无土栽培基质的研究进展

苏 平

(黑龙江林业职业技术学院,黑龙江 牡丹江 157011)

无土栽培基质是能为植物提供稳定协调的水、气、肥结构的生长介质。它除了支持、固定植株外,更重要的充当养分和水分的载体,使来自营养液的养分、水分得以中转,植物根系从中按需选择吸收。基质是无土栽培的基础与核心,因此,基质的的研究也反映了无土栽培的水平。

1 栽培基质研究的历史

栽培基质的研究史实际上也是固体基质栽培的发展史,可以追溯至19世纪中叶早期的植物营养学家和植物生理学家进行的植物矿质营养生理研究[1]。但真正开始于J.Boussingault,Salm(1851～1856年),发展始于1970年丹麦Grodan公司开发的岩棉(Rockwoo1)栽培技术和1973年英国温室作物研究所的NFT技术。最早的栽培基质是砂砾:Salm-Ho rstmar(1871年)用石英、河沙、水晶、碎瓷、纯碳酸钙、硅酸以及活性炭作为燕麦的生根基质。随后Hall(1914)用不同级别的沙、粉粒、高岭土栽培羽扇豆和大麦,蛭石被Woodcock(1946)用来作为兰花的栽培基质等;作为无土栽培的基质很快扩展到石砾、陶粒、珍珠岩、岩棉、海绵(尿醛)、硅胶、碱交换物(离子交换树脂)如斑脱土、沸石、酚醛泡沫(泡沫塑料),炉渣及合成的树脂材料等,泥炭、锯末、树皮、稻壳、椰壳和混合基质。

期间对基质的作用、各类基质的优缺点、应用技术等进行了研究,科学家们就不同基质理化性状进行评价[2-3]。荒木(1975)研究了集中基质的主要理化性状[4]。De Boodt and Verdonck(1983)就树皮、软木屑、椰子纤维、污泥、垃圾等配比作了报道[5]。Nicile De Rouin等(1988)从基质的孔隙度、p H值、可利用水量、产量、养分平衡性等方面对几种混合基质进行了评价,并推荐了各种基质的栽培技术[6]。Prasad M and Mah er MJ(1993)报道了泥炭的各种理化性质和栽培技术[7]。该阶段的研究侧重于基质理化性状、基质与植物营养供应关系、基质栽培技术、基质与养分和水分的及空气利用关系、基质的混合等[8-12]。

我国无土栽培历史悠久[13],如生豆芽、船上种菜、盆养水仙等都是原始的无土栽培。l937年上海市维农场采用基质栽培出少量番茄,1941年俞诚如和陈怀圃著有《无土种植浅说》,1945年美国军人在南曾进行小规模无土栽培生菜和小萝卜,满足其自身对洁净生食菜的需求,1969年我国台湾省龙潭农校开始砾培蔬菜的研究和生产,20世纪70年代以来,我国开展了大田作物水稻营养液育苗与蔬菜无土育苗方面的研究和推广,在生产上取得了较好效果,但未形成商品性规模经营和生产,20世纪80年代中期成立了全国蔬菜工厂化育苗协作组,无土栽培技术被列为重要研究内容之一,并逐步引进美国和欧洲国家穴盘育苗精量播种生产线,在北京市郊区投入工厂化、商品化生产,1991年工厂化育苗被农业部列为“八五”重点项目,“九五”期间基质研究被列为国家科委立项的工厂化高效农业工程重要研究内容之一。

在国内,对栽培基质的研究报道不少,基质研究尚未达到实用阶段,对基质的研究仅停留在各种基质的比较选用上[14-18]。例如,王军等以甘蔗渣和树皮等结合黄心土和珍珠岩作为桉树扦插的轻型基质;于莉等通过分析6种基质配方对1年生侧柏容器育苗生长的影响,筛选出适宜1年生侧柏容器育苗的基质配方。而对基质的结构(颗粒粒径、形状、孔隙度)结构的保持,水分、养分的运移及配套的营养液管理技术等关键要素尚缺乏系统的研究。

2 基质研究的现状

2.1 基质材料类型的研究

根据基质的形态、成分、形状,目前国内外使用的基质可分为无机基质、有机基质和混合基质。

无机基质:一般很少含有营养。包括砂、砾、陶粒、炉渣、泡沫(聚苯乙烯泡沫,尿醛泡沫)、浮石、岩棉、蛭石、珍珠岩等。

有机基质:是一类天然或合成的有机材料。如泥炭、树皮、锯木屑、秸秆、稻壳、蔗渣、苔藓、堆肥、沼渣等,有机基质使用较少,一方面是由于植物的有机营养理论不清楚,有机成分的释放、吸收、代谢机理不明。另一方面随着计算机技术、自动化控制技术和新材料在设施中的应用,设施农业已进入全自控新阶段,有机基质的使用可能会给植物营养的精确调控和营养液的回收再利用带来困难。

