非織造布在無土栽培中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

白蓮村 楊 蕊 趙晚彤 胡發(fā)偉 周興海 蔡志江，2

(1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津，300160)(2.天津工業(yè)大學(xué)先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點實驗室，天津，300160)

無土栽培是指不用天然土壤栽培作物，而是將作物栽培在含有營養(yǎng)液的基質(zhì)中，基質(zhì)中的營養(yǎng)液可以代替天然土壤向作物提供水分、養(yǎng)分和氧氣等，使作物能夠正常生長并完成整個生命周期。20世紀(jì)70年代末，日本成功開發(fā)出一種質(zhì)地輕薄(面密度為15 g/m2)、透氣、透光性能良好的非織造布并用作農(nóng)田覆蓋材料，非織造布的應(yīng)用開始進(jìn)入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，尤其是應(yīng)用在無土栽培方面。

1 無土栽培基質(zhì)的分類與比較

按照基質(zhì)種類的不同可將用于無土栽培的基質(zhì)材料分為有機(jī)基質(zhì)、無機(jī)基質(zhì)和其他基質(zhì)三種。

1.1 有機(jī)基質(zhì)

有機(jī)基質(zhì)主要包括各種類型的秸稈、樹皮、泥炭、堆肥和鋸末等。以色列、美國等國已研究將泥炭用于芍藥的無土栽培［1-2］。陸光沛等人［3］以農(nóng)業(yè)廢棄物菇渣、玉米芯作為無土栽培基質(zhì)組分進(jìn)行芍藥盆栽試驗，結(jié)果表明40%泥炭+20%菇渣+20%珍珠巖+20%陶粒(體積分?jǐn)?shù))最適宜芍藥盆栽生產(chǎn)，具有實踐意義。Medina等人［4］使用甘草根廢物堆肥代替泥炭作為鐮刀菌感染甜瓜植株的基質(zhì)進(jìn)行試驗，結(jié)果顯示植株生長更加茂盛。

1.2 無機(jī)基質(zhì)

無機(jī)基質(zhì)主要包括沙、巖棉、蛭石、珍珠巖、石礫和陶粒等。Gaag等人［5］觀察了黃瓜在四種常用的基質(zhì)(巖棉、椰殼纖維、石礫和珍珠巖)下的生長情況，發(fā)現(xiàn)巖棉上黃瓜根易腐爛，而珍珠巖上根部腐爛狀況有所緩解。

1.3 其他基質(zhì)

其他基質(zhì)主要包括一些新型基質(zhì)，如非織造布、膨化黏土顆粒、離子交換樹脂、水晶泥、吸水性聚氨酯泡沫［6-7］等。布魯斯等人［8］將聚合物樹脂固化在非織造布上，發(fā)明了一種無土栽培浮性種植體基質(zhì)，該基質(zhì)質(zhì)量輕，可浮于水面，且親水性較好，可以用作草皮無土栽培基質(zhì)。Brdget等人［9］報道了膨化黏土顆粒是一種很好的栽培基質(zhì)，排水性良好，最適用于潮汐式灌溉系統(tǒng)或其他需要頻繁灌溉的系統(tǒng)。

2 非織造布作為無土栽培基質(zhì)的特點

非織造布作為一種新型無土栽培基質(zhì)，以獨特的優(yōu)勢贏得眾多學(xué)者的青睞，其主要特點是：

(1)相對于普通的土壤，具有可人工調(diào)節(jié)與控制土壤、避免缺肥和偏肥現(xiàn)象、質(zhì)量輕、衛(wèi)生清潔和無常見的病蟲害等優(yōu)勢。張武男［10］采用小西瓜品種、白莧菜與葉萵苣為試驗對象，采用不同面密度的聚丙烯紡粘非織造布進(jìn)行直覆式栽培處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用非織造布基質(zhì)栽培可以有效提高各農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，如西瓜的單果重、果長與糖度品質(zhì)均有提高，蔬菜的株高、株重明顯增加。

