泥炭蘚組成結構及基質化利用研究進展

梁曉烽,林 偉,戚智勇*,周晚來,楊 睿,張冬冬,王 虹

(1.成都大學機械工程學院,四川成都 610106;2.中國農業科學院都市農業研究所,四川成都 610213)

泥炭蘚(SphagnumpalustreL.)又被稱為水苔、山毛草、海花草,主要生長在高濕度的沼澤和森林斜坡上的潮濕溝壑中。泥炭蘚屬于泥炭蘚科和泥炭蘚屬,該屬分布廣泛,世界上有300余種。在我國,現有泥炭蘚約有41種[1],主要分布在東北、華東、中南和西南等地區,其中西南地區又以貴州和四川為主[2]。泥炭蘚新鮮植物體通常呈淡綠色,干燥時呈灰白或黃白色,植株下部死亡后,上部可以繼續生長[3],由于缺氧,下部死亡部分不易被細菌腐爛,故逐漸炭化形成泥炭。同時,泥炭蘚是一種重要的造碳植物,其固碳量占北半球泥炭沼澤總固碳總量的一半[4],在全球生態系統中發揮著重要的作用,是泥炭地恢復和重建的首選植物。

泥炭因具有容重低、結構穩定、有機質含量高、通氣透水性好、無病原體、價格便宜、便于液體調節養分供應等優點[5],是最具優勢的基質原料,被廣泛地應用于農業無土栽培中。但泥炭又是一種短期不可再生資源,目前對泥炭的過度開采嚴重破壞了沼澤地生態環境[6],因此各國的政府和學者都在尋求一種可以替代替泥炭的基質原料。泥炭蘚作為泥炭形成地前體物質,性能方面與泥炭非常相似[7],代替泥炭用作基質原料,具有廣闊的應用前景。近年來,隨著泥炭蘚人工種植技術的不斷成熟,大大提升了其短期再生能力,對恢復泥炭地和提供基質原料具有重要意義。但是,泥炭蘚基質化利用研究尚處于起步階段,無法對其產業化提供幫助。因此,該研究通過分析泥炭蘚在組織結構、化學成分、功能應用和種植技術等方面的研究現狀,探討泥炭蘚作為基質原料的主要特性及其基質化利用條件,以此展望泥炭蘚的應用前景,助力泥炭蘚早日實現基質化利用,推動國內基質產業的健康發展。

1 泥炭蘚研究現狀

1.1 泥炭蘚的組織結構泥炭蘚植物體(圖1a)枝條纖長,高8～20 cm,活體泥炭蘚植物呈黃綠色或黃棕色。泥炭蘚植物體的主體是葉和莖,莖葉大,呈舌形,先端圓鈍,往往消融破裂成齒狀,葉緣具白色分化狹邊[8];枝葉闊卵圓形,內凹,先端兜狀內卷,綠色,細胞在葉片橫切面呈狹長三角形,偏于葉片腹面。泥炭蘚的葉和莖都是具有表面活性的,意味著泥炭蘚莖葉具有和高等植物的根毛和表皮細胞相同的攝取養分的能力。泥炭蘚莖帶有中空細胞組織,葉只有一個細胞的厚度,組織由含有或不含葉綠素的活細胞和含有水或空氣的死細胞組成[9]。活細胞構成網狀結構,能夠把泥炭蘚死細胞包被在活細胞的網眼中。

圖1 泥炭蘚組織結構植物學圖譜(a)和細胞結構(b)Fig.1 Tissue structure of sphagnum botanical atlas(a) and cell structure (b)

泥炭蘚內部的細胞(圖1b)是薄壁的,具有環形、螺旋形或蝶形的木質化細胞壁[10]。泥炭蘚細胞壁堅韌,能夠保證泥炭蘚干燥時不會崩塌變形,即使形成泥炭以后仍然能夠吸收水和轉運水分。當泥炭蘚透明細胞中的水分蒸發或淋濾后,細胞騰出的空間能夠被空氣充填,從而維持穩定的孔隙結構和空氣含量。泥炭蘚細胞壁上具有許多孔,這些孔能夠讓水分進入細胞并轉移到其他器官上,從而讓泥炭蘚擁有強大的持水能力[11]。此外,泥炭蘚的葉綠體細胞是泥炭蘚進行光合作用的場所。

