非织造布在无土栽培中的应用现状及发展趋势

白莲村 杨 蕊 赵晚彤 胡发伟 周兴海 蔡志江，2

(1.天津工业大学纺织学院，天津，300160)(2.天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津，300160)

无土栽培是指不用天然土壤栽培作物，而是将作物栽培在含有营养液的基质中，基质中的营养液可以代替天然土壤向作物提供水分、养分和氧气等，使作物能够正常生长并完成整个生命周期。20世纪70年代末，日本成功开发出一种质地轻薄(面密度为15 g/m2)、透气、透光性能良好的非织造布并用作农田覆盖材料，非织造布的应用开始进入农业领域，尤其是应用在无土栽培方面。

1 无土栽培基质的分类与比较

按照基质种类的不同可将用于无土栽培的基质材料分为有机基质、无机基质和其他基质三种。

1.1 有机基质

有机基质主要包括各种类型的秸秆、树皮、泥炭、堆肥和锯末等。以色列、美国等国已研究将泥炭用于芍药的无土栽培［1-2］。陆光沛等人［3］以农业废弃物菇渣、玉米芯作为无土栽培基质组分进行芍药盆栽试验，结果表明40%泥炭+20%菇渣+20%珍珠岩+20%陶粒(体积分数)最适宜芍药盆栽生产，具有实践意义。Medina等人［4］使用甘草根废物堆肥代替泥炭作为镰刀菌感染甜瓜植株的基质进行试验，结果显示植株生长更加茂盛。

1.2 无机基质

无机基质主要包括沙、岩棉、蛭石、珍珠岩、石砾和陶粒等。Gaag等人［5］观察了黄瓜在四种常用的基质(岩棉、椰壳纤维、石砾和珍珠岩)下的生长情况，发现岩棉上黄瓜根易腐烂，而珍珠岩上根部腐烂状况有所缓解。

1.3 其他基质

其他基质主要包括一些新型基质，如非织造布、膨化黏土颗粒、离子交换树脂、水晶泥、吸水性聚氨酯泡沫［6-7］等。布鲁斯等人［8］将聚合物树脂固化在非织造布上，发明了一种无土栽培浮性种植体基质，该基质质量轻，可浮于水面，且亲水性较好，可以用作草皮无土栽培基质。Brdget等人［9］报道了膨化黏土颗粒是一种很好的栽培基质，排水性良好，最适用于潮汐式灌溉系统或其他需要频繁灌溉的系统。

2 非织造布作为无土栽培基质的特点

非织造布作为一种新型无土栽培基质，以独特的优势赢得众多学者的青睐，其主要特点是：

(1)相对于普通的土壤，具有可人工调节与控制土壤、避免缺肥和偏肥现象、质量轻、卫生清洁和无常见的病虫害等优势。张武男［10］采用小西瓜品种、白苋菜与叶莴苣为试验对象，采用不同面密度的聚丙烯纺粘非织造布进行直覆式栽培处理，结果发现采用非织造布基质栽培可以有效提高各农产品的产量和质量，如西瓜的单果重、果长与糖度品质均有提高，蔬菜的株高、株重明显增加。

(2)相对于传统的针织、机织物等基质，具有透气性好、保水、保肥、孔隙率大、伸长率高等优势。Debnath 等人［11］和 Roy等人［12］研究了聚酯纤维针刺非织造布的透气性，发现其与非织造布的面密度和密度呈反比关系。

(3)相对于固体基质，具有透气透水性好、物理化学吸附性能显著、缓冲能力优良、无毒、无味等优势。东华大学在进行了育秧试验后认为，采用非织造布复合膜育秧比农膜育秧具有很多优点，表现在：秧苗不徒长，茎粗增加，节间短，秧苗健壮;抽穗、开花、吐丝等均较农膜育秧提前;每穗粒数及千粒重均有所增加［13-14］。

3 非织造布在无土栽培基质中的应用

非织造布以其独特的性能优势，近年来在无土栽培领域得到了广泛的应用。

上海市农业科学院环境科学研究所的科技人员采用合成纤维生产非织造布，在两层非织造布上长出活体鲜草，制成一种鲜草装饰毯［15］。这种非织造布可以整块连片，将其作为无土栽培基质，不仅能降低无土栽培种植的成本，而且能扩大无土栽培种植基质材料的来源。

瑞士开发了一种麻纤维培育基质［16］。研究人员采用缝编法将苎麻纱线和聚丙烯纱线编织成方形小网格，纵向为聚丙烯纱线，横向是苎麻衬纬，再将草坪种子加入到培育基质中并覆盖。随着种子发芽生长，培育基质中的苎麻纤维先开始分解，但纵向的聚丙烯纱线仍能保护幼苗生长，直到草长大到一定程度后，聚丙烯纱线才开始分解，这时植物的根已经发育成熟，可以取代培育基质。

