浸泡時長對椰糠基質理化性狀的影響

趙遠方，張?zhí)焯?，韓瑩琰，郝敬虹，劉超杰，范雙喜

(農業(yè)應用新技術北京市重點實驗室，植物生產國家級實驗教學示范中心，北京農學院，北京102206)

目前椰皮已經廣泛應用在材料技術、化工產品以及食品加工等方面[1-2]，而椰糠應用于農業(yè)栽培有機基質的處理方式則少有研究。利用椰糠作為農業(yè)栽培有機基質可以農林廢棄物堆放、回收，有效減少農林廢棄物加工后造成的環(huán)境影響，還可以成為代替草炭的主要基質之一，可見椰糠應用為栽培基質的前景可觀[3]。

椰衣纖維含有較多的木質素和纖維素,且松泡多孔, 保水和通氣性能良好,由于椰糠本身鹽分含量大，EC值偏高等因素，目前許多發(fā)達國家利用蒸餾水淋洗處理過的椰糠以及椰糠混配基質種植園藝作物，使其基質各個物理性質都能滿足植株正常生長而且病蟲害較少，為食品安全提供了良好的保障[4]。

目前所報道的研究主要集中在椰糠基質混配方向，對椰糠作為栽培基質前期處理的研究卻鮮見報道。本試驗擬通過不同前期浸泡時長的處理方式來研究其理化性狀的變化，以期篩選出合適的椰糠基質浸泡時長。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

椰糠為“Remmy冉美椰糠”青島冉美商貿有限公司提供；草炭購買自沙河農資市場；生菜品種為‘北紫生4號’。

1.2 試驗方法

試驗于2018年3月至6月進行。采用草炭和椰糠基質材料，同時用蒸餾水浸泡，從浸泡起計時，分別浸泡0、24、48和72 h，每天固定時間取樣1次，共取樣3次，約2 L樣品，充分混合后風干備用。

物理性質測量方法主要采用“栽培基質常用理化性質一條龍測定法”[5]并適當改進：使用體積為500 mL的燒杯稱取質量，并且記錄為W1，加入自然風干的待測基質，并使之與燒杯口持平，再次稱質量并記錄為W2，之后用兩層濕紗布將帶有基質的燒杯封口，放入水中，水要沒過容器頂部，浸泡入水中一晝夜，在飽和水狀態(tài)下取出，稱取質量記錄為W3，再次新的濕紗布包住燒杯并倒置，使得燒杯內的重力水自由排干，沒有水流出后，取出，并稱取質量W4。按公式計算出容重和孔隙度。

容重( g·cm-3) :BD= (W2-W1 ) /500；總孔隙度:TP= (W3-W2 ) /500×100%；通氣孔隙:AFP= (W3 -W4 ) /500×100%；持水孔隙:WFP=TP-AFP；氣水比∶AFP/HWP。

pH、EC測定[6]：將風干的椰糠基質和草炭基質分別與去離子水按照樣品重與水體積1∶5的比例相混合，基質20 g，去離子水100 mL，經過2 h后過濾，測定濾液的pH、EC值，并記錄。

發(fā)芽指數(GI)[7]：取測定pH和EC的浸提液5 mL加到鋪有2層濾紙的9 cm培養(yǎng)皿中，每培養(yǎng)皿放置50粒生菜種子，去離子水作為空白組，3次重復。72 h后計發(fā)芽率與胚根長度，發(fā)芽指數GI= (G×L)/(G0×L0)×100，其中G和L分別是處理的發(fā)芽率和平均胚根長；G0、L0則分別是空白的發(fā)芽率和平均胚根長。

全氮含量采用凱氏定氮法進行測定[8]，全磷含量采用HCl-H2SO4消化鉬藍比色法進行測定[9]；全鉀含量采用火焰光度計法進行測定[10]。

試驗數據分析采用SPSS Statistics和Microsoft Excel2013數據處理軟件。

2 結果與分析

2.1 浸泡時長對椰糠基質物理性狀的影響

由圖1看出，隨著浸泡時間的增長，椰糠和草炭的容重均先降低后升高，且椰糠較小，48 h處椰糠基質容重最小，為0.13 g/cm3。椰糠基質與草炭的總孔隙度曲線基本持平，浸泡后的最大值均出現(xiàn)在48 h處，同時椰糠基質的總孔隙度達到最大的78.4%，略高于同時期的草炭基質，此時的通氣孔隙也達到最大的30%。不同浸泡時間的椰糠基質的氣水比均高于同時間的草炭，且浸泡使椰糠基質的氣水比顯著降低，最終至合理范圍內，但仍然偏高。

