蔬菜无土栽培基质初步筛选研究

蔬菜无土栽培基质初步筛选研究

焦永刚1, 石琳琪1, 董灵迪1, 郭敬华1, 曹彩霞2*
( 1 河北省农林科学院经济作物研究所, 河北石家庄 050051; 2 河北省农林科学院, 河北石家庄 050051)

无土栽培技术为1项农业高新技术, 极大地拓宽了农业生产的空间, 使沙漠、荒地和海岛等不毛之地的作物生产变成现实, 许多发达国家已逐步实现了无土栽培的集约化、现代化和工厂化生产, 达到了高产、优质、高效、低耗的目的, 使设施园艺作物产量和品质大幅度提高, 生态环境保护得到保障。蔬菜无土栽培的方式很多, 在我国应用的主要有有机生态型无土栽培技术、浮板毛管无土栽培、营养液膜栽培技术、深液流无土栽培技术、袋培、槽培、岩棉培以及鲁SC无土栽培方法等。常规的无土栽培技术, 一般利用无机的化学合成物质配制成营养液, 氮源90%以上采用硝态氮, 但是过量的硝态氮会导致蔬菜产品器官尤其是叶菜类蔬菜硝酸盐含量高, 不符合绿色食品要求, 难以实现高新技术生产高档农产品的目标, 加之水培对生产者文化和技术水平要求较高, 成本投入和运行费用较大, 病害易传播等, 限制了无土栽培技术的大面积推广应用[ 1]。

将传统农业与无土栽培相结合形成的基质无土栽培技术, 使用固体基质和固态有机肥代替了水与化肥配制的营养液, 使无土栽培技术更加简单、易行、有效。如何开发一种理化性能稳定、取材方便、各种原材料易于获取、价格低廉、用后方便处理的基质, 是固体基质无土栽培的关键[ 2]。本研究目的之一就是寻找基质栽培主要原料草炭的替代物, 在降低栽培成本的同时, 保护不可再生的生态资源。利用蛭石及工农业固体废弃物如炉渣、废菇料、秸秆等为原料, 将其混配成无土栽培基质, 研究其配比与理化性状的关系及其适宜的理化指标, 旨为大面积商业化生产提供依据[ 3] 。

1 材料与方法
    基质原材料有草炭(普通园艺用草炭, 购于花卉市场)、蛭石(未分级蛭石)、炉渣( 0.5 cm 筛网过筛)、玉米秸秆(粉碎喷水后用塑料膜覆盖堆沤3个月) 和棉籽皮(以棉籽皮作原料生产食用菌后的废菇料, 喷水后用塑料膜覆盖堆沤3 个月) , 测定其容重、孔隙度、pH 值和电导率(表1)。
表1 5种基质原材料的基本性质

将上述原材料按不同配比复配成8种混合基质(表2), 采用常规方法[ 4] 分析基质的物理性质。基质的电导率( EC) 和pH 值是基质的重要理化参数, 其测定方法参照土壤的EC 和pH 值测定方法, 在L IDA DDS-12DW型电导率仪上测定电导度( St), 在L IDA PHS-3BW 型pH 计上测定pH 值。
表2 复配基质的原材料种类和配比

2 结果与分析
2 1 复配基质的理化性质[ 5]
基质的物理性质主要反映了基质的重量及其保水、透气性等能力。基质容重反映了基质的疏松程度及对作物的支撑能力, 饱和含水量可以反映基质的总孔隙度,是基质保水、透气性能的重要指标[ 6] 。
2 1 1 容重 容重是指单位体积内干燥基质的重量。其反映了基质的疏松程度。容重过大则基质紧实, 总孔隙度小, 通气透水性差, 操作不方便, 也影响作物根系生长; 容重过小则基质过于疏松, 基质过轻, 孔隙度大, 虽具有良好的通透性, 但浇水时易漂浮, 不利于固定根系。一般认为, 容重< 0.25 g / cm3 的基质属于低容重基质, 容重为0.25~ 0.75 g / cm3 的基质属于中容重基质, 容重> 0.75 g / cm3 的基质属于高容重基质, 其中基质容重为0.1~ 0.8 g / cm3 时作物栽培效果较好。试验的8种复配基质容重为0.35~ 0.54 g / cm3 (表3) , 属于中容重基质, 均在适宜基质容重范围之内。

2 1 2 持水能力 总孔隙度是指基质中持水孔隙和通气孔隙的总和, 以相当于基质体积的比例(% ) 来表示。总孔隙度大的基质, 其空气和水的容纳空间大, 基质较轻、疏松, 有利于作物根系生长, 但对作物根系的支撑固定作用较差, 作物易倒伏; 总孔隙度小的基质较重, 水和气的容纳量较小, 不利于植物根系伸展, 必须进行频繁的水肥供应才能弥补此缺陷。在基质分类中,大孔隙占5% ~ 30%的基质属于中等孔隙度; < 5%的基质属低孔隙度; > 30%的基质属高孔隙度, 基质持水量低时易干燥。对于多数蔬菜栽培, 基质孔隙度在54% ~96%即可。试验的8种复配基质总孔隙度为60% ~ 80%(表3), 属于高孔隙度基质, 均在适宜基质孔隙度范围之内。总孔隙度只能反映在一种基质中空气和水分能够容纳的空间总和, 不能反映基质中空气和水分各自容纳的空间。最适宜的基质总孔隙度是同时能提供20% 的空气和20% ~ 30%容易被利用的水分。一般来说, 大小孔隙比在1 ( 2~ 4) 为宜, 该种基质持水量大, 通气性又良好, 作物能良好生长, 并且管理方便。试验的8种复配基质大小孔隙比为1 🙁 1.2~ 6.7) (表3), 其中(V、VI VII 和VIII 号基质的大小孔隙比在适宜范围内。
表3 8种无土栽培复合基质的理化性质

