几种无土栽培基质配方理化性质的探究

张 峰，张子怡，王 闯，全 帅，王志泓，梁文静，梁 潇

（辽东学院农学院，辽东丹东 118000）

无土栽培是指以水、草炭或森林腐叶土、蛭石等介质作为植株根系的基质固定植株，植物根系能直接接触营养液的栽培方法。基质无土栽培技术是现阶段发展较快的无土栽培技术之一，在植物生长发育中充当“中转站”的作用，使来自营养液的养分、水分得以中转，植物根系可以根据所需要的养分选择性吸收［1］。无土栽培脱离了土壤的限制，极大地扩展了农业生产的空间，使得作物可在不毛之地上进行生产，发展前景非常广阔［2-3］，几乎所有的植物工厂均采用无土栽培模式。无土栽培的特点是以人工创造的作物根系生长环境取代土壤环境，它不仅能满足作物对养分、水分、空气等条件的需要，而且对这些条件要求加以控制调节，以促进作物更好地生长，并获得较好的营养生长与生殖生长平衡。所以，无土栽培的作物通常生长发育良好、产量高、品质上乘［5-6］。

本实验主要通过环刀法、电位测定法等方法测定10种不同生物炭含量的基质配方的物理性质和化学性质，以比较研究无土栽培基质的结构和特性在农业上的利用价值，评估适用于种植不同作物的生物炭基质。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试草炭购于吉林奥新科技有限公司、进口草炭购于拉脱维亚青岛代理商；蛭石购于河北省锐阳农业有限公司；珍珠岩由丹东瀚林蓝莓有限公司提供；所用生物炭为玉米秸秆炭，购自辽宁金和福农业开发有限公司，制备方法参照中国发明专利《一种组合式多联产生物质快速炭化设备及其制炭方法》（专利号：ZL201420025017.8）。

试验以2 种草炭、蛭石、珍珠岩为主要原料按体积比2∶1∶1 混合，生物炭按体积比添加分别配制成10种不同配方：吉林草炭原料为对照（吉-CK）、拉脱维亚草炭原料为对照（拉-CK）、不含生物炭的复合基质（吉-0%，拉-0%）、含5%生物炭的复合基质（吉-5%，拉-5%）、含10%生物炭的复合基质（吉-10%，拉-10%）、含20%生物炭的复合基质（吉-20%，拉-20%），3 次重复。

1.2 试验方法

1.2.1 物理性质测定

基质的容重测定使用环刀法；基质的孔隙度：总孔隙度=持水孔隙度+通气孔隙度。

1.2.2 化学性质测定

基质的pH 值（电位测定法）、有机质含量（重铬酸钾容量法）、速效磷含量（0.5 mol·L-1碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法）、速效钾含量（火焰光度计法）、碱解氮含量（碱解扩散法）。酶活性测定选用万泽生物试剂盒［4］。

1.3 数据处理

本试验数据处理采用Microsoft Excel 2016 软件进行图表绘制，DPS 数据处理系统进行单因素方差分析和邓肯新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同无土栽培基质物理性质分析

从表1 可以看出，吉林草炭组中，4 组复合基质容重均与对照在P＜0.05 水平下呈显著性差异，且都大于对照组吉-CK；拉脱维亚草炭组中，4 组基质均与对照呈显著性差异；可得结论，施加生物炭降低了基质的容重，且均表现为容重先降后升的趋势。4 组复合基质总孔隙度均与对照有显著性差异，拉托维亚草炭孔隙度较低，但通过添加生物炭总孔隙度逐渐增加；以吉林草炭为主要基质的配方中，与对照相比4 组复合基质的总孔隙度与通气孔隙度均小于对照组，吉林草炭添加生物炭后总孔隙度有下降趋势，经方差分析，差异水平均为显著。吉林草炭的总孔隙度比拉脱维亚草炭变化幅度较小。从通气孔隙度和持水孔隙度来看，吉林草炭持水能力高于拉脱维亚草炭，添加生物炭能够有效增加拉托维亚草炭持水孔隙度。

表1 几种基质配方的物理性状

2.2 不同无土栽培基质配方的养分含量分析

几种基质配方的养分含量变化如表2 所示。结果表明，几种基质配方均含有比较充足的C、N、P、K 及丰富的有机质为植株提供生长所需的养分。碱解氮含量最高的是吉-CK，其次是吉-5%。该组结果表明复合基质含氮量明显小于单一基质，说明珍珠岩、蛭石与生物炭的加入不能提高碱解氮的含量；根据速效磷含量可知，在复合基质的基础上再加入生物炭逐步提高了速效磷含量；由于生物炭富含钾元素，增加生物炭用量可显著提高栽培基质的速效钾含量，且均与对照差异显著；有机质的改变并没发生太大的变化，与碱解氮含量的变化成正相关。

表2 几种基质配方的养分含量

2.3 不同无土栽培基质酶活性分析

从基质的酶活性上看（见表3），脲酶含量在加入珍珠岩、蛭石及生物炭后有所提高，并分别在吉-10%和拉-10%处理组达到峰值，说明生物炭含量为10%时最适宜；酸性磷酸酶含量主要在加入珍珠岩与蛭石后所合成的复合基质，即吉-0%与拉-0%处理组含量最高，在加入生物炭之后含量反而逐渐降低，说明生物炭的加入会降低基质脲酶的含量；过氧化氢酶含量也是随着珍珠岩、蛭石和生物炭的加入逐渐提高，且随着生物炭的加入不断提高，在吉-20%与拉-20%处理组达到最高值，且与对照差异显著；蔗糖酶含量在混合珍珠岩与蛭石之后合成的复合基质吉-0%与拉-0%处理组达到最大值，吉林草炭组蔗糖酶含量与生物炭含量的增加成正比，拉脱维亚草炭组则成反比，由此看出，蔗糖酶的含量与草炭的类型有密切关系，此研究结果有待进一步验证。

表3 几种基质配方的酶含量

3 结论与讨论

无土栽培基质能够为植株根系提供水、气、肥稳定协调的环境。一般认为无土栽培基质物理指标范围值应为：容重在0.6～0.8 g/cm3，总孔隙在60%～70%时植株可正常生长［6］。符合以上标准的基质配方有吉-CK、吉-10%和拉-10%。几种基质配方含有充足的养分、丰富的有机质，能够满足植株生长时期所需养分，相对而言，吉10%与拉-10%的养分含量更适宜作物生长，不同复合基质的几种酶含量差异较大，但均比2 种草炭对照组含量高。基质的配制提高了单一基质的物理化学性状，同时补充了单一基质无法兼顾的养分含量。在无土栽培基质飞速发展的时代，该基质配方有利于合理配制有效基质，并根据不同植株的需求选择最适宜的配方。