混合基质:无机-无机混合、有机-有机混合、有机-无机混合。由于混合基质由结构性质不同的原料混合而成,可以扬长避短,在水、气、肥相互协调方面优于单一基质。

从国内外无土栽培研究和生产实践的历史与现状看,生产上运用较多的有美国康奈尔大学开发的4种混合基质,英国温室作物研究所开发的GCRI混合物以及荷兰的岩棉、泥炭等。

2.2 基质的结构

基质的结构(颗粒大小、形状、容重、孔隙度、大小孔隙比等)决定基质水分、养分吸附能力和空气的含量,从而影响水分养分的运输、供应及吸收,同时对根系的生长也有很大的影响。尚未有针对特定植物的基质标准物理性状参数。

2.3 基质的营养供应

无土基质栽培的核心是用营养液通过基质来供应水分和养分,基质和营养液配合完成固定、支持植物,调节供养、供水和养分的任务。由于目前的研究还不够深入,尚不能确切说明植物对水分养分的需求、转运以及无法明确营养液的组成、配制、灌溉制度。目前国外的现代化自控温室营养液的电脑管理基本上停留在依靠调控EC的水平上,大多采取过量灌溉,是一种半精确的水分养分供应方式。国内的塑料大棚也采取类似的经验灌溉。

2.4 基质的重复利用

基质在灌溉和植物根系作用下结构会有所改变,也可能存在病虫等,因此基质要重复利用,应该进行一些处理,如结构重组、水分淋洗、消毒等。消毒措施有蒸汽消毒、溴甲烷、甲醛、氯化苦消毒,太阳曝晒等,但尚没有经济可靠的大批量基质消毒的办法。

3 基质研究的展望

3.1 展望

由于土壤栽培存在诸多缺点,如土壤次生盐渍化,营养难于调控,病虫害难于预防,生产操作繁重等,势必要求大规模开展无土栽培。基质研究目的在于以成熟的产品、简便易行的使用和管理技术支持无土基质栽培。开发的基质应该是以适应不同设施档次、不同地域、不同植物,以成本低、效果好、管理方便为标准,并与该基质和营养液管理配套,联合推广,以适应当前发展的趋势。预计基质将逐渐形成广阔市场。

3.2 重点研究的问题

基质的结构研究。团聚体结构有利于水分的吸收、排放、通气、根系的伸长和结构的稳定,基质的重复利用性能稳定。基质的适宜理化性质参数研究,是基质标准化生产的技术基础,也是营养管理依据和基质重复利用的前提。

基质生产工艺的研究。如何按标准参数控制基质结构的形成技术,这种技术要适应标准化、规模化、工厂化生产的需要。目前有机废弃物的处理方法仍以堆肥为主。因此有机废弃物处理的关键是采用新工艺,降低成本。最新研究表明,经厌氧发酵制成的沼渣是较好的无土栽培基质。

基质栽培中根际营养的研究。虽然像土壤栽培中那样,普遍存在环境胁迫如养分、水分、酸碱、温度等胁迫,且基质中养分只有速效养分,但植物是如何适应充足的水分养分供应的,特别是有些养分如钾、钙、铁的含量远远超过土壤的含量,是土壤的上百倍,植物根际营养和根际微生物,根系分泌物是如何调节植物养分,这些研究工作都是很有意义。

基质的水肥管理技术。营养液的配制技术,灌溉技术,监测调整技术,设施营养诊断技术,适合滴灌的园艺用肥料研制等将是基质研究和应用的重点。

基质材料的的研究。低成本的无公害可循环利用的有机与无机基质复混开发是无土栽培基质选材的方向;有机基质和有机废弃物处理的新工艺的研究是目前基质材料研究的主要方向。如王利英等[19]在温室中进行有机生态型和无机耗能型两种无土栽培基质的比较实验;李国景等[20]研究也表明椰子壳基质比海棉基质和岩棉基质棉基质根际环境中EC和pH值更稳定。刘洪凤[21]介绍的新型无土栽培基质——秸秆型非织造布,是利用现代非织造生产技术,将农业废弃物秸秆变废为宝。

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