1.2 泥炭蘚的化學成分泥炭蘚主要由碳水化合物組成,主要成分有30%～60%的半纖維素和果膠、15%～25%的纖維素、5%～10%的蛋白質、5%～10%的脂肪和1%～5%的其他成分(圖2a),根據泥炭蘚主要成分分析元素組成,泥炭蘚含有41.0%～42.0%的碳、5.5%～5.8%的氫、0.4%～1.0%的氮、51%～53%的氧和0.1%～0.5%其他元素(圖2b),其中最豐富的官能團是羰基、羧基和羥基[10]。

圖2 泥炭蘚化學成分主要成分干重占比(a)和元素組成干重占比(b)Fig.2 Chemical composition of sphagnum dry weight of main components(a) and dry weight of element composition(b)

泥炭蘚中的半纖維素是由幾種單糖和糖醛酸構成的異質多聚體,10%～30%的泥炭蘚干質量由糖醛酸組成,糖醛酸是單糖的端基(CH2OH)被化學或生物氧化的反應產物,糖醛酸和環境的低緩沖能力是泥炭蘚酸性的原因。另外,半纖維素還能使泥炭蘚具有良好的親水性能;果膠主要由半乳糖醛酸和少量單糖構成,作為天然的食品添加劑,應用于食品工業,主要起到膠凝、增稠、改善質構、乳化和穩定的作用,果膠的存在還能使泥炭蘚具有吸附重金屬的性能;纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖,纖維素的存在使泥炭蘚具有預防各種疾病的作用。

此外,研究表明,泥炭蘚中還含有少量類似木質素的酚類物質,如無定形酚醛聚合物在泥炭蘚的細胞壁表面覆蓋著,保護泥炭蘚細胞壁。酚類物質形成一個多酚網絡,為降解微生物提供化學和物理屏障[12]。泥炭蘚中氮元素來源是利用藍藻等共生生物吸收大氣中的氮,將大氣中的氮轉化為氨,然后用于合成氨基酸[13],這些共生生物存在于泥炭蘚葉片上,泥炭蘚中的氮含量低于其他苔蘚植物的原因可能是由于它的生長環境與其他的苔蘚植物不同[14]。

1.3 泥炭蘚的功能與應用泥炭蘚具有優良的性能,比如良好的防腐特性、極強的吸附能力、較好的陽離子交換能力,同時還具有抗氧化功能與抗菌活性,因而被廣泛用于醫藥、環保、工業、農業等領域(表1)。

表1 泥炭蘚性能及其應用

1.3.1防腐功能。泥炭蘚具有良好的防腐性能,將泥炭蘚用作包裝材料,能夠儲存新鮮捕獲的魚和根莖蔬菜等食物[15]。酸性泥炭蘚能夠抑制各種食物中毒和腐敗細菌在低緩沖固體生長介質上的生長[7]。從泥炭蘚中提取的焦油在歷史上被用作濕疹和其他皮膚病的外部治療的弱防腐劑[16]。研究表明,用漂白泥炭蘚的方式制成的吸水墊可以提高包裝好的鮭魚魚片的質量并延長保質期[17]。在加拿大北極考古學中,泥炭蘚用作運輸文物的包裝材料,用泥炭蘚包裝的物品既能保持自然濕度,又能防止微生物定植[7]。

