北方园艺2009(1):129～132·专题综述·
无土栽培基质物料资源的选择与利用
潘凯,韩哲
(东北农业大学园艺学院,黑龙江哈尔滨150030)
摘要:综述了基质在无土栽培中的重要作用,在对一些常见的基质物料理化性质进行比较
的基础上,初步确定了无土栽培基质的选用原则,最后对无土栽培基质的资源利用提出了初步的
建议。
关键词:无土栽培;基质物料;选择与利用
中图分类号:S604+.7文献标识码:A文章编号:1001-0009(2009)01-0129-04
无土栽培技术是近年来发展最快的新技术之一,是
不用土壤而用基质栽培的方法。它的历史,可以追溯到
2000多年以前,现在,许多国家都有无土栽培设施,已
广泛用于生产花卉、蔬菜、育苗等。它具有省地、省水、
省肥、受环境影响小、作物生长快、高产、优质、病虫害少
等诸多优点,是未来农业的理想模式[1]。
我国无土栽培的应用起步较晚,但目前此项技术不
仅使农作物生产取得了显著的经济效益,还进一步应用
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[2]。水培技术由于存在应用成
本高、技术难度大等问题,发展较缓慢;而高效、低成本、
傻瓜化的基质栽培技术逐渐成为研究开发的热点,发展
速度非常快[324]。
第一作者简介:潘凯(19742),男,博士,讲师,现从事园艺商品学与
蔬菜栽培生理及无土栽培学方面的教学与科研工作。
收稿日期:2008-09-27
固体基质的无土栽培类型由于植物根系生长的环
境较为接近天然土壤,缓冲能力强,不存在水分、养分与
供氧气之间的矛盾,因此在生产管理中较为方便,且设
备较水培和雾培简单,甚至可不需要动力,具有一次性
投资少、成本低、性能相对较稳定、经济效益较好等特
点,生产中普遍采用。近年来,随着具有良好性能的新
型固体基质的开发利用以及在生产上工厂化育苗技术
的推广,我国的固体基质栽培的面积不断扩大[3]。从我
国现状出发,基质栽培是最有现实意义的一种方式。
无土栽培由营养液、基质、设施和设备几部分组成,
经过多年的研究和试验,营养液的配方已基本形成,需
要时可到相关材料中查找。对于设施和设备来说,可以
长途调运。但对于基质,要根据不同条件、不同地区,不
同资源因地制宜,应用不同的基质。
1常见基质物料及理化性质
1.1无机基质
无机基质作为基质的一大类,在生产上应用较为广
泛,常用的有岩棉、砂、石砾、蛭石等,这些基质虽归为同
一类,但很多方面是不同的[527]。
SoilFumigantsUsedinVegetableGreenhouse
ZHAIJian2huan,CAOXiao2mei,WANGBei,LIUXiang2xin
(CollegeofChemicalandPharmaceuticalEngineering,HebeiUniversityofScienceandTechnology,Shijiazhuang,Hebei050018,China)
Abstract:Kindsofalternativesoilfumigantsusedinvegetablegreenhousewerereviewedinthisarticlewiththeirper2
formance,methodstouse,applicationarea,mechanismtosterilizeaswellastheircharactersrespectively.Somepro2
spectivesoilfumigantswhichcansubstituteMethylbromidewereintroduced,whilethetendencydevelopmentofsoilfu2
migantsusedinvegetablegreenhousewassummarizedaswell.Thenewsoilfumigantswillfocusonthedevelopentwith
theirsafeties,effective,nopollutionandeasytousetofitdifferentkindofusesforthefarmer.
