育苗基質(zhì)不同水分含量與基質(zhì)物理性狀的相關(guān)性分析

摘 要：試驗(yàn)以草炭、蛭石和珍珠巖3種物料復(fù)合配制的育苗基質(zhì)為材料，采取烘干、自然晾干、加水潤濕措施，研究基質(zhì)在含水量0～65.56%范圍內(nèi)自然壘結(jié)、飽和水和持水狀態(tài)體積變化以及容重、比重、孔隙特性的變化相關(guān)性。結(jié)果表明，基質(zhì)含水量影響基質(zhì)顆粒粒徑大小分布和孔隙特性；保持基質(zhì)各級(jí)粒徑均勻、穩(wěn)定分布狀態(tài)以及包裝、運(yùn)輸環(huán)節(jié)維持基質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的適宜水分為32.63%左右；應(yīng)用基質(zhì)育苗時(shí)，保持基質(zhì)良好的孔隙特性和體積數(shù)量，其適宜的基質(zhì)水分為32.63%～40.32%。

關(guān)鍵詞：基質(zhì)；水分含量；物理性狀；相關(guān)性分析

中圖分類號(hào) S630.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）23-46-03

育苗基質(zhì)穩(wěn)定協(xié)調(diào)的水、氣結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)橹参锾峁┻m宜的根系生長環(huán)境[1]?；|(zhì)容重、比重、粒徑分布和空隙特性等物理性狀是協(xié)調(diào)基質(zhì)水、氣結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素，物理性狀指標(biāo)不僅與基質(zhì)物料固有結(jié)構(gòu)特性有關(guān)，而且受生產(chǎn)工藝、儲(chǔ)存運(yùn)輸、水分含量等因素影響。目前，國內(nèi)對(duì)基質(zhì)物理性狀研究多集中在物料固有特性、基質(zhì)物料配制比例、粒徑顆粒大小等方面對(duì)基質(zhì)容重、比重和空隙特性的影響[2]。本試驗(yàn)研究了基質(zhì)不同含水量與基質(zhì)體積、容重、比重、粒徑大小分布、空隙特性等主要物理性狀變化的相關(guān)性，為科學(xué)配制、穩(wěn)定生產(chǎn)、高效應(yīng)用育苗基質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)待測基質(zhì)為草炭、蛭石、珍珠巖混合復(fù)配商品基質(zhì)（產(chǎn)地山東）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采取單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。將待測基質(zhì)充分混合均勻后，然后采取烘干、自然晾干和加水潤濕措施，調(diào)整基質(zhì)含水量。本試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理，每處理3次重復(fù)，分別是Ⅰ：基質(zhì)烘干至恒重（基質(zhì)含水量0）；Ⅱ：基質(zhì)自然晾干并經(jīng)翻動(dòng)后，基質(zhì)各級(jí)粒徑顆粒極易分離（基質(zhì)含水量9.98%）；Ⅲ：基質(zhì)自然晾干并經(jīng)翻動(dòng)后，基質(zhì)各級(jí)粒徑顆粒較易分離（基質(zhì)含水量27.13%）；Ⅳ：基質(zhì)自然晾干并經(jīng)翻動(dòng)后，基質(zhì)各級(jí)粒徑顆粒不易分離（基質(zhì)含水量32.63%）；Ⅴ：基質(zhì)潤濕用手?jǐn)D壓后不成團(tuán)（基質(zhì)含水量40.32%）；Ⅵ：基質(zhì)潤濕用手?jǐn)D壓后成團(tuán)，但落地后基質(zhì)團(tuán)散開（基質(zhì)含水量47.94%）；Ⅶ：基質(zhì)潤濕用手?jǐn)D壓后成團(tuán)，但落地后基質(zhì)團(tuán)不能散開（基質(zhì)含水量54.71%）；Ⅷ：基質(zhì)潤濕用手?jǐn)D壓有微量水流出，但不成水滴（基質(zhì)含水量58.98%）；Ⅸ：基質(zhì)潤濕用手?jǐn)D壓有明顯水滴流出（基質(zhì)含水量65.56%）。