1.3.2高吸附容量。泥炭蘚的透明細胞可以容納16～25倍于其干重的水[18],據報道,泥炭蘚的吸水能力是同等棉花的3～4倍[19],這種特性被用于繃帶制作和傷口處理。應用泥炭蘚制作的碳納米管[7],其吸附容量值比活性炭的吸附容量值高出一個數量級。通過在兩層濕纖維素之間壓制泥炭蘚,并在纖維素頂層添加聚酯纖維以提高強度可以制備可生物降解的泥炭纖維織物[20]。泥炭蘚的陽離子交換容量可以吸附水中的金屬離子[21],可用于凈化污水。

1.3.3抗氧化性和抗菌活性。10%～30%的泥炭蘚干物質由糖醛酸組成,已知糖醛酸具有抗氧化性能,因此泥炭蘚提取物可用以制作抗氧化劑,抗氧化劑可防止與心血管和神經退行性疾病等疾病有關的自由基發揮作用,因此食用含有抗氧化劑的功能食物可以預防各種疾病[22]。泥炭蘚含有復雜的脂質混合物,并且經研究檢測到脂質混合物中的三萜類化合物是熊果酸,這種物質被認為可以有效地預防各種疾病,包括糖尿病、高血糖、潰瘍和誘導性肝損傷等疾病[23]。泥炭蘚能產生芳香類、萜類、糖醇類、脂肪酸、酚類及聯芐類等大量具有抑菌效果的次生代謝活性物質[24],這些物質所具有的抗菌特性使其能在化妝品和藥物中得到應用。

1.4 泥炭蘚的種植技術泥炭蘚種植的目的是最大限度地提高產量和限制成本,因此泥炭蘚種植的首要條件是根據作物的產量和適用性選擇合適的栽培原材料[25]。選用泥炭蘚孢子作為初始材料,然后泥炭蘚孢子通過培養基萌發成泥炭蘚原絲體,將泥炭蘚原絲體繼代培養成泥炭蘚莖葉體,泥炭蘚莖葉體用作泥炭蘚的種植原材料。第一年生產的泥炭蘚可直接用于第二年泥炭蘚的種植原材料,可以有效地降低成本,提高泥炭蘚利用率。目前國內蔡奇英等、朱國金等分別在2008年和2014年發布多紋泥炭蘚人工種植、粗葉泥炭蘚人工種植、密葉泥炭蘚人工種植3項專利[26]。國外方面,德國經過泥炭蘚種植試驗發現,銹色泥炭蘚是一種很有種植前景的物種,而且種植方法也很簡單[3]。這幾種泥炭蘚經過人工種植已經擁有了基本的種植技術與方法,在此基礎上再對其進行種植技術的研究與改進,能夠顯著提高泥炭蘚的產量與品質。泥炭蘚種植技術可分為野外人工種植、室內設施栽培和組織快繁技術這3種技術(表2)。

表2 泥炭蘚種植技術

1.4.1野外人工種植技術。近年來,泥炭蘚濕地因為泥炭蘚的大量采收而導致了濕地的貧瘠退化[18],對生態系統造成了巨大的破壞,在泥炭蘚濕地采用野外種植技術種植泥炭蘚可以恢復泥炭蘚濕地。由于泥炭的過度開采,泥炭開采跡地同樣也貧瘠退化,為了恢復泥炭開采地,需要采用苔蘚層轉移技術[27],該技術的目的是通過重建以泥炭蘚為主的植被覆蓋層,恢復泥炭地生態系統的泥炭積累和碳匯功能。在泥炭開采跡地開展泥炭蘚的種植,可以使泥炭資源再生,實現泥炭資源的可持續利用與保育平衡。同時在泥炭開采跡地應用野外人工種植技術種植泥炭蘚不僅可以恢復泥炭地,增加大氣碳的固定,而且可以滿足市場對栽培基質的需求,具有很強的環境價值和經濟技術可行性[3]。泥炭蘚野外種植場地必須選擇一個均勻、水平的表面,以確保泥炭蘚生長的最佳水位的控制[25];安裝水位管理的基礎設施,運用自動灌溉系統來控制水位[27];在泥炭蘚上覆蓋作物(秸稈)[28],為泥炭蘚的生長營造一個有利的生存和再生環境。野外種植泥炭蘚會存在一些問題,首先是泥炭蘚生長時,維管植物的出現是不可避免的,并且可能會抑制泥炭蘚的生長,需要定期割草進行處理。其次,野外種植泥炭蘚雖然產量大,但是品質不均,存在雜質,泥炭蘚收獲材料中的雜質包括其他苔蘚植物和維管植物的殘留物,這些雜質可能會影響泥炭蘚本身的生物和物理穩定性[25,27-28]。

