蛭石基培養(yǎng)基質(zhì)育苗性能的評價

尤厚美,杜 佳,羅 勇,張祥坤,朱寶林,田維亮,2

(1.塔里木大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 新疆阿拉爾 843300;2.新疆兵團(tuán)南疆化工資源利用工程實驗室,新疆阿拉爾 843300)

0 前 言

【研究意義】新疆受不同程度鹽堿危害的耕地面積約占新疆耕地總面積的1/3,新疆耕地鹽漬化嚴(yán)重,蔬菜水果從內(nèi)地大量運(yùn)輸時,路途遙遠(yuǎn)。無土栽培是將作物栽培在基質(zhì)或者營養(yǎng)液中代替土壤栽培作物,該栽培技術(shù)能夠滿足作物整個生命周期對水分、氧氣、溫度的需求。無土栽培用人工制造的根系環(huán)境取代傳統(tǒng)的土壤環(huán)境,使傳統(tǒng)土壤栽培中水分,氧氣,養(yǎng)分的供應(yīng)不足得以解決,制造出作物生長最適宜的環(huán)境條件,讓作物充分生長[1,2]。無土栽培技術(shù),應(yīng)用范圍和栽培面積也不斷擴(kuò)大,技術(shù)和經(jīng)營管理水平顯著提高,已經(jīng)實現(xiàn)了工廠化、集約化生產(chǎn),達(dá)到了高效,高產(chǎn),優(yōu)質(zhì)和低耗的目的[3]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】我國是世界上使用無土栽培技術(shù)較早的國家,20世紀(jì)70年代,山東農(nóng)業(yè)大學(xué)率先開展無土栽培實驗且獲得成功[4]。目前我國使用的無土栽培技術(shù)主要是水培和固體基質(zhì)培[1],相對于水培,固體基質(zhì)培因其根際環(huán)境pH值、水分、養(yǎng)分和溫度相對穩(wěn)定,管理方便,技術(shù)簡單易掌握,且具有一定的緩沖作用,在無土栽培中被廣泛使用。我國的蛭石儲量豐富,經(jīng)過膨脹加工后的蛭石有高度的持水能力與層狀結(jié)構(gòu)[5-8],且通氣性好,可作為種子發(fā)芽的理想介質(zhì)[9],對提高發(fā)芽率,縮短發(fā)芽時間[10]有顯著效果;蛭石對陽離子具有較強(qiáng)的交換能力,可以將保持的養(yǎng)分緩慢的釋放到生長介質(zhì)中[11-13],可以作為無土栽培的墊層,亦可作為水果,蔬菜[14],花卉,家養(yǎng)植物生長的分離隔層[15]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】新疆是我國蛭石資源的主要生產(chǎn)基地(我國蛭石儲量居世界第二位),并且密度低使其滲透性強(qiáng)和保水性好,可為作物持續(xù)輸送水分和養(yǎng)分[16],蛭石具有緩釋作用和多孔性質(zhì),對土壤的調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)[17],改善通風(fēng)和水分滯留,易于控制栽培基質(zhì)中有益元素的吸收和解吸[14],防止栽培基質(zhì)pH的急劇變化,通過蛭石的緩釋作用,避免了肥料對植物育苗的各種危害。一些農(nóng)田廢料[18]如蘑菇料,甘草料,秸稈由于量大,得不到有效處理,研究證明[19]也可在無土栽培中得到合理利用,實現(xiàn)廢棄物的綜合利用?！緮M解決的關(guān)鍵問題】分析市場無土栽培基質(zhì),以蛭石為主體,添加秸稈,蘑菇料,甘草料,珍珠巖等物料,經(jīng)過一定的比例混合后以番茄為材料復(fù)配出優(yōu)于市場無土栽培基質(zhì)的培養(yǎng)基質(zhì),為無土培養(yǎng)基質(zhì)構(gòu)建奠定一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 原 料

蘑菇料、秸稈、甘草料、蛭石、珍珠巖、對比樣(不含蛭石)、復(fù)合肥(營養(yǎng)液)、樣品1(含蛭石)和樣品2(不含蛭石)均來自阿克蘇基質(zhì)有限公司。

1.1.2 設(shè) 備

馬弗爐(SX-5-12T)購自北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司;數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱(GZX-9140MBE)購自上海博訊實驗有限公司;電子天平(FA1104B)購自上海越平科學(xué)儀器有限公司;濕度計(HHS)購自東莞市龍業(yè)儀器儀表有限公司;粉碎機(jī)(150)購自安心食品機(jī)械有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 預(yù)處理

