竹丝/椰糠有机栽培基质理化性质比较及调节

赵健+罗学刚+汪飞

摘要：采用土壤理化性质分析研究方法，比较竹丝和椰糠的理化性质，并对竹丝生长障碍因素进行分析和调节。结果表明，竹丝的容重、比重与椰糠相似，总孔隙度为87.06%，持水能力为368.65%，都处于理想基质的范围内；竹丝的水分特性曲线与椰糠相似；竹丝的碱缓冲性能优良，酸缓冲性能中等；竹丝的pH值为4.39，偏低，加入2～4 kg/m3 CaCO3粉对竹丝进行调节，可将其pH值调节到适用范围内，并且pH值稳定；竹丝的EC值为 1.02 mS/cm，处于理想基质的适用范围内；竹丝的肥力和矿质元素含量低于椰糠，作为基质使用需要添加更多的肥料和矿质元素。竹丝经过适当的调节，可以作为有机栽培基质。

关键词：废弃物；竹丝；椰糠；栽培基质；理化性质

中图分类号： X705

文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）04-0467-04

随着我国无土栽培面积的不断扩大，栽培基质作为无土栽培技术的基础，成为研究和开发的重点，其中有机栽培基质营养含量能为植物生长提供足够的养分，并且来源广泛、价格低廉，不仅解决了资源不足的问题，同时变废为宝，实现了资源再利用成为无土栽培的研究热点[1]。目前，椰糠纤维以其优良的理化性质，已在全球范围内逐步代替泥炭成为应用最为广泛的有机栽培基质。由天然的椰槺粉末及椰壳块按比例混合压缩制成的植生袋，是近年来兴起的一种新型基质栽培形式，便于运输和推广，是未来设施农业的发展趋势。

目前，市面上超过90%的植生袋是椰糠经脱盐和高温消毒处理后压缩而成。我国椰子种植地主要分布在热带和亚热带部分地区[2]，其中海南省的椰子种植面积约占全国椰子种植面积的99%。椰糠产地过于集中，使得以椰糠作为栽培基质大大提高了生产成本，以四川地区为例，购买海南椰糠的成本为3 200元/t，且椰糠本身基本不具备肥力，不利于无土栽培的发展，从基质多样性和可持续发展的角度看来，就地取材，开发新型有机栽培基质势在必行。

竹纤维具有优良的导湿性和压缩回弹性[3]，适合作为植生袋的基质材料。中国竹子广泛分布在四川省、福建省、湖南省、浙江省等地，总种植面积约530万hm2，产量约为800万t，是世界第一竹资源国[4]，目前竹材的利用率仅为40%，有约60%的剩余物被废弃，不仅造成资源大量浪费，而且焚烧等处理方法也造成了环境污染。从经济角度考虑，以四川地区为例，购买竹的成本仅为1 000元/t（含运费），竹材料及其废弃物具有极大的开发价值。目前竹纤维主要应用在造纸业、纺织业、复合材料等领域，在无土栽培基质领域未有涉及。

本研究通过对竹丝与椰糠理化性质的比较分析，找出其差异及基质应用障碍因素，并采取相应改良措施，使竹丝基质达到作为植生袋无土栽培基质材料的要求，为实际生产中使用竹丝作为无土栽培基质提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料及仪器

试验材料为竹纤维（四川省宜宾市），以椰糠纤维（海南省）为对照。

HZQ-F160型振荡培养箱，哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；GZX-9140型电热鼓风烘干箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；AR2202CN型天平，奥豪斯仪器（上海）有限公司，精度0.01 g；ZN-20L型小型粉碎机，北京兴时利和科技发展有限公司；80目（0.2 mm）标准筛，浙江上虞市华丰五金仪器有限公司；ECTESTR 11型电导率仪，马来西亚；PHS-3CW型pH计，上海理达仪器厂；SXW-5-17型陶瓷纤维炉，中国上海实研电炉有限公司；Agilent 7700x型电感耦合等离子体发射光谱-质谱仪，美国安捷伦公司；Vario EL CUBE型元素分析仪，德国元素分析系统公司；AA 700型原子吸收光谱仪，美国铂金埃尔默公司。