1.4.2室內設施栽培技術。室內設施栽培泥炭蘚一般使用無土栽培,種植方法分為水培種植和固體基質種植,兩種方法相比較,固體基質栽培的設備簡單,成本低,基質緩沖性強,栽培技術容易掌握,因而種植方法通常選用固體基質種植。在室內使用人工設施對泥炭蘚進行栽培,栽培場地尋找空置的廠房或者搭建簡易的大棚,栽培架需要搭三層或五層架子,栽培槽的大小根據需求自行設計。夏季高溫地區溫度超過30 ℃,不利于泥炭蘚生長,因此需要安裝溫控設備,將溫度控制在30 ℃以內,通常使用水簾降溫設備來降低溫度。泥炭蘚在平均溫度22.8 ℃時,生長速度最快。濕度是泥炭蘚設施栽培最關鍵的條件之一,泥炭蘚的生長需要能夠保持在80%以上的濕度環境,因此需要安裝一個噴霧加濕系統來維持濕度。泥炭蘚在室內光照300～500 Lx[29]是可以生長的,但是生長速度緩慢,因此需要安裝補光燈[30]來加強光照強度,并且有研究表明當光照強度達到8 000 Lx時,泥炭蘚的光合作用也沒有出現飽和[26,31],因此光照強度保持在8 000 Lx以內都是可以的。研究認為泥炭蘚的生長對氮(N)、磷(P)、鉀(K)等營養物質需求量很低[32],過量的營養物質會導致泥炭蘚死亡,pH在6.5時泥炭蘚生長最快[33]。因此,泥炭蘚需要生長在對水質較嚴格的貧營養化條件下,并且不可添加復合肥及其他富足營養液。室內設施栽培存在的主要問題是設備的使用成本高、管理方式的投入較大。

1.4.3組織快繁技術。在實驗室的無菌條件下培養泥炭蘚原絲體是為了更深入地研究泥炭蘚的組織培養技術[34]。利用實驗室經過孢子脫毒而獲得的泥炭蘚配子體,在傳統獲得苔蘚植物原絲體的方法基礎上進行改造,從而成功獲得了泥炭蘚原絲體[35]。將得到的泥炭蘚原絲體在液體培養基中繼代培養一段時間后,停止繼代培養,3～4周后可獲得其葉為單一綠色細胞的泥炭蘚幼嫩莖葉體[36]。以泥炭蘚幼嫩莖葉體為種植材料,通過在稀釋劑中分散到一定濃度,然后將該材料均勻定植在培養土地或基質上,在特定溫度、濕度、光照和營養等培養條件下生長一定時間后,最終獲得快速生長且品質均一的泥炭蘚。這種泥炭蘚人工繁殖方法可以做到通過控制種植材料來調控收獲量,且播種材料再生能力強,產量高,品質一致性高,可用于泥炭蘚大批量的生產種植和泥炭蘚濕地修復等領域[37]。泥炭蘚再生的機理、途徑、生理過程及相關因素有待進一步探討[35]。

2 無土栽培基質及其功能指標

隨著社會和經濟的發展,無土栽培技術的推廣應用,栽培基質的需求量日益增大,極大地促進了固體栽培基質的研究、開發和應用。無土栽培基質是能為植物提供穩定協調的水、氣、肥結構的生長介質。