2 1 3 酸碱度 用pH 值表示基质的酸碱度。pH 值=7为中性, pH 值< 7为酸性, pH 值> 7为碱性。栽培蔬菜的基质pH 值以6.0~ 7.5为宜。固体基质人为调节不易操作, 复配基质pH 值不适宜会导致植物出现生理障碍。试验的8种复配基质pH 值为6.29~ 7.41 (表3),均在适宜的pH 值范围内。

2 1 4 电导率 电导率是指基质未加入营养液之前本身具有的电导率, 用以表示各种离子的总量(含盐量), 用m s / cm 表示。电导率是基质分析的一项指标,表明基质内部已电离盐类的溶液浓度。其反映基质中原来带有的可溶性盐分含量, 将直接影响到栽培基质的营养平衡。基质的电导率与硝态氮含量之间存在相关性,可由电导率值推断基质中的氮素含量, 判断是否需要施用氮肥。当电导率< 0.37m s / cm 时(相当于自来水的电导率) 必须施肥, 电导率达1.30~ 2.75m s / cm 时一般不再施肥, 超过2.50m s / cm 时需要淋洗盐分。栽培蔬菜作物时的电导率应> 1m s / cm。试验的8种复配基质电导率为0.58~ 2.21m s / cm (表3) , 除了VI和VIII号基质电导率偏低, 不适用于蔬菜栽培外, 其余基质的电导率均> 1m s / cm, 适宜蔬菜栽培。

2 2 复配基质的成本
经济效益决定无土栽培生产发展的规模与速度[ 7]。基质栽培是无土栽培中投资最少的栽培方式, 但各种基质的价格相差很大, 有些基质作物虽能够很好生长, 但来源不易、运输困难且价格较高, 故不能选用[8] 。采用作物残体或有机废弃物作为无土栽培中的基质材料来代替生产上常用的草炭、岩棉等基质材料来降低生产成本, 是较好的方式。玉米秸秆、炉渣、棉籽皮等固体废弃物的成本远远
低于草炭(表4), 而且易于获得, 其本身并无太大成本, 产生成本方面主要在于运输和粉碎的机械与人工投入。8种复配基质的成本差别较大, 其中III、IV、VI 和VII 号基质成本较低, 是比较适合于推广应用的无土栽培固体基质。
表4  5种基质原材料的成本

表5  8种复配基质的成本

3 结论与讨论
以草炭、蛭石、炉渣、废菇料和粉碎后的玉米秸秆为原材料, 按不同原材料种类及比例混合成8种蔬菜无土栽培复合基质, 测定并比较了8种复合基质的理化性质。结果显示, 试验的8 种基质干容重为0.35 ~0.54 g / cm3, pH 值为6.0 ~ 7.5, 总孔隙度为60% ~80%, 从干容重、pH 值和总孔隙度3个重要指标上看均能够满足多数蔬菜栽培需求; 从大小孔隙比来看, 基质V、VI、VII 和VIII的孔隙比为1: ( 2~ 4), 作蔬菜栽培基质更为适宜; 从基质的电导率来看, 8种复配基质的电导率为0.58~ 2.21m s / cm, 除VI 和VIII 号基质偏低外,其余基质的电导率均在1~ 2.5m s / cm, 可直接用于蔬菜栽培; 而从复配基质的成本上看, III、IV、VI 和VII 号基质成本较低, 则更适宜在生产上推广应用。8种复配基质在大小孔隙比、基质电导率及成本上各有优劣。通过综合考量, 初步优选出的无土栽培基质为基质IV(V棉籽皮:V炉渣= 1 :1)、基质VI (V棉籽皮: V蛭石= 1 :1) 和基质VII (V玉米秸秆: V棉籽皮: V蛭石= 1: 1 :2)。对于不同基质在生产上的应用效果, 需要做进一步的评估和试验。混合基质将特点不同的基质组合起来, 使组分互相补充, 从而使基质的各个性能指标达到要求标准, 因而, 混合基质越来越广泛地应用于生产上。混合基质原料种类越多效果越好, 但由于混合基质时所需要的劳动力费用较高, 因此从实际考虑应尽量减少混合基质的原料种类, 生产上一般以2~ 3种基质混合为宜。从保水性上看, III、IV和V号基质中均含有炉渣, 占体积的50%, 使总孔隙度与大小孔隙比均偏小, 可以通过适当增加有机质比例来改善其持水孔隙大小。另外, 含有炉渣的基质pH 值偏高, 需通过增加有机质含量来改善。炉渣偏碱, 富含营养元素, 通气孔隙太大, 因而在复合基质里所占比例不宜超过50%。秸秆是最经济和最实用的有机基质, 可以大幅度地改善基质的孔隙度和pH 值, 且易于收集应用。蛭石pH 值属中性, 但不同颗粒大小的保水性能和孔隙大小有很大差别, 因此, 用作栽培基质时可以选用价格较低的不分级的蛭石产品。棉籽皮为中性或偏碱性, 营养元素少, 孔隙度大, 与蛭石中的大颗粒作用相当。