泥炭藓组成结构及基质化利用研究进展

梁晓烽,林 伟,戚智勇*,周晚来,杨 睿,张冬冬,王 虹

(1.成都大学机械工程学院,四川成都 610106;2.中国农业科学院都市农业研究所,四川成都 610213)

泥炭藓(SphagnumpalustreL.)又被称为水苔、山毛草、海花草,主要生长在高湿度的沼泽和森林斜坡上的潮湿沟壑中。泥炭藓属于泥炭藓科和泥炭藓属,该属分布广泛,世界上有300余种。在我国,现有泥炭藓约有41种[1],主要分布在东北、华东、中南和西南等地区,其中西南地区又以贵州和四川为主[2]。泥炭藓新鲜植物体通常呈淡绿色,干燥时呈灰白或黄白色,植株下部死亡后,上部可以继续生长[3],由于缺氧,下部死亡部分不易被细菌腐烂,故逐渐炭化形成泥炭。同时,泥炭藓是一种重要的造碳植物,其固碳量占北半球泥炭沼泽总固碳总量的一半[4],在全球生态系统中发挥着重要的作用,是泥炭地恢复和重建的首选植物。

泥炭因具有容重低、结构稳定、有机质含量高、通气透水性好、无病原体、价格便宜、便于液体调节养分供应等优点[5],是最具优势的基质原料,被广泛地应用于农业无土栽培中。但泥炭又是一种短期不可再生资源,目前对泥炭的过度开采严重破坏了沼泽地生态环境[6],因此各国的政府和学者都在寻求一种可以替代替泥炭的基质原料。泥炭藓作为泥炭形成地前体物质,性能方面与泥炭非常相似[7],代替泥炭用作基质原料,具有广阔的应用前景。近年来,随着泥炭藓人工种植技术的不断成熟,大大提升了其短期再生能力,对恢复泥炭地和提供基质原料具有重要意义。但是,泥炭藓基质化利用研究尚处于起步阶段,无法对其产业化提供帮助。因此,该研究通过分析泥炭藓在组织结构、化学成分、功能应用和种植技术等方面的研究现状,探讨泥炭藓作为基质原料的主要特性及其基质化利用条件,以此展望泥炭藓的应用前景,助力泥炭藓早日实现基质化利用,推动国内基质产业的健康发展。

1 泥炭藓研究现状

1.1 泥炭藓的组织结构泥炭藓植物体(图1a)枝条纤长,高8～20 cm,活体泥炭藓植物呈黄绿色或黄棕色。泥炭藓植物体的主体是叶和茎,茎叶大,呈舌形,先端圆钝,往往消融破裂成齿状,叶缘具白色分化狭边[8];枝叶阔卵圆形,内凹,先端兜状内卷,绿色,细胞在叶片横切面呈狭长三角形,偏于叶片腹面。泥炭藓的叶和茎都是具有表面活性的,意味着泥炭藓茎叶具有和高等植物的根毛和表皮细胞相同的摄取养分的能力。泥炭藓茎带有中空细胞组织,叶只有一个细胞的厚度,组织由含有或不含叶绿素的活细胞和含有水或空气的死细胞组成[9]。活细胞构成网状结构,能够把泥炭藓死细胞包被在活细胞的网眼中。

图1 泥炭藓组织结构植物学图谱(a)和细胞结构(b)Fig.1 Tissue structure of sphagnum botanical atlas(a) and cell structure (b)

泥炭藓内部的细胞(图1b)是薄壁的,具有环形、螺旋形或蝶形的木质化细胞壁[10]。泥炭藓细胞壁坚韧,能够保证泥炭藓干燥时不会崩塌变形,即使形成泥炭以后仍然能够吸收水和转运水分。当泥炭藓透明细胞中的水分蒸发或淋滤后,细胞腾出的空间能够被空气充填,从而维持稳定的孔隙结构和空气含量。泥炭藓细胞壁上具有许多孔,这些孔能够让水分进入细胞并转移到其他器官上,从而让泥炭藓拥有强大的持水能力[11]。此外,泥炭藓的叶绿体细胞是泥炭藓进行光合作用的场所。