2.1 栽培基質自然土壤由于化學(反應、養分可用性等)、物理(容重、結構、保水性等)或生物(存在病原體、枯竭等)方面的限制,通常不適合某些植物的生長,因而在植物栽培中使用無土栽培基質替代土壤,能夠更好地控制植物的生長[38]。盆栽植物的特點是地上部分和根系之間的比例高且不平衡,并且需要更多的水、空氣和養分,植物在土壤中生長不能夠充分滿足條件,從而生長速度較慢。為了滿足這些植物生長的要求,使用的基質是根據特定作物需求和各種原料的物理、化學和生物特性采用不同比例配制而成的混合物。基質原料是制備構成基質的原始物料,又分為有機基質材料和無機基質材料,可能具備基質的某一種或某幾種功能[39]。

2.1.1有機基質材料。泥炭[40]是優良的傳統基質原料,具有纖維豐富、通氣透水性好、沒有病菌蟲卵草籽、不會傳播病蟲草害、酸度和養分含量低、便于靈活調整和工業化加工、多功能多效益等特點,用于基質使用能夠提高產量、改善品質、修復受損環境、促進現代化農業發展。食用菌棒[41]是種苗基質的優良原料,其養分豐富,能夠滿足種苗生產需求,將其用作基質使用,可以實現廢棄菌棒的再利用,發展循環經濟。蘆葦沫[42]是造紙廠的廢棄物,堆置發酵可用作種苗基質,具有較強的酸堿緩沖能力,并且礦質營養豐富。爐渣灰[43]是民用燃料的廢棄物,其通透性好,結構穩定,養分豐富,容重適中,易于固定植物,本身不會攜帶病菌、蟲卵和草籽,不會發生病害。椰糠基質[44]具有纖維素含量高、保水吸水性好、保肥能力強、通氣性能好、疏松多孔、價格低廉等特性,在園藝栽培時使用較多。

2.1.2無機基質材料。珍珠巖[45]穩定性好,能抵抗各種理化性質的變化,價格低廉,質量均勻,廣泛應用于種苗基質的調制,通常與有機基質材料混配使用,可用作一些分解度大、纖維含量低、容重和通氣性差的泥炭基質原料的結構性材料。蛭石[46]通氣性好、具有較高的緩沖性和離子交換能力,適于與泥炭材料一起配制育苗基質、扦插基質,是目前實際生產中運用較多的一種基質材料。

2.1.3復合基質材料。有機基質與無機基質通常并不能單獨作為基質使用,需要根據特定作物需求,采用不同的比例復合配制形成滿足植物生長的基質。復配后的基質應具備4個基本功能:①支持和固定植物,植物根系在基質中正常伸展,固定植物地上部分,使其正常生長。②擁有良好的潤濕性能,為滿足植物對水分和氧氣的需求,提供了良好的水分和通氣條件。③提供有效的養分,控制鹽分含量,保障植物的健康生長。④具有良好的結構穩定性,隨著時間的延長,基質的物理結構、化學性質不會發生較大變化。

2.2 栽培基質功能指標圍繞基質的4個基本功能建立對應的指標體系,用來描述和衡量這些功能的大小和優劣。對于基質性狀和品質的描述指標,可從物理、化學、生物學和經濟學指標進行評價。

2.2.1物理指標。在物理性質方面,基質結構和結構穩定性是基質顆粒分布狀況和抵御破壞的能力。總孔隙度是指水分孔隙和空氣孔隙之和,標準基質總孔隙度一般>60%,大小孔隙比為1∶(2～4),此時通氣和透水性為最佳。基質的容重與其固定和支持植物根系的功能有關,容重大,則基質緊密,不利于植物根系擴展;容重過小,則基質疏松,植物容易倒伏,不利于根系固定,標準基質容重為0.2～0.6 g/cm3[47]。良好的基質潤濕性能提高基質的水分保持與吸收能力,因此,在基質配制過程中,需要對其潤濕性進行適當的調整。

