无土栽培-固体基质.ppt

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1、无土栽培固体基质,基质substrate、matrix,无土栽培基质是能为植物提供稳定协调的水、气、肥结构的生长介质。它除了支持、固定植株外,更重要的是充当“中转站”的作用,使来自营养液的养分、水分得以中转,植物根系从中按需选择吸收。随着世界园艺业与植物容器栽培的发展,天然土壤的物理、化学性质已不能满足蔬菜、花卉、种苗及其他植物容器生产的需求,因此世界各国的研究机构,早已致力于栽培基质的研究开发。自上世纪七十年代以来,基质的研究逐步成为一个重要的课题。,无土栽培基质物料资源的选择,1 常见基质物料及理化性质 无机基质：常用的有岩棉、砂、石砾、蛭石 岩 棉,岩棉（rock wool）,岩棉是以天

2、然岩石如玄武岩、辉长岩、白云石、铁矿石、铝矾土等为主要原料，经高温熔化(温度2000以下)、纤维化而制成的无机质纤维。矿渣棉是以工业矿渣如高炉矿渣、磷矿渣、粉煤灰等为主要原料，经过重熔、纤维化而制成的无机质纤维。这两种纤维经加工，可制成板、管、毡、带、纸等各种制品，应可用于建筑和工业装备、管道、窑炉的绝热、防火、吸声、抗震等。岩棉是一种性能很好的无土栽培基质。所以当它产生后不久（1968年发明于丹麦。它由60%辉绿岩、20%石炭土、20%焦碳混合在一起，加热到1600熔化，喷成直径0.005毫米的纤维，再加粘合剂压成人们所需要的各种形状。）就被西欧各国用作基质种植蔬菜、花卉，到目前已得到广泛使

3、用。在荷兰全国蔬菜无土栽培3500公顷当中用岩棉作基质的面积就占了80%。,岩棉的物、化性状,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

4、,并损害土壤的耕作性状,故被视作污染物。容重0.11g/cm3，总孔隙度100.0%，大孔隙（空气容积）64.3%，小孔隙（毛管容积）35.7%，水气比（以大孔隙值为1）10.55。刚刚使用的岩棉pH值较高，一般为78。这主要是含有少量氧化钙的缘故。当使用一段时间后，pH值就会下降。,砂（sand）,是岩石风化后经雨水冲刷或由岩石轧制而成的粒径为.0742mm的粒料。砂的来源广泛、价格低廉，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，营养管理合理可使作物生长良好，是无土栽培最早使用的无机基质。应注意，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

5、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;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。,石砾（Gravel）,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 20 mm的范围内,其中总体积一半的石砾直径为13 mm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。,蛭石（Vermiculite）,是一种含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物，外形似云母，通常由

6、黑（金）云母经热液蚀变作用或风化而成，因其受热失水膨胀时呈挠曲状，形态酷似水蛭，故称蛭石。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3 mm以上,用作育苗的蛭石可稍细些。重复使用时,其物理性状会有所改变。,珍珠岩（Perlite）,含硅质矿物,由灰色火山岩经粉碎加热至1 000,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

7、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（容重80kg/m3200 kg/m3）,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。农林园艺上主要用于土壤改造，调节土壤板结，防止农作物倒伏，控制肥效和肥度，以及作为杀虫剂和除草剂的稀释剂和载体,膨胀陶粒（Expansion ceramic）,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 1 100 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

8、实际使用价格并不高。,炉渣（Slag）,为燃烧后的残渣,民用燃料的废弃物,工企业的锅炉、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。,有机基质,常用的或有待进一步应用的有：草炭、椰子纤维、稻壳、锯木屑、甘蔗渣、芦苇末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,草炭（Peat）、泥炭