1.2 泥炭藓的化学成分泥炭藓主要由碳水化合物组成,主要成分有30%～60%的半纤维素和果胶、15%～25%的纤维素、5%～10%的蛋白质、5%～10%的脂肪和1%～5%的其他成分(图2a),根据泥炭藓主要成分分析元素组成,泥炭藓含有41.0%～42.0%的碳、5.5%～5.8%的氢、0.4%～1.0%的氮、51%～53%的氧和0.1%～0.5%其他元素(图2b),其中最丰富的官能团是羰基、羧基和羟基[10]。

图2 泥炭藓化学成分主要成分干重占比(a)和元素组成干重占比(b)Fig.2 Chemical composition of sphagnum dry weight of main components(a) and dry weight of element composition(b)

泥炭藓中的半纤维素是由几种单糖和糖醛酸构成的异质多聚体,10%～30%的泥炭藓干质量由糖醛酸组成,糖醛酸是单糖的端基(CH2OH)被化学或生物氧化的反应产物,糖醛酸和环境的低缓冲能力是泥炭藓酸性的原因。另外,半纤维素还能使泥炭藓具有良好的亲水性能;果胶主要由半乳糖醛酸和少量单糖构成,作为天然的食品添加剂,应用于食品工业,主要起到胶凝、增稠、改善质构、乳化和稳定的作用,果胶的存在还能使泥炭藓具有吸附重金属的性能;纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖,纤维素的存在使泥炭藓具有预防各种疾病的作用。

此外,研究表明,泥炭藓中还含有少量类似木质素的酚类物质,如无定形酚醛聚合物在泥炭藓的细胞壁表面覆盖着,保护泥炭藓细胞壁。酚类物质形成一个多酚网络,为降解微生物提供化学和物理屏障[12]。泥炭藓中氮元素来源是利用蓝藻等共生生物吸收大气中的氮,将大气中的氮转化为氨,然后用于合成氨基酸[13],这些共生生物存在于泥炭藓叶片上,泥炭藓中的氮含量低于其他苔藓植物的原因可能是由于它的生长环境与其他的苔藓植物不同[14]。

1.3 泥炭藓的功能与应用泥炭藓具有优良的性能,比如良好的防腐特性、极强的吸附能力、较好的阳离子交换能力,同时还具有抗氧化功能与抗菌活性,因而被广泛用于医药、环保、工业、农业等领域(表1)。

表1 泥炭藓性能及其应用

1.3.1防腐功能。泥炭藓具有良好的防腐性能,将泥炭藓用作包装材料,能够储存新鲜捕获的鱼和根茎蔬菜等食物[15]。酸性泥炭藓能够抑制各种食物中毒和腐败细菌在低缓冲固体生长介质上的生长[7]。从泥炭藓中提取的焦油在历史上被用作湿疹和其他皮肤病的外部治疗的弱防腐剂[16]。研究表明,用漂白泥炭藓的方式制成的吸水垫可以提高包装好的鲑鱼鱼片的质量并延长保质期[17]。在加拿大北极考古学中,泥炭藓用作运输文物的包装材料,用泥炭藓包装的物品既能保持自然湿度,又能防止微生物定植[7]。

1.3.2高吸附容量。泥炭藓的透明细胞可以容纳16～25倍于其干重的水[18],据报道,泥炭藓的吸水能力是同等棉花的3～4倍[19],这种特性被用于绷带制作和伤口处理。应用泥炭藓制作的碳纳米管[7],其吸附容量值比活性炭的吸附容量值高出一个数量级。通过在两层湿纤维素之间压制泥炭藓,并在纤维素顶层添加聚酯纤维以提高强度可以制备可生物降解的泥炭纤维织物[20]。泥炭藓的阳离子交换容量可以吸附水中的金属离子[21],可用于净化污水。

1.3.3抗氧化性和抗菌活性。10%～30%的泥炭藓干物质由糖醛酸组成,已知糖醛酸具有抗氧化性能,因此泥炭藓提取物可用以制作抗氧化剂,抗氧化剂可防止与心血管和神经退行性疾病等疾病有关的自由基发挥作用,因此食用含有抗氧化剂的功能食物可以预防各种疾病[22]。泥炭藓含有复杂的脂质混合物,并且经研究检测到脂质混合物中的三萜类化合物是熊果酸,这种物质被认为可以有效地预防各种疾病,包括糖尿病、高血糖、溃疡和诱导性肝损伤等疾病[23]。泥炭藓能产生芳香类、萜类、糖醇类、脂肪酸、酚类及联苄类等大量具有抑菌效果的次生代谢活性物质[24],这些物质所具有的抗菌特性使其能在化妆品和药物中得到应用。