(2)相對于傳統(tǒng)的針織、機(jī)織物等基質(zhì)，具有透氣性好、保水、保肥、孔隙率大、伸長率高等優(yōu)勢。Debnath 等人［11］和 Roy等人［12］研究了聚酯纖維針刺非織造布的透氣性，發(fā)現(xiàn)其與非織造布的面密度和密度呈反比關(guān)系。

(3)相對于固體基質(zhì)，具有透氣透水性好、物理化學(xué)吸附性能顯著、緩沖能力優(yōu)良、無毒、無味等優(yōu)勢。東華大學(xué)在進(jìn)行了育秧試驗后認(rèn)為，采用非織造布復(fù)合膜育秧比農(nóng)膜育秧具有很多優(yōu)點，表現(xiàn)在：秧苗不徒長，莖粗增加，節(jié)間短，秧苗健壯;抽穗、開花、吐絲等均較農(nóng)膜育秧提前;每穗粒數(shù)及千粒重均有所增加［13-14］。

3 非織造布在無土栽培基質(zhì)中的應(yīng)用

非織造布以其獨特的性能優(yōu)勢，近年來在無土栽培領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境科學(xué)研究所的科技人員采用合成纖維生產(chǎn)非織造布，在兩層非織造布上長出活體鮮草，制成一種鮮草裝飾毯［15］。這種非織造布可以整塊連片，將其作為無土栽培基質(zhì)，不僅能降低無土栽培種植的成本，而且能擴(kuò)大無土栽培種植基質(zhì)材料的來源。

瑞士開發(fā)了一種麻纖維培育基質(zhì)［16］。研究人員采用縫編法將苧麻紗線和聚丙烯紗線編織成方形小網(wǎng)格，縱向為聚丙烯紗線，橫向是苧麻襯緯，再將草坪種子加入到培育基質(zhì)中并覆蓋。隨著種子發(fā)芽生長，培育基質(zhì)中的苧麻纖維先開始分解，但縱向的聚丙烯紗線仍能保護(hù)幼苗生長，直到草長大到一定程度后，聚丙烯紗線才開始分解，這時植物的根已經(jīng)發(fā)育成熟，可以取代培育基質(zhì)。

德國薩克森研究所開發(fā)出了一種亞麻纖維草坪培育基質(zhì)［17］，原料采用亞麻纖維，通過縫編工藝編織成亞麻纖維非織造布，再將草種均勻地放置在非織造布中，用縫合線縫結(jié)而成。這種草坪培育基質(zhì)可以放置在河岸及斜坡，能幫助草種發(fā)芽，還可增強(qiáng)斜坡強(qiáng)度和防止土壤流失。

Ovidiu［18］和 Shaikh 等人［19］提出，從甘蔗中提取蔗渣纖維，經(jīng)過梳理、針刺、沖壓和熱軋等工藝制成不同結(jié)構(gòu)的針刺非織造布，可以作基質(zhì)材料或其他用途。Hermanus等人［20］在硬木纖維中摻入10%尿素和甲醛制成墊，再與聚丙烯/聚乙烯雙組分纖維網(wǎng)進(jìn)行針刺加固，形成具有較高密度的非織造布，將其應(yīng)用在無土栽培基質(zhì)中，性質(zhì)優(yōu)良。

Mengeloglu等人［21］利用廢棄的高密度聚乙烯水管作為聚合物樹脂，與天然纖維素材料進(jìn)行復(fù)合，制備了聚合物基復(fù)合材料。通過力學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)，這種復(fù)合材料具有較高的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量，同時又具有良好的斷裂伸長率和沖擊強(qiáng)度，非常適合用來與非織造布進(jìn)行復(fù)合而用作無土栽培基質(zhì)。

焦曉寧等人［22］對秸稈型非織造布作為無土栽培基質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)與充分的研究。試驗發(fā)現(xiàn)：與傳統(tǒng)基質(zhì)材料相比，秸稈型非織造布面密度小、質(zhì)量輕、吸水保水性能較好，具有良好的可降解性;在培育完成后，經(jīng)過微生物作用可以直接、快速地使非織造布降解，而且秸稈中的木質(zhì)素和纖維素可使土壤腐殖質(zhì)增加，有利于改善土壤肥力。