秸稈、蘑菇料、甘草料量大,選擇平鋪在篷布上自然晾曬風(fēng)干處理,時間為7 d。經(jīng)粉碎獲得栽培原料,使用40目、60目、80目、120目、160目和180目的分樣篩將其篩分成不同目數(shù)后裝袋備用。

對市場上含蛭石和不含蛭石的培養(yǎng)基質(zhì)以及幾種田間廢料進(jìn)行粒徑分析、灰分測定和pH測定。將市場培養(yǎng)基質(zhì)及田間廢料放入鼓風(fēng)干燥箱,設(shè)定溫度120℃,干燥時間600 min,冷卻后稱取100 g用分樣篩對其進(jìn)行篩選。用電子天平稱取干燥后的市場培養(yǎng)基質(zhì)及田間廢料各2 g,放入馬弗爐中焙燒600 min,冷卻后稱重進(jìn)行灰分測定。并在待測樣中分別加入蒸餾水至濕度達(dá)到80%,用pH計測定各其pH值。

1.2.2 不同影響因素對培養(yǎng)基質(zhì)影響

1.2.2.1 純料與混合料處理

分別量取150 mL 60目的秸稈、蘑菇料和甘草料,加入60 mL 600倍稀釋的營養(yǎng)液,攪拌均勻后放入栽培缽體,平行對照3組。量取60目的秸稈、蘑菇料和甘草料各50 mL,以體積比為秸稈∶蘑菇料∶甘草料=1∶1∶1均勻混合后加入60 mL 600倍稀釋的營養(yǎng)液,攪拌均勻后放入栽培缽體,平行對照3組。量取150 mL樣品,加入60 mL 600倍稀釋的營養(yǎng)液,攪拌均勻后放入栽培缽體,平行對照3組。處理完成后進(jìn)行作物栽培,栽培深度均為3 cm,后期不再追肥,每天加水1～2次控制培養(yǎng)基質(zhì)水分,并記錄栽培時間。

1.2.2.2 不同蛭石含量處理

分別量取15、30、45、60、75和100 mL 60目經(jīng)營養(yǎng)液浸泡晾干處理的蛭石,與85、70、55、40、25、0 mL 60目的混合料均勻混合并加水至濕度為80%,放入栽培缽體,平行對照3組。量取60目混合料(秸稈∶蘑菇料∶甘草料=1∶1∶1)100 mL,加入40 mL 600倍稀釋營養(yǎng)液,混合均勻后放入栽培缽體,平行對照3組。處理完成后進(jìn)行作物栽培,栽培深度均為3 cm,后期不再追肥,每天加水1～2次控制培養(yǎng)基質(zhì)水分,并記錄栽培時間。

1.2.2.3 不同目數(shù)蛭石處理

分別量取60、100、120、160和180目75 mL的蛭石,與60、100、120、160和180目75 mL混合料+20 mL珍珠巖均勻混合后加入60 mL 600倍稀釋的營養(yǎng)液均勻攪拌后放入栽培缽體,平行對照3組。處理完成后栽培作物,栽培深度均為3 cm,后期不再追肥,每天加不同量的水1～2次控制培養(yǎng)基質(zhì)水分,并記錄栽培時間。

1.2.2.4 不同濕度培養(yǎng)基質(zhì)處理

分別量取60目蛭石75 mL,60目混合料75 mL,珍珠巖20 mL混合均勻后分別加入60、54、48、42和36 mL 600倍稀釋的營養(yǎng)液,攪拌均勻后放入栽培缽體,平行對照3組。處理完成后進(jìn)行作物栽培,栽培深度均為3 cm,后期不再追肥,每天加水1～2次控制培養(yǎng)基質(zhì)水分,并記錄栽培時間。

1.2.2.5 不同稀釋倍數(shù)營養(yǎng)液的處理

分別量取60目蛭石75 mL,60目混合料75 mL,珍珠巖20 mL混合均勻后加入60 mL 600、700、800、900、1 000倍稀釋的營養(yǎng)液,攪拌均勻后放入栽培缽體,平行對照3組。處理完成后栽培作物,栽培深度均為3 cm,后期不再追肥,每天加水1～2次控制培養(yǎng)基質(zhì)水分,并記錄栽培時間。

