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无土栽培基质是能为植物根系生长提供稳定、良好的根际环境的生长介质[ 1] 。根际环境包括根系生长适宜的水分、氧气、养分、温度、酸碱度、根际微生物等。虽然不同的植物对栽培基质的要求不同, 但在提供根系生长环境方面有共同的标准, 反映在基质上就是基质的理化性质标准。理化性质标准作为商品化基质的产品质量标准, 对保证基质质量的稳定性, 规范基质产品市场, 促进基质的产业化开发有重要作用。荷兰等国就有专门的机构来评价商品基质的质量优劣, 对达到质量标准的, 颁发质量合格证书, 并准予进入市场销售。我国无土栽培的面积较小, 各大型园艺场所用基质基本是自己根据经验, 利用当地资源配置, 还缺少商品化、有品牌、有市场影响力的产品。关于基质的质量参数有过报道, 但存在参数太多, 标准不一, 可操作性差等缺点, 基质生产中不便执行[ 2] 。孔隙性直接影响水分和空气的含量, 是最重要的理化性质参数, 研究基质的孔隙性标准, 并定量化, 对因地制宜调制基质和基质产业化生产的质量控制具有重要意义。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
试验所用基质材料为上海金山强威保温材料厂生产的园艺用珍珠岩, 用孔径为5. 0, 3. 0, 2. 0, 1. 0,0. 5mm五种筛子筛分珍珠岩, 得到不同粒径的颗粒备用。
1. 2 试验方法
试验处理见表1。
筛分好的珍珠岩颗粒按以上处理的体积比进行混合, 每处理合成基质100L。取1L 样品作物理性质分析。剩余基质装入塑料钵, 每个塑料钵栽一株黄瓜植株, 部分植株用于基质水分常数的生物法测定, 部分植株每天过量浇灌Hoagland 营养液, 苗期进行生物学记载。
1. 3 分析测试
容重及饱和含水量采用环刀法测定[ 3] 。总孔隙度用[ ( 1- 容重/ 比重) @ 100%] 的公式计算获得[ 4] 。非活性孔+ 毛管孔隙度的测定方法与毛管水相同, 但以容重为基础[ 3] 。通气孔隙度为总孔隙度与非活性孔+ 毛管孔隙度之差[ 4] 。田间持水量采用威尔科克斯法测定[ 3] , 初始萎蔫点和永久萎蔫点采用生物法测定[ 3, 5] 。
2 结果与分析
2. 1 不同颗粒粒径配比对基质物理性质的影响
表2 数据表明, 不同颗粒粒径配比对基质的物理性质有显著影响。随着基质颗粒中小颗粒的逐渐增加, 基质的容重增大, 特别是处理3 和处理4, 容重增加明显。饱和含水量是测定基质饱和吸水后, 所吸收的水量与基质重量的比值, 四个处理的饱和含水量无差异。对于土壤来说, 水分保持在孔隙中, 饱和含水量是土壤的孔隙全部充满水分时的含水量, 其数值与土壤的总孔隙度相同。而对于珍珠岩等基质, 除孔隙充满水分外, 颗粒本身的表面或内部也吸收水分, 所以它的饱和含水量的数值大于总孔隙度。这也从另一个侧面说明了基质持水性一般都较好, 植物对水分的需求可通过良好的持水性和及时灌溉解决, 而通气性必须靠基质本身的通气孔隙来解决, 因而, 基质的通气性在某种程度上比持水性更为重要。特别是单一基质, 颗粒均匀, 孔隙也均一, 持水性和通气性的矛盾不协调, 而复合基质则能利用不同材料理化性质的特点达到结构和性能的优化。总孔隙度是根据容重和比重计算而来( 珍珠岩的比重为0. 65g/ cm3) , 随基质中小颗粒的增多, 孔隙度降低, 非活性孔+ 毛管孔隙度增加, 相应通气孔隙度降低。其中处理3 的非活性孔+ 毛管孔隙度与通气孔隙度数量接近, 总孔隙度达76% 。
2. 2 不同颗粒粒径配比对基质水分常数的影响
孔隙度和孔隙配比直接影响基质的水气状况, 而实际栽培中, 基质的水气状况还受作物及其生长环境的影响。水分常数作为反映基质-作物-大气系统中的水分状况的参数, 它把水分和作物联系起来, 可用来分析基质的水分利用情况。表3 的数据表明, 不同颗粒粒径配比对基质水分常数有一定影响。随着基质小颗粒的增多, 田间持水量有增大的趋势, 这是由于小颗粒的增多, 增加了非活性孔+ 毛管孔隙度, 从而提高了持水性。处理1 和处理2 的初始萎蔫点最高, 处理3 的初始萎蔫点最低。而永久萎蔫点是处理1 的最高, 处理2、处理3、处理4 的永久萎蔫点相同。有效水分为田间持水量与永久萎蔫点之差, 各处理间从高到低依次为处理3、处理4、处理2、处理1。由于毛管孔隙的数量从高到低依次为处理4、处理3、处理2、处理1, 因此, 说明处理3 的粒径配比所形成的毛管孔隙毛管作用最强, 有利于水分的保持和植物利用。
