无土栽培在我国的研究起步较晚,20 世纪80年代初开始应用于蔬菜生产。目前该技术从农作物生产扩展到了一些园林观赏植物的栽培中, 起到了提高产量、增进品质、减少土传病害、净化栽培环境的效果,并且扩大了观赏植物的栽培范围[1]。栽培基质是植物生长的基础和媒介, 也是无土栽培技术的关键,除了支持固定植株外,更重要的是使来自营养液的养分水分得以中转。植物根系与基质接触,从基质中吸收水分养分。基质对营养液的吸附特性直接决定了植物营养的供给情况,可以说,基质决定营养液的灌溉管理技术[2]。因此,对基质的研究是无土栽培的第一步, 也反映了无土栽培的技术水平,国内外对此均给予了充分重视。在国内,对栽培基质的研究报道不少,但达到实用阶段的太少。目前的研究仅处于用植物长势和产量对可作为基质的原材料的评价上,即各种基质的比较、选择等[3~6]。而对基质的结构(颗粒大小、形状、空隙度),结构的保持,水分养分运移,配套的营养液管理技术等关键要素的研究还不够深入, 也未能开发出较为完善的商品化基质。
1 对基质材料的研究
1.1 有机基质国内对有机基质的研究最为广泛,各种类型的泥炭、秸秆、树皮、锯末、堆肥等皆属有机基质。其优点是具有团聚作用或成粒作用,能使不同的材料颗粒间形成较大的空隙,保持混合物的疏松,稳定混合物的容重;缺点是质量不稳定,各批量间质量不均匀[7]。目前的研究重点在有机基质的配方改良上,即利用有机废弃物并对其进行理化特性的改造,使之更适合蔬菜栽培,既解决了环境污染问题,又能生产优质蔬菜,这也是无土栽培今后的发展方向。
徐刚研究了不同配比基质的理化特性, 结果表明:V 鸡粪∶V 蛭石∶V 炉渣=4∶3∶3 和V 鸡粪∶V 蛭石∶V 炉渣∶V 菌糠=4∶2∶2∶2 这两种复配基质比较理想,适合蔬菜栽培[8]。刘淑娴等研究表明: 黄瓜无土栽培基质用已使用过3 茬的原有机基质100%(稻壳∶珍珠岩∶蛭石为3∶1∶1)+鸡粪3 kg/m3+复合肥0.3 kg/m3+尿素0.14 kg/m3栽培为最佳[9]。高生银等研究山茶花无土栽培适宜的基质配方,从中筛选出了蛭石∶泥炭=2∶1,蛭石∶河沙∶泥炭=10∶5∶1 两种适宜基质[10]。于文进等利用甘蔗渣同时加入NH4NO3 5.0 kg、膨化鸡粪50.0 kg、堆肥速效菌曲1.5 kg 堆沤处理后, 作为无土栽培黄瓜、
番茄和菜薹的基质,获得增产,并且NO3含量达到国际标准要求[11]。秦嘉海等研究表明:炉渣、羊粪、糠醛渣比例为2.5∶1.0∶1.5 时,最利于番茄的生长发育,能得到较高的产量[12]。
1.2 无机基质无机基质主要包括沙、石砾、蛭石、珍珠岩、岩棉、陶粒等。在现代无土栽培中无机基质通常不单独作为栽培基质使用, 一般都是与有机基质配合使用[13]。
王泳以80 余种观赏植物为材料,以轻质陶粒为基质,用具有透明标尺的套盆为容器,设计出盆花无土陶粒栽培槽系统,为盆花无土陶粒栽培的产业化发展提供依据[14]。侯红波等研究结果表明:沙、锯末、炉渣等是用途最广且经济的无土基质;岩棉、陶粒、蛭石、珍珠岩、浮石等是成本高、质量好的高档次基质,是目前最好的无土基质;既经济又对植物生长有利的无土基质则是将上述两类基质合理混合使用[15]。
1.3 其他基质近年来, 随着无土栽培技术的发展,出现了其他一些新型基质。李建强对非织造布基质草坪化的可行性进行分析表明, 非织造布的强力可完全胜任草坪基质的需要,在外加保水剂的情况下,非织造布成功模拟了土壤环境,草坪能顺利移植[16]。余燕平等用非织造布做栽培基质进行蔬菜和花卉的实物栽培,取得了良好的效果[17]。韦三立等研究表明,离子交换树脂这种可再生的高分子化合物进行一次性施肥能够持续不断地供给花卉所需矿质营养,从而简化了花卉栽培的施肥管理,有利于花卉作物的集约化生产[18]。Brdget White 报道膨化黏土颗粒是一种很好的栽培基质,具有良好的排水性,最适用于潮汐式灌溉系统或其他需要频繁灌溉的系统[19]。
2 对基质的生理生化研究
一是通过测定基质的物理、化学和生物学性质研究基质。陈秀月对以蚕沙为主要基质的几种配方基质的理化性质进行了测定[20]。现在国外市场上销售的一些成品基质的指标也多以一些理化性质的测定值来表示。张德威等则从基质的容重、吸水保水性能及基质离子交换特性等方面研究了稻壳灰、锯木屑、棉籽壳的理化性质及其应用,分析了各种基质用于无土栽培时存在的问题,提出了相应的改进措施[21]。
二是通过研究基质对作物生产性状和农艺性状的影响评价。张源盛等通过试验研究了岩棉、泥炭、珍珠岩等栽培基质对菊花营养生长、生殖生长及切花产量与品质的影响,以期筛选出适合切花用菊花的栽培基质[22]。徐康等通过对仙客来在不同基质上的叶片数、植株冠径、球茎直径、开花及显色花蕾数和植株干重的不同来表明某种基质为最佳基质。
三是综合研究基质的理化性质及基质对花卉营养生长和生殖生长的影响评判基质。刘登民等在对牡丹进行无土栽培试验时, 既研究了供试栽培基质的理化性质如容重、孔隙度、pH 等,又研究了牡丹的生长状况如萌生芽数、顶芽数、现蕾数、成花率等,以此来选择最佳的基质[23]。
3 对基质研究的展望与建议
对基质研究目的在于以成熟的产品、简便易行的使用和管理技术支持无土基质栽培。预计未来无土基质栽培将在我国得到较快发展, 基质将逐渐形成市场。目前国内园艺设施呈现日光温室、塑料大棚、自控温室等多种并存局面。决定基质的研究要适应不同设施档次、不同地域、不同园艺植物的要求,以成本低、效果好、管理方便为标准,开发上应该基质和营养液配套,并实行联合推广。下一步,无土栽培基质研究的重点:一是主要园艺植物用基质的适宜理化性质参数研究。二是基质生产工艺研究。即如何按标准参数控制基质结构的形成技术,这种技术要适应标准化、规模化、工厂化生产的需要。三是基质栽培中根际营养的研究。四是基质的水肥管理技术研究。如营养液的配制技术(包括配方),灌溉技术(频率、灌溉量),监测调整技术(植株、营养液回收液的监测调整),设施营养诊断技术,适合滴灌的园艺用肥料(高浓、全溶复合肥)的研制等。五是低成本的无害化利用有机废弃物生产有机基质新工艺的研究。