非織造布在無土栽培中的應用現狀及發展趨勢

白蓮村 楊 蕊 趙晚彤 胡發偉 周興海 蔡志江，2

(1.天津工業大學紡織學院，天津，300160)(2.天津工業大學先進紡織復合材料教育部重點實驗室，天津，300160)

無土栽培是指不用天然土壤栽培作物，而是將作物栽培在含有營養液的基質中，基質中的營養液可以代替天然土壤向作物提供水分、養分和氧氣等，使作物能夠正常生長并完成整個生命周期。20世紀70年代末，日本成功開發出一種質地輕薄(面密度為15 g/m2)、透氣、透光性能良好的非織造布并用作農田覆蓋材料，非織造布的應用開始進入農業領域，尤其是應用在無土栽培方面。

1 無土栽培基質的分類與比較

按照基質種類的不同可將用于無土栽培的基質材料分為有機基質、無機基質和其他基質三種。

1.1 有機基質

有機基質主要包括各種類型的秸稈、樹皮、泥炭、堆肥和鋸末等。以色列、美國等國已研究將泥炭用于芍藥的無土栽培［1-2］。陸光沛等人［3］以農業廢棄物菇渣、玉米芯作為無土栽培基質組分進行芍藥盆栽試驗，結果表明40%泥炭+20%菇渣+20%珍珠巖+20%陶粒(體積分數)最適宜芍藥盆栽生產，具有實踐意義。Medina等人［4］使用甘草根廢物堆肥代替泥炭作為鐮刀菌感染甜瓜植株的基質進行試驗，結果顯示植株生長更加茂盛。

1.2 無機基質

無機基質主要包括沙、巖棉、蛭石、珍珠巖、石礫和陶粒等。Gaag等人［5］觀察了黃瓜在四種常用的基質(巖棉、椰殼纖維、石礫和珍珠巖)下的生長情況，發現巖棉上黃瓜根易腐爛，而珍珠巖上根部腐爛狀況有所緩解。

1.3 其他基質

其他基質主要包括一些新型基質，如非織造布、膨化黏土顆粒、離子交換樹脂、水晶泥、吸水性聚氨酯泡沫［6-7］等。布魯斯等人［8］將聚合物樹脂固化在非織造布上，發明了一種無土栽培浮性種植體基質，該基質質量輕，可浮于水面，且親水性較好，可以用作草皮無土栽培基質。Brdget等人［9］報道了膨化黏土顆粒是一種很好的栽培基質，排水性良好，最適用于潮汐式灌溉系統或其他需要頻繁灌溉的系統。

2 非織造布作為無土栽培基質的特點

非織造布作為一種新型無土栽培基質，以獨特的優勢贏得眾多學者的青睞，其主要特點是：

(1)相對于普通的土壤，具有可人工調節與控制土壤、避免缺肥和偏肥現象、質量輕、衛生清潔和無常見的病蟲害等優勢。張武男［10］采用小西瓜品種、白莧菜與葉萵苣為試驗對象，采用不同面密度的聚丙烯紡粘非織造布進行直覆式栽培處理，結果發現采用非織造布基質栽培可以有效提高各農產品的產量和質量，如西瓜的單果重、果長與糖度品質均有提高，蔬菜的株高、株重明顯增加。

(2)相對于傳統的針織、機織物等基質，具有透氣性好、保水、保肥、孔隙率大、伸長率高等優勢。Debnath 等人［11］和 Roy等人［12］研究了聚酯纖維針刺非織造布的透氣性，發現其與非織造布的面密度和密度呈反比關系。

(3)相對于固體基質，具有透氣透水性好、物理化學吸附性能顯著、緩沖能力優良、無毒、無味等優勢。東華大學在進行了育秧試驗后認為，采用非織造布復合膜育秧比農膜育秧具有很多優點，表現在：秧苗不徒長，莖粗增加，節間短，秧苗健壯;抽穗、開花、吐絲等均較農膜育秧提前;每穗粒數及千粒重均有所增加［13-14］。

