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几种无土栽培代用基质缓冲性研究初报
刘庆华1, 刘庆超1, 王奎玲1, 刘明健2, 张启翔3
（1 青岛农业大学环境艺术学院，青岛266109；2 威海艺苑园林绿化工程有限公司，威海264200；3 北京林业大学园林学院，北京100083）
基质缓冲性是指基质在外界条件发生波动时保持理化性状稳定的能力，其中最主要的是对酸、碱和盐变化的缓冲性。缓冲性高的基质具有更优良的综合性状。选择缓冲性能尽可能高的栽培基质可以最大限度地减小因营养液酸碱度及盐度波动而引起的对植株的伤害。缓冲容量则是表示基质缓冲能力的指标，是指使基质溶液的pH 改变一个单位所需要加入的酸量或碱量。可溶性盐缓冲容量指使基质溶液的EC 值改变一个单位所需要加入可溶性盐的量。缓冲容量越大，pH 或EC 越不易发生改变，缓冲能力越强。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验材料为泥炭（产自辽宁双鸭山）、珍珠岩、蛭石以及经发酵以后的锯木屑、椰糠、豆秆粉、花生壳粉、玉米芯粉、酒糟等代用基质。各基质材料均经过2 倍体积的自来水冲洗后，风干，粉碎并过1mm 筛备用。
1.2 试验方法
1.2.1 酸缓冲性测定称量基质样品10g 各25 份，置于250ml 三角瓶中，分别加入去离子水100ml，基质/ 水比为1:10（W/W）。向三角瓶中分别加入0.1mol/L HCl溶液0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、10.5、11.0、11.5、12.0ml， 使基质HCl 添加量分别为：0、0.005、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.045、0.05、0.055、0.06、0.065、0.07、0.075、0.08、0.085、0.09、0.095、0.1、0.105、0.11、0.115、0.12mol/kg 基质。振荡30min，静置12h，定性滤纸过滤，用pHS-3C 型酸度计测定并记录各样品浸提液pH 值。
1.2.2 碱缓冲性测定同上，仅以0.1mol/L NaOH 溶液替代0.1mol/L HCl 溶液。
1.2.3 可溶性盐离子缓冲性测定称量基质样品10g 各14 份，置于250ml 三角瓶中，分别加入去离子水100ml，基质/ 水比为1:10（W/W）。向三角瓶中分别加入0.2mol/L NH4NO3 溶液0、1、2、3、4、5、6、8、10、12、14、16、18、20ml，使基质NH4NO3 添加量分别为：0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1、0.12、0.16、0.2、0.24、0.28、0.32、0.36、0.4mol/kg。振荡30min，静置12h，定性滤纸过滤，DDS-IIC 电导仪测定并记录各样品浸提液EC 值。
1.2.4 缓冲容量的计算根据所测定数据，用Excel 画出pH 或EC 与所加酸（碱）或可溶性盐的量的二次回归曲线：
设pH（EC）变化△Y 单位需加酸（碱）或可溶性盐的量的量为△X，则有：
②式表示在(X，Y)点，X 产生△X 的变化时，则Y改变△Y。
另由①知，
其中b2– 4a(c- Y)≥0。④式即表示当纵坐标为Y时，Y 变化△Y，则X 变化△X，△X 即为缓冲容量。在研究过程中，设Y 为各基质原始pH 或EC 值，△Y= 1。
2 结果与分析
2.1 基质酸缓冲性