2.2.2化學指標。基質的化學性質包括pH、電導率、養分有效性、有機質、有害化學物質和緩沖容量等關鍵技術指標。不同的基質原料具有不同的酸堿度,在使用時需要調節,標準基質酸堿度為5.5～7.5。基質鹽分含量用基質水浸液的電導率表征,鹽分過高會對植物根系造成脅迫,影響植物生長,標準基質電導率為0.1～0.2 mS/cm。

2.2.3生物學和經濟學指標。基質的生物學指標一般包括其生物毒性、植物雜草、病原菌、蟲卵、微生物活性等。基質的經濟學指標包括基質獲得的便利性、質量的穩定性、栽培技術的適應性、植物需求滿足性和基質的價格等。因此,選用基質既要考慮對促進作物生長有良好效果,又要考慮基質來源容易、價格低廉、經濟效益高、不污染環境、使用方便(包括混合難易和消毒難易等)、可利用時間長和外觀潔美等因素。

3 泥炭蘚基質化利用研究

栽培基質原料種類繁多,但目前用量最大、效果最好的基質原料只有泥炭。然而,泥炭作為一種有限的資源,過度的開采會導致生態環境的破壞,因此,各國政府和研究人員都在不斷研究開發新的基質材料,探求合成理想的栽培基質。泥炭蘚具有有機質含量高、纖維含量豐富、疏松多孔、通氣性好、比表面積大、吸水性好等優點,可用做無土栽培基質原料。分析泥炭蘚的基質特性,并與泥炭和其他基質材料相對比,對研究泥炭蘚的基質化利用,節約泥炭資源,保護生態環境,加快基質化產業的發展具有重要意義。

3.1 泥炭蘚的基質特性從栽培基質的功能指標分析泥炭蘚的基質特性(表3)。泥炭蘚的容重為0.045～0.080 g/cm3,總孔隙度70%～99%,大小孔隙比為1∶2,持水量為1 600%～2 500%,pH 4.3～4.7,EC值0.35～0.45 mS/cm[49]。泥炭蘚作為基質使用,擁有良好的功能特性。首先,從基質的物理指標進行分析,泥炭蘚所具有的特殊的細胞結構,可以使基質的孔隙結構維持穩定,泥炭蘚吸水不是植物本身生命活動的結果,而是毛細作用的結果,即使泥炭蘚死亡之后持水能力也不會改變。從大小孔隙分析,泥炭蘚擁有強大的持水能力與通氣性能[50],當泥炭蘚作為基質使用時,如果保持泥炭蘚適當濕度,泥炭蘚就能夠為植物根系維持理想的水分和通氣條件[11,51]。潤濕性能是基質重要的使用條件,良好的潤濕性能,決定基質對水分吸收和保持的能力[52]。泥炭蘚具有良好的親水性能[8],能夠提高基質對水分保持與吸收的能力,為植物根系的生長維持理想的水分條件。其次,從分析化學指標分析,泥炭蘚作為一種弱有機酸,可以通過吸收陽離子和釋放氫離子來酸化周圍環境,用作基質時需要將其pH調節至中性微酸。并且泥炭蘚內含豐富的有機質及氮、磷、鉀、鈣、鎂、鐵等多種營養元素,能夠滿足栽培植物對營養的需求。最后根據生物學指標和經濟學指標,泥炭蘚作為純天然產品,材料干凈,無病菌,能減少蟲害的發生。泥炭蘚是一種可更新資源,取之不盡,用之不竭。泥炭蘚能夠吸收、儲存和釋放大量的植物營養,而其他植物殘體只有在粉碎或者腐殖化以后才可能擁有這種功能,因此泥炭蘚不需要任何處理,就可直接用于基質和土壤調理劑生產。

表3 泥炭蘚與無土栽培基質理化性質[48]