9、（sphagnum peat）,“草炭”又名“泥炭”，亦叫作“泥煤”，是沼泽发育过程中的产物，形成于第四纪，由沼泽植物的残体，在多水的嫌气条件下，不能完全分解堆积而成。含有大量水分和未被彻底分解的植物残体、腐殖质以及一部分矿物质。有机质含量在30以上（国外认为应超过50），质地松软易于散碎，比重0.71.05，多呈棕色或黑色，具有可燃性和吸气性，pH值一般为5.56.5，呈微酸性反应，呈层状分布，称为泥炭层。是沼泽发展速度和发育程度的重要标志。是一种宝贵的自然资源。草炭是煤化程度最低的煤（为煤最原始的状态），乃有机物质。,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

10、它基质(如珍珠岩、砂、蛭石、炉渣灰等)混合使用。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。,稻壳（Rice husk）,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

11、栽培上的应用日益被人重视。,椰子纤维（Coconut fiber）,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。,锯木屑（wood Sawdust）,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

12、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。,甘蔗渣（Bagasse）,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。用甘蔗渣作育苗基质的蔗渣应较细,最大粒径不超过5 mm;用作袋培或槽培,粒径可稍大,但最大也不超过15 mm。,芦苇末（reed residue）,利用造纸厂废弃下脚料,添加一定比例的辅料（如鸡粪等）,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

13、其在长江流域普遍采用。,复合基质（compound substrates）,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。这些复合基质包含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。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。,基质材料的开发与重复利用,泥炭（sphagnum peat）具有理想的理、化条件,是 迄今为止最好的无土基质。然而泥炭是有

14、限的资源,大量开采会破坏沼泽地的生态环境,因此从环保性和经济性出发,探求新的基质已成为各国政府和学者刻不容缓的课题。二十世纪七十年代以来,国内外不少学者提出利用堆肥、农业有机废弃物、下水道污泥等材料,如纸泥（paper-sludge）,煤渣（coal bottom ash）,橡胶屑（shredded rubber）,洋麻纤维（kenaf）,废棉（cotton waste）,堆肥土（composted yard waste）,椰粉纤维（coconut coir dust）,鱼骨堆肥（fishwaste Composting）生物固体（bio-solid）,污泥（sludge）等原料企图以部分或全

15、部取代泥炭的利用,但因其性质不易掌握或容易再造成污染,一直无法动摇泥炭的地位。,自20世纪80年代后期以来,欧美国家颁布实施了有关环保法规,如禁止营养液的排放以免污染地下或地表水源,禁止泥炭资源的开采等,促使无土栽培逐步向环保型、经济型、技术型的方向转变。另一方面,如何处理与再利用废弃基质,也是保护环境的一个重要措施。由于基质的结构在灌溉和植物根系作用下有所改变,同时基质中积聚了根分泌物和盐分,以及可能存在的病虫等因素,所以基质重复利用前应进行处理,如结构重组、水分淋洗、消毒等。,无土栽培基质应具备的条件,1要有一定的透水性和保水性。基质的透水性和保水性是由基质颗粒的大小、性质、形状、孔隙度等

16、因素决定的。2无毒或不含有毒物质。钠离子、钙离子的含量也不能过高。3要有稳定的化学性质。基质中加入营养液和水后，基质的pH要稳定，其化学性质也要稳定不变。4价格便宜，容易得到。,基质的作用 供水、供营养、供氧、供支撑,1支持锚定植物。要求植物扎根于固体基质中不致沉埋和倾倒。2保持水分。3透气。固体基质中透气和持水两者之间存在着对立统二的关系，即固体基质中空气含量高时，水分含量就低，反之亦然。4缓冲作用。缓冲作用可以使根系生长的环境比较稳定，即当外来物质或根系本身新陈代谢过程中产生的一些有害物质危害作物根系时，缓冲作用会将这些危害化解。,基质的物理性质,影响作物生长的主要物理因子有基质的三相比,