2.2 浸泡時長對椰糠基質pH與EC的影響

從圖2中可以看出,浸泡不同時間的草炭和椰糠基質大都處于栽培基質的適宜范圍內。浸泡使得椰糠基質同草炭基質的pH值均有所下降，其中適宜范圍內最低值較為穩(wěn)定，為經過24、48 h以及72 h浸泡的椰糠基質，均為6.7，低于同時長浸泡的草炭基質，為6.9。圖示EC值變化幅度不顯著，二者均在浸泡24 h處達到最高，椰糠基質與草炭基質分別為2.6 mS/cm和1.8 mS/cm，但隨著時間的延長有降低的趨勢，同時椰糠的EC值始終大于草炭基質。

2.3 浸泡時長對椰糠基質及其浸提液氮磷鉀含量的測定

如圖3所示，隨著浸泡時間的增長，椰糠基質和草炭基質的氮含量總體變化幅度不大，且呈下降趨勢，但椰糠基質始終高于草炭基質。未浸泡的兩種基質全氮含量最高，分別為25.02 g/kg和20.43 g/kg；浸提液中氮含量呈明顯下降趨勢，0 h處最高，分別為8.63 g/kg和6.55g/kg，較固體基質中氮含量明顯下降。浸泡對基質磷含量的影響較為穩(wěn)定，椰糠的全磷含量始終為3.2 g/kg左右，最小值為浸泡72 h的椰糠基質，為3.08 g/kg，低于浸泡同時長的草炭基質。椰糠基質浸提液中磷含量對照草炭基質偏低，總體呈下降趨勢，72 h處二者均到達極低，草炭基質為5.07 g/kg，而椰糠基質僅為3.31 g/kg。椰糠固體基質的全鉀含量高于浸泡同時期的草炭基質，未浸泡過的基質全鉀含量最高，對應數值為41.12 g/kg，同時期的草炭基質僅為22.3 g/kg，其次是浸泡24 h處的椰糠基質，其值為35.01 g/kg。浸提液中浸泡對基質鉀含量的影響呈降低趨勢，但遠高于同時期的草炭基質，最大值為浸泡0 h的椰糠浸提液，對應最大值為12.71 g/kg。

圖1 浸泡時長對椰糠基質物理性狀的影響Fig.1 Effect of soaking time on physical properties of coir dust

圖2 浸泡時長對椰糠基質pH與EC的影響Fig.2 Effect of soaking time on chemical properties ofcoir dust

2.4 椰糠基質浸泡時長對生菜發(fā)芽指數的影響

如圖4所示，在椰糠基質發(fā)芽指數GI測定中，浸泡同時間的椰糠基質的發(fā)芽指數均大于草炭基質，且隨著時間的增長明顯出現(xiàn)先升高后降低的趨勢。浸泡0 h的發(fā)芽指數相等，均為100%，24 h后椰糠基質GI明顯高于草炭基質，分別為103%與102%，并持續(xù)增高。GI最大值達106%，相比草炭最大發(fā)芽指數104%較高，對應為浸泡48 h的椰糠基質。

3 討 論

基質是決定作物根系生長環(huán)境的最主要因素,穩(wěn)定良好的根際環(huán)境主要決定于基質理化性質,但是各種基質的理化性質差異很大,作為適合植物生長的基質往往需要經過一定的加工處理[11]。

圖3 浸泡時長對椰糠基質及其浸提液氮磷鉀含量的影響Fig.3 Effect of soaking time on the N，P，Kcontent of the extracts and coir dust

圖4 椰糠基質浸泡時長對生菜發(fā)芽指數的影響Fig.4 Effect of soaking time on biological properties of coir dust