湯燕偉等人［23］采用秸稈纖維、聚丙烯纖維、大豆蛋白復(fù)合纖維、黏膠纖維和棉花五種纖維為原料分別制成非織造布基質(zhì)材料，均種植高羊茅草種。試驗發(fā)現(xiàn)：聚丙烯基質(zhì)材料的保水性最差，黏膠和棉花基質(zhì)材料的保水性接近，介于聚丙烯與大豆蛋白基質(zhì)材料之間;對于相同原料采用不同工藝制成的非織造布基質(zhì)材料，其保水性是厚型針刺非織造布基質(zhì)材料較好，薄型針刺非織造布基質(zhì)材料次之，薄型紡粘非織造布基質(zhì)材料最差。

李建強(qiáng)等人［24］針對草坪種植的種種要求，選用聚丙烯纖維作為非織造布基質(zhì)纖維原料，基于價格和通用性方面的考慮，采用圓形截面的纖維，可滿足非織造布基質(zhì)的使用要求。用聚丙烯纖維制成的非織造布在建坪后一年左右，會因為光照而老化降解，也就不存在廢棄草坪基質(zhì)的污染問題。

Debnath等人［11］發(fā)明一種無土栽培的基質(zhì)，由毛毯和非織造布組成。該基質(zhì)采用廉價原材料，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，且輕便、易攜帶、移動方便，有較高的伸長率和較強(qiáng)的抗拔性，克服了其他非織造布基質(zhì)材料強(qiáng)度低的缺點。該產(chǎn)品不污染環(huán)境，在種植和輸送過程中不破裂，可直接應(yīng)用于垂直綠化。

4 非織造布無土栽培基質(zhì)的發(fā)展趨勢

當(dāng)前資源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，必須走可持續(xù)發(fā)展道路。農(nóng)用非織造布無土栽培基質(zhì)的發(fā)展也必須符合這一趨勢。大多數(shù)非織造布無土栽培基質(zhì)是以合成纖維(如聚丙烯、聚酯和聚酰胺纖維等)為原料，存在其廢棄物不能降解或降解物會對環(huán)境產(chǎn)生污染等問題，因而開發(fā)可自然降解的產(chǎn)品是非織造布無土栽培基質(zhì)的發(fā)展方向。目前，已在應(yīng)用的可降解纖維主要是人造纖維，即再生纖維素纖維［25-27］，在國外也已開發(fā)出不少可降解型非織造布［28］，可以用于無土栽培基質(zhì)。

日本Asahi公司早就開發(fā)了Bemliese纖維素長絲紡粘非織造布［29］。該產(chǎn)品采用棉絨為原料，無任何雜質(zhì)，在生產(chǎn)、使用或處理的各個階段都不會污染環(huán)境;制成的無土栽培基質(zhì)在使用后，可以在土壤中斷裂并自然分解，對土壤質(zhì)量無任何不利影響。

英國Fisons公司生產(chǎn)了一種稱為“Feed and Grow”的園藝栽培材料［30］。該材料是由可降解纖維非織造布、肥料及吸水性聚合物制成，具有保水的特性，可以用作種子基質(zhì)或生長基質(zhì)。

目前非織造布在各個領(lǐng)域都有諸多應(yīng)用，在無土栽培方面亦占據(jù)一定的份額，但可降解型非織造布無土栽培基質(zhì)仍然有很大的開發(fā)空間，值得進(jìn)一步研究。

5 展望

非織造布基質(zhì)可以適應(yīng)不同植物、不同地域、不同設(shè)施檔次栽培技術(shù)的需要，且成本低、效果好、管理方便，符合當(dāng)前發(fā)展的趨勢。非織造布基質(zhì)在無土栽培中的應(yīng)用有較大的優(yōu)勢，發(fā)展前景良好。尤其是可降解型非織造布基質(zhì)［31-33］與環(huán)境相容性好，使用后可以自然降解，不會造成環(huán)境污染和土壤污染，是“綠色”產(chǎn)品?？山到庑头强椩觳蓟|(zhì)的開發(fā)利用關(guān)系到人類在地球上是否能安全、舒適地生存。相信在不久的將來，可降解型非織造布基質(zhì)將在無土栽培中得到更廣泛的應(yīng)用。

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