無土栽培基質(zhì)的研究進(jìn)展

蘇 平

(黑龍江林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,黑龍江 牡丹江 157011)

無土栽培基質(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)。它除了支持、固定植株外,更重要的充當(dāng)養(yǎng)分和水分的載體,使來自營養(yǎng)液的養(yǎng)分、水分得以中轉(zhuǎn),植物根系從中按需選擇吸收?；|(zhì)是無土栽培的基礎(chǔ)與核心,因此,基質(zhì)的的研究也反映了無土栽培的水平。

1 栽培基質(zhì)研究的歷史

栽培基質(zhì)的研究史實(shí)際上也是固體基質(zhì)栽培的發(fā)展史,可以追溯至19世紀(jì)中葉早期的植物營養(yǎng)學(xué)家和植物生理學(xué)家進(jìn)行的植物礦質(zhì)營養(yǎng)生理研究[1]。但真正開始于J.Boussingault,Salm(1851～1856年),發(fā)展始于1970年丹麥Grodan公司開發(fā)的巖棉(Rockwoo1)栽培技術(shù)和1973年英國溫室作物研究所的NFT技術(shù)。最早的栽培基質(zhì)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(zhì)。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(zhì)等;作為無土栽培的基質(zhì)很快擴(kuò)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(zhì)。

期間對基質(zhì)的作用、各類基質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用技術(shù)等進(jìn)行了研究,科學(xué)家們就不同基質(zhì)理化性狀進(jìn)行評價(jià)[2-3]。荒木(1975)研究了集中基質(zhì)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(bào)道[5]。Nicile De Rouin等(1988)從基質(zhì)的孔隙度、p H值、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(jià),并推薦了各種基質(zhì)的栽培技術(shù)[6]。Prasad M and Mah er MJ(1993)報(bào)道了泥炭的各種理化性質(zhì)和栽培技術(shù)[7]。該階段的研究側(cè)重于基質(zhì)理化性狀、基質(zhì)與植物營養(yǎng)供應(yīng)關(guān)系、基質(zhì)栽培技術(shù)、基質(zhì)與養(yǎng)分和水分的及空氣利用關(guān)系、基質(zhì)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(yǎng)水仙等都是原始的無土栽培。l937年上海市維農(nóng)場采用基質(zhì)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(jìn)行小規(guī)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?zhí)掇r(nóng)校開始礫培蔬菜的研究和生產(chǎn),20世紀(jì)70年代以來,我國開展了大田作物水稻營養(yǎng)液育苗與蔬菜無土育苗方面的研究和推廣,在生產(chǎn)上取得了較好效果,但未形成商品性規(guī)模經(jīng)營和生產(chǎn),20世紀(jì)80年代中期成立了全國蔬菜工廠化育苗協(xié)作組,無土栽培技術(shù)被列為重要研究內(nèi)容之一,并逐步引進(jìn)美國和歐洲國家穴盤育苗精量播種生產(chǎn)線,在北京市郊區(qū)投入工廠化、商品化生產(chǎn),1991年工廠化育苗被農(nóng)業(yè)部列為“八五”重點(diǎn)項(xiàng)目,“九五”期間基質(zhì)研究被列為國家科委立項(xiàng)的工廠化高效農(nóng)業(yè)工程重要研究內(nèi)容之一。

在國內(nèi),對栽培基質(zhì)的研究報(bào)道不少,基質(zhì)研究尚未達(dá)到實(shí)用階段,對基質(zhì)的研究僅停留在各種基質(zhì)的比較選用上[14-18]。例如,王軍等以甘蔗渣和樹皮等結(jié)合黃心土和珍珠巖作為桉樹扦插的輕型基質(zhì);于莉等通過分析6種基質(zhì)配方對1年生側(cè)柏容器育苗生長的影響,篩選出適宜1年生側(cè)柏容器育苗的基質(zhì)配方。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(yùn)移及配套的營養(yǎng)液管理技術(shù)等關(guān)鍵要素尚缺乏系統(tǒng)的研究。

2 基質(zhì)研究的現(xiàn)狀

2.1 基質(zhì)材料類型的研究

根據(jù)基質(zhì)的形態(tài)、成分、形狀,目前國內(nèi)外使用的基質(zhì)可分為無機(jī)基質(zhì)、有機(jī)基質(zhì)和混合基質(zhì)。

無機(jī)基質(zhì):一般很少含有營養(yǎng)。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(jī)基質(zhì):是一類天然或合成的有機(jī)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(jī)基質(zhì)使用較少,一方面是由于植物的有機(jī)營養(yǎng)理論不清楚,有機(jī)成分的釋放、吸收、代謝機(jī)理不明。另一方面隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動化控制技術(shù)和新材料在設(shè)施中的應(yīng)用,設(shè)施農(nóng)業(yè)已進(jìn)入全自控新階段,有機(jī)基質(zhì)的使用可能會給植物營養(yǎng)的精確調(diào)控和營養(yǎng)液的回收再利用帶來困難。

混合基質(zhì):無機(jī)-無機(jī)混合、有機(jī)-有機(jī)混合、有機(jī)-無機(jī)混合。由于混合基質(zhì)由結(jié)構(gòu)性質(zhì)不同的原料混合而成,可以揚(yáng)長避短,在水、氣、肥相互協(xié)調(diào)方面優(yōu)于單一基質(zhì)。