17、基质的吸水性,排水性,再吸湿力及其表面水分散失特性等。反映其物理性质的重要参数有容重（Bulk Density，DY）、总孔隙度（Total Porosity，TY）、通气孔隙度（Air filled porosity，AFP）、粒径分布（paticle size distribution）、容器容水量（Containe capasity，CC）等。,基质的物理性质,对栽培作物生长有较大影响的基质的物理性质主要有粒径、容重、总孔隙度、持水量、大小孔隙比(气水比)。1基质孔隙与粒径：粒径即基质颗粒的大小，通常用mm表示。可分五级（1、15、510、1020、2050。单位：mm）基质颗粒的大小直

18、接影响到基质的容重、总孔隙度和大小孔隙比。同一种基质颗粒越细，容重越小，总孔隙度越大，大小孔隙比越小。因此，生产要求基质的颗粒不能太粗，也不能太细。配制混合基质时，颗粒大小不同的基质混合后，其总体积小于原材料体积的总和。栽培的基质应有较好的形状，不规则的颗粒具有较大的比表面（比表面积是指单位质量物料所具有的总面积），因而持水力强。,总孔隙度是指基质中持水孔隙和通气孔隙的总和，以相当于基质的体积百分比()表示。最适宜的基质孔隙状况是同时能提供20%的空气和20-30%易利用水，孔隙比在1:2-4范围为宜。（孔隙比：土中孔隙容积和固相土粒容积的比值）在基质种类的划分中，大孔隙占5一30%的基质属于

19、中等孔隙度，小于5%的属低孔隙度，而大于30%的属高孔隙度。(0.1mm为大孔隙称通气孔隙，0.0010.1mm为小孔隙称持水孔隙)，大小孔隙比称气水比=通气孔隙%/持水孔隙%，气水比大，通气好持水差.花卉根系对大孔隙的需求各不相同。杜鹃、兰花、秋海棠、桅子、大岩桐、观叶植物等需要大孔隙值高些山茶、菊花、唐营蒲、一品红、百合等需要大孔隙度康乃馨、天竺葵、棕桐、草坪草、松柏等要求大孔隙可少些,基质的通气性,基质的通气性，一直以来，通气孔隙度是表示基质通气性的最重要指标。然而，近年来的研究令这一传统观念受到质疑，认为基质的气体扩散率（任何物质都不停的在做不规则运动（分子运动论）；扩散是指某种物质的

20、分子通过不规则运动、扩散运动而进入到其他物质里的过程；气体扩散是指某种气体分子通过扩散运动而进入到其它气体里；因为气体分子的不规则运动比较激烈，所以扩散比较明显。）可能比通气孔隙度更为确切。有报道基质中加入大颗粒树皮或泥炭后，尽管通气孔隙度增大，但基质的气体扩散下降了。更多的研究结果表明该种通气限制存在于椰糠、木质纤维与珍珠岩中。鉴于此，今后应以气体扩散率为基础，深人研究基质的通气过程。,容器容水量,表示介质中最大容水量。现在这一概念成了选择基质的决定性因子。容器容水量包括有效水 和无效水。而有效水又可分为极容易取得水分、次容易取得水、缓冲水分含量以及无效水分含量、饱和导水度（在水分饱和条件下

21、，土壤的导水率又称土壤渗透系数）等。另一个重要的基质水分特性念是容器基质的有效水。其定义为容器容量水势（水势为-1kPa10kPa）与水分缓冲容量水势（水势为-5kPa10kPa）的差值。泥炭中腐殖酸含量多，一旦失水干燥后易结硬块，再湿性差，灌溉水多会从旁边流失，造成氮素淋失，易发生缺氮现象。因此，长期以来，泥炭保湿性一直是研究的主题。对泥炭再吸湿力的研究导致了保湿剂与表面活性物质（surfactants）的应用。,2.容重：,容重：容重指单位体积内干燥基质的重量，用gL或gcm3表示。容重的大小主要受基质的质地和颗粒的大小影响。基质的容重反映基质的疏松、紧密程度。基质的容重差异很大，同一种基