1.2.2.6 復(fù)配培養(yǎng)基質(zhì)的處理

分別量取150 mL市場上的培養(yǎng)基質(zhì),加入60 mL 900倍稀釋的營養(yǎng)液,均勻攪拌后放入栽培缽體,平行對照3組。量取75 mL 60目經(jīng)營養(yǎng)液浸泡晾干處理的蛭石,75 mL體積比為秸稈∶蘑菇料∶甘草料=1∶1∶1 的60目的混合料和20 mL珍珠巖均勻混合后加入60 mL水,攪拌均勻放入栽培缽體中,平行對照3組。對比樣為60 mL900 倍稀釋的營養(yǎng)液,90 mL體積比為秸稈∶蘑菇料∶甘草料=1∶1∶1的60目的混合料和20 mL珍珠巖均勻混合后放入栽培缽體,平行對照3組。對比樣2為75 mL 60目未浸泡營養(yǎng)液蛭石,75 mL體積比為秸稈∶蘑菇料∶甘草料=1∶1∶1的60目的混合料 和20 mL珍珠巖均勻混合后加入60 mL水,均勻攪拌放入栽培缽體中,平行對照3組。處理完成后進(jìn)行作物栽培,栽培深度均為3 cm,后期不再進(jìn)行追肥,每天加水1～2次控制培養(yǎng)基質(zhì)水分,并記錄栽培時間。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)用Excel 2016 進(jìn)行處理,用 origin 軟件作圖,處理數(shù)值用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差”來表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 市場培養(yǎng)基質(zhì)中粒徑、灰分和pH分析

研究表明,市場培養(yǎng)基質(zhì)中的粒徑普遍以60目為主,占比可達(dá)到66.14%,以100目、120目、160目和180目等多種粒徑的材料復(fù)配而成,pH偏中性,一般農(nóng)作物的灰分在50%左右。粒徑60目為主的復(fù)配其他粒徑的培養(yǎng)基質(zhì),有助于快速生長的高效的無土栽培基質(zhì)。表1,表2

表1 培養(yǎng)基質(zhì)中各目數(shù)所占比例Table 1 Proportion of each mesh in culture medium

2.2 純料與混合料培養(yǎng)基質(zhì)對番茄發(fā)芽時長與生長態(tài)勢的影響

研究表明,各種純料和混合料培養(yǎng)基質(zhì)對番茄的生長狀態(tài)的影響不同,純料培養(yǎng)基質(zhì)的發(fā)芽時間都較長,生長速度較慢,其中蘑菇料最慢,需要168 h才能使幼苗發(fā)芽,第5 d后的幼苗高度只能達(dá)到1 cm,甘草料只需158 h就能使幼苗發(fā)芽,第5 d后的幼苗高度可達(dá)到2.3 cm,與純料培養(yǎng)基質(zhì)相比,混合料培養(yǎng)基質(zhì)相對較好,在154 h后開始發(fā)芽,發(fā)芽1 d后幼苗高度可達(dá)到0.5 cm,且在第5 d后,混合料種植的番茄幼苗高度可達(dá)到3 cm,混合料培養(yǎng)基質(zhì)對番茄生長的發(fā)芽時間較短,生長態(tài)勢比純物料好,但對比市場上的樣品仍有差距,市場上的培養(yǎng)基質(zhì)在141 h后就可以使番茄幼苗發(fā)芽,且生長速度較快,發(fā)芽1 d后的幼苗高度可達(dá)到1.6 cm,到第5 d后幼苗高度可達(dá)到3.4 cm。混合料的效果雖然不能與市場培養(yǎng)基質(zhì)相比,但混合物料能夠提供較多的營養(yǎng)成分供作物吸收,混合料培養(yǎng)基質(zhì)比純料培養(yǎng)基質(zhì)更適合番茄幼苗的生長。圖1

表2 培養(yǎng)基質(zhì)灰分含量和pHTable 2 Ash content and pH of culture medium

2.3 不同蛭石含量培養(yǎng)基質(zhì)對番茄發(fā)芽時長與生長態(tài)勢的影響

研究表明,在培養(yǎng)基質(zhì)中并非蛭石含量越高,培養(yǎng)基質(zhì)的栽培性能就越好。當(dāng)蛭石含量為100%時,番茄發(fā)芽時長最長,161 h才能使番茄幼苗發(fā)芽,且生長態(tài)勢也不是很好,第5 d后的幼苗高度也才達(dá)到1.6 cm,當(dāng)蛭石含量為45%時番茄生長態(tài)勢最好,只需要140 h就能使番茄幼苗發(fā)芽,發(fā)芽1 d后的高度可達(dá)到0.9 cm,第5 d后的幼苗高度4 cm。適宜的蛭石含量可以促進(jìn)幼苗的生長,將復(fù)配基質(zhì)中蛭石含量定為45%左右最佳。圖2