3.2 泥炭蘚的基質化利用分析

3.2.1泥炭蘚與泥炭基質。如表3所示,泥炭蘚與泥炭的容重差別不大,泥炭電導率為0.1～0.7,泥炭蘚電導率剛好在泥炭電導率范圍內,兩者的總孔隙度范圍與大小孔隙比基本相同。可以發現泥炭蘚完全具備泥炭所擁有的各種理化性質,并且在某些方面具有比泥炭更加優良的性質,比如泥炭能吸收5～7倍于自身的水分,而泥炭蘚能夠吸收自身重量16～25倍的水分[18],泥炭蘚的吸水能力是遠遠大于泥炭的,這種強大的吸水能力,在作為基質使用時可以為植物根系提供良好的水分條件。泥炭是一種不可再生的資源,目前對泥炭資源的過度開發造成了巨大的環境問題,因此,泥炭蘚作為可再生的資源,擁有與泥炭相似的特性,可以用作泥炭的替代材料,但最佳的替代比例還需經過試驗研究來探尋。

3.2.2泥炭蘚與有機基質材料。有機基質材料由于理化性質的差異,在栽培過程中都會有各自的優點和不足。菌棒在使用的時候不能碾碎為質地均一的基質,內部孔隙少,顆粒間孔隙多,在使用過程中會因為越來越細密導致病害的發生[53]。爐渣通透性較好,結構穩定,但是保水性和吸水性較差,溫度變化幅度大,pH呈堿性,需要在配置時加以調整。蘆葦沫雖然礦質營養豐富且緩沖能力強,但是需要經過堆置發酵才能使用。椰糠基質具有纖維素含量高、保水吸水性好、通氣性能好、疏松多孔等特性,在園藝栽培時使用較多,但是椰糠價格較貴,使用壽命一般,并且重復使用需要消毒,存在一定缺陷[54]。與這些基質材料相比,泥炭蘚擁有低pH和低EC值,有利于基質的酸度與養分調節(表3)。另外,泥炭蘚總孔隙度高、通氣透水性好,具有作為基質原材料的優勢。

3.2.3泥炭蘚與標準育苗基質。泥炭蘚基質性狀與育苗基質標準性狀對比(表3),總孔隙度和大小孔隙比是相似的,說明泥炭蘚作為育苗基質使用可以提供良好的通氣性和透水性。泥炭蘚容重過輕,在澆水時容易漂浮,不利于固定根系。因此,泥炭蘚可與爐渣、蘆葦沫和椰糠等容重較大基質材料混配使用提高容重。泥炭蘚基質電導率(EC)和pH都低于標準育苗基質,EC會直接影響幼苗生長狀況,過低的電導率會使幼苗生長緩慢,過高的電導率會導致植物受到損傷或造成植株根系的死亡;此外,基質酸性過強,會使植物根系活動能力下降,基質中的有效養分不能釋放,有益微生物的活動能力下降,影響幼苗的正常生長。因此,泥炭蘚可與爐渣、蘆葦沫和椰糠配比提高電導率(EC),與蛭石、珍珠巖、蘆葦沫配比調節酸堿度。由此可見,泥炭蘚與蘆葦沫混配使用作為標準育苗基質是最佳的選擇,但其最佳的混配比例還需通過試驗進行探索研究。

3.2.4泥炭蘚與標準栽培基質。與標準栽培基質對比(表3),泥炭蘚的總孔隙度、大小孔隙比和電導率完全符合標準栽培基質的要求。泥炭蘚容重與標準栽培基質差距較大,需要將泥炭蘚與菌棒和爐渣這兩種容重較大的基質配比使用。泥炭蘚的pH與標準栽培基質的pH相差不大,使用蛭石、珍珠巖、爐渣、蘆葦沫、椰糠等基質與泥炭蘚混配都可以提高其pH。泥炭蘚作為標準栽培基質,缺乏無機營養,需要與無機基質材料蛭石或珍珠巖混配使用。但是基質混配使用時,在改善一部分性狀的同時,可能會對其他各項性能產生負面影響。因此用泥炭蘚進行標準栽培基質的配比需要通過基質栽培試驗驗證,并以基質配比的理化性質和作物生長狀況優劣為參考標準尋找最佳的基質配比。