22、质由于受到压实程度、颗粒大小影响，其容重也存在很大的差异。（用量筒或有体积刻度容器将干燥基质装至刻度倒出称重即为容重）一般认为：小于0.25g/cm3属于低容重基质，0.25-0.75g/cm3属于中容重基质，大于0.75g/cm3属于高容重基质，而基质容重在范围内作物栽培效果较好。,比重：,也称相对密度，固体和液体的比重是该物质（完全密实状态）的密度与在标准大气压，3.98时纯H2O下的密度（999.972 kg/m3）的比值。气体的比重是指该气体的密度与标准状况下空气密度的比值。液体或固体的比重说明了它们在另一种流体中是下沉还是漂浮。比重是无量纲量,即比重是无单位的值，一般情形下随温度、压

23、力而变。比重简写为s.g.密度是有量纲的量，比重是无量纲的量。,优良的基质理化性质：,物理性质：固、液、气三相比例恰当,容重为0.1 0.8g/cm3,总孔隙度在75%以上,大小孔隙比在0.5 左右;化学性质：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(3/1)比以维持栽培过程中基质的生物稳定性,基质的化学性质,是指影响基质PH值和养分含量的因子，主要有基质的化学组成及稳定性，酸碱性，阳离子交换量，缓冲能力，含盐量等。它们相互作用、共同影响基质的化学性质。但是，这些因子的影响效应并不是同时或同等的。近年来，基质化学性质的研究主要集中于微量元素的固定、渗

24、透势、基质盐分、N 的移动性等。对有机化合物的微量元素的养分固定研究促成了泥炭珍珠岩肥料的成功研制，丰富了微量元素的供应。在北欧，许多研究涉及岩棉或玻璃棉的性质，如PH、盐分淋洗效应等，主栽作物西红柿、黄瓜、月季已实现了矿质棉栽培的精确管理。,1.化学稳定性,基质的化学稳定性是指发生化学变化的难易程度，主要由无机矿物组成的基质，如沙、石砾，如其成分由石英、长石、云母等矿物组成，则其化学稳定性最强；由角闪石、辉石等组成的次之；而以石灰石、白云石等碳酸盐矿物组成的最不稳定。前二者在无土栽培生产中，不会产生影响营养液平衡的物质；后者则会产生钙、镁离子而严重影响营养液的化学平衡，这是无土栽培中要经常注

25、意的问题。,由植物残体构成的有机基质，如泥炭、木屑、稻壳、甘蔗渣等，其化学组成比较复杂，对营养液的影响较大。从影响基质的化学稳定性的角度来划分其化学成分类型，大致可分为3类：第一类是易被微生物分解的物质，如碳水化合物中的糖、淀粉、半纤维素、纤维素、有机酸等；第二类是有毒物质，如某些有机酸、酚类、丹宁等；第三类是难被微生物分解的物质，如木质素、腐殖质等。含第一类物质多的基质（新鲜稻草、甘蔗渣等），使用初期会由于微生物活动而引起强烈的生物化学变化，严重影响营养液的平衡，最明显的是引起氮素的严重缺乏。含有第二类物质比较多的基质会直接毒害根系。所以第一、二类物质较多的基质不经处理是不能直接使用的。含第

26、三类物质为主的基质最稳定，使用时也最安全，如泥炭、经过堆沤处理后腐熟了的木屑、树皮、甘蔗渣等。堆沤是为了消除基质中易分解物质和有毒物质，使其转变成以难分解的物质为主体的基质。,2.无土栽培基质的酸碱性应保持相对稳定,pH值表示基质的酸碱度。pH=7为中性，PH7为酸性，pH7为碱性。pH变化一个单位，酸碱度就增加或减少10倍。例如pH5较pH6酸度增加10倍，较pH7酸度增加100倍。基质的酸碱性各不相同，既有酸性的，也有碱性的和中性的。无土栽培基质的酸、碱性应保持相对稳定，且最好呈中性或微酸性状态。过酸、过碱都会影响营养液的平衡和稳定。多数观赏植物比较适应5.56.5的pH值范围，但基质的