1.2 试验方法

1.2.1 容重、比重、孔隙度的测定 容重的测定采用带刻度烧杯法，孔隙度的测定采用饱和重力排水法。选取已知体积为3 L（标出3 L线并用小刀凿以小缝隙）的塑料烧杯，称净质量（m1）；把自然风干过筛的待测基质装填入塑料烧杯至3 L线，称质量（m2）；然后将装有基质的塑料烧杯用2层湿纱布封口，并将所凿缝隙用防水胶布封住，浸泡在水中24 h后（水位线始终要没过容器顶部至少2 cm），从水中取出，除去封口胶布，让3 L线以上水分自由溢出，即为饱和水状态下质量（m3），并将封口用的湿纱布称质量（m4）；最后用湿纱布包住塑料烧杯后倒置，让烧杯内的水分（重力水）自由沥干，称质量（m5）[5]。

1.2.2 保水性测定 保水性的测试采用高温法，称取风干过筛的基质100 g，放入500 mL烧杯中，烧杯口采用2层纱布封口，放入蒸馏水中浸泡24 h（水位线始终要没过容器顶部至少2 cm），取出烧杯倒置8 h，使重力水自由沥干，将沥干后的吸水基质均匀铺置于直径为15 cm的托盘（质量为m0）中，称质量（记为m6）[5]，放入80 ℃的恒温烘箱内，并每隔1 h取出称质量（记为mi），连续称重12 h[6]。

1.2.3 pH值、EC值（电导率）的测定及调节 将自然风干过筛的基质与去离子水按体积比1 ∶5进行混合，其中基质150 mL，去离子水750 mL，放入振荡培养箱中30 min，取出后用保鲜膜封口后静置24 h，过滤，用pH计和电导率仪分别测定pH 值和EC值[7]。

在竹丝中分别加入用量为0、2、4、6、8、10 kg/m3的 CaCO3 粉，充分混合均匀，装入自封口塑料袋中，将基质加水充分浸润达到饱和含水量，将基质放在（25±2） ℃的恒温培养箱中进行培养，分别在培养后0、2、4、8、12、16、20、28 d用基质与水按1 ∶5混合的饱和浸提法测定pH值[8]。

1.2.4 全氮、全磷、全钾、有效磷、速效钾、有机质含量、碳氮比及阳离子交换量（CEC）的测定 全氮含量采用凯氏定氮法测定；全磷含量采用钒钼酸铵比色法测定；全钾含量采用HF-HClO4萃取原子吸收法测定[9]。称取质量为5.0 g的基质，放入坩埚中，再将坩埚置于马弗炉中，于550 ℃下充分燃烧4 h[10]，测定有效磷、速效钾含量。碳氮比通过元素分析仪进行测定。阳离子交换量（CEC）采用乙酰铵交换法测定[11]。

1.2.5 缓冲能力的测定 称取自然风干过筛的基质10 g，共25份，置于250 mL锥形瓶中，先加入100 mL去离子水，基质与水质量比为1 ∶10，再向锥形瓶中加入0.1 mol/L HCl溶液0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12 mL，放入摇床中振荡30 min，静置12 h，过滤。用pH计测定并记录浸提液的pH值[12]。

2 结果与分析

2.1 容重、比重、孔隙度的比较

表1为椰糠、竹丝的容重、比重、总孔隙度、持水能力和气水比。从表1可以看出，竹丝纤维的容重为0.26 g/cm3，椰糠纤维的容重为0.32 g/cm3，2种材料容重较接近，都处于理想基质0.1～0.8 g/cm3容重范围内[14]，比重值也接近，既有利于植物根系呼吸和透水，也有利于植物根系的固定[15]。竹丝的总孔隙度为87.06%，椰糠的总孔隙度为93.94%，一般来说，基质的总孔隙度在54%～96%范围内最为适宜[16]，2种材料总孔隙度都处于此范围内。竹丝的饱和含水量为 368.65%，椰糠的饱和含水量为371.02%，理想基质的饱和含水量在150%以上，2种材料的饱和含水量都处于较优秀的范围。竹丝的气水比为0.16，而椰糠的气水比仅为0.07，一般来说，基质材料的气水比为1 ∶（2～4）最为适宜[17]，二者气水比都偏小，但竹丝的气水比更接近理想范围。

