分和水分的載體,使來自營養液的養分、水分得以中轉,植物根系從中按需選擇吸收?；|是無土栽培的基礎與核心,因此,基質的的研究也反映了無土栽培的水平。

1 栽培基質研究的歷史

栽培基質的研究史實際上也是固體基質栽培的發展史,可以追溯至19世紀中葉早期的植物營養學家和植物生理學家進行的植物礦質營養生理研究[1]。但真正開始于J.Boussingault,Salm(1851～1856年),發展始于1970年丹麥Grodan公司開發的巖棉(Rockwoo1)栽培技術和1973年英國溫室作物研究所的NFT技術。最早的栽培基質是砂礫:Salm-Ho rstmar(1871年)用石英、河沙、水晶、碎瓷、純碳酸鈣、硅酸以及活性炭作為燕麥的生根基質。隨后Hall(1914)用不同級別的沙、粉粒、高嶺土栽培羽扇豆和大麥,蛭石被Woodcock(1946)用來作為蘭花的栽培基質等;作為無土栽培的基質很快擴展到石礫、陶粒、珍珠巖、巖棉、海綿(尿醛)、硅膠、堿交換物(離子交換樹脂)如斑脫土、沸石、酚醛泡沫(泡沫塑料),爐渣及合成的樹脂材料等,泥炭、鋸末、樹皮、稻殼、椰殼和混合基質。

期間對基質的作用、各類基質的優缺點、應用技術等進行了研究,科學家們就不同基質理化性狀進行評價[2-3]?；哪?1975)研究了集中基質的主要理化性狀[4]。De Boodt and Verdonck(1983)就樹皮、軟木屑、椰子纖維、污泥、垃圾等配比作了報道[5]。Nicile De Rouin等(1988)從基質的孔隙度、p H值、可利用水量、產量、養分平衡性等方面對幾種混合基質進行了評價,并推薦了各種基質的栽培技術[6]。Prasad M and Mah er MJ(1993)報道了泥炭的各種理化性質和栽培技術[7]。該階段的研究側重于基質理化性狀、基質與植物營養供應關系、基質栽培技術、基質與養分和水分的及空氣利用關系、基質的混合等[8-12]。

我國無土栽培歷史悠久[13],如生豆芽、船上種菜、盆養水仙等都是原始的無土栽培。l937年上海市維農場采用基質栽培出少量番茄,1941年俞誠如和陳懷圃著有《無土種植淺說》,1945年美國軍人在南曾進行小規模無土栽培生菜和小蘿卜,滿足其自身對潔凈生食菜的需求,1969年我國臺灣省龍潭農校開始礫培蔬菜的研究和生產,20世紀70年代以來,我國開展了大田作物水稻營養液育苗與蔬菜無土育苗方面的研究和推廣,在生產上取得了較好效果,但未形成商品性規模經營和生產,20世紀80年代中期成立了全國蔬菜工廠化育苗協作組,無土栽培技術被列為重要研究內容之一,并逐步引進美國和歐洲國家穴盤育苗精量播種生產線,在北京市郊區投入工廠化、商品化生產,1991年工廠化育苗被農業部列為“八五”重點項目,“九五”期間基質研究被列為國家科委立項的工廠化高效農業工程重要研究內容之一。

在國內,對栽培基質的研究報道不少,基質研究尚未達到實用階段,對基質的研究僅停留在各種基質的比較選用上[14-18]。例如,王軍等以甘蔗渣和樹皮等結合黃心土和珍珠巖作為桉樹扦插的輕型基質;于莉等通過分析6種基質配方對1年生側柏容器育苗生長的影響,篩選出適宜1年生側柏容器育苗的基質配方。而對基質的結構(顆粒粒徑、形狀、孔隙度)結構的保持,水分、養分的運移及配套的營養液管理技術等關鍵要素尚缺乏系統的研究。

2 基質研究的現狀

2.1 基質材料類型的研究

根據基質的形態、成分、形狀,目前國內外使用的基質可分為無機基質、有機基質和混合基質。

無機基質:一般很少含有營養。包括砂、礫、陶粒、爐渣、泡沫(聚苯乙烯泡沫,尿醛泡沫)、浮石、巖棉、蛭石、珍珠巖等。

有機基質:是一類天然或合成的有機材料。如泥炭、樹皮、鋸木屑、秸稈、稻殼、蔗渣、苔蘚、堆肥、沼渣等,有機基質使用較少,一方面是由于植物的有機營養理論不清楚,有機成分的釋放、吸收、代謝機理不明。另一方面隨著計算機技術、自動化控制技術和新材料在設施中的應用,設施農業已進入全自控新階段,有機基質的使用可能會給植物營養的精確調控和營養液的回收再利用帶來困難。

