浸泡时长对椰糠基质理化性状的影响

赵远方，张天天，韩莹琰，郝敬虹，刘超杰，范双喜

(农业应用新技术北京市重点实验室，植物生产国家级实验教学示范中心，北京农学院，北京102206)

目前椰皮已经广泛应用在材料技术、化工产品以及食品加工等方面[1-2]，而椰糠应用于农业栽培有机基质的处理方式则少有研究。利用椰糠作为农业栽培有机基质可以农林废弃物堆放、回收，有效减少农林废弃物加工后造成的环境影响，还可以成为代替草炭的主要基质之一，可见椰糠应用为栽培基质的前景可观[3]。

椰衣纤维含有较多的木质素和纤维素,且松泡多孔, 保水和通气性能良好,由于椰糠本身盐分含量大，EC值偏高等因素，目前许多发达国家利用蒸馏水淋洗处理过的椰糠以及椰糠混配基质种植园艺作物，使其基质各个物理性质都能满足植株正常生长而且病虫害较少，为食品安全提供了良好的保障[4]。

目前所报道的研究主要集中在椰糠基质混配方向，对椰糠作为栽培基质前期处理的研究却鲜见报道。本试验拟通过不同前期浸泡时长的处理方式来研究其理化性状的变化，以期筛选出合适的椰糠基质浸泡时长。

1 材料与方法

1.1 试验材料

椰糠为“Remmy冉美椰糠”青岛冉美商贸有限公司提供；草炭购买自沙河农资市场；生菜品种为‘北紫生4号’。

1.2 试验方法

试验于2018年3月至6月进行。采用草炭和椰糠基质材料，同时用蒸馏水浸泡，从浸泡起计时，分别浸泡0、24、48和72 h，每天固定时间取样1次，共取样3次，约2 L样品，充分混合后风干备用。

物理性质测量方法主要采用“栽培基质常用理化性质一条龙测定法”[5]并适当改进：使用体积为500 mL的烧杯称取质量，并且记录为W1，加入自然风干的待测基质，并使之与烧杯口持平，再次称质量并记录为W2，之后用两层湿纱布将带有基质的烧杯封口，放入水中，水要没过容器顶部，浸泡入水中一昼夜，在饱和水状态下取出，称取质量记录为W3，再次新的湿纱布包住烧杯并倒置，使得烧杯内的重力水自由排干，没有水流出后，取出，并称取质量W4。按公式计算出容重和孔隙度。

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

pH、EC测定[6]：将风干的椰糠基质和草炭基质分别与去离子水按照样品重与水体积1∶5的比例相混合，基质20 g，去离子水100 mL，经过2 h后过滤，测定滤液的pH、EC值，并记录。

发芽指数(GI)[7]：取测定pH和EC的浸提液5 mL加到铺有2层滤纸的9 cm培养皿中，每培养皿放置50粒生菜种子，去离子水作为空白组，3次重复。72 h后计发芽率与胚根长度，发芽指数GI= (G×L)/(G0×L0)×100，其中G和L分别是处理的发芽率和平均胚根长；G0、L0则分别是空白的发芽率和平均胚根长。

全氮含量采用凯氏定氮法进行测定[8]，全磷含量采用HCl-H2SO4消化钼蓝比色法进行测定[9]；全钾含量采用火焰光度计法进行测定[10]。

试验数据分析采用SPSS Statistics和Microsoft Excel2013数据处理软件。

2 结果与分析

2.1 浸泡时长对椰糠基质物理性状的影响

由图1看出，随着浸泡时间的增长，椰糠和草炭的容重均先降低后升高，且椰糠较小，48 h处椰糠基质容重最小，为0.13 g/cm3。椰糠基质与草炭的总孔隙度曲线基本持平，浸泡后的最大值均出现在48 h处，同时椰糠基质的总孔隙度达到最大的78.4%，略高于同时期的草炭基质，此时的通气孔隙也达到最大的30%。不同浸泡时间的椰糠基质的气水比均高于同时间的草炭，且浸泡使椰糠基质的气水比显著降低，最终至合理范围内，但仍然偏高。