3.3 泥炭蘚的基質化利用展望泥炭地在大氣碳匯中發揮了重要的作用,但是泥炭的過度開采引發了泥炭資源減少、泥炭地固氮功能喪失、濕地生態系統破壞等問題。泥炭蘚具有高品質的無土栽培基質所有的物理、化學和生物特性,并且是可再生的,是替代泥炭的首選材料。然而,要充分了解泥炭蘚基質與植物性能之間的相互作用,還需要更多的泥炭蘚植物生理學等方面的研究。

(1)加強各國在苔蘚方面的交流,運用新技術深入研究泥炭蘚。雖然近年來新興的科技和技術得到了發展,但是這些技術對于泥炭蘚的應用還不夠廣泛,尤其是在泥炭蘚的生理生態學、化學成分、超微結構、分子生物學等方面的研究深度還處于起步階段,甚至還比較欠缺,因此,加強各國苔蘚學之間的溝通和交流是非常有必要的。只有充分發揮我國豐富的苔蘚植物資源,并且充分運用新的技術手段研究泥炭蘚,才能給我國的泥炭蘚的研究帶來更深層次的發展[26]。

(2)吸取國內外泥炭蘚種植經驗,提升泥炭蘚種植技術。泥炭蘚作為一種國際貿易商品,是當今最具經濟價值的苔蘚植物,每年世界產值高達十億美金。研究泥炭蘚種植技術是提升泥炭蘚的產量與品質、降低栽培成本,以創造更大的經濟價值的必由之路。在泥炭蘚種植方面,國外已經形成了較為成熟的泥炭蘚種植行業,可以通過廣泛的借鑒和吸收外國種植產業的經驗與理念,為我國泥炭蘚種植產業發展注入新鮮血液,從而研發出具有中國特色的泥炭蘚高水平種植技術。

(3)對泥炭蘚用作育苗和栽培基質進行深入研究。目前泥炭蘚作為育苗和栽培基質的研究還不夠全面,泥炭蘚資源沒有得到良好的使用,因此需要對泥炭蘚的基質化利用進行更深一步的探索與研究。單一基質由于理化性狀上的缺陷可能無法滿足不同作物生長的各項需求,通過基質的混配使用改善理化性狀的不足才是如今的研究重點,開發研究能夠循環利用、不污染環境、性能穩定、養分豐富且栽培效果好的各種混配基質是基質化利用重要的發展方向。泥炭蘚是理想的栽培基質原料,運用泥炭蘚與各種基質材料相配比,通過調控比例可使基質擁有不同的理化性質。不同比例的泥炭蘚混配基質將會適應不同設施、不同地域、不同作物,可以成本低、效果好、管理方便、作物生長周期和作物品質優劣為評判標準,尋求開發出以泥炭蘚為主的各種特性優良的育苗或栽培基質。

4 總結

泥炭蘚在農業領域可作為育苗或栽培基質,因其擁有有機質含量高、纖維含量豐富、疏松多孔、通氣性好、比表面積大、吸水性好、無病菌和能減少蟲害的發生等優良的性質,是替代泥炭基質的最佳材料。通過綜述泥炭蘚的研究現狀發現,泥炭蘚擁有獨特的細胞結構,細胞壁上的孔使其擁有強大的持水能力,同時具有穩定的孔隙結構,其化學成分又使其具有防腐性能、吸附特性、抗氧化功能和抗菌活性等性能。因此,泥炭蘚在作為基質使用時,既為植物提供有利的水分和空氣條件,也顯著提升了其基質化利用的附加功能。同時也注意到泥炭蘚本身與理想育苗或栽培基質的性能存在差距,需要探索其與其他基質材料進行不同比例的配比,研究各種配比基質的不同的性質,以期能夠開發出各種具有優良性能的泥炭蘚育苗或栽培基質,推動泥炭蘚的基質化利用。此外,也要不斷提升泥炭蘚的種植技術,提高泥炭蘚的產量與品質,為其基質化利用提供堅強保障。