竹絲/椰糠有機(jī)栽培基質(zhì)理化性質(zhì)比較及調(diào)節(jié)

趙健+羅學(xué)剛+汪飛

摘要：采用土壤理化性質(zhì)分析研究方法，比較竹絲和椰糠的理化性質(zhì)，并對(duì)竹絲生長(zhǎng)障礙因素進(jìn)行分析和調(diào)節(jié)。結(jié)果表明，竹絲的容重、比重與椰糠相似，總孔隙度為87.06%，持水能力為368.65%，都處于理想基質(zhì)的范圍內(nèi)；竹絲的水分特性曲線與椰糠相似；竹絲的堿緩沖性能優(yōu)良，酸緩沖性能中等；竹絲的pH值為4.39，偏低，加入2～4 kg/m3 CaCO3粉對(duì)竹絲進(jìn)行調(diào)節(jié)，可將其pH值調(diào)節(jié)到適用范圍內(nèi)，并且pH值穩(wěn)定；竹絲的EC值為 1.02 mS/cm，處于理想基質(zhì)的適用范圍內(nèi)；竹絲的肥力和礦質(zhì)元素含量低于椰糠，作為基質(zhì)使用需要添加更多的肥料和礦質(zhì)元素。竹絲經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，可以作為有機(jī)栽培基質(zhì)。

關(guān)鍵詞：廢棄物；竹絲；椰糠；栽培基質(zhì)；理化性質(zhì)

中圖分類號(hào)： X705

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）04-0467-04

隨著我國(guó)無(wú)土栽培面積的不斷擴(kuò)大，栽培基質(zhì)作為無(wú)土栽培技術(shù)的基礎(chǔ)，成為研究和開發(fā)的重點(diǎn)，其中有機(jī)栽培基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量能為植物生長(zhǎng)提供足夠的養(yǎng)分，并且來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，不僅解決了資源不足的問題，同時(shí)變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了資源再利用成為無(wú)土栽培的研究熱點(diǎn)[1]。目前，椰糠纖維以其優(yōu)良的理化性質(zhì)，已在全球范圍內(nèi)逐步代替泥炭成為應(yīng)用最為廣泛的有機(jī)栽培基質(zhì)。由天然的椰槺粉末及椰殼塊按比例混合壓縮制成的植生袋，是近年來(lái)興起的一種新型基質(zhì)栽培形式，便于運(yùn)輸和推廣，是未來(lái)設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

目前，市面上超過90%的植生袋是椰糠經(jīng)脫鹽和高溫消毒處理后壓縮而成。我國(guó)椰子種植地主要分布在熱帶和亞熱帶部分地區(qū)[2]，其中海南省的椰子種植面積約占全國(guó)椰子種植面積的99%。椰糠產(chǎn)地過于集中，使得以椰糠作為栽培基質(zhì)大大提高了生產(chǎn)成本，以四川地區(qū)為例，購(gòu)買海南椰糠的成本為3 200元/t，且椰糠本身基本不具備肥力，不利于無(wú)土栽培的發(fā)展，從基質(zhì)多樣性和可持續(xù)發(fā)展的角度看來(lái)，就地取材，開發(fā)新型有機(jī)栽培基質(zhì)勢(shì)在必行。

竹纖維具有優(yōu)良的導(dǎo)濕性和壓縮回彈性[3]，適合作為植生袋的基質(zhì)材料。中國(guó)竹子廣泛分布在四川省、福建省、湖南省、浙江省等地，總種植面積約530萬(wàn)hm2，產(chǎn)量約為800萬(wàn)t，是世界第一竹資源國(guó)[4]，目前竹材的利用率僅為40%，有約60%的剩余物被廢棄，不僅造成資源大量浪費(fèi)，而且焚燒等處理方法也造成了環(huán)境污染。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，以四川地區(qū)為例，購(gòu)買竹的成本僅為1 000元/t（含運(yùn)費(fèi)），竹材料及其廢棄物具有極大的開發(fā)價(jià)值。目前竹纖維主要應(yīng)用在造紙業(yè)、紡織業(yè)、復(fù)合材料等領(lǐng)域，在無(wú)土栽培基質(zhì)領(lǐng)域未有涉及。

本研究通過對(duì)竹絲與椰糠理化性質(zhì)的比較分析，找出其差異及基質(zhì)應(yīng)用障礙因素，并采取相應(yīng)改良措施，使竹絲基質(zhì)達(dá)到作為植生袋無(wú)土栽培基質(zhì)材料的要求，為實(shí)際生產(chǎn)中使用竹絲作為無(wú)土栽培基質(zhì)提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