從國內(nèi)外無土栽培研究和生產(chǎn)實(shí)踐的歷史與現(xiàn)狀看,生產(chǎn)上運(yùn)用較多的有美國康奈爾大學(xué)開發(fā)的4種混合基質(zhì),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。

2.2 基質(zhì)的結(jié)構(gòu)

基質(zhì)的結(jié)構(gòu)(顆粒大小、形狀、容重、孔隙度、大小孔隙比等)決定基質(zhì)水分、養(yǎng)分吸附能力和空氣的含量,從而影響水分養(yǎng)分的運(yùn)輸、供應(yīng)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物理性狀參數(shù)。

2.3 基質(zhì)的營養(yǎng)供應(yīng)

無土基質(zhì)栽培的核心是用營養(yǎng)液通過基質(zhì)來供應(yīng)水分和養(yǎng)分,基質(zhì)和營養(yǎng)液配合完成固定、支持植物,調(diào)節(jié)供養(yǎng)、供水和養(yǎng)分的任務(wù)。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(yǎng)分的需求、轉(zhuǎn)運(yùn)以及無法明確營養(yǎng)液的組成、配制、灌溉制度。目前國外的現(xiàn)代化自控溫室營養(yǎng)液的電腦管理基本上停留在依靠調(diào)控EC的水平上,大多采取過量灌溉,是一種半精確的水分養(yǎng)分供應(yīng)方式。國內(nèi)的塑料大棚也采取類似的經(jīng)驗(yàn)灌溉。

2.4 基質(zhì)的重復(fù)利用

基質(zhì)在灌溉和植物根系作用下結(jié)構(gòu)會有所改變,也可能存在病蟲等,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、甲醛、氯化苦消毒,太陽曝曬等,但尚沒有經(jīng)濟(jì)可靠的大批量基質(zhì)消毒的辦法。

3 基質(zhì)研究的展望

3.1 展望

由于土壤栽培存在諸多缺點(diǎn),如土壤次生鹽漬化,營養(yǎng)難于調(diào)控,病蟲害難于預(yù)防,生產(chǎn)操作繁重等,勢必要求大規(guī)模開展無土栽培?；|(zhì)研究目的在于以成熟的產(chǎn)品、簡便易行的使用和管理技術(shù)支持無土基質(zhì)栽培。開發(fā)的基質(zhì)應(yīng)該是以適應(yīng)不同設(shè)施檔次、不同地域、不同植物,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,以適應(yīng)當(dāng)前發(fā)展的趨勢。預(yù)計(jì)基質(zhì)將逐漸形成廣闊市場。

3.2 重點(diǎn)研究的問題

基質(zhì)的結(jié)構(gòu)研究。團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)有利于水分的吸收、排放、通氣、根系的伸長和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,基質(zhì)的重復(fù)利用性能穩(wěn)定。基質(zhì)的適宜理化性質(zhì)參數(shù)研究,是基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ),也是營養(yǎng)管理依據(jù)和基質(zhì)重復(fù)利用的前提。

基質(zhì)生產(chǎn)工藝的研究。如何按標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)控制基質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成技術(shù),這種技術(shù)要適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、工廠化生產(chǎn)的需要。目前有機(jī)廢棄物的處理方法仍以堆肥為主。因此有機(jī)廢棄物處理的關(guān)鍵是采用新工藝,降低成本。最新研究表明,經(jīng)厭氧發(fā)酵制成的沼渣是較好的無土栽培基質(zhì)。

基質(zhì)栽培中根際營養(yǎng)的研究。雖然像土壤栽培中那樣,普遍存在環(huán)境脅迫如養(yǎng)分、水分、酸堿、溫度等脅迫,且基質(zhì)中養(yǎng)分只有速效養(yǎng)分,但植物是如何適應(yīng)充足的水分養(yǎng)分供應(yīng)的,特別是有些養(yǎng)分如鉀、鈣、鐵的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過土壤的含量,是土壤的上百倍,植物根際營養(yǎng)和根際微生物,根系分泌物是如何調(diào)節(jié)植物養(yǎng)分,這些研究工作都是很有意義。

基質(zhì)的水肥管理技術(shù)。營養(yǎng)液的配制技術(shù),灌溉技術(shù),監(jiān)測調(diào)整技術(shù),設(shè)施營養(yǎng)診斷技術(shù),適合滴灌的園藝用肥料研制等將是基質(zhì)研究和應(yīng)用的重點(diǎn)。

基質(zhì)材料的的研究。低成本的無公害可循環(huán)利用的有機(jī)與無機(jī)基質(zhì)復(fù)混開發(fā)是無土栽培基質(zhì)選材的方向;有機(jī)基質(zhì)和有機(jī)廢棄物處理的新工藝的研究是目前基質(zhì)材料研究的主要方向。如王利英等[19]在溫室中進(jìn)行有機(jī)生態(tài)型和無機(jī)耗能型兩種無土栽培基質(zhì)的比較實(shí)驗(yàn);李國景等[20]研究也表明椰子殼基質(zhì)比海棉基質(zhì)和巖棉基質(zhì)棉基質(zhì)根際環(huán)境中EC和pH值更穩(wěn)定。劉洪鳳[21]介紹的新型無土栽培基質(zhì)——秸稈型非織造布,是利用現(xiàn)代非織造生產(chǎn)技術(shù),將農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈變廢為寶。

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