基質產品的基本性質

黃裕銘（臺灣中興大學土壤環境科學系）

前言

最早調配的植物生長基質為1930年英國Jon Innes Horticultural Institute所建立，其含有壤土、蘚類泥炭、砂及肥料。1950年，美國加州大學首先調配沒有土壤的栽培基質，其含細砂、蘚類泥炭及肥料。1960年，美國康乃爾大學調配的基質采用蘚類泥炭、蛭石及珍珠石。森林育苗用50%蘚類泥炭及50%蛭石。早期開采的蛭石含有石綿等物質，有害人體肺部的健康，現在的蛭石主要由云母高溫制成。珍珠石粉塵也會對眼睛及肺部產生影響，所以許多栽培者喜歡采用其他替代產品，有些人認為泥炭、蘚類泥炭及水苔植物不是永續材料[1]，歐洲鼓勵用堆肥化有機材料做替代品[2]。

由于人民對食品安全的要求越來越高，人工基質栽培的趨勢越來越明顯。栽培基質的功能是植物的支撐、有效水分、養分庫、氣體交換[3]。植物種類不同則需要基質條件差異也很大，例如有些植物需要酸性基質，有些植物需要中微酸性基質，而有些植物需要有較高通氣性的基質等。另外，養分管理也需要注意，植物主要是吸收礦物質養分，有些型態養分需要經微生物轉化才能為植物吸收，例如氮肥，一般植物主要是吸收硝酸態氮，如果施用銨態或尿素態氮，都需要經由亞硝化菌及硝化菌的作用才能轉為硝酸態氮。添加有機質肥料或添加堆肥的基質，其礦化作用及礦化后的轉化要靠微生物進行。許多無土壤基質，微生物群組少不僅會造成養分轉化也會使磷肥流失。一般強調無土壤基質加上高溫滅菌后，其所用肥料則需要用無需微生物轉化馬上可被吸收的礦物型態養分，所以沒有一個單一基質可以適用所有作物。

基質產品質量標準

澳洲政府所訂AS3743-2003盆栽栽培基質有Regular及Premium 2種規格，見表1。

Premium 規格的基質種植植物1個月內不用施肥，Regular規格的基質種植植物需施肥。AS3743-2003鼓勵添加堆肥，因為泥炭價格越來越貴，添加堆肥對保水保肥力都有貢獻，且可以礦化釋出養分，也可以幫助抑制病原菌生長[4]。

西班牙規定適合盆栽種植的基質性質：粒徑0.2～2.0 mm、容重＜0.4 g/cm3、真比重1.4～2.0 g/cm3、 總 孔 隙 ＞ 85%(V)、 空 氣 體 積20%～30%、pF1水勢能含水量 55%～70%(V)、總 保 水 量 600～1000 mL/L、 縮 收 ＜ 30%(V)、pH=5.3～6.5、EC ≤ 0.5 mS/cm、 總 有 機 質 ＞80%[3]。

Landis和Morgan[2]整理的美國理想基質，其 基 質 特 性：pH=5.5～6.5、EC＜1.0 mS/cm、NH4-N＜10 mg/L、NO3-N 為 100～200 mg/L、P為6～9 mg/L、Na≤50 mg/L、總孔隙率＞50%、通氣孔隙率15%～30%、保水孔隙率25%～35%。

DuPont[5]分析基質飽和抽出液的pH=5.5～6.5、EC=1.5～3.0 mS/cm、NO3-N 為 75～150 mg/L、P 為 5～20 mg/L、K 為 150～300 mg/L、Ca為100～200 mg/L、Mg 為 50～100 mg/L、Na＜160 mg/L[6]。使用前采用水芹、燕麥、豆子、萵苣或快速生長的植物種子測試其發芽率。

德國規定了2種堆肥標準，第1型堆肥可以加入生長基質達40%，第2型堆肥礦物成分上限為第1型的2倍，所以允許用量上限為20%。第1型鹽度≤ 2.5 g/L、N＜300 mg/L、P2O5＜1200 mg/L、K2O＜2000 mg/L、Cl＜500 mg/L、Na＜250 mg/L、CaCO3＜10%/DM、植物反應無氮固定及植物毒害物質、堆肥程度最高、有機質＞15%/DM、無種子及可生長的植物或沙門氏菌[7]。

簡[8]提出：容積比重0.30～0.75 gm/cm3(干重比)，保水力20%～60%，總孔隙度排水后之孔隙占體積之5%～30%，pH為5.5～6.5(土壤混合栽培基質pH應為6.2～6.8)，一般無土基質pH為5.4～6.0，EC 為 0.2～1.1 mS/cm，陽離子交換容量 20～40 cmol/kg(干重比 )。