2.2 浸泡时长对椰糠基质pH与EC的影响

从图2中可以看出,浸泡不同时间的草炭和椰糠基质大都处于栽培基质的适宜范围内。浸泡使得椰糠基质同草炭基质的pH值均有所下降，其中适宜范围内最低值较为稳定，为经过24、48 h以及72 h浸泡的椰糠基质，均为6.7，低于同时长浸泡的草炭基质，为6.9。图示EC值变化幅度不显著，二者均在浸泡24 h处达到最高，椰糠基质与草炭基质分别为2.6 mS/cm和1.8 mS/cm，但随着时间的延长有降低的趋势，同时椰糠的EC值始终大于草炭基质。

2.3 浸泡时长对椰糠基质及其浸提液氮磷钾含量的测定

如图3所示，随着浸泡时间的增长，椰糠基质和草炭基质的氮含量总体变化幅度不大，且呈下降趋势，但椰糠基质始终高于草炭基质。未浸泡的两种基质全氮含量最高，分别为25.02 g/kg和20.43 g/kg；浸提液中氮含量呈明显下降趋势，0 h处最高，分别为8.63 g/kg和6.55g/kg，较固体基质中氮含量明显下降。浸泡对基质磷含量的影响较为稳定，椰糠的全磷含量始终为3.2 g/kg左右，最小值为浸泡72 h的椰糠基质，为3.08 g/kg，低于浸泡同时长的草炭基质。椰糠基质浸提液中磷含量对照草炭基质偏低，总体呈下降趋势，72 h处二者均到达极低，草炭基质为5.07 g/kg，而椰糠基质仅为3.31 g/kg。椰糠固体基质的全钾含量高于浸泡同时期的草炭基质，未浸泡过的基质全钾含量最高，对应数值为41.12 g/kg，同时期的草炭基质仅为22.3 g/kg，其次是浸泡24 h处的椰糠基质，其值为35.01 g/kg。浸提液中浸泡对基质钾含量的影响呈降低趋势，但远高于同时期的草炭基质，最大值为浸泡0 h的椰糠浸提液，对应最大值为12.71 g/kg。

图1 浸泡时长对椰糠基质物理性状的影响Fig.1 Effect of soaking time on physical properties of coir dust

图2 浸泡时长对椰糠基质pH与EC的影响Fig.2 Effect of soaking time on chemical properties ofcoir dust

2.4 椰糠基质浸泡时长对生菜发芽指数的影响

如图4所示，在椰糠基质发芽指数GI测定中，浸泡同时间的椰糠基质的发芽指数均大于草炭基质，且随着时间的增长明显出现先升高后降低的趋势。浸泡0 h的发芽指数相等，均为100%，24 h后椰糠基质GI明显高于草炭基质，分别为103%与102%，并持续增高。GI最大值达106%，相比草炭最大发芽指数104%较高，对应为浸泡48 h的椰糠基质。

3 讨 论

基质是决定作物根系生长环境的最主要因素,稳定良好的根际环境主要决定于基质理化性质,但是各种基质的理化性质差异很大,作为适合植物生长的基质往往需要经过一定的加工处理[11]。

图3 浸泡时长对椰糠基质及其浸提液氮磷钾含量的影响Fig.3 Effect of soaking time on the N，P，Kcontent of the extracts and coir dust

图4 椰糠基质浸泡时长对生菜发芽指数的影响Fig.4 Effect of soaking time on biological properties of coir dust