3 非織造布在無土栽培基質中的應用

非織造布以其獨特的性能優勢，近年來在無土栽培領域得到了廣泛的應用。

上海市農業科學院環境科學研究所的科技人員采用合成纖維生產非織造布，在兩層非織造布上長出活體鮮草，制成一種鮮草裝飾毯［15］。這種非織造布可以整塊連片，將其作為無土栽培基質，不僅能降低無土栽培種植的成本，而且能擴大無土栽培種植基質材料的來源。

瑞士開發了一種麻纖維培育基質［16］。研究人員采用縫編法將苧麻紗線和聚丙烯紗線編織成方形小網格，縱向為聚丙烯紗線，橫向是苧麻襯緯，再將草坪種子加入到培育基質中并覆蓋。隨著種子發芽生長，培育基質中的苧麻纖維先開始分解，但縱向的聚丙烯紗線仍能保護幼苗生長，直到草長大到一定程度后，聚丙烯紗線才開始分解，這時植物的根已經發育成熟，可以取代培育基質。

德國薩克森研究所開發出了一種亞麻纖維草坪培育基質［17］，原料采用亞麻纖維，通過縫編工藝編織成亞麻纖維非織造布，再將草種均勻地放置在非織造布中，用縫合線縫結而成。這種草坪培育基質可以放置在河岸及斜坡，能幫助草種發芽，還可增強斜坡強度和防止土壤流失。

Ovidiu［18］和 Shaikh 等人［19］提出，從甘蔗中提取蔗渣纖維，經過梳理、針刺、沖壓和熱軋等工藝制成不同結構的針刺非織造布，可以作基質材料或其他用途。Hermanus等人［20］在硬木纖維中摻入10%尿素和甲醛制成墊，再與聚丙烯/聚乙烯雙組分纖維網進行針刺加固，形成具有較高密度的非織造布，將其應用在無土栽培基質中，性質優良。

Mengeloglu等人［21］利用廢棄的高密度聚乙烯水管作為聚合物樹脂，與天然纖維素材料進行復合，制備了聚合物基復合材料。通過力學性能測試發現，這種復合材料具有較高的拉伸強度和拉伸模量，同時又具有良好的斷裂伸長率和沖擊強度，非常適合用來與非織造布進行復合而用作無土栽培基質。

焦曉寧等人［22］對秸稈型非織造布作為無土栽培基質進行了系統與充分的研究。試驗發現：與傳統基質材料相比，秸稈型非織造布面密度小、質量輕、吸水保水性能較好，具有良好的可降解性;在培育完成后，經過微生物作用可以直接、快速地使非織造布降解，而且秸稈中的木質素和纖維素可使土壤腐殖質增加，有利于改善土壤肥力。

湯燕偉等人［23］采用秸稈纖維、聚丙烯纖維、大豆蛋白復合纖維、黏膠纖維和棉花五種纖維為原料分別制成非織造布基質材料，均種植高羊茅草種。試驗發現：聚丙烯基質材料的保水性最差，黏膠和棉花基質材料的保水性接近，介于聚丙烯與大豆蛋白基質材料之間;對于相同原料采用不同工藝制成的非織造布基質材料，其保水性是厚型針刺非織造布基質材料較好，薄型針刺非織造布基質材料次之，薄型紡粘非織造布基質材料最差。

李建強等人［24］針對草坪種植的種種要求，選用聚丙烯纖維作為非織造布基質纖維原料，基于價格和通用性方面的考慮，采用圓形截面的纖維，可滿足非織造布基質的使用要求。用聚丙烯纖維制成的非織造布在建坪后一年左右，會因為光照而老化降解，也就不存在廢棄草坪基質的污染問題。

Debnath等人［11］發明一種無土栽培的基質，由毛毯和非織造布組成。該基質采用廉價原材料，結構設計合理，且輕便、易攜帶、移動方便，有較高的伸長率和較強的抗拔性，克服了其他非織造布基質材料強度低的缺點。該產品不污染環境，在種植和輸送過程中不破裂，可直接應用于垂直綠化。