以上數據顯示，各國所訂標準或準則其條件有差異，以下按照基質該有的功能討論基質所需注意的特性參數。

表1 盆栽栽培基質有Regular及Premium的各項參數

基質調制所需注意的特性

基質中的物理、化學、生物性質是相互影響，尤其物理性質中的孔隙度受到基質材料的密度、顆粒大小及排列影響。基質的孔隙是基質中氣相及液相共存的位置且相互消長，是決定基質通氣性及保水性的重要基礎。通氣的好壞影響微生物種類及養分的轉化。通氣性的程度也會影響基質中的CO2濃度和基質pH，進而影響礦物養分的溶解度及吸附性，同時也影響微生物的族群。

重要的物理性

◆比重

比重分有容重及真比重，容重是基質單位體基所含材料的干物重（g/cm3），真比重是基質中材料真正的固體體積含材料的干物重（g/cm3）。真比重砂2.65 g/cm3、一般壤土1.29 g/cm3、活的水苔植物0.010 g/cm3、未分解純水苔植物0.040～0.052 g/cm3、中度分解含木質材料的蘚類泥炭0.153 g/cm3、木質泥炭0.137 g/cm3、分解程度高的木質泥炭0.172 g/cm3、草質輕分解泥炭0.069 g/cm3、草質中度分解泥炭0.156 g/cm3、深度分解的泥炭0.261 g/cm3[9]。單純材料的基質往往可以用容重及真比重算出孔隙率，人工調配基質所有材料可能為多種材料調配，所以其孔隙率要特別測定。

◆充氣孔隙率、有效含水量

基質材料不同，對水分吸附特性差異大，尤其和一般礦質土壤的吸附特性差異更大，一般需要注重其充氣孔隙而非總孔隙率。充氣孔隙是指水勢能在-0.1 kPa時基質的孔隙，此充氣孔隙決定植物是否能有適當的根圈氧氣。Drzal 等[10]將孔隙大小分成大、中、微、及超威孔隙，各別孔隙大小范圍：＞416μm、10～416μm、0.2～10μm及＜0.2μm。相對應的水勢能是0～-0.715 kPa、-0.715～-30 kPa、-30～-1500 kPa及 ＜-1500 kPa。大孔隙的水顆粒間的孔隙在重力下無法保水，即為一般所稱充氣孔隙，中孔隙的水勢為有效水，微孔隙的水勢為緩沖帶水，超微細孔隙的水為無效水。

西澳洲政府[11]認為，空氣孔隙比例不同的基質，其植物生長和水分管理有明顯差異：5%，除濕地植物外皆太低；5～10%，對不常澆水的大型植物種植的基質，如室內植物；10%，新混合基質的低限值；10%～15%，種植后不太管理的栽培床植物用；15%～20%，一般育苗用；20%～25%，可使多數植物快速生長，但是澆水頻率較高；30%，做繁殖用，室內植物及某些種子育苗用；30%～40%，促進快速生長，但是需勤澆水；40%～50%，附生植物。

Cornell大學[12]提出杜鵑需要高的空氣體積(＞20%)，金魚草及秋海棠需10%～20%，圣誕紅、菊花、百合花需5%～10%，康乃馨及天竺葵只需2%～5%。

◆ 基質吸水特性

基質吸附水的特性會影響通氣性、水分及養分管理。一般土壤管理最重視土壤有效水分含量，其土壤在田間容水量及永久凋萎點間所含水，一般測定-33～-1500 kPa水分含量。表2數據顯示，不同分解程度及不同植物原泥炭含水特性差異大，活水苔植物在極低水勢能-0.5 kPa以下含水體積只有39.8%，-10 kPa時只有12.0%，蘚類泥炭則相對穩定在-10 kPa時還有30.8%。充分分解泥炭及中度分解草質泥炭在-10 kPa時還有70.9%，顯示水苔植物及蘚類泥炭可以給予良好通氣，但是過度分解的泥炭其無效水比率大，通氣較不良。Michel[13]針對泥炭的水分含量和水勢能間關系定義-1 kPa時水分體積含量為67%(v/v)，扣掉固體體積7%，所以充空氣體積為26%，-1～-10 kPa含水量體積33%為有效水體積，-5～-10 kPa含水量稱為水份緩沖容量(4%)。不同基質材料其緩沖容量不同，且非常重要。研究水苔植物及不同分解程度泥炭在不同水勢能下的吸收水變化和Borlter[9]的現象相似，水苔類泥炭顆粒越細，分解程度越高，充氣體積越低，有效含水量比率越高。