1.4 泥炭藓的种植技术泥炭藓种植的目的是最大限度地提高产量和限制成本,因此泥炭藓种植的首要条件是根据作物的产量和适用性选择合适的栽培原材料[25]。选用泥炭藓孢子作为初始材料,然后泥炭藓孢子通过培养基萌发成泥炭藓原丝体,将泥炭藓原丝体继代培养成泥炭藓茎叶体,泥炭藓茎叶体用作泥炭藓的种植原材料。第一年生产的泥炭藓可直接用于第二年泥炭藓的种植原材料,可以有效地降低成本,提高泥炭藓利用率。目前国内蔡奇英等、朱国金等分别在2008年和2014年发布多纹泥炭藓人工种植、粗叶泥炭藓人工种植、密叶泥炭藓人工种植3项专利[26]。国外方面,德国经过泥炭藓种植试验发现,锈色泥炭藓是一种很有种植前景的物种,而且种植方法也很简单[3]。这几种泥炭藓经过人工种植已经拥有了基本的种植技术与方法,在此基础上再对其进行种植技术的研究与改进,能够显著提高泥炭藓的产量与品质。泥炭藓种植技术可分为野外人工种植、室内设施栽培和组织快繁技术这3种技术(表2)。

表2 泥炭藓种植技术

1.4.1野外人工种植技术。近年来,泥炭藓湿地因为泥炭藓的大量采收而导致了湿地的贫瘠退化[18],对生态系统造成了巨大的破坏,在泥炭藓湿地采用野外种植技术种植泥炭藓可以恢复泥炭藓湿地。由于泥炭的过度开采,泥炭开采迹地同样也贫瘠退化,为了恢复泥炭开采地,需要采用苔藓层转移技术[27],该技术的目的是通过重建以泥炭藓为主的植被覆盖层,恢复泥炭地生态系统的泥炭积累和碳汇功能。在泥炭开采迹地开展泥炭藓的种植,可以使泥炭资源再生,实现泥炭资源的可持续利用与保育平衡。同时在泥炭开采迹地应用野外人工种植技术种植泥炭藓不仅可以恢复泥炭地,增加大气碳的固定,而且可以满足市场对栽培基质的需求,具有很强的环境价值和经济技术可行性[3]。泥炭藓野外种植场地必须选择一个均匀、水平的表面,以确保泥炭藓生长的最佳水位的控制[25];安装水位管理的基础设施,运用自动灌溉系统来控制水位[27];在泥炭藓上覆盖作物(秸秆)[28],为泥炭藓的生长营造一个有利的生存和再生环境。野外种植泥炭藓会存在一些问题,首先是泥炭藓生长时,维管植物的出现是不可避免的,并且可能会抑制泥炭藓的生长,需要定期割草进行处理。其次,野外种植泥炭藓虽然产量大,但是品质不均,存在杂质,泥炭藓收获材料中的杂质包括其他苔藓植物和维管植物的残留物,这些杂质可能会影响泥炭藓本身的生物和物理稳定性[25,27-28]。

1.4.2室内设施栽培技术。室内设施栽培泥炭藓一般使用无土栽培,种植方法分为水培种植和固体基质种植,两种方法相比较,固体基质栽培的设备简单,成本低,基质缓冲性强,栽培技术容易掌握,因而种植方法通常选用固体基质种植。在室内使用人工设施对泥炭藓进行栽培,栽培场地寻找空置的厂房或者搭建简易的大棚,栽培架需要搭三层或五层架子,栽培槽的大小根据需求自行设计。夏季高温地区温度超过30 ℃,不利于泥炭藓生长,因此需要安装温控设备,将温度控制在30 ℃以内,通常使用水帘降温设备来降低温度。泥炭藓在平均温度22.8 ℃时,生长速度最快。湿度是泥炭藓设施栽培最关键的条件之一,泥炭藓的生长需要能够保持在80%以上的湿度环境,因此需要安装一个喷雾加湿系统来维持湿度。泥炭藓在室内光照300～500 Lx[29]是可以生长的,但是生长速度缓慢,因此需要安装补光灯[30]来加强光照强度,并且有研究表明当光照强度达到8 000 Lx时,泥炭藓的光合作用也没有出现饱和[26,31],因此光照强度保持在8 000 Lx以内都是可以的。研究认为泥炭藓的生长对氮(N)、磷(P)、钾(K)等营养物质需求量很低[32],过量的营养物质会导致泥炭藓死亡,pH在6.5时泥炭藓生长最快[33]。因此,泥炭藓需要生长在对水质较严格的贫营养化条件下,并且不可添加复合肥及其他富足营养液。室内设施栽培存在的主要问题是设备的使用成本高、管理方式的投入较大。