值得注意的是, 土壤中的无效水分( 永久萎蔫点的水分) 一般是非活性孔隙( 无效孔隙) 保持的水分, 其数值肯定小于非活性孔+ 毛管孔隙度。而表3 中的无效水分( 永久萎蔫点的水分) 大于表2 中的非活性孔+ 毛管孔隙度, 这可能与基质材料本身的高吸水性有关, 也就是说, 基质材料本身吸收的水分, 并不能完全被植物利用, 基质的无效水分包括非活性孔隙保持的水分和基质材料吸收的一部分水分。因此, 基质的原材料并不是吸水性越强越好, 关键是材料吸收的水分要易于被植物吸收利用。
2. 3 基质不同颗粒粒径配比对黄瓜苗期生长的影响
水分常数试验表明, 处理3 的孔径大小所保持的水分状况最好, 而良好的孔径配比应该是水分状况和空气状况达到协调, 关于空气状况的测定由于试验条件的限制无法进一步研究, 栽培植物苗期的生长情况可在一定程度代表其基质的水气协调情况。表4 为不同颗粒粒径配比基质黄瓜盆栽试验数据, 表明处理3 和处理4 栽培的黄瓜苗期生长较好, 特别是处理3, 其株高, 叶片数和最大叶面积较其它的处理有明显增大。因此, 处理3 的粒径配比较为合理。
3 讨 论
孔隙性是基质的重要物理性质, 包括孔隙度和孔径分配, 影响和决定基质的通气、排水、持水、容重等性质。良好孔隙性的基质, 具有较大的孔隙度和适宜的大小孔隙配比, 配合合理的灌溉方法, 能够同时满足植物生长对水分和空气的要求, 有利于养分状况的调节, 有利于植物根系的伸展和活动。基质具有支持、固定植物的使命, 容重不能太小, 但蔬菜无土栽培生产中采用吊线来支撑植物体和果实的重量, 为减少生产操作中的劳力支出, 容重可以很小, 由于孔隙度与容重呈反相关, 因此孔隙度可以较大。综合目前广泛使用的基质材料的总孔隙度及其优缺点( 表5) , 基质的总孔隙度在60% ~ 90% 之间较好。
关于土壤孔隙的分级有许多种分级方法, 综合各家的观点, 大体上把土壤孔隙分为三级: 非活性孔, 毛管孔和通气孔[ 4] 。非活性孔的孔径小于0. 002mm[ 4], 其中充满着吸附水( 束缚水) , 没有毛管水和空气。毛管孔隙所保持的水的毛管传导率大, 易于被植物利用。而通气孔隙中的水分在重力作用下排出, 成为通气的过道。因此在土壤饱和灌溉并排出重力水( 田间持水量) 的情况下, 非活性孔隙度, 毛管孔隙度和通气孔隙度分别代表土壤中无效水, 有效水和空气的含量。为满足植物生长对水分、养分的需求, 无土基质栽培一般采用营养液的过量灌溉, 因而基质的通气性能最为重要。所以, 试验中测定了非活性孔+ 毛管孔隙度, 计算出通气孔隙度, 并用非活性孔+ 毛管孔隙度与通气孔隙度的配比来评价基质的水气状况。孔径分配决定于颗粒的粗细、颗粒排列方式和团聚形式[ 4] 。对于基质来说, 颗粒的排列和团聚方式只有通过水膜的正负电荷的吸附连结作用和有机物质的胶结作用实现, 这种作用比土壤的小得多, 而且不易定量控制, 但是基质颗粒的大小是可以人为调控的。一定容积中大颗粒多, 则比表面积小, 形成较多的大孔隙; 小颗粒多, 则比表面积大, 形成较多的小孔隙。因此, 基质孔径分配可通过大小颗粒的配比来调控。基质的不同颗粒粒径配比试验说明, 颗粒配比明显影响基质的物理性质、水分常数和栽培作物的长势, 其中小于0. 5, 0. 5~ 1. 0, 1. 0~ 2. 0, 2. 0~ 3. 0, 3. 0~ 5. 0mm 五个粒径颗粒的体积比分别为10%, 30% ,30% , 20%, 10%的配比最好, 其总孔隙度达到76%, 非活性孔+ 毛管孔隙度与通气孔隙度的比例近似为1：1, 水分有效性高, 水气状况较为协调。因此, 孔隙性可作为基质的质量标准参数之一, 其标准为总孔隙度60% ~ 90%, 非活性孔+ 毛管孔隙度与通气孔隙度的比例为1B1。具体操作时, 可通过不同大小颗粒粒径的配比来调控基质的孔隙性。
