幾種無土栽培基質(zhì)配方理化性質(zhì)的探究

張 峰，張子怡，王 闖，全 帥，王志泓，梁文靜，梁 瀟

（遼東學(xué)院農(nóng)學(xué)院，遼東丹東 118000）

無土栽培是指以水、草炭或森林腐葉土、蛭石等介質(zhì)作為植株根系的基質(zhì)固定植株，植物根系能直接接觸營養(yǎng)液的栽培方法。基質(zhì)無土栽培技術(shù)是現(xiàn)階段發(fā)展較快的無土栽培技術(shù)之一，在植物生長發(fā)育中充當(dāng)“中轉(zhuǎn)站”的作用，使來自營養(yǎng)液的養(yǎng)分、水分得以中轉(zhuǎn)，植物根系可以根據(jù)所需要的養(yǎng)分選擇性吸收［1］。無土栽培脫離了土壤的限制，極大地?cái)U(kuò)展了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的空間，使得作物可在不毛之地上進(jìn)行生產(chǎn)，發(fā)展前景非常廣闊［2-3］，幾乎所有的植物工廠均采用無土栽培模式。無土栽培的特點(diǎn)是以人工創(chuàng)造的作物根系生長環(huán)境取代土壤環(huán)境，它不僅能滿足作物對養(yǎng)分、水分、空氣等條件的需要，而且對這些條件要求加以控制調(diào)節(jié)，以促進(jìn)作物更好地生長，并獲得較好的營養(yǎng)生長與生殖生長平衡。所以，無土栽培的作物通常生長發(fā)育良好、產(chǎn)量高、品質(zhì)上乘［5-6］。

本實(shí)驗(yàn)主要通過環(huán)刀法、電位測定法等方法測定10種不同生物炭含量的基質(zhì)配方的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，以比較研究無土栽培基質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特性在農(nóng)業(yè)上的利用價(jià)值，評估適用于種植不同作物的生物炭基質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試草炭購于吉林奧新科技有限公司、進(jìn)口草炭購于拉脫維亞青島代理商；蛭石購于河北省銳陽農(nóng)業(yè)有限公司；珍珠巖由丹東瀚林藍(lán)莓有限公司提供；所用生物炭為玉米秸稈炭，購自遼寧金和福農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，制備方法參照中國發(fā)明專利《一種組合式多聯(lián)產(chǎn)生物質(zhì)快速炭化設(shè)備及其制炭方法》（專利號：ZL201420025017.8）。

試驗(yàn)以2 種草炭、蛭石、珍珠巖為主要原料按體積比2∶1∶1 混合，生物炭按體積比添加分別配制成10種不同配方：吉林草炭原料為對照（吉-CK）、拉脫維亞草炭原料為對照（拉-CK）、不含生物炭的復(fù)合基質(zhì)（吉-0%，拉-0%）、含5%生物炭的復(fù)合基質(zhì)（吉-5%，拉-5%）、含10%生物炭的復(fù)合基質(zhì)（吉-10%，拉-10%）、含20%生物炭的復(fù)合基質(zhì)（吉-20%，拉-20%），3 次重復(fù)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 物理性質(zhì)測定

基質(zhì)的容重測定使用環(huán)刀法；基質(zhì)的孔隙度：總孔隙度=持水孔隙度+通氣孔隙度。

1.2.2 化學(xué)性質(zhì)測定

基質(zhì)的pH 值（電位測定法）、有機(jī)質(zhì)含量（重鉻酸鉀容量法）、速效磷含量（0.5 mol·L-1碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法）、速效鉀含量（火焰光度計(jì)法）、堿解氮含量（堿解擴(kuò)散法）。酶活性測定選用萬澤生物試劑盒［4］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2016 軟件進(jìn)行圖表繪制，DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行單因素方差分析和鄧肯新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同無土栽培基質(zhì)物理性質(zhì)分析