2.4 不同目數(shù)培養(yǎng)基質(zhì)對番茄發(fā)芽時長與生長態(tài)勢的影響

研究表明,不同目數(shù)的培養(yǎng)基質(zhì)對番茄的生長狀態(tài)也有一定的影響,60～180目,目數(shù)越大,番茄幼苗發(fā)芽越慢,其中180目混合料培養(yǎng)基質(zhì)需183 h才能使番茄幼苗發(fā)芽,不能使用目數(shù)太大的培養(yǎng)基質(zhì)培養(yǎng)番茄幼苗,目數(shù)太大會讓物料結(jié)塊而使培養(yǎng)基質(zhì)的通氣環(huán)境受阻。而60目混合料培養(yǎng)基質(zhì)僅需145 h就能使番茄幼苗發(fā)芽,經(jīng)5 d的生長培養(yǎng)后,幼苗高度可達(dá)近5 cm。因此選擇合適目數(shù)的培養(yǎng)基質(zhì)有益于番茄幼苗的生長,60目的培養(yǎng)基質(zhì)發(fā)芽時長最短,幼苗長勢最好,可選擇60目為主輔以其他材料構(gòu)建無土栽培基質(zhì)。圖3

圖 1 純料與混合料培養(yǎng)基質(zhì)下番茄發(fā)芽時長和生長態(tài)勢變化

圖2 不同蛭石含量培養(yǎng)基質(zhì)下番茄發(fā)芽時長和生長態(tài)勢變化

圖3 不同目數(shù)培養(yǎng)基質(zhì)下番茄發(fā)芽時長和生長態(tài)勢變化

2.5 不同濕度對番茄發(fā)芽時長與生長態(tài)勢影響

研究表明,作物生長對養(yǎng)分和水分的吸收必不可少,濕度為40%的培養(yǎng)基質(zhì)對番茄種子發(fā)芽和生長較為困難,需要270 h才能使幼苗發(fā)芽,且在第5 d后幼苗高度也不到1 cm。而隨著濕度的增加,作物發(fā)芽情況和長勢都得到了改善,充足的養(yǎng)分和水分不僅使作物種子發(fā)芽更快,發(fā)芽后的生長也更加迅速,濕度為80%的培養(yǎng)基質(zhì)中作物發(fā)芽最快,長勢最好,僅需143 h就能使幼苗發(fā)芽,且發(fā)芽后第1 d的高度就可以達(dá)到3.5 cm左右,到第5 d幼苗高度可達(dá)到近7 cm,故可選擇濕度為80%的培養(yǎng)基質(zhì)培育作物幼苗生長。圖4

圖 4 不同濕度培養(yǎng)基質(zhì)下番茄發(fā)芽時長和生長態(tài)勢變化

2.6 不同營養(yǎng)液濃度對番茄發(fā)芽時長與生長態(tài)勢的影響

研究表明,900倍稀釋的培養(yǎng)基質(zhì)對番茄幼苗的發(fā)芽時長最短,幼苗生長速度最快,僅需133 h就可以使番茄幼苗發(fā)芽,且幼苗在發(fā)芽后第1 d的高度可以達(dá)到0.5 cm左右,到第5 d幼苗高度可達(dá)到5 cm左右,而其他稀釋倍數(shù)的培養(yǎng)基質(zhì)對番茄幼苗的生長速度較慢,這可能是稀釋濃度較高或較低,營養(yǎng)液中的養(yǎng)分沒有充分提供或灼傷幼苗根部,使其番茄幼苗的生長速度較慢。加入900倍稀釋的復(fù)合肥營養(yǎng)液可使番茄發(fā)芽最快,長勢最好。圖5

圖 5 不同營養(yǎng)液濃度下番茄發(fā)芽時長和生長態(tài)勢變化

2.7 復(fù)配培養(yǎng)基質(zhì)與市場培養(yǎng)基質(zhì)對番茄發(fā)芽時長和生長態(tài)勢的影響

研究表明,自主復(fù)配出一種新的對番茄生長狀況有促進(jìn)作用的培養(yǎng)基質(zhì),該培養(yǎng)基質(zhì)采用稀釋900倍的復(fù)合肥營養(yǎng)液浸泡蛭石晾干處理后再與其他基質(zhì)混合,目數(shù)為60目,濕度為80%,且蛭石∶蘑菇料∶甘草料∶秸稈∶珍珠巖=15∶5∶5∶5∶4。與市場上的培養(yǎng)基質(zhì)相比,自主復(fù)配的培養(yǎng)基質(zhì)可有效縮短番茄發(fā)芽時長,番茄長勢良好,僅需129 h就可以使番茄幼苗發(fā)芽,且發(fā)芽后第1 d的幼苗高度為3.4 cm,第5 d后的幼苗高度可達(dá)到6 cm左右,其育苗性能優(yōu)于市場上的培養(yǎng)基質(zhì)。可利用蛭石的多孔性質(zhì)和緩釋作用,以蛭石為載體負(fù)載復(fù)合肥營養(yǎng)液的蛭石基培養(yǎng)基質(zhì)來培育作物幼苗生長。圖6