4 非織造布無土栽培基質的發展趨勢

當前資源短缺和環境污染問題日益嚴峻，必須走可持續發展道路。農用非織造布無土栽培基質的發展也必須符合這一趨勢。大多數非織造布無土栽培基質是以合成纖維(如聚丙烯、聚酯和聚酰胺纖維等)為原料，存在其廢棄物不能降解或降解物會對環境產生污染等問題，因而開發可自然降解的產品是非織造布無土栽培基質的發展方向。目前，已在應用的可降解纖維主要是人造纖維，即再生纖維素纖維［25-27］，在國外也已開發出不少可降解型非織造布［28］，可以用于無土栽培基質。

日本Asahi公司早就開發了Bemliese纖維素長絲紡粘非織造布［29］。該產品采用棉絨為原料，無任何雜質，在生產、使用或處理的各個階段都不會污染環境;制成的無土栽培基質在使用后，可以在土壤中斷裂并自然分解，對土壤質量無任何不利影響。

英國Fisons公司生產了一種稱為“Feed and Grow”的園藝栽培材料［30］。該材料是由可降解纖維非織造布、肥料及吸水性聚合物制成，具有保水的特性，可以用作種子基質或生長基質。

目前非織造布在各個領域都有諸多應用，在無土栽培方面亦占據一定的份額，但可降解型非織造布無土栽培基質仍然有很大的開發空間，值得進一步研究。

5 展望

非織造布基質可以適應不同植物、不同地域、不同設施檔次栽培技術的需要，且成本低、效果好、管理方便，符合當前發展的趨勢。非織造布基質在無土栽培中的應用有較大的優勢，發展前景良好。尤其是可降解型非織造布基質［31-33］與環境相容性好，使用后可以自然降解，不會造成環境污染和土壤污染，是“綠色”產品。可降解型非織造布基質的開發利用關系到人類在地球上是否能安全、舒適地生存。相信在不久的將來，可降解型非織造布基質將在無土栽培中得到更廣泛的應用。

［1］PAGE M.The gardener’s peony，herbaceous and tree peonies［M］.Portland，Oregon：Timber Press，2005：355-380.

［2］HALL A J，CATLEY J L，WALTON E F.The effect of forcing temperature on peony shoot and flower development［J］.Sci Hort，2007，113(2)：188-195.

［3］陸光沛，于曉南.盆栽芍藥泥炭替代型有機栽培基質研究［J］.作物研究，2011，2(25)：134-139.

［4］MEDINA S，KRASSNOVSKY A，YOGEV A，et al.Horticultural characteristics of licorice waste composite［J］.Compost Science ＆ Utilization，2011，19(3)：163-169.

［5］GAAG D J，WEVER G .Conduciveness of different soilless growing media to pythium root and crown rot of cucumber under near-commercial conditions［J］.European Journal of Plant Pathology，2005，112(1)：31-34.

［6］YU Fei，LE Zhiping.Atmospheric pressure liquefaction of dried distillers grans(DDG)and making polyurethane foams from liquefiled DDG［J］.Appl Biochem Biotechnol，2008，148(1-3)：235-243.

［7］MEIKE N，SEBASTIAN D，Jan S.Method for producting flat，hydrophilic，aliphatic polyurethane foam materials：WO，2011006608A1［P］.2011-01-20.

［8］布魯斯·G·卡尼亞，弗蘭克·M·斯圖爾特.受毛細作用控制的浮性種植體：中國，200780021812.2［P］.2009-06-24.

［9］BRDGET W，鄒琳娜.替代性無土栽培基質［J］.溫室園藝，2005(2)：51.

［10］張武男.Effect of row cover on the growth of watermelon，amaranth and lettuce in winter［D］.臺灣：國立中興大學園藝研究所，2009.