混合基質:無機-無機混合、有機-有機混合、有機-無機混合。由于混合基質由結構性質不同的原料混合而成,可以揚長避短,在水、氣、肥相互協調方面優于單一基質。

從國內外無土栽培研究和生產實踐的歷史與現狀看,生產上運用較多的有美國康奈爾大學開發的4種混合基質,英國溫室作物研究所開發的GCRI混合物以及荷蘭的巖棉、泥炭等。

2.2 基質的結構

基質的結構(顆粒大小、形狀、容重、孔隙度、大小孔隙比等)決定基質水分、養分吸附能力和空氣的含量,從而影響水分養分的運輸、供應及吸收,同時對根系的生長也有很大的影響。尚未有針對特定植物的基質標準物理性狀參數。

2.3 基質的營養供應

無土基質栽培的核心是用營養液通過基質來供應水分和養分,基質和營養液配合完成固定、支持植物,調節供養、供水和養分的任務。由于目前的研究還不夠深入,尚不能確切說明植物對水分養分的需求、轉運以及無法明確營養液的組成、配制、灌溉制度。目前國外的現代化自控溫室營養液的電腦管理基本上停留在依靠調控EC的水平上,大多采取過量灌溉,是一種半精確的水分養分供應方式。國內的塑料大棚也采取類似的經驗灌溉。

2.4 基質的重復利用

基質在灌溉和植物根系作用下結構會有所改變,也可能存在病蟲等,因此基質要重復利用,應該進行一些處理,如結構重組、水分淋洗、消毒等。消毒措施有蒸汽消毒、溴甲烷、甲醛、氯化苦消毒,太陽曝曬等,但尚沒有經濟可靠的大批量基質消毒的辦法。

3 基質研究的展望

3.1 展望

由于土壤栽培存在諸多缺點,如土壤次生鹽漬化,營養難于調控,病蟲害難于預防,生產操作繁重等,勢必要求大規模開展無土栽培。基質研究目的在于以成熟的產品、簡便易行的使用和管理技術支持無土基質栽培。開發的基質應該是以適應不同設施檔次、不同地域、不同植物,以成本低、效果好、管理方便為標準,并與該基質和營養液管理配套,聯合推廣,以適應當前發展的趨勢。預計基質將逐漸形成廣闊市場。

3.2 重點研究的問題

基質的結構研究。團聚體結構有利于水分的吸收、排放、通氣、根系的伸長和結構的穩定,基質的重復利用性能穩定?；|的適宜理化性質參數研究,是基質標準化生產的技術基礎,也是營養管理依據和基質重復利用的前提。

基質生產工藝的研究。如何按標準參數控制基質結構的形成技術,這種技術要適應標準化、規模化、工廠化生產的需要。目前有機廢棄物的處理方法仍以堆肥為主。因此有機廢棄物處理的關鍵是采用新工藝,降低成本。最新研究表明,經厭氧發酵制成的沼渣是較好的無土栽培基質。

基質栽培中根際營養的研究。雖然像土壤栽培中那樣,普遍存在環境脅迫如養分、水分、酸堿、溫度等脅迫,且基質中養分只有速效養分,但植物是如何適應充足的水分養分供應的,特別是有些養分如鉀、鈣、鐵的含量遠遠超過土壤的含量,是土壤的上百倍,植物根際營養和根際微生物,根系分泌物是如何調節植物養分,這些研究工作都是很有意義。

基質的水肥管理技術。營養液的配制技術,灌溉技術,監測調整技術,設施營養診斷技術,適合滴灌的園藝用肥料研制等將是基質研究和應用的重點。

基質材料的的研究。低成本的無公害可循環利用的有機與無機基質復混開發是無土栽培基質選材的方向;有機基質和有機廢棄物處理的新工藝的研究是目前基質材料研究的主要方向。如王利英等[19]在溫室中進行有機生態型和無機耗能型兩種無土栽培基質的比較實驗;李國景等[20]研究也表明椰子殼基質比海棉基質和巖棉基質棉基質根際環境中EC和pH值更穩定。劉洪鳳[21]介紹的新型無土栽培基質——秸稈型非織造布,是利用現代非織造生產技術,將農業廢棄物秸稈變廢為寶。

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