Keywords:Vegetablegreenhouse;Soilfumigant;Methylbromide;Metamsodium;Allylisothiocyanate
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·专题综述·北方园艺2009(1):129～132
1.1.1岩棉岩棉的外观是白色或浅绿色的丝状体,总
孔隙度大,吸水力很强。碳、氮比和盐基交换量低。岩
棉吸水后,会依其厚度的不同,含水量从下至上而递减;
相反,空气含量则自下而上递增。栽培中施用营养液
后,新岩棉pH较高,在栽培初期使营养液的pH有所升
高,但经过一段时间岩棉的高pH会被营养液的低pH
所中和。岩棉作为基质具有化学性质稳定、物理性状优
良、pH稳定以及经高温消毒后不携带任何病原菌等特
点。岩棉质轻,不会腐烂,透气性好,被认为是当今无土
栽培最好的基质之一,世界上已普遍采用。但块板状的
岩棉,废弃后由于在土壤中极难分解,并损害土壤的耕
作性状,故被视作污染物。
1.1.2砂砂的来源广泛,在河流、大海、湖泊的岸边以
及沙漠等地均有大量的分布,加上价格便宜,是无土栽
培应用最早的一种基质材料。碳、氮比和持水量均低;
没有盐基交换量。用作无土栽培的砂应确保不含有毒
物质。不同地区不同来源的砂的组成成分差异很大。
沙的粒径大小应相互配合适当,如太粗易产生基质中通
气过剩,保水能力较差,植株易缺水,营养液的管理麻
烦;而如果太细,则容易在沙中储水,造成植物根系的涝
害。用砂作为基质的主要优点在于其来源容易,价格低
廉、作物生长良好,但由于沙的容重大,给搬运、消毒和
更换等管理工作带来了很大不便。
1.1.3石砾在蔬菜营养液栽培中砾培较为普遍,其来
源是河边石子或石矿场岩石碎屑。砾石本身不具有盐
基交换量,保持水分和养分的能力差,但通气排水性能
良好。石砾的粒径应选在1.6～20mm的范围内,其中
总体积一半的石砾直径为13mm左右。石砾应较坚硬,
不易破碎;选用的石砾最好棱角不明显,特别是株型高
的植物或露天风大的地方,更应选用棱角钝的石砾,否
则会使植物茎部受到划伤。
1.1.4蛭石蛭石为云母类次生硅质矿物,一种水合镁
铝硅酸盐,为铝、镁、铁的含水硅酸盐,由一层层的薄片
叠合构成。质地轻而多孔隙,有良好的透气性、吸水性
及一定的持水力,并含有可供花卉吸收利用的镁、钾等
元素。蛭石的容重很小,能提供一定量的钾,少量的钙、
镁等营养物质。蛭石具有较高的缓冲性和离子交换能
力,通气性也好,园艺上用它作育苗、扦插或以一定比例
配置混合栽培基质,效果较好。无土栽培用蛭石的砾径
应在3mm以上,用作育苗的蛭石可稍细些。由于蛭石
颜色比其他基质好看,在实际应用中,花卉种植偏爱蛭
石。重复使用时,其物理性状会有所改变。
1.1.5珍珠岩为含硅质矿物,由灰色火山岩经粉碎加
热至1000℃,膨胀形成的一种白色颗粒状物。性质稳
定、坚固、质地轻、清洁无菌,具有良好的排水和通气性,
但保水、保肥性稍差。是一种封闭的轻质团聚体,容重
小,碳氮比低。作育苗基质时常和其它基质混用,浇水
时容易浮起。
1.1.6膨胀陶粒膨胀陶粒又称多孔陶粒或海式砾石,
是用大小比较均匀的团粒状陶土,在800～1100℃的高
温陶窑中煅烧制成的其化学成分和性质受陶土原料成
分的影响,有一定的盐基代换量。膨胀陶粒作为基质其
排水通气性能良好,每个颗粒中间有很多小孔可以持
水。陶粒本身价格虽高于珍珠岩、蛭石等基质,但因其
耐用,故实际使用价格并不高。
1.1.7炉渣为燃烧后的残渣,民用燃料的废弃物,工
矿企业的锅炉、食堂及北方地区居民的取暖等都有大量
炉渣,各地均有,数量较大,取材方便。炉渣灰通气性
好,容重适中,有利于固定作物根系,种植作物时不易倒
苗,但由于颗粒大小相差悬殊以及常混有石块,使用前
最好将其粉碎,具有良好的理化性质,同时,炉渣的价格
低廉。缺点是碱性大,保水吸水性能力差,质地不均一,
热容量小,变温幅度大,对营养液成分影响大。
1.2有机基质
有机基质的化学性质一般稳定性较差,它们通常具
有较高的盐基交换量,其蓄肥能力相对较强[527]。
1.2.1稻壳水稻产区最常见的有机废弃物,是水稻产
区加工时的副产物;常用的是炭化稻壳又叫砻糠,由暗
火闷燃(炭化处理)而成。容重、总孔隙度及大小孔隙都
比较适中,通透性好;保肥保水性能一般,养分含量低,
pH值偏高。能与其他任何基质材料配合使用,也是复
合育苗基质的优质原料之一。近些年,关于生稻壳在无
土栽培上的应用日益被人重视[13]。
1.2.2草炭草炭是迄今为止被世界各国普遍认为是
最好的无土栽培基质之一。生产上通常和其它基质(如