試驗(yàn)材料為竹纖維（四川省宜賓市），以椰糠纖維（海南?。閷?duì)照。

HZQ-F160型振蕩培養(yǎng)箱，哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司；GZX-9140型電熱鼓風(fēng)烘干箱，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；AR2202CN型天平，奧豪斯儀器（上海）有限公司，精度0.01 g；ZN-20L型小型粉碎機(jī)，北京興時(shí)利和科技發(fā)展有限公司；80目（0.2 mm）標(biāo)準(zhǔn)篩，浙江上虞市華豐五金儀器有限公司；ECTESTR 11型電導(dǎo)率儀，馬來(lái)西亞；PHS-3CW型pH計(jì)，上海理達(dá)儀器廠；SXW-5-17型陶瓷纖維爐，中國(guó)上海實(shí)研電爐有限公司；Agilent 7700x型電感耦合等離子體發(fā)射光譜-質(zhì)譜儀，美國(guó)安捷倫公司；Vario EL CUBE型元素分析儀，德國(guó)元素分析系統(tǒng)公司；AA 700型原子吸收光譜儀，美國(guó)鉑金埃爾默公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 容重、比重、孔隙度的測(cè)定 容重的測(cè)定采用帶刻度燒杯法，孔隙度的測(cè)定采用飽和重力排水法。選取已知體積為3 L（標(biāo)出3 L線并用小刀鑿以小縫隙）的塑料燒杯，稱凈質(zhì)量（m1）；把自然風(fēng)干過篩的待測(cè)基質(zhì)裝填入塑料燒杯至3 L線，稱質(zhì)量（m2）；然后將裝有基質(zhì)的塑料燒杯用2層濕紗布封口，并將所鑿縫隙用防水膠布封住，浸泡在水中24 h后（水位線始終要沒過容器頂部至少2 cm），從水中取出，除去封口膠布，讓3 L線以上水分自由溢出，即為飽和水狀態(tài)下質(zhì)量（m3），并將封口用的濕紗布稱質(zhì)量（m4）；最后用濕紗布包住塑料燒杯后倒置，讓燒杯內(nèi)的水分（重力水）自由瀝干，稱質(zhì)量（m5）[5]。

1.2.2 保水性測(cè)定 保水性的測(cè)試采用高溫法，稱取風(fēng)干過篩的基質(zhì)100 g，放入500 mL燒杯中，燒杯口采用2層紗布封口，放入蒸餾水中浸泡24 h（水位線始終要沒過容器頂部至少2 cm），取出燒杯倒置8 h，使重力水自由瀝干，將瀝干后的吸水基質(zhì)均勻鋪置于直徑為15 cm的托盤（質(zhì)量為m0）中，稱質(zhì)量（記為m6）[5]，放入80 ℃的恒溫烘箱內(nèi)，并每隔1 h取出稱質(zhì)量（記為mi），連續(xù)稱重12 h[6]。

1.2.3 pH值、EC值（電導(dǎo)率）的測(cè)定及調(diào)節(jié) 將自然風(fēng)干過篩的基質(zhì)與去離子水按體積比1 ∶5進(jìn)行混合，其中基質(zhì)150 mL，去離子水750 mL，放入振蕩培養(yǎng)箱中30 min，取出后用保鮮膜封口后靜置24 h，過濾，用pH計(jì)和電導(dǎo)率儀分別測(cè)定pH 值和EC值[7]。

在竹絲中分別加入用量為0、2、4、6、8、10 kg/m3的 CaCO3 粉，充分混合均勻，裝入自封口塑料袋中，將基質(zhì)加水充分浸潤(rùn)達(dá)到飽和含水量，將基質(zhì)放在（25±2） ℃的恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)，分別在培養(yǎng)后0、2、4、8、12、16、20、28 d用基質(zhì)與水按1 ∶5混合的飽和浸提法測(cè)定pH值[8]。

1.2.4 全氮、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量、碳氮比及陽(yáng)離子交換量（CEC）的測(cè)定 全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定；全磷含量采用釩鉬酸銨比色法測(cè)定；全鉀含量采用HF-HClO4萃取原子吸收法測(cè)定[9]。稱取質(zhì)量為5.0 g的基質(zhì)，放入坩堝中，再將坩堝置于馬弗爐中，于550 ℃下充分燃燒4 h[10]，測(cè)定有效磷、速效鉀含量。碳氮比通過元素分析儀進(jìn)行測(cè)定。陽(yáng)離子交換量（CEC）采用乙酰銨交換法測(cè)定[11]。