2.2 保水性能分析

从图1中可以看出，竹丝基质的保水性特征曲线与椰糠基质差别不大，竹丝的保水性稍弱于椰糠，但达到饱和含水量的竹丝在80 ℃的烘箱中，8 h 后，竹丝的保水率仍超过13%，说明竹丝具有优良的保水性能。这可能与竹丝主要成分为纤维素和木质素有关，纤维素大分子中存在—OH，木质素中存在—COOH这些较强的亲水基团[18]。

2.3 pH值、EC值（电导率）的分析

栽培基质的适宜pH值范围在5.5～6.5[19]之间，表2为椰糠、竹丝的pH值、EC值，从表2中可以看出，椰糠基质的pH值为5.56，处于此范围内，而竹丝的pH值偏低，为4.39，需要进行调节。理想基质的EC值为0.75～3.49 mS/cm[20]，基质电导率值过低则营养缺乏，而过高则造成盐渍伤害，竹丝的EC值为1.02 mS/cm，在理想基质的适用范围内。

从图3中可以看出，竹丝的pH值变化主要发生在前 4 d，在培养8 d以后，竹丝的pH值基本趋于稳定。这是因为CaCO3加入基质中之后，CaCO3在基质溶液中发生水解反应：CaCO3+H2O = Ca2++HCO-3+OH-，从而使基质溶液中的酸性离子如H+等被不断地取代，这样基质的盐基饱和度不断增高，二氧化碳不断释放出来，所以基质pH值相应提高[21]。添加在竹丝中的CaCO3可能在培养后8 d基本反应完全，所以竹丝的pH值在培养8 d以后基本稳定。

2.4 全氮、全磷、全钾、有效磷、速效钾、有机质含量，碳氮比和CEC（阳离子交换量）的比较

由表3可以看出，竹丝的全磷、全氮、全钾、有效磷、速效钾含量均低于椰糠，但椰糠本身所含氮磷钾也远低于作物整个周期所需养分，用竹丝作为无土栽培基质需要多次施肥。理想基质的有机质含量在80%以上，从表3中可得出，椰糠的有机质含量和竹丝的有机质含量都在90%以上，并且竹丝的有机质含量稍高于椰糠。通常C/N 在（25～30） ∶1或 （30～35） ∶1较为合适[22]，2种基质的碳氮比相差较大，均处于较高范围。碳氮比高时，大多数氮将被土壤微生物所吸收，不利于微生物的发酵分解，所以在后期的栽培试验中，应补充含氮较多的肥料以调节基质的碳氮比。竹丝的阳离子交换量为1627 cmol/kg，虽然低于椰糠的阳离子交换量，但作为无土栽培基质，也处于优良范围。

2.5 缓冲能力的比较

由图4可见，随着HCl施入量的增加，竹丝基质的pH值下降速度相对较快。表4表明，竹丝酸缓冲容量为0.034 8 mol/kg，椰糠基质的pH值下降速度相对较慢，酸缓冲容量为0.076 3 mol/kg。可见椰糠基质的酸缓冲性较好，而竹丝基质的酸缓冲性中等。

由图5可见，随着NaOH的加入，椰糠基质的pH值上升比较缓慢，竹丝基质的pH值上升稍快。表5表明，2种基质的碱缓冲容量基本相同，竹丝基质的碱缓冲容量为0.068 7 mol/kg，而椰糠基质的碱缓冲容量为 0.081 3 mol/kg，说明2种材料对较为剧烈的酸碱环境变化具有适应性。