1.4.3组织快繁技术。在实验室的无菌条件下培养泥炭藓原丝体是为了更深入地研究泥炭藓的组织培养技术[34]。利用实验室经过孢子脱毒而获得的泥炭藓配子体,在传统获得苔藓植物原丝体的方法基础上进行改造,从而成功获得了泥炭藓原丝体[35]。将得到的泥炭藓原丝体在液体培养基中继代培养一段时间后,停止继代培养,3～4周后可获得其叶为单一绿色细胞的泥炭藓幼嫩茎叶体[36]。以泥炭藓幼嫩茎叶体为种植材料,通过在稀释剂中分散到一定浓度,然后将该材料均匀定植在培养土地或基质上,在特定温度、湿度、光照和营养等培养条件下生长一定时间后,最终获得快速生长且品质均一的泥炭藓。这种泥炭藓人工繁殖方法可以做到通过控制种植材料来调控收获量,且播种材料再生能力强,产量高,品质一致性高,可用于泥炭藓大批量的生产种植和泥炭藓湿地修复等领域[37]。泥炭藓再生的机理、途径、生理过程及相关因素有待进一步探讨[35]。

2 无土栽培基质及其功能指标

随着社会和经济的发展,无土栽培技术的推广应用,栽培基质的需求量日益增大,极大地促进了固体栽培基质的研究、开发和应用。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。

2.1 栽培基质自然土壤由于化学(反应、养分可用性等)、物理(容重、结构、保水性等)或生物(存在病原体、枯竭等)方面的限制,通常不适合某些植物的生长,因而在植物栽培中使用无土栽培基质替代土壤,能够更好地控制植物的生长[38]。盆栽植物的特点是地上部分和根系之间的比例高且不平衡,并且需要更多的水、空气和养分,植物在土壤中生长不能够充分满足条件,从而生长速度较慢。为了满足这些植物生长的要求,使用的基质是根据特定作物需求和各种原料的物理、化学和生物特性采用不同比例配制而成的混合物。基质原料是制备构成基质的原始物料,又分为有机基质材料和无机基质材料,可能具备基质的某一种或某几种功能[39]。

2.1.1有机基质材料。泥炭[40]是优良的传统基质原料,具有纤维丰富、通气透水性好、没有病菌虫卵草籽、不会传播病虫草害、酸度和养分含量低、便于灵活调整和工业化加工、多功能多效益等特点,用于基质使用能够提高产量、改善品质、修复受损环境、促进现代化农业发展。食用菌棒[41]是种苗基质的优良原料,其养分丰富,能够满足种苗生产需求,将其用作基质使用,可以实现废弃菌棒的再利用,发展循环经济。芦苇沫[42]是造纸厂的废弃物,堆置发酵可用作种苗基质,具有较强的酸碱缓冲能力,并且矿质营养丰富。炉渣灰[43]是民用燃料的废弃物,其通透性好,结构稳定,养分丰富,容重适中,易于固定植物,本身不会携带病菌、虫卵和草籽,不会发生病害。椰糠基质[44]具有纤维素含量高、保水吸水性好、保肥能力强、通气性能好、疏松多孔、价格低廉等特性,在园艺栽培时使用较多。

2.1.2无机基质材料。珍珠岩[45]稳定性好,能抵抗各种理化性质的变化,价格低廉,质量均匀,广泛应用于种苗基质的调制,通常与有机基质材料混配使用,可用作一些分解度大、纤维含量低、容重和通气性差的泥炭基质原料的结构性材料。蛭石[46]通气性好、具有较高的缓冲性和离子交换能力,适于与泥炭材料一起配制育苗基质、扦插基质,是目前实际生产中运用较多的一种基质材料。