測定指標(biāo)分別是基質(zhì)含水量、容重、比重、基質(zhì)顆粒粒徑分布、基質(zhì)空隙特性，基質(zhì)在自然壘結(jié)、飽和水、持水狀態(tài)體積變化等5個(gè)物理性狀指標(biāo)。水分含量及容重所用基質(zhì)體積為534.6m3；比重測定所用基質(zhì)重量為120g；顆粒粒徑分布測定所用基質(zhì)體積1 069.2m3；空隙特性測定所用基質(zhì)體積3 207.6m3。

1.2.2 物理性狀指標(biāo)測定方法 （1）含水量及容重測定：采用105℃烘干稱重法，基質(zhì)含水量（%）=（待測基質(zhì)重-烘干基質(zhì)重）/烘干基質(zhì)重×100。

（2）比重測定：采取容重瓶加熱煮沸法，基質(zhì)比重=基質(zhì)干重/（基質(zhì)干重+比重瓶和水重-比重瓶和基質(zhì)及水重）。

（3）基質(zhì)顆粒粒徑分布測定：采取直徑分別是3mm、2mm、1mm、0.5mm、0.2mm這5種篩子進(jìn)行基質(zhì)篩分，量取不同粒徑基質(zhì)體積，然后計(jì)算不同粒徑基質(zhì)與待測基質(zhì)總體積百分比。

（4）空隙特性測定：采取待測基質(zhì)及容器埋入水下浸泡法，飽和水浸泡時(shí)間24h，容器倒置瀝干重力水時(shí)間8h[3]，總空隙=（飽和水基質(zhì)重-基質(zhì)干重）/待測基質(zhì)體積×100；通氣孔隙=（飽和水基質(zhì)重-瀝干重力水基質(zhì)干重）/被測基質(zhì)體積×100；持水空隙=（瀝干重力水基質(zhì)重-基質(zhì)干重）/被測基質(zhì)體積×100；空隙比=空隙體積/基質(zhì)體積；大小空隙比=通氣孔隙/持水空隙。

（5）體積測定：量取飽和水、持水狀態(tài)下基質(zhì)底面積和高度，計(jì)算基質(zhì)體積。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水分處理對(duì)基質(zhì)比重的影響 由表1可知，不同水分處理的基質(zhì)其比重?zé)o顯著差異，由此說明基質(zhì)比重與基質(zhì)含水量之間無相關(guān)性，說明基質(zhì)比重是固體基質(zhì)本身單位體積質(zhì)量。

2.2 不同水分處理對(duì)基質(zhì)容重及自然累積體積的影響 詳見圖1。圖1A表明基質(zhì)水分含量小于54.71%時(shí)，容重與基質(zhì)水分變化呈負(fù)相關(guān)，隨水分增加而減小；水分大于54.71%，基質(zhì)與水分變化呈正相關(guān)，容重隨水分增加而增大。圖1B表明基質(zhì)水分小于54.71%，基質(zhì)體積與水分變化呈正相關(guān)，隨水分含量增加而增大；水分小于54.71%，基質(zhì)體積與水分變化呈負(fù)相關(guān)，基質(zhì)體積隨水分增加而減小。由此說明基質(zhì)隨水分含量增加，自然壘結(jié)體積不斷增大，容重逐漸減小，基質(zhì)含水量在54.71%時(shí)體積最大，容重最小。

2.3 不同水分處理對(duì)基質(zhì)粒徑分布的影響 表2表明，基質(zhì)不同水分含量影響各級(jí)粒徑的穩(wěn)定分布，水分大于27.13%各級(jí)粒徑不易分離，水分在40.32%時(shí)基質(zhì)擠壓后不成坨，水分在47.94%時(shí)基質(zhì)用手?jǐn)D壓后成坨。