表2 不同泥炭不同水勢能下水分吸附水體積率%(v/v)(整理自Boelter[9] )

園藝上的利用基質的水分特性曲線可以歸納4 型[14]：

TypeI：高有效水(＞25% v/v)的好氣生長(充氣體積＞20% v/v)。某些蘚類泥炭有這樣的特性，但是最多的是經過不同材料的調配。這型的水分管理最簡單。

TypeII：高有效水，通氣性較差。其細孔隙造成比Type I型含較高水，主要缺點是有缺氧氣的風險。黑色泥炭為主要例子，這類泥炭為非蘚類泥炭類。

TypeIII：高通氣性低有效水。這類澆水時需少量多次，如樹皮(新鮮或堆肥化)、木質纖維、珍珠石、及浮石。

TypeIV：高有效水的好氣生長，但是水緩沖容量低。這型的材料具有纖維構造，如巖棉及某些木質纖維，其纖維內不會保留水。此類型會有水分不規則分布，一般上層的空氣/水的比值高于底層，但是由于低緩沖水，所以高有效水量還是需要長期監測。

重要的化學性

化學性包括有機組成、礦物成分、酸度(pH)、交換特性、陽離子交換容量(CEC)、可交換性陽離子、有機碳狀態、氮狀態、磷狀態、硫狀態等微量要素，特別是銅。

◆陽離子交換容量

陽離子交換量越高，保持陽離子養分越好，養分越不會流失。腐殖化越完全的有機材料其CEC越高。腐植質CEC高，未堆肥化的樹皮相對較低。最高CEC的礦物是沸石，黏土礦物的CEC因礦物種類不同而差異大，蘚類泥炭的CEC中等。一些材料的CEC細黏土56～63 cmol/kg、粗黏土 22～52 cmol/kg、砏粒 3～7 cmol/kg、蘚類泥炭100～120 cmol/kg、腐質泥炭200 cmol/kg、蛭石150 cmol/kg、珍珠石1.5 cmol/kg、陳年樹皮 40～60 cmol/kg[15]。

◆ pH及緩沖能力：

含土壤基質及不含土壤基質的pH對土壤有效養分的影響不同，一般有機質土壤或無土壤基質的pH可以比礦質土壤低1.0～1.5個單位。無土基質養分有效性最高的pH為5.0～5.5，而礦質土壤為6.0～6.8。一般pH低于4.0時往往有錳、鋁及偶爾鐵中毒現象。天竺葵及雞冠花基質pH需在6.0～6.8以避免鐵及錳中毒。反之杜鵑pH需4.5～5.8以避面缺鐵。許多杜鵑科植物pH需要在5.0左右以降低微量要素缺乏[16]。基質的緩沖能力影響種植期間pH的變化及養分的流失等，蘚類泥炭＞堆肥化材質及黏土礦物(如硅鎂土及皂石)＞樹皮＞砂及珍珠石。

◆有機材料碳/氮比：

闊葉樹樹皮106∶1、紙漿污泥121∶1、蘚類泥炭 48∶1、紅香柏木屑 729∶1、椰纖 85∶1[16]。碳 /氮比高有機資材種植期間，微生物進行分解質會固定化有效性氮及磷，尤其新鮮材料及木質素相對濃度低者，這種資材使用時氮肥及磷肥用量要比其他材料高。

◆ 鹽分含量，一般用電導度(EC, mS/cm)：

基質鹽分含量會影響水的滲透勢能，鹽分高于植物能接受的范圍是滲透勢能，則會有缺水現象。對EC非常敏感的植物有杜鵑、茶花及止血草，敏感的植物有石楠、垂榕及許多綠化植物，耐鹽有康乃馨、菊花及洋玉蘭，非常耐鹽的植物有濱藜、朱槿及九重葛。多數植物可耐3.5 mS/cm以下[16]。

重要生物性

人們也許知道有真菌性病稱皮膚包子絲菌病[17]，申克氏絲菌病偶發于發生于庭園工作者，水苔植物是病原來源之一，不是蘚類泥炭[17]。

結論

人工栽培基質的標準常因國家不同以及作物、氣候條件、栽培設備、肥料及水分供應方式等不同，而決定其最適合基質的物理、化學及生物性質。尤其空隙比率及大小不僅影響作物的通氣性，更影響供應養分及水分的頻率等。各地區所能取得材料的穩定性及售價也相當重要。