［11］DEBNATH S，MADHUSOOTHANAN M.Thermal insulation，compression and air permeability of polyester needle-punched nonwoven［J］.Indian J Fib Text Res，2010，35(1)：38-44.

［12］ROY A N，RAY P.Optimization of jute needle-punched nonwoven fabric properties：part II-some mechanical and functional properties［J］.Journal of Natural Fibers，2009，6(4)：303-318.

［13］滕翠青.國外農用非織造布覆蓋材料的應用［J］.產業用紡織品，2002，20(2)：36-37.

［14］BHAT G S，RONG H，MCLEAN E M.Effect of binder fibers on the processing and properties of cotton-based nonwovens［C］//Proceedings of the Beltwide Conference.Atlanta，GA，2002：3345-3347.

［15］趙定國.非織造布在草坪栽培中的應用及其前景［J］.產業用紡織品，2001，19(9)：27-28.

［16］GATSCHET M J，TALLIFFERRO C M，ANDERSON J A.Cold acclimation and alterations in Bermuda grass crowns［J］.Soc Hort Sci，1994，119(3)：477-480.

［17］ADANUR S.Textile in agriculture［J］.General Industrial Textile，1995(6)：527-532.

［18］OVIDIU I C.Bagasse fiber for production of nonwoven materials［D］.Romania：Louisiana State University，2004.

［19］SHAIKH H M，PANDARE K V，NAIR G，et al.Utilization of sugarcane bagasse cellulose for producing cellulose acetates：novel use of residual hemicellulose as plasticizer［J］.Carbohy Polym，2009，76(1)：23-29.

［20］HERMANUS V D.Development of a wood fiber composite using nonwoven textile technology［D］.USA：North Carolina State University，2008.

［21］MENGELOGLU F，KARAKUS K.Polymer-composites from recycled high density polyethylene and waste lignocellulosic materials［J］.Fresenius Enviromental Bulletin，2008(2)：211-217.

［22］焦曉寧，李蓓蓓.農用非織造布的功能與應用［J］.產業用紡織品，2002，20(10)：30-34.

［23］湯燕偉，周蓉，于偉東.不同非織造基質草皮的生長性能表征［J］.西安工程科技學院學報，2006，20(1)：11-15.

［24］李建強，葉汶祥，康翠珍，等.丙綸非織造布基質人工草坪的開發研究［J］.武漢科技學院學報，2002，15(3)：19-22.

［25］KLEMN D，HEUBLEIN B，FINK H P，et al.Cellulose：fascinating biopolymer and sustainable raw material［J］.Angew Chem：Int Edit，2005，44(22)：3358-3380.

［26］KIM C H，FREY M W，MARQUEZ M，et al.Preparation of submicron-scale，electron cellulose fibers via direct spinning［J］.J Polym Sci Pol Phys，2005，43(13)：1673-1679.

［27］WANG W，SHEN G，SWATLOSKI R P，et al.Cellulose fibers extruded from lonic liquids［C］//Proceedings of the INTC2004.Toronto，Canada，2004：2539-2542.

［28］KULPINSKI P.Cellulose nanofiber prepared by the N-methylmorpholine-N-oxide method［J］.J Appl Polym Sci，2005，98(4)：1855-1863.

［29］ASAHI-KASEI Fiber Corporation.Pure clean performance：bemliese［EB/OL］.［2006-11-08］.http：//www.asahi-kasei.co.jp/bemliese/en/

［30］FISONS PLC.Horticultural material：GB，2245555［P］.1992-01-08.

［31］BHAT G S，RONG H，MCLEAN M.Biodegradable/compatible nonwovens from cotton-based compositions［C］//Proceedings of the INTCC＇03.Baltimore MD，2003：6424-6428.

［32］BOGOEVA G G，AVELLA M，MALINCONICO M，et al.Natural fiber biocomposites［J］.Polymer Composites，2007，28(1)：98-107.

［33］RONG H，BHAT G S.Preparation and properties of cotton-eastar nonwovens［J］.Int Nonwovens J，2003，12(2)：53-57.