2.1.3复合基质材料。有机基质与无机基质通常并不能单独作为基质使用,需要根据特定作物需求,采用不同的比例复合配制形成满足植物生长的基质。复配后的基质应具备4个基本功能:①支持和固定植物,植物根系在基质中正常伸展,固定植物地上部分,使其正常生长。②拥有良好的润湿性能,为满足植物对水分和氧气的需求,提供了良好的水分和通气条件。③提供有效的养分,控制盐分含量,保障植物的健康生长。④具有良好的结构稳定性,随着时间的延长,基质的物理结构、化学性质不会发生较大变化。

2.2 栽培基质功能指标围绕基质的4个基本功能建立对应的指标体系,用来描述和衡量这些功能的大小和优劣。对于基质性状和品质的描述指标,可从物理、化学、生物学和经济学指标进行评价。

2.2.1物理指标。在物理性质方面,基质结构和结构稳定性是基质颗粒分布状况和抵御破坏的能力。总孔隙度是指水分孔隙和空气孔隙之和,标准基质总孔隙度一般>60%,大小孔隙比为1∶(2～4),此时通气和透水性为最佳。基质的容重与其固定和支持植物根系的功能有关,容重大,则基质紧密,不利于植物根系扩展;容重过小,则基质疏松,植物容易倒伏,不利于根系固定,标准基质容重为0.2～0.6 g/cm3[47]。良好的基质润湿性能提高基质的水分保持与吸收能力,因此,在基质配制过程中,需要对其润湿性进行适当的调整。

2.2.2化学指标。基质的化学性质包括pH、电导率、养分有效性、有机质、有害化学物质和缓冲容量等关键技术指标。不同的基质原料具有不同的酸碱度,在使用时需要调节,标准基质酸碱度为5.5～7.5。基质盐分含量用基质水浸液的电导率表征,盐分过高会对植物根系造成胁迫,影响植物生长,标准基质电导率为0.1～0.2 mS/cm。

2.2.3生物学和经济学指标。基质的生物学指标一般包括其生物毒性、植物杂草、病原菌、虫卵、微生物活性等。基质的经济学指标包括基质获得的便利性、质量的稳定性、栽培技术的适应性、植物需求满足性和基质的价格等。因此,选用基质既要考虑对促进作物生长有良好效果,又要考虑基质来源容易、价格低廉、经济效益高、不污染环境、使用方便(包括混合难易和消毒难易等)、可利用时间长和外观洁美等因素。

3 泥炭藓基质化利用研究

栽培基质原料种类繁多,但目前用量最大、效果最好的基质原料只有泥炭。然而,泥炭作为一种有限的资源,过度的开采会导致生态环境的破坏,因此,各国政府和研究人员都在不断研究开发新的基质材料,探求合成理想的栽培基质。泥炭藓具有有机质含量高、纤维含量丰富、疏松多孔、通气性好、比表面积大、吸水性好等优点,可用做无土栽培基质原料。分析泥炭藓的基质特性,并与泥炭和其他基质材料相对比,对研究泥炭藓的基质化利用,节约泥炭资源,保护生态环境,加快基质化产业的发展具有重要意义。

3.1 泥炭藓的基质特性从栽培基质的功能指标分析泥炭藓的基质特性(表3)。泥炭藓的容重为0.045～0.080 g/cm3,总孔隙度70%～99%,大小孔隙比为1∶2,持水量为1 600%～2 500%,pH 4.3～4.7,EC值0.35～0.45 mS/cm[49]。泥炭藓作为基质使用,拥有良好的功能特性。首先,从基质的物理指标进行分析,泥炭藓所具有的特殊的细胞结构,可以使基质的孔隙结构维持稳定,泥炭藓吸水不是植物本身生命活动的结果,而是毛细作用的结果,即使泥炭藓死亡之后持水能力也不会改变。从大小孔隙分析,泥炭藓拥有强大的持水能力与通气性能[50],当泥炭藓作为基质使用时,如果保持泥炭藓适当湿度,泥炭藓就能够为植物根系维持理想的水分和通气条件[11,51]。润湿性能是基质重要的使用条件,良好的润湿性能,决定基质对水分吸收和保持的能力[52]。泥炭藓具有良好的亲水性能[8],能够提高基质对水分保持与吸收的能力,为植物根系的生长维持理想的水分条件。其次,从分析化学指标分析,泥炭藓作为一种弱有机酸,可以通过吸收阳离子和释放氢离子来酸化周围环境,用作基质时需要将其pH调节至中性微酸。并且泥炭藓内含丰富的有机质及氮、磷、钾、钙、镁、铁等多种营养元素,能够满足栽培植物对营养的需求。最后根据生物学指标和经济学指标,泥炭藓作为纯天然产品,材料干净,无病菌,能减少虫害的发生。泥炭藓是一种可更新资源,取之不尽,用之不竭。泥炭藓能够吸收、储存和释放大量的植物营养,而其他植物残体只有在粉碎或者腐殖化以后才可能拥有这种功能,因此泥炭藓不需要任何处理,就可直接用于基质和土壤调理剂生产。