從表1 可以看出，吉林草炭組中，4 組復(fù)合基質(zhì)容重均與對照在P＜0.05 水平下呈顯著性差異，且都大于對照組吉-CK；拉脫維亞草炭組中，4 組基質(zhì)均與對照呈顯著性差異；可得結(jié)論，施加生物炭降低了基質(zhì)的容重，且均表現(xiàn)為容重先降后升的趨勢。4 組復(fù)合基質(zhì)總孔隙度均與對照有顯著性差異，拉托維亞草炭孔隙度較低，但通過添加生物炭總孔隙度逐漸增加；以吉林草炭為主要基質(zhì)的配方中，與對照相比4 組復(fù)合基質(zhì)的總孔隙度與通氣孔隙度均小于對照組，吉林草炭添加生物炭后總孔隙度有下降趨勢，經(jīng)方差分析，差異水平均為顯著。吉林草炭的總孔隙度比拉脫維亞草炭變化幅度較小。從通氣孔隙度和持水孔隙度來看，吉林草炭持水能力高于拉脫維亞草炭，添加生物炭能夠有效增加拉托維亞草炭持水孔隙度。

表1 幾種基質(zhì)配方的物理性狀

2.2 不同無土栽培基質(zhì)配方的養(yǎng)分含量分析

幾種基質(zhì)配方的養(yǎng)分含量變化如表2 所示。結(jié)果表明，幾種基質(zhì)配方均含有比較充足的C、N、P、K 及豐富的有機(jī)質(zhì)為植株提供生長所需的養(yǎng)分。堿解氮含量最高的是吉-CK，其次是吉-5%。該組結(jié)果表明復(fù)合基質(zhì)含氮量明顯小于單一基質(zhì)，說明珍珠巖、蛭石與生物炭的加入不能提高堿解氮的含量；根據(jù)速效磷含量可知，在復(fù)合基質(zhì)的基礎(chǔ)上再加入生物炭逐步提高了速效磷含量；由于生物炭富含鉀元素，增加生物炭用量可顯著提高栽培基質(zhì)的速效鉀含量，且均與對照差異顯著；有機(jī)質(zhì)的改變并沒發(fā)生太大的變化，與堿解氮含量的變化成正相關(guān)。

表2 幾種基質(zhì)配方的養(yǎng)分含量

2.3 不同無土栽培基質(zhì)酶活性分析

從基質(zhì)的酶活性上看（見表3），脲酶含量在加入珍珠巖、蛭石及生物炭后有所提高，并分別在吉-10%和拉-10%處理組達(dá)到峰值，說明生物炭含量為10%時(shí)最適宜；酸性磷酸酶含量主要在加入珍珠巖與蛭石后所合成的復(fù)合基質(zhì)，即吉-0%與拉-0%處理組含量最高，在加入生物炭之后含量反而逐漸降低，說明生物炭的加入會(huì)降低基質(zhì)脲酶的含量；過氧化氫酶含量也是隨著珍珠巖、蛭石和生物炭的加入逐漸提高，且隨著生物炭的加入不斷提高，在吉-20%與拉-20%處理組達(dá)到最高值，且與對照差異顯著；蔗糖酶含量在混合珍珠巖與蛭石之后合成的復(fù)合基質(zhì)吉-0%與拉-0%處理組達(dá)到最大值，吉林草炭組蔗糖酶含量與生物炭含量的增加成正比，拉脫維亞草炭組則成反比，由此看出，蔗糖酶的含量與草炭的類型有密切關(guān)系，此研究結(jié)果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

表3 幾種基質(zhì)配方的酶含量

3 結(jié)論與討論

無土栽培基質(zhì)能夠?yàn)橹仓旮堤峁┧狻⒎史€(wěn)定協(xié)調(diào)的環(huán)境。一般認(rèn)為無土栽培基質(zhì)物理指標(biāo)范圍值應(yīng)為：容重在0.6～0.8 g/cm3，總孔隙在60%～70%時(shí)植株可正常生長［6］。符合以上標(biāo)準(zhǔn)的基質(zhì)配方有吉-CK、吉-10%和拉-10%。幾種基質(zhì)配方含有充足的養(yǎng)分、豐富的有機(jī)質(zhì)，能夠滿足植株生長時(shí)期所需養(yǎng)分，相對而言，吉10%與拉-10%的養(yǎng)分含量更適宜作物生長，不同復(fù)合基質(zhì)的幾種酶含量差異較大，但均比2 種草炭對照組含量高。基質(zhì)的配制提高了單一基質(zhì)的物理化學(xué)性狀，同時(shí)補(bǔ)充了單一基質(zhì)無法兼顧的養(yǎng)分含量。在無土栽培基質(zhì)飛速發(fā)展的時(shí)代，該基質(zhì)配方有利于合理配制有效基質(zhì)，并根據(jù)不同植株的需求選擇最適宜的配方。