1.2.5 緩沖能力的測(cè)定 稱取自然風(fēng)干過篩的基質(zhì)10 g，共25份，置于250 mL錐形瓶中，先加入100 mL去離子水，基質(zhì)與水質(zhì)量比為1 ∶10，再向錐形瓶中加入0.1 mol/L HCl溶液0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12 mL，放入搖床中振蕩30 min，靜置12 h，過濾。用pH計(jì)測(cè)定并記錄浸提液的pH值[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 容重、比重、孔隙度的比較

表1為椰糠、竹絲的容重、比重、總孔隙度、持水能力和氣水比。從表1可以看出，竹絲纖維的容重為0.26 g/cm3，椰糠纖維的容重為0.32 g/cm3，2種材料容重較接近，都處于理想基質(zhì)0.1～0.8 g/cm3容重范圍內(nèi)[14]，比重值也接近，既有利于植物根系呼吸和透水，也有利于植物根系的固定[15]。竹絲的總孔隙度為87.06%，椰糠的總孔隙度為93.94%，一般來(lái)說(shuō)，基質(zhì)的總孔隙度在54%～96%范圍內(nèi)最為適宜[16]，2種材料總孔隙度都處于此范圍內(nèi)。竹絲的飽和含水量為 368.65%，椰糠的飽和含水量為371.02%，理想基質(zhì)的飽和含水量在150%以上，2種材料的飽和含水量都處于較優(yōu)秀的范圍。竹絲的氣水比為0.16，而椰糠的氣水比僅為0.07，一般來(lái)說(shuō)，基質(zhì)材料的氣水比為1 ∶（2～4）最為適宜[17]，二者氣水比都偏小，但竹絲的氣水比更接近理想范圍。

2.2 保水性能分析

從圖1中可以看出，竹絲基質(zhì)的保水性特征曲線與椰糠基質(zhì)差別不大，竹絲的保水性稍弱于椰糠，但達(dá)到飽和含水量的竹絲在80 ℃的烘箱中，8 h 后，竹絲的保水率仍超過13%，說(shuō)明竹絲具有優(yōu)良的保水性能。這可能與竹絲主要成分為纖維素和木質(zhì)素有關(guān)，纖維素大分子中存在—OH，木質(zhì)素中存在—COOH這些較強(qiáng)的親水基團(tuán)[18]。

2.3 pH值、EC值（電導(dǎo)率）的分析

栽培基質(zhì)的適宜pH值范圍在5.5～6.5[19]之間，表2為椰糠、竹絲的pH值、EC值，從表2中可以看出，椰糠基質(zhì)的pH值為5.56，處于此范圍內(nèi)，而竹絲的pH值偏低，為4.39，需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。理想基質(zhì)的EC值為0.75～3.49 mS/cm[20]，基質(zhì)電導(dǎo)率值過低則營(yíng)養(yǎng)缺乏，而過高則造成鹽漬傷害，竹絲的EC值為1.02 mS/cm，在理想基質(zhì)的適用范圍內(nèi)。

從圖3中可以看出，竹絲的pH值變化主要發(fā)生在前 4 d，在培養(yǎng)8 d以后，竹絲的pH值基本趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)镃aCO3加入基質(zhì)中之后，CaCO3在基質(zhì)溶液中發(fā)生水解反應(yīng)：CaCO3+H2O = Ca2++HCO-3+OH-，從而使基質(zhì)溶液中的酸性離子如H+等被不斷地取代，這樣基質(zhì)的鹽基飽和度不斷增高，二氧化碳不斷釋放出來(lái)，所以基質(zhì)pH值相應(yīng)提高[21]。添加在竹絲中的CaCO3可能在培養(yǎng)后8 d基本反應(yīng)完全，所以竹絲的pH值在培養(yǎng)8 d以后基本穩(wěn)定。

2.4 全氮、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量，碳氮比和CEC（陽(yáng)離子交換量）的比較