容重大小是影響椰糠通透性的重要因子之一，一般認為優(yōu)良基質的容重為0.1～0.8 g/cm3[12]。試驗測得椰糠基質的容重對比草炭偏小，可能由于其緊實程度較草炭疏松，質地松軟，孔隙大，因此其通透性較草炭優(yōu)越。試驗表明，浸泡48 h的椰糠其容重最輕，該時長下的椰糠基質既有利于植物根系的固定也有利于植物的呼吸透水與離子交換。理想基質的總孔隙度在55%～95%[13～14]，椰糠基質與草炭基質隨浸泡時長的總孔隙度曲線較為一致，且0至48 h內保持穩(wěn)定，符合該范圍區(qū)間，具有良好孔隙度來滿足其根系對水分和空氣的需求, 從而促進根系的呼吸作用和對礦質元素的吸收, 進而提升植物的生長品質，48 h后有所下降，懷疑是水浸時間過長導致椰糠有所分解。理想基質的通氣孔隙度范圍是50%左右，本試驗中浸泡后的椰糠基質通氣孔隙較低于理想基質，且穩(wěn)定至48 h后開始出現(xiàn)明顯下降，可能由于基質吸水發(fā)生膨脹，使基質通氣性降低, 而持水孔隙比例升高，在實際應用過程中應注意塊狀基質和粉末基質的混合以增加通氣孔隙。

栽培基質過酸或者過堿會導致介質發(fā)生酸化和鹽堿化，從而對植物產生危害。適宜的栽培基質pH一般在6.0～7.5[15]。本試驗中，水浸泡后的椰糠基質pH值呈弱酸性，與前人試驗結果相符合。同時24 h內椰糠基質的pH值下降幅度大，之后保持穩(wěn)定。在該弱酸性環(huán)境下，磷酸根離子、鉀離子、鈣離子等溶解性增加，這作為生菜栽培基質較為優(yōu)越，可為根系提供大量營養(yǎng)。EC值反映了基質原有可溶性鹽分的多少,椰糠不能直接作為栽培基質與其EC值偏高有必然關系，鹽分過高會對植物造成損害,一般認為EC值在0.5～3.0mS/cm適合植物生長[16]。本試驗中所測浸泡后24 h內椰糠基質EC值有所升高，但仍處于合理范圍內，而隨著浸泡時間的延長至48 h，椰糠EC值有下降的趨勢，且趨于穩(wěn)定，可能是浸泡使得椰糠中離子流失，并在48 h處達到平衡，使得EC值下降，有效降低了椰糠基質的含鹽量，使之不易傷及根系。

氮磷鉀作為植物生長必需的三大元素，它們之間的互作往往對作物生長發(fā)育造成很大影響[17]。本試驗表明，椰糠固體基質對比草炭固體基質在全氮含量上偏高，且浸泡同時間的椰糠基質全氮含量下降幅度大于草炭基質，而這一部分全氮含量也未流入浸提液中，懷疑是部分氮元素轉化成氨態(tài)氮淋失，而椰糠基質在通氣孔隙上遠高于草炭基質，造成氮元素流失嚴重。同時浸泡對椰糠固體基質及草炭固體基質的全磷含量影響不大，保持穩(wěn)定。二者的浸提液中氮磷鉀含量隨浸泡時間延長呈不同程度的降低趨勢，可能由于浸泡導致的基質內離子流失。而穩(wěn)定性上浸泡前期的氮磷鉀含量變化劇烈，若在實際生產中應該注意混配，同時由于椰糠基質的前期處理上沒有消毒處理，所以導致試驗椰糠作為植物材料被微生物降解，造成浸提液中氮磷鉀含量下降。由此分析得出，椰糠基質不適用于水培等無土栽培方式，若用于生產則應該適量追肥。而椰糠固體基質與草炭基質的全鉀含量則有不同程度的降低，懷疑是椰糠中鉀離子的溶解度較高，與無機鹽離子形成的鉀鹽隨長時間的溫度變化析出。浸泡前期椰糠基質的全氮、全鉀含量劇烈減少，基質內元素不穩(wěn)定，作為栽培基質不易把控，不適宜投入生產；而48 h以后基質的全氮、全鉀含量變化不顯著，趨于穩(wěn)定，由此見48 h較適宜。

本試驗表明，椰糠浸提液與草炭浸提液均可提高發(fā)芽指數，但促進程度上椰糠浸提液較優(yōu)于草炭浸提液，可能由于椰糠浸提液中含有更高的鉀含量，鉀元素通過影響植物內源激素的合成代謝與分配, 從而影響作物的生長發(fā)育[18]。因此椰糠中更高的鉀含量可促進根系活力，利于萌發(fā)。而48 h處椰糠對發(fā)芽指數的促進作用最為明顯，可能與此時椰糠鹽堿性下降，同時全氮含量達到最大值，同時有較高的全磷、全鉀含量有關。

由以上分析可知，對比等同時間浸泡過的草炭，椰糠的理化性質較為穩(wěn)定，而綜合最適宜的椰糠基質物理性質穩(wěn)定在48 h。