砂、蛭石、炉渣灰等)混合使用。但是我国草炭资源分布
不均匀,主要分布于北方,其质量较好,这与北方的地理
和气候条件有关。是低温、湿地的植物残体经数千年的
堆积,在气温较低、雨水较少的条件下,植物残体缓慢分
化而成,为不可再生的自然资源,长期采用必然会造成
草碳资源枯竭,所以应该合理的利用。在使用过程中,
产区的草炭由于开采和加工简单,价格便宜;但在非产
地,由于经过长距离运输和精细加工,优质泥炭的价格
相对较高。
1.2.3锯木屑锯木屑来源丰富、容重轻、吸水保水性
较好;但碳氮比过高,单独使用要补充大量N肥,否则易
造成植株缺N;基质较偏酸性,可与碱性基质(如灰)混合
使用。锯末作为栽培基质受到越来越多的关注,但其含
有大量杂菌及致病微生物,需经过适当处理和发酵腐熟
才能应用,使用高温灭菌和杀苗剂,能杀死有害病菌,但
使基质中的有益微生物减少,且不能使这种高碳氮比锯
末中的碳素得到有效降解。
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1.2.4椰子纤维长纤维素,松泡多孔,保水和通气性
能良好。与泥炭相比,椰子纤维含有更多的木质素和纤
维素,半纤维素含量却很低;其本身所含可供植物利用
的矿质元素含量很低,但P和K的含量却很高。我国海
南等地具有丰富的椰子纤维资源,有待很好地开发利
用。基于椰子纤维的良好性能,应以生产模制基质等高
档成型产品为主才能创造更好的效益。
1.2.5甘蔗渣制糖业的副产品,在我国南方来源广
泛。干甘蔗渣,除少量用于造纸和制造糠醛外,大部分
作为燃料烧掉,新鲜的甘蔗渣碳氮比很高,不能直接使
用,经过添加氮肥并堆沤处理后,可成为与泥炭种植效
果相当的良好栽培基质。60%的木糖渣与30%的煤灰、
10%的煤渣混合,添加尿素、鸡粪等,可成为与泥炭相当
的番茄育苗基质。用甘蔗渣作育苗基质的蔗渣应较细,
最大粒径不超过5mm;用作袋培或槽培,粒径可稍大,
但最大也不超过15mm。
1.2.6芦苇末利用造纸厂废弃下脚料,添加一定比例
的鸡粪等辅料,在发酵微生物的作用下,堆制发酵合成
优质环保型无土栽培有机基质。已广泛应用于无土栽
培和育苗之中,尤其在长江流域普遍采用。
1.3常见基质理化性质
无土栽培中,对植物生长影响较大的基质物理性质
包括:容重、密度、总孔隙度、持水量、大小孔隙比以及颗粒
粒径大小等。表1列出了几种常见基质的理化性质[5,10]。
表1基质的酸度及物理性质
基质名称pH容重/g·cm-3总孔隙度/%大孔隙(空气容积)/%小孔隙(毛管容积)/%水气比(以大孔隙为1)
无机砂6.5～7.81.5～1.830.529.51.001∶0.3
基质煤渣6.80.7054.721.733.01∶1.51
蛭石6.5～9.00.07～0.25133.525.0108.51∶0.55
珍珠岩6.0～8.50.03～0.1660.329.530.751∶1.04
岩棉6.0～8.30.06～0.11100.064.335.711∶0.55
小白石子6.50.5247.025.321.751∶1.15
泥炭3.0～7.50.2～0.6----
有机棉籽壳(种过平菇)6.40.2474.973.326.691∶0.36
基质木屑4.2～6.20.1978.334.543.751∶1.26
炭化稻壳6.9～7.70.15～0.2482.557.5250.001∶0.43
泡沫塑料6.5～7.90.01～0.02827.8101.8726.001∶7.13
蔗渣4.680.1290.844.546.30.96
1.4复合基质
复合基质也叫混合基质,是指两种以上的单一基质
按一定比例混合而成的基质。这些复合基质中和了各
种组成物料的优良的理化性质,克服单一物料的缺点,
有利于提高栽培效果。使用中针对不同植物,复合基质
的组成不同,如草炭、蛭石、炉渣、珍珠岩按2∶2∶5∶1
混合,适于番茄、辣椒育苗;按4∶3∶1∶2混合,适于西
瓜育苗;草炭和炉渣按1∶1混合适宜黄瓜育苗[7]。复合
基质的选用一定要在少量试验的基础上才能进行大规
模使用。
2无土栽培的基质选择
2.1基质选择应注意的问题
在多年人类对自然的改造过程中,人们认识到以牺
牲环境为代价换取人类飞速的发展,对自然的可持续发
展造成了严重的创伤。近年来环境污染越来越严重,人
类认识到可持续发展的重要性,开始保护环境。对于基
质的选用来说,不污染环境越来越被人们所重视。所以
在基质的选用过程中,对于那些不可回收的、属于资源
性物质的基质原料要合理使用,尽量不用,用一些可再
生的和可回收利用的来代替。这是以后世界发展的大
趋势,对人类以后的发展有很大的促进作用。