圖2表明基質(zhì)不同水分含量可改變基質(zhì)粒徑大小分布。基質(zhì)不同水分含量對(duì)1～2mm粒徑分布影響較小，無顯著差異；基質(zhì)粒徑小于0.2mm，隨基質(zhì)水分含量增加呈減少趨勢(shì)，水分含量大于32.63%時(shí)減幅明顯增大，且差異顯著；基質(zhì)粒徑為0.5～0.2mm時(shí)，水分大于40.32%時(shí)隨水分增加呈減少趨勢(shì)且減幅較大，水分小于40.32%隨水分增加呈增大趨勢(shì)，但增幅較??；基質(zhì)粒徑為0.5～1mm，水分大于40.32%呈增大趨勢(shì)且增幅較大，水分小于40.32%影響較?。换|(zhì)粒徑為2～3mm，水分大于40.32%隨水分增加呈增大趨勢(shì)，但增幅小，水分小于40.32%隨水分增加呈減少趨勢(shì)且減幅小；基質(zhì)粒徑大于3mm，隨水分增加有增加趨勢(shì)，但增幅小。

以上結(jié)果表明，基質(zhì)不同水分處理對(duì)1mm以下粒徑分布影響較明顯，尤其對(duì)0.5mm粒徑分布影響更為明顯。隨著基質(zhì)水分的增加，因水的張力作用而增強(qiáng)基質(zhì)顆粒表面對(duì)小顆粒的吸附能力，從而改變基質(zhì)各級(jí)粒徑大小?；|(zhì)水分含量增加，吸附能力增強(qiáng)，水分小于27.13%時(shí)基質(zhì)顆粒之間吸附力小，各級(jí)粒徑易于分離；水分大于40.32%時(shí)基質(zhì)顆粒之間吸附力增強(qiáng)，基質(zhì)受擠壓后易于成團(tuán)；基質(zhì)粒徑穩(wěn)定分布且不易擠壓成團(tuán)的適宜水分為27.13%～40.32%。

2.4 不同水分處理對(duì)基質(zhì)飽和水、持水狀態(tài)下與自然狀態(tài)下體積比的影響 圖3表明，當(dāng)基質(zhì)含水量小于54.71%時(shí)，隨基質(zhì)含水量的增加，飽和水與自然狀態(tài)下的體積比呈減小趨勢(shì)，含水量54.71%時(shí)體積比減至最小，大于54.71%時(shí)體積比逐漸增大，當(dāng)基質(zhì)含水量達(dá)65.56%時(shí)，其體積比達(dá)最大值；基質(zhì)含水量較小時(shí)，飽和水狀態(tài)大于自然狀態(tài)體積；含水量較大時(shí)，飽和狀態(tài)小于自然狀態(tài)體積；基質(zhì)水分含量在9.98%～27.13%范圍內(nèi)，飽和狀態(tài)與自然狀態(tài)體積差別較小。持水狀態(tài)與自然狀態(tài)體積比變化和飽和狀態(tài)與自然狀態(tài)體積比變化趨勢(shì)相同。由此說明基質(zhì)含水量小于58.98%時(shí)，隨基質(zhì)含水量增加，基質(zhì)顆粒之間無效大空隙逐漸增多；含水量為9.98%～27.13%時(shí)，基質(zhì)顆粒之間無效大空隙較少。

圖4表明，基質(zhì)水分含量為32.63%時(shí)，基質(zhì)持水體積與干重比值較??；基質(zhì)水分大于或小于32.63%時(shí)，持水體積與干重比值均較大，說明基質(zhì)水分含量為32.63%時(shí)小粒徑顆粒填充在大粒徑顆粒間的空隙，形成基質(zhì)體積較小。由此說明，含水量32.63%的基質(zhì)大小顆粒比例適宜、分布均勻。

2.5 不同水分處理對(duì)基質(zhì)空隙特性的影響 圖5表明，隨著基質(zhì)含水量的增加，總孔隙度逐漸減少，當(dāng)含水量為54.71%時(shí)總空隙度降至最低，含水量為65.56%時(shí)，其總孔隙度略有增加；持水空隙度變化趨勢(shì)與總空隙度表現(xiàn)一致；通氣孔隙度隨基質(zhì)含水量增加而增大，水分含量大于27.13%，增幅較小。