圖6 復(fù)配培養(yǎng)基質(zhì)與市場培養(yǎng)基質(zhì)下番茄發(fā)芽時長和生長態(tài)勢變化

3 討 論

朱彥明等[20]研究表明蛭石處理的三葉菜的生長發(fā)育和整體長勢最好,對其營養(yǎng)價值的提升有很大作用。王新右等[21]研究表明,合適比例的培養(yǎng)基質(zhì)對黃瓜的植株長勢和產(chǎn)量有良好的效果。研究利用蛭石的緩釋保濕作用,分析負(fù)載養(yǎng)分的蛭石與不同影響因素的培養(yǎng)基質(zhì)對幼苗生長的影響。無土栽培基質(zhì)的組成和粒度大小等因素對作物的品質(zhì)和產(chǎn)量有重要的影響。研究發(fā)現(xiàn),蛭石的添加減少復(fù)合肥營養(yǎng)液灼傷幼苗根部的幾率,蛭石的緩釋作用能夠使復(fù)合肥營養(yǎng)液中的養(yǎng)分緩慢釋放并保持水分,讓作物能夠充分吸收其養(yǎng)分和水分,促進(jìn)其作物的生長。

分析市場培養(yǎng)基質(zhì)的粒徑、灰分和pH發(fā)現(xiàn),培養(yǎng)基質(zhì)的粒徑普遍以60目為主,灰分適中,pH呈中性。參照市場培養(yǎng)基質(zhì)的參數(shù),通過添加不同物料、不同蛭石含量、不同目數(shù)、濕度和不同稀釋倍數(shù)營養(yǎng)液的培養(yǎng)基質(zhì),分析不同因素對番茄幼苗的影響,發(fā)現(xiàn)混合料能更好的促進(jìn)幼苗的生長,它能夠給作物提供適宜的根系環(huán)境,使作物生長優(yōu)勢擴(kuò)大;蛭石含量不同,培養(yǎng)基質(zhì)中的養(yǎng)分釋放速度不同,合適的蛭石含量能夠讓培養(yǎng)基質(zhì)中的養(yǎng)分充分緩慢釋放出來,對作物的生長態(tài)勢明顯,使作物發(fā)芽時長縮短;合適目數(shù)的培養(yǎng)基質(zhì)對幼苗的生長有一定的促進(jìn)作用,能夠提供合適的疏松度,持水能力長;適宜的濕度和營養(yǎng)液濃度能夠讓作物充分吸收水分和養(yǎng)分,對作物的生長有一定的正向作用,使作物的生長效率提高。與之前的研究相比[22],使用目數(shù)為60目、含量為45%的蛭石輔以其他混合料對作物生長性能良好的結(jié)果是相一致的,與之前自主復(fù)配的培養(yǎng)基質(zhì)相比,該培養(yǎng)基質(zhì)生長性能相對較好,其培育性能提高了約8%～15%。試驗使用復(fù)合肥作為營養(yǎng)液浸泡蛭石晾干處理后與珍珠巖等其他物料混合,其育苗效果與之前研究復(fù)配的培養(yǎng)基質(zhì)有所提高,經(jīng)營養(yǎng)液浸泡的蛭石基培養(yǎng)基質(zhì)充分利用蛭石的緩釋保濕作用。

4 結(jié) 論

篩選出最適宜作物幼苗生長培養(yǎng)基質(zhì)復(fù)配條件,復(fù)配出一種高效廉價的無土栽培培養(yǎng)基質(zhì),其蛭石∶蘑菇料∶甘草料∶秸稈∶珍珠巖=15∶5∶5∶5∶4,目數(shù)為60目,濕度為80%,營養(yǎng)液為稀釋900倍的復(fù)合肥,且用稀釋后的復(fù)合肥營養(yǎng)液浸泡蛭石晾干處理后與其他基質(zhì)混合。該培養(yǎng)基質(zhì)對番茄的發(fā)芽時長和生長態(tài)勢都有較好的促進(jìn)作用,其性能較市場上的樣品更加優(yōu)良。