表3 泥炭藓与无土栽培基质理化性质[48]

3.2 泥炭藓的基质化利用分析

3.2.1泥炭藓与泥炭基质。如表3所示,泥炭藓与泥炭的容重差别不大,泥炭电导率为0.1～0.7,泥炭藓电导率刚好在泥炭电导率范围内,两者的总孔隙度范围与大小孔隙比基本相同。可以发现泥炭藓完全具备泥炭所拥有的各种理化性质,并且在某些方面具有比泥炭更加优良的性质,比如泥炭能吸收5～7倍于自身的水分,而泥炭藓能够吸收自身重量16～25倍的水分[18],泥炭藓的吸水能力是远远大于泥炭的,这种强大的吸水能力,在作为基质使用时可以为植物根系提供良好的水分条件。泥炭是一种不可再生的资源,目前对泥炭资源的过度开发造成了巨大的环境问题,因此,泥炭藓作为可再生的资源,拥有与泥炭相似的特性,可以用作泥炭的替代材料,但最佳的替代比例还需经过试验研究来探寻。

3.2.2泥炭藓与有机基质材料。有机基质材料由于理化性质的差异,在栽培过程中都会有各自的优点和不足。菌棒在使用的时候不能碾碎为质地均一的基质,内部孔隙少,颗粒间孔隙多,在使用过程中会因为越来越细密导致病害的发生[53]。炉渣通透性较好,结构稳定,但是保水性和吸水性较差,温度变化幅度大,pH呈碱性,需要在配置时加以调整。芦苇沫虽然矿质营养丰富且缓冲能力强,但是需要经过堆置发酵才能使用。椰糠基质具有纤维素含量高、保水吸水性好、通气性能好、疏松多孔等特性,在园艺栽培时使用较多,但是椰糠价格较贵,使用寿命一般,并且重复使用需要消毒,存在一定缺陷[54]。与这些基质材料相比,泥炭藓拥有低pH和低EC值,有利于基质的酸度与养分调节(表3)。另外,泥炭藓总孔隙度高、通气透水性好,具有作为基质原材料的优势。

3.2.3泥炭藓与标准育苗基质。泥炭藓基质性状与育苗基质标准性状对比(表3),总孔隙度和大小孔隙比是相似的,说明泥炭藓作为育苗基质使用可以提供良好的通气性和透水性。泥炭藓容重过轻,在浇水时容易漂浮,不利于固定根系。因此,泥炭藓可与炉渣、芦苇沫和椰糠等容重较大基质材料混配使用提高容重。泥炭藓基质电导率(EC)和pH都低于标准育苗基质,EC会直接影响幼苗生长状况,过低的电导率会使幼苗生长缓慢,过高的电导率会导致植物受到损伤或造成植株根系的死亡;此外,基质酸性过强,会使植物根系活动能力下降,基质中的有效养分不能释放,有益微生物的活动能力下降,影响幼苗的正常生长。因此,泥炭藓可与炉渣、芦苇沫和椰糠配比提高电导率(EC),与蛭石、珍珠岩、芦苇沫配比调节酸碱度。由此可见,泥炭藓与芦苇沫混配使用作为标准育苗基质是最佳的选择,但其最佳的混配比例还需通过试验进行探索研究。