德国萨克森研究所开发出了一种亚麻纤维草坪培育基质［17］，原料采用亚麻纤维，通过缝编工艺编织成亚麻纤维非织造布，再将草种均匀地放置在非织造布中，用缝合线缝结而成。这种草坪培育基质可以放置在河岸及斜坡，能帮助草种发芽，还可增强斜坡强度和防止土壤流失。

Ovidiu［18］和 Shaikh 等人［19］提出，从甘蔗中提取蔗渣纤维，经过梳理、针刺、冲压和热轧等工艺制成不同结构的针刺非织造布，可以作基质材料或其他用途。Hermanus等人［20］在硬木纤维中掺入10%尿素和甲醛制成垫，再与聚丙烯/聚乙烯双组分纤维网进行针刺加固，形成具有较高密度的非织造布，将其应用在无土栽培基质中，性质优良。

Mengeloglu等人［21］利用废弃的高密度聚乙烯水管作为聚合物树脂，与天然纤维素材料进行复合，制备了聚合物基复合材料。通过力学性能测试发现，这种复合材料具有较高的拉伸强度和拉伸模量，同时又具有良好的断裂伸长率和冲击强度，非常适合用来与非织造布进行复合而用作无土栽培基质。

焦晓宁等人［22］对秸秆型非织造布作为无土栽培基质进行了系统与充分的研究。试验发现：与传统基质材料相比，秸秆型非织造布面密度小、质量轻、吸水保水性能较好，具有良好的可降解性;在培育完成后，经过微生物作用可以直接、快速地使非织造布降解，而且秸秆中的木质素和纤维素可使土壤腐殖质增加，有利于改善土壤肥力。

汤燕伟等人［23］采用秸秆纤维、聚丙烯纤维、大豆蛋白复合纤维、黏胶纤维和棉花五种纤维为原料分别制成非织造布基质材料，均种植高羊茅草种。试验发现：聚丙烯基质材料的保水性最差，黏胶和棉花基质材料的保水性接近，介于聚丙烯与大豆蛋白基质材料之间;对于相同原料采用不同工艺制成的非织造布基质材料，其保水性是厚型针刺非织造布基质材料较好，薄型针刺非织造布基质材料次之，薄型纺粘非织造布基质材料最差。

李建强等人［24］针对草坪种植的种种要求，选用聚丙烯纤维作为非织造布基质纤维原料，基于价格和通用性方面的考虑，采用圆形截面的纤维，可满足非织造布基质的使用要求。用聚丙烯纤维制成的非织造布在建坪后一年左右，会因为光照而老化降解，也就不存在废弃草坪基质的污染问题。

Debnath等人［11］发明一种无土栽培的基质，由毛毯和非织造布组成。该基质采用廉价原材料，结构设计合理，且轻便、易携带、移动方便，有较高的伸长率和较强的抗拔性，克服了其他非织造布基质材料强度低的缺点。该产品不污染环境，在种植和输送过程中不破裂，可直接应用于垂直绿化。

4 非织造布无土栽培基质的发展趋势

当前资源短缺和环境污染问题日益严峻，必须走可持续发展道路。农用非织造布无土栽培基质的发展也必须符合这一趋势。大多数非织造布无土栽培基质是以合成纤维(如聚丙烯、聚酯和聚酰胺纤维等)为原料，存在其废弃物不能降解或降解物会对环境产生污染等问题，因而开发可自然降解的产品是非织造布无土栽培基质的发展方向。目前，已在应用的可降解纤维主要是人造纤维，即再生纤维素纤维［25-27］，在国外也已开发出不少可降解型非织造布［28］，可以用于无土栽培基质。

日本Asahi公司早就开发了Bemliese纤维素长丝纺粘非织造布［29］。该产品采用棉绒为原料，无任何杂质，在生产、使用或处理的各个阶段都不会污染环境;制成的无土栽培基质在使用后，可以在土壤中断裂并自然分解，对土壤质量无任何不利影响。

英国Fisons公司生产了一种称为“Feed and Grow”的园艺栽培材料［30］。该材料是由可降解纤维非织造布、肥料及吸水性聚合物制成，具有保水的特性，可以用作种子基质或生长基质。

目前非织造布在各个领域都有诸多应用，在无土栽培方面亦占据一定的份额，但可降解型非织造布无土栽培基质仍然有很大的开发空间，值得进一步研究。

5 展望

非织造布基质可以适应不同植物、不同地域、不同设施档次栽培技术的需要，且成本低、效果好、管理方便，符合当前发展的趋势。非织造布基质在无土栽培中的应用有较大的优势，发展前景良好。尤其是可降解型非织造布基质［31-33］与环境相容性好，使用后可以自然降解，不会造成环境污染和土壤污染，是“绿色”产品。可降解型非织造布基质的开发利用关系到人类在地球上是否能安全、舒适地生存。相信在不久的将来，可降解型非织造布基质将在无土栽培中得到更广泛的应用。

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