以上結(jié)果說明，基質(zhì)總孔隙度分別在水分含量為27.13%～32.63%和40.32%～47.94%區(qū)間受水分變化影響較大；大小孔隙比在基質(zhì)水分含量為9.98%～27.13%時(shí)區(qū)間受水分影響較大，而水分含量大于27.13%時(shí)對(duì)基質(zhì)大小孔隙比影響較小。

3 結(jié)論與討論

3.1 基質(zhì)含水量影響粒徑分布 隨基質(zhì)水分含量的增加，基質(zhì)顆粒表面水分張力對(duì)細(xì)小粒徑顆粒吸附能力增強(qiáng)，引起顆粒集聚，從而改變基質(zhì)各級(jí)粒徑分布狀態(tài)和相互吸附能力，影響基質(zhì)自然壘結(jié)、持水狀態(tài)體積以及孔隙特性和粒徑穩(wěn)定分布狀態(tài)?；|(zhì)水分含量小于27.13%，粒徑之間吸附力較小，基質(zhì)翻動(dòng)后各級(jí)粒徑較易分離；基質(zhì)水分含量大于40.32%，粒徑之間吸附力較強(qiáng)，基質(zhì)翻動(dòng)、受壓后各級(jí)粒徑易于成團(tuán)；基質(zhì)水分在27.13%～40.32%范圍內(nèi)，基質(zhì)翻動(dòng)、擠壓后，不易分離、不易成團(tuán)。基質(zhì)水分含量為32.63%，大小顆粒組成比例適宜、持水狀態(tài)體積較小、各級(jí)粒徑分布均勻。由此說明，基質(zhì)各級(jí)粒徑穩(wěn)定分布狀態(tài)的基質(zhì)水分32.63%左右。

3.2 基質(zhì)水分影響孔隙特性 基質(zhì)容重、比重、粒徑大小、空隙特性是育苗基質(zhì)的主要物理性狀，良好的育苗基質(zhì)應(yīng)具備適宜的比重和容重，較大的孔隙度和合理的大小孔隙比，各級(jí)粒徑能夠穩(wěn)定分布，在基質(zhì)生產(chǎn)、運(yùn)輸和育苗應(yīng)用中不易改變基質(zhì)結(jié)構(gòu)和空隙特性。本研究中水分含量小于58.98%時(shí)，基質(zhì)隨水分增加，基質(zhì)自然壘結(jié)體積增大，無效大孔隙增加，總孔隙減小，通氣孔隙增大，持水孔隙減小，孔隙比和大小孔隙比減小。優(yōu)良的育苗基質(zhì)不僅要求總孔隙為60%～90%[4]，孔隙比1～9[5]，而且大小孔隙比為1：2～4時(shí)基質(zhì)水氣協(xié)調(diào)，利于根系生長[6]?；|(zhì)水分大于27.13%時(shí)總孔隙66.92%～81.55%，孔隙比2～4.4，大小孔隙比1∶（2.4～3.0），滿足優(yōu)良基質(zhì)孔隙特性。而水分含量為27.13%～58.98%時(shí)，飽和水狀態(tài)體積小于自然壘結(jié)狀態(tài)體積，隨水分增加體積縮小幅度增加；基質(zhì)水分含量大于40.32%時(shí)，基質(zhì)受壓后易于成團(tuán)。由此說明，育苗時(shí)應(yīng)用基質(zhì)適宜水分為27.13%～40.32%。

3.3 基質(zhì)生產(chǎn)與基質(zhì)育苗的適宜水分 保持基質(zhì)各級(jí)粒徑均勻、穩(wěn)定分布狀態(tài)以及包裝、運(yùn)輸環(huán)節(jié)不易改變基質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的適宜水分為32.63%左右；育苗應(yīng)用基質(zhì)時(shí)，保持基質(zhì)良好的孔隙特性和體積數(shù)量，適宜的基質(zhì)水分為32.63%～40.32%。

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