由表3可以看出，竹絲的全磷、全氮、全鉀、有效磷、速效鉀含量均低于椰糠，但椰糠本身所含氮磷鉀也遠(yuǎn)低于作物整個(gè)周期所需養(yǎng)分，用竹絲作為無(wú)土栽培基質(zhì)需要多次施肥。理想基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量在80%以上，從表3中可得出，椰糠的有機(jī)質(zhì)含量和竹絲的有機(jī)質(zhì)含量都在90%以上，并且竹絲的有機(jī)質(zhì)含量稍高于椰糠。通常C/N 在（25～30） ∶1或 （30～35） ∶1較為合適[22]，2種基質(zhì)的碳氮比相差較大，均處于較高范圍。碳氮比高時(shí)，大多數(shù)氮將被土壤微生物所吸收，不利于微生物的發(fā)酵分解，所以在后期的栽培試驗(yàn)中，應(yīng)補(bǔ)充含氮較多的肥料以調(diào)節(jié)基質(zhì)的碳氮比。竹絲的陽(yáng)離子交換量為1627 cmol/kg，雖然低于椰糠的陽(yáng)離子交換量，但作為無(wú)土栽培基質(zhì)，也處于優(yōu)良范圍。

2.5 緩沖能力的比較

由圖4可見，隨著HCl施入量的增加，竹絲基質(zhì)的pH值下降速度相對(duì)較快。表4表明，竹絲酸緩沖容量為0.034 8 mol/kg，椰糠基質(zhì)的pH值下降速度相對(duì)較慢，酸緩沖容量為0.076 3 mol/kg?？梢娨坊|(zhì)的酸緩沖性較好，而竹絲基質(zhì)的酸緩沖性中等。

由圖5可見，隨著NaOH的加入，椰糠基質(zhì)的pH值上升比較緩慢，竹絲基質(zhì)的pH值上升稍快。表5表明，2種基質(zhì)的堿緩沖容量基本相同，竹絲基質(zhì)的堿緩沖容量為0.068 7 mol/kg，而椰糠基質(zhì)的堿緩沖容量為 0.081 3 mol/kg，說(shuō)明2種材料對(duì)較為劇烈的酸堿環(huán)境變化具有適應(yīng)性。

2.6 Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn等元素含量的比較

從表6中可以看出，竹絲基質(zhì)中鈣元素含量為98.66 mg/kg，鐵元素含量為137.49mg/kg，鎂元素含量為382.07 mg/kg，鋅元素含量為18.73 mg/kg，銅元素含量為 0.93 mg/kg， 均低于椰糠基質(zhì)中元素含量。竹絲基質(zhì)中的錳元素含量為91.01 mg/kg，高于椰糠基質(zhì)，總體而言，椰糠基質(zhì)的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)比竹絲基質(zhì)豐富， 竹絲用作無(wú)土栽培基質(zhì)需要添加更多的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素。

3 結(jié)論與討論

目前，采用竹絲纖維作為無(wú)土栽培基質(zhì)材料，尚未見報(bào)道。本研究結(jié)果顯示，竹絲基質(zhì)的容重、比重和椰糠相似，都處于優(yōu)良無(wú)土栽培基質(zhì)的適用范圍；竹絲基質(zhì)的持水能力和椰糠基質(zhì)相當(dāng)，2種基質(zhì)都有極其優(yōu)秀的持水能力；竹絲基質(zhì)的氣水比大于椰糠基質(zhì)，作為基質(zhì)使用的時(shí)候還須要調(diào)節(jié)粒度配比，以提高基質(zhì)的氣水比；竹絲基質(zhì)的保水性能稍弱于椰糠基質(zhì)，但竹絲基質(zhì)的保水性也屬于優(yōu)秀的范圍；竹絲的pH值較低，須要加入CaCO3進(jìn)行調(diào)節(jié)，CaCO3的加入量在2～4 kg/m3 時(shí)較為適宜；竹絲基質(zhì)的EC值為1.02 mS/cm，在理想基質(zhì)的適用范圍內(nèi)；竹絲的酸堿緩沖性能與椰糠相差不大，2種基質(zhì)都能抵抗強(qiáng)烈的酸堿變化。

竹絲基質(zhì)本身的肥力弱于椰糠，保肥性能也弱于椰糠，竹絲的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素含量低于椰糠，在作為基質(zhì)使用時(shí)，須要加入更多的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素。竹絲基質(zhì)經(jīng)過適當(dāng)處理，可以作為植生袋的無(wú)土栽培基質(zhì)。

竹絲在部分理化性質(zhì)上與椰糠仍存在一定差異，利用竹絲與椰糠的混合基質(zhì)是以后的研究方向。本試驗(yàn)僅研究了竹絲作為有機(jī)栽培基質(zhì)的理論性，仍須對(duì)竹絲作為有機(jī)基質(zhì)材料的實(shí)用性作進(jìn)一步的研究。

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