3.2.4泥炭藓与标准栽培基质。与标准栽培基质对比(表3),泥炭藓的总孔隙度、大小孔隙比和电导率完全符合标准栽培基质的要求。泥炭藓容重与标准栽培基质差距较大,需要将泥炭藓与菌棒和炉渣这两种容重较大的基质配比使用。泥炭藓的pH与标准栽培基质的pH相差不大,使用蛭石、珍珠岩、炉渣、芦苇沫、椰糠等基质与泥炭藓混配都可以提高其pH。泥炭藓作为标准栽培基质,缺乏无机营养,需要与无机基质材料蛭石或珍珠岩混配使用。但是基质混配使用时,在改善一部分性状的同时,可能会对其他各项性能产生负面影响。因此用泥炭藓进行标准栽培基质的配比需要通过基质栽培试验验证,并以基质配比的理化性质和作物生长状况优劣为参考标准寻找最佳的基质配比。

3.3 泥炭藓的基质化利用展望泥炭地在大气碳汇中发挥了重要的作用,但是泥炭的过度开采引发了泥炭资源减少、泥炭地固氮功能丧失、湿地生态系统破坏等问题。泥炭藓具有高品质的无土栽培基质所有的物理、化学和生物特性,并且是可再生的,是替代泥炭的首选材料。然而,要充分了解泥炭藓基质与植物性能之间的相互作用,还需要更多的泥炭藓植物生理学等方面的研究。

(1)加强各国在苔藓方面的交流,运用新技术深入研究泥炭藓。虽然近年来新兴的科技和技术得到了发展,但是这些技术对于泥炭藓的应用还不够广泛,尤其是在泥炭藓的生理生态学、化学成分、超微结构、分子生物学等方面的研究深度还处于起步阶段,甚至还比较欠缺,因此,加强各国苔藓学之间的沟通和交流是非常有必要的。只有充分发挥我国丰富的苔藓植物资源,并且充分运用新的技术手段研究泥炭藓,才能给我国的泥炭藓的研究带来更深层次的发展[26]。

(2)吸取国内外泥炭藓种植经验,提升泥炭藓种植技术。泥炭藓作为一种国际贸易商品,是当今最具经济价值的苔藓植物,每年世界产值高达十亿美金。研究泥炭藓种植技术是提升泥炭藓的产量与品质、降低栽培成本,以创造更大的经济价值的必由之路。在泥炭藓种植方面,国外已经形成了较为成熟的泥炭藓种植行业,可以通过广泛的借鉴和吸收外国种植产业的经验与理念,为我国泥炭藓种植产业发展注入新鲜血液,从而研发出具有中国特色的泥炭藓高水平种植技术。

(3)对泥炭藓用作育苗和栽培基质进行深入研究。目前泥炭藓作为育苗和栽培基质的研究还不够全面,泥炭藓资源没有得到良好的使用,因此需要对泥炭藓的基质化利用进行更深一步的探索与研究。单一基质由于理化性状上的缺陷可能无法满足不同作物生长的各项需求,通过基质的混配使用改善理化性状的不足才是如今的研究重点,开发研究能够循环利用、不污染环境、性能稳定、养分丰富且栽培效果好的各种混配基质是基质化利用重要的发展方向。泥炭藓是理想的栽培基质原料,运用泥炭藓与各种基质材料相配比,通过调控比例可使基质拥有不同的理化性质。不同比例的泥炭藓混配基质将会适应不同设施、不同地域、不同作物,可以成本低、效果好、管理方便、作物生长周期和作物品质优劣为评判标准,寻求开发出以泥炭藓为主的各种特性优良的育苗或栽培基质。

4 总结

泥炭藓在农业领域可作为育苗或栽培基质,因其拥有有机质含量高、纤维含量丰富、疏松多孔、通气性好、比表面积大、吸水性好、无病菌和能减少虫害的发生等优良的性质,是替代泥炭基质的最佳材料。通过综述泥炭藓的研究现状发现,泥炭藓拥有独特的细胞结构,细胞壁上的孔使其拥有强大的持水能力,同时具有稳定的孔隙结构,其化学成分又使其具有防腐性能、吸附特性、抗氧化功能和抗菌活性等性能。因此,泥炭藓在作为基质使用时,既为植物提供有利的水分和空气条件,也显著提升了其基质化利用的附加功能。同时也注意到泥炭藓本身与理想育苗或栽培基质的性能存在差距,需要探索其与其他基质材料进行不同比例的配比,研究各种配比基质的不同的性质,以期能够开发出各种具有优良性能的泥炭藓育苗或栽培基质,推动泥炭藓的基质化利用。此外,也要不断提升泥炭藓的种植技术,提高泥炭藓的产量与品质,为其基质化利用提供坚强保障。