世界上普遍应用的基质是草炭和岩棉,但这两种基
质成本昂贵且草炭属不可再生自然资源,长期开采会使
资源枯竭,地貌和生态环境遭到破坏。而岩棉不可降
解,长期应用会造成严重的环境污染。目前世界各国都
在研究草炭、岩棉的替代物,如加拿大用锯末,以色列用
牛粪和葡萄渣,英国用椰子壳纤维等均获得良好效
果[11212]。低成本、环保型无土栽培基质成为我国研究的
重点,新型无土栽培基质研究已取得重大进展并逐步走
向产业化开发。
一种基质在一个地方使用较好,不代表其有普遍应
用性,各地的气候、资源等因素不用,使得各地对基质的
要求不同,无土栽培基质的选用地域性很强,如果长途
调运基质不但增加了成本,同时,有些基质不是各地都
适用的。以黑龙江省为例,是我国林业和农业的大省,
有丰富的基质材料资源,在合理开发利用草炭资源的同
时,可以重点发展以木屑、落叶、稻壳、作物秸秆、炉渣、煤
矸石等为主的无土栽培基质;既避免了环境污染及资源
浪费,又能产生更多的经济效益、生态效益,实现农业可
持续发展。又如,在西南地区,泥炭贮藏量少,价格比较
高,而作物秸秆、稻壳、甘蔗渣资源丰富,价格便宜,从经
济的角度考虑,可用这些原料代替泥炭。比如,华南农
业大学采用甘蔗渣和沙的复合基质进行番茄栽培,栽培
效果与进口岩棉基质相似,但成本很低。
2.2理想基质的要求
基质的选择主要从水、肥、气协调方面考虑,既要有
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良好的保水、透气性能,又要有良好的保肥能力和酸碱
缓冲能力,还要经济,利于就地取材[5]。优良的基质在
物理性质上,固、液、气三相比例恰当,容重为0.1～0.8
g/cm3,总孔隙度在75%以上,大小孔隙比在0.5左右;
化学性质上,阳离子交换量大,基质保肥性好,pH值接
近中性,并具有一定的缓冲能力,具一定的C/N(30∶1)
比以维持栽培过程中基质的生物稳定性[829]。
理想的无土栽培的理化性状应类似优质土壤,主要
筛选原则如下:适于种植众多种类植物,适于植物各个
生长阶段,甚至包括组织培养试管苗出瓶种植。容重
轻,便于大中型盆栽花木的搬运,在屋顶绿化时可减轻
屋顶的承重荷载。总孔隙度大,达到饱和吸水量后,尚
能保持大量空气孔隙,有利于植物根系的贯通和扩展。
吸水率大,持水力强,有利于盆花租摆和高架公路绿化
时减少浇水次数;同时,过多的水容易疏泄,不致发生湿
害。具有一定的弹性和伸长性,既能支持住植物地上部
分不发生倾倒,又能不妨碍植物地下部分伸长和肥大。
浇水少时,不会开裂而扯断植物根系;浇水多时,不会黏
成一团而妨碍植物根系呼吸。绝热性较好,不会因夏季
过热、冬季过冷而损伤植物根系。本身不携带病虫草
害,外来病虫草害也不宜在其中滋生。不会因施加高
温、熏蒸、冷冻而发生变形变质,便于重复使用时进行灭
菌灭害。本身有一定肥力,但又不会与化肥、农药发生
化学作用;不会对营养液的配置和pH有干扰,也不会改
变自身固有理化性质。没有难闻的气味和难看的色彩,
不会招诱昆虫和鸟兽。pH容易随意调节。不会污染土
壤,本身就是一种良好的土壤改良剂,并且在土壤中含
量达到50%时也不出现有害作用。沾在手上、衣服上、
地面上容易清洗掉。不受地区资源限制,便于工厂化批
量生产。日常管理简便,基本上与土培差不多。价格不
高昂,用户在经济上能够承受。
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ChoosingandUtilizingoftheRawMaterialsforSoillessCulture
PANKai,HANZhe
(CollegeofHorticulture,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin,Heilongjiang150030,China)
Abstract:ThisarticlesummarizedtheimportanceofsubstrateinSoillesscultureandthephysicochemicalcharacterof
somesubstratemateriel,andintroducedhowtochoosesubstrate,attheend,broughtforwardthesuggestionsofusing
oftherawmaterial.
Keywords:Soillessculture;Rawmaterial;Choosingandutilizing
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