27、pH值以6.5（微酸性）7.0（中性）为宜，并且最好容易人为调节，又不会供液后影响营养液某些成分的有效性，导致植物出现生理障碍。,3.盐基交换量（base exchange）,盐基交换量是指基质的阳离子代换量，即在一定酸碱条件下，基质含有可代换性阳离子的数量。盐基交换量可表示基质对肥料养分的吸附保存能力，并能反映保持肥料离子免遭水分淋洗并能缓缓释放出来供植物吸收利用的能力，对营养液的酸碱反应也有缓冲作用。通常情况下,盆栽时，基质的盐基交换量（CEC）在10一100me/100m3比较适宜,小于偏低,大于 偏高。若较低,NH3等元素容易被淋洗,需要补充氮素以维持植物健康生长 me：离子毫克当量（

28、每毫升溶液中所含溶质的毫克当量数）,4.基质的电导率,基质的电导率也叫电导度，是指基质未加入营养液之前，本身具有的电导率，用以表示各种离子的总量（含盐量），一般用毫西门子/厘米（mS/cm）表示。电导率是基质分析的一项指标，它表明基质内部已电离盐类的溶液浓度。它反映基质中原来带有的可溶盐分的多少，将直接影响到营养液的平衡。基质中可溶性盐含量不宜超过1000mg/kg，最好500mg/kg。,受海水影响的沙，常含有较多的海盐成分；煤渣含代换钙高达9247.5mg/kg；某些植物性基质含有较高的盐分，如树皮、炭化稻壳等。使用基质前应对其电导率了解清楚，以便用淡水淋洗或作其它适当处理。基质的电导率和

29、硝态氮之间存在相关性，故可由电导率值推断基质中氮素含量，判断是否需要施用氮肥。一般在花卉栽培时，当电导率值小于0.370.5mS/cm时（相当于自来水的电导率值），必须施肥；电导率值达1.32.75mS/cm时，一般不再施肥，并且最好淋洗盐分；栽培蔬菜作物时的溶液电导率值应大1mS/cm。,5.基质的生物性质,有机基质中的纤维素、半纤维素、木质素等物质占基质的比例表示,当无土介质的C/N超过30,便会造成植物与微生物夺氮而导致早期缺氮。碳氮比很高的基质，即使采用了良好的栽培技术，也不易使植物正常生长发育。因此，木屑和蔗渣等有机基质，在配制混合基质时，用量不要超过20%，或者每立方米加 8kg氮

30、肥，堆积23个月，然后再使用。另外，大颗粒的有机基质由于其表面积小于其体积，分解速度较慢，而且其有效碳氮比小于细颗粒的有机基质（细锯末的碳氮比为1000：1，而直径0.5cm的粗锯末的碳氮比则为500：1）。所以，要尽可能使用粗颗粒的尤其是碳氮比低的基质。一般规定，碳氮比200：1500：1属中等，小于200：1属低，大于5001属高。通常，碳氮比宜中宜低而不宜高。C/N=30左右较适合于作物生长。,6.基质的缓冲能力,基质的缓冲能力是指基质在加入肥料后，基质本身所具有的缓和酸碱性（pH值）变化的能力。缓冲能力的大小，主要由盐基交换量以及存在于基质中的弱酸及盐类的多少而决定。含有较多的腐殖质的基质对酸碱两性都有缓冲能力。依基质缓冲能力的大小排序，则为：有机基质无机基质惰性基质营养液。在常用基质中，有些矿物性基质有很强的缓冲能力，如蛭石，但大多数矿物性基质缓冲能力都很弱。因此，应了解清楚基质的缓冲能力，以便利用其优点，避免其缺点。,Thank you,