由图1 可见，随着HCl 施入量的增加，珍珠岩及蛭石pH 迅速下降，泥炭与花生壳粉pH 下降速度也相对较快，说明其酸缓冲性较小。酒糟与豆杆pH 下降缓慢，说明其酸缓冲性较大，能够抵制较为剧烈的pH 变化。从表1 亦可看出，珍珠岩酸缓冲性最低，酸缓冲容量仅为0.007mol/kg，蛭石为0.0111mol/kg；泥炭与花生壳粉酸缓冲性亦较低， 酸缓冲容量分别为0.0225mol/kg 和0.0288mol/kg；豆杆粉与酒糟酸缓冲性较高， 酸缓冲容量分别为0.0928mol/kg 和0.1054mol/kg，其它基质酸缓冲容量居中。
2.2 基质碱缓冲性
由图2 及表2 可以看出，随着NaOH 的施入，珍珠岩及蛭石浸提液pH 迅速上升，花生壳粉pH 上升亦较快，说明其碱缓冲能力较小；酒糟与豆杆粉浸提液pH上升缓慢。珍珠岩与蛭石碱缓冲性最低，碱缓冲容量分别为0.0074 和0.0134mol/kg；花生壳粉与锯木屑亦较低，分别为0.0238mol/kg 和0.0395mol/kg，而酒糟最高，达到0.1400mol/kg，其它基质碱缓冲容量居中。
2.3 基质可溶性盐缓冲性
从图3 及表3 可看出，珍珠岩可溶性盐离子缓冲容量较大，达到0.5845mol/kg，蛭石可溶性盐离子缓冲容量最小，仅为0.2960mol/kg，其它基质基本上均介于0.3~0.4mol/kg 之间。
3 讨论
实用性、经济性、环保性以及根系的适应性是无土栽培基质应具备的基本条件。泥炭为中国目前应用最广泛的有机无土栽培基质。但是泥炭的大量开发使用造成湿地的破坏，目前已经有许多国家开始限制两种基质的开发与使用。质优价廉的环保基质的开发利用已成当务之急。中国农业作物秸秆利用率极低，大多在田间废弃或直接焚烧，造成严重污染。如果能够开发利用，作为无土栽培基质，将不失为一条有效途径。pH 是基质化学性质中最有代表性的量度之一[1,2]，直接影响植物对基质中养分的吸收。在栽植前，必须对基质的PH 值进行检测并将之调至适宜水平。基质pH值与各种化合物的溶解度、离子结合及微生物的活性关系密切，大多数植物必需的营养元素的有效性取决于基质pH，所以便成为植物营养相对有效性的指标。也就是说基质pH 值的变化，最终体现在植物体是否能够正常发育。发酵以后的代用基质pH 呈酸性或微酸性，其中酒糟pH 为3.85，必须进行pH 值调整。EC 值表示溶液中电解质离子浓度。在一般情况下，它表达了基质植物养分浓度的高低。由于其测定方法比较简单，并可以连续、动态测定，易于调控，已广泛应用在设施栽培尤其是温室无土栽培中。基质EC 的高低与植物生长发育有着密切的关系，这方面的研究较多[1~4]。
在长期栽培过程中随着外源营养的施入，栽培基质存在着缓慢的酸碱化和盐化过程，盆栽基质在碱性水质条件下，一个生长季pH 值能够上升0.5~1.0[5]。因为盆栽基质被限制在有限的空间内，可溶性肥料及灌溉水所释放的离子在有限空间内积累，导致基质浸提液中可溶性离子浓度升高。选择缓冲性能尽可能高的盆花栽培基质，防止可溶性盐及H+ 、OH- 的积累，避免因营养液酸碱度及盐度波动引起的对植株的伤害。基质缓冲性强弱常与基质有机物含量有关，低缓冲性基质包含不稳定混合物，而有机质含量较少，高缓冲性基质通常有机质含量较高[6]。从试验可以看出，珍珠岩及蛭石酸碱缓冲性较小，抵制酸碱反应的能力较弱，但前者盐缓冲性较大，究其原因可能在于其特殊的多孔性结构增加了其比表面积，能够较多地吸附矿质离子。有机型栽培基质中，高分子有机物含有大量的功能基团，吸附H+ 和OH- 的能力较强，能够抵制pH 的剧烈变化，其酸碱缓冲性显著高于无机栽培基质。各代用基质酸、碱、盐缓冲容量均高于泥炭基质，能够形成稳定的环境，最大程度防止由于营养液pH 或EC 的剧烈变化对植株根系造成伤害。