容重大小是影响椰糠通透性的重要因子之一，一般认为优良基质的容重为0.1～0.8 g/cm3[12]。试验测得椰糠基质的容重对比草炭偏小，可能由于其紧实程度较草炭疏松，质地松软，孔隙大，因此其通透性较草炭优越。试验表明，浸泡48 h的椰糠其容重最轻，该时长下的椰糠基质既有利于植物根系的固定也有利于植物的呼吸透水与离子交换。理想基质的总孔隙度在55%～95%[13～14]，椰糠基质与草炭基质随浸泡时长的总孔隙度曲线较为一致，且0至48 h内保持稳定，符合该范围区间，具有良好孔隙度来满足其根系对水分和空气的需求, 从而促进根系的呼吸作用和对矿质元素的吸收, 进而提升植物的生长品质，48 h后有所下降，怀疑是水浸时间过长导致椰糠有所分解。理想基质的通气孔隙度范围是50%左右，本试验中浸泡后的椰糠基质通气孔隙较低于理想基质，且稳定至48 h后开始出现明显下降，可能由于基质吸水发生膨胀，使基质通气性降低, 而持水孔隙比例升高，在实际应用过程中应注意块状基质和粉末基质的混合以增加通气孔隙。

栽培基质过酸或者过碱会导致介质发生酸化和盐碱化，从而对植物产生危害。适宜的栽培基质pH一般在6.0～7.5[15]。本试验中，水浸泡后的椰糠基质pH值呈弱酸性，与前人试验结果相符合。同时24 h内椰糠基质的pH值下降幅度大，之后保持稳定。在该弱酸性环境下，磷酸根离子、钾离子、钙离子等溶解性增加，这作为生菜栽培基质较为优越，可为根系提供大量营养。EC值反映了基质原有可溶性盐分的多少,椰糠不能直接作为栽培基质与其EC值偏高有必然关系，盐分过高会对植物造成损害,一般认为EC值在0.5～3.0mS/cm适合植物生长[16]。本试验中所测浸泡后24 h内椰糠基质EC值有所升高，但仍处于合理范围内，而随着浸泡时间的延长至48 h，椰糠EC值有下降的趋势，且趋于稳定，可能是浸泡使得椰糠中离子流失，并在48 h处达到平衡，使得EC值下降，有效降低了椰糠基质的含盐量，使之不易伤及根系。

氮磷钾作为植物生长必需的三大元素，它们之间的互作往往对作物生长发育造成很大影响[17]。本试验表明，椰糠固体基质对比草炭固体基质在全氮含量上偏高，且浸泡同时间的椰糠基质全氮含量下降幅度大于草炭基质，而这一部分全氮含量也未流入浸提液中，怀疑是部分氮元素转化成氨态氮淋失，而椰糠基质在通气孔隙上远高于草炭基质，造成氮元素流失严重。同时浸泡对椰糠固体基质及草炭固体基质的全磷含量影响不大，保持稳定。二者的浸提液中氮磷钾含量随浸泡时间延长呈不同程度的降低趋势，可能由于浸泡导致的基质内离子流失。而稳定性上浸泡前期的氮磷钾含量变化剧烈，若在实际生产中应该注意混配，同时由于椰糠基质的前期处理上没有消毒处理，所以导致试验椰糠作为植物材料被微生物降解，造成浸提液中氮磷钾含量下降。由此分析得出，椰糠基质不适用于水培等无土栽培方式，若用于生产则应该适量追肥。而椰糠固体基质与草炭基质的全钾含量则有不同程度的降低，怀疑是椰糠中钾离子的溶解度较高，与无机盐离子形成的钾盐随长时间的温度变化析出。浸泡前期椰糠基质的全氮、全钾含量剧烈减少，基质内元素不稳定，作为栽培基质不易把控，不适宜投入生产；而48 h以后基质的全氮、全钾含量变化不显著，趋于稳定，由此见48 h较适宜。

本试验表明，椰糠浸提液与草炭浸提液均可提高发芽指数，但促进程度上椰糠浸提液较优于草炭浸提液，可能由于椰糠浸提液中含有更高的钾含量，钾元素通过影响植物内源激素的合成代谢与分配, 从而影响作物的生长发育[18]。因此椰糠中更高的钾含量可促进根系活力，利于萌发。而48 h处椰糠对发芽指数的促进作用最为明显，可能与此时椰糠盐碱性下降，同时全氮含量达到最大值，同时有较高的全磷、全钾含量有关。

由以上分析可知，对比等同时间浸泡过的草炭，椰糠的理化性质较为稳定，而综合最适宜的椰糠基质物理性质稳定在48 h。