2.6 Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn等元素含量的比较

从表6中可以看出，竹丝基质中钙元素含量为98.66 mg/kg，铁元素含量为137.49mg/kg，镁元素含量为382.07 mg/kg，锌元素含量为18.73 mg/kg，铜元素含量为 0.93 mg/kg， 均低于椰糠基质中元素含量。竹丝基质中的锰元素含量为91.01 mg/kg，高于椰糠基质，总体而言，椰糠基质的矿质营养比竹丝基质丰富， 竹丝用作无土栽培基质需要添加更多的矿质营养元素。

3 结论与讨论

目前，采用竹丝纤维作为无土栽培基质材料，尚未见报道。本研究结果显示，竹丝基质的容重、比重和椰糠相似，都处于优良无土栽培基质的适用范围；竹丝基质的持水能力和椰糠基质相当，2种基质都有极其优秀的持水能力；竹丝基质的气水比大于椰糠基质，作为基质使用的时候还须要调节粒度配比，以提高基质的气水比；竹丝基质的保水性能稍弱于椰糠基质，但竹丝基质的保水性也属于优秀的范围；竹丝的pH值较低，须要加入CaCO3进行调节，CaCO3的加入量在2～4 kg/m3 时较为适宜；竹丝基质的EC值为1.02 mS/cm，在理想基质的适用范围内；竹丝的酸碱缓冲性能与椰糠相差不大，2种基质都能抵抗强烈的酸碱变化。

竹丝基质本身的肥力弱于椰糠，保肥性能也弱于椰糠，竹丝的矿质营养元素含量低于椰糠，在作为基质使用时，须要加入更多的矿质营养元素。竹丝基质经过适当处理，可以作为植生袋的无土栽培基质。

竹丝在部分理化性质上与椰糠仍存在一定差异，利用竹丝与椰糠的混合基质是以后的研究方向。本试验仅研究了竹丝作为有机栽培基质的理论性，仍须对竹丝作为有机基质材料的实用性作进一步的研究。

参考文献：

[1]王拉花，杨秋生. 新型园艺栽培基质研究进展[J]. 河南农业科学，2015，44（3）：9-13.

[2]苏 飞. 椰糠复合基质在番茄无土栽培上应用与推广[D]. 福州：福建农林大学，2014.

[3]李 晖，朱一辛，杨志斌，等. 我国竹材微观构造及竹纤维应用研究综述[J]. 林业科技开发，2013，27（3）：1-5.

[4]王晓玲，徐剑辉，周国英. 竹纤维的利用[J]. 安徽农业科学，2006，34（8）：1578-1579.

[5]蒲胜海，冯广平，李 磐，等. 无土栽培基质理化性状测定方法及其应用研究[J]. 新疆农业科学，2012，49（2）：267-272.

[6]虞素飞. 一种纤维素改性土壤保水剂的制备及性能研究[D]. 上海：东华大学，2013.

[7]程 斐，孙朝晖，赵玉国，等. 芦苇末有机栽培基质的基本理化性能分析[J]. 南京农业大学学报，2001，24（3）：19-22.

[8]董 亮. 栽培基质pH值的调节试验研究[D]. 泰安：山东农业大学，2005.

[9]鲍世旦. 土壤农化分析[M]. 北京：中国农业出版社，2000.

[10]Urrestarazu M，Martínez G A，del Carmen S M. Almond shell waste：possible local rockwool substitute in soilless crop culture[J]. Scientia Horticulturae，2005，103（4）：453-460.

[11]中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[M]. 上海：上海科学技术出版社，1978.

[12]刘庆超. 三种重要盆栽花卉的有机代用基质研究[D]. 北京：北京林业大学，2006.

[13]鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 3版.北京：中国农业出版社，2000.

[14]郭世荣. 固体栽培基质研究、开发现状及发展趋势[J]. 农业工程学报，2005，21（增刊2）：1-4.

[15]李天林，沈 兵，李红霞. 无土栽培中基质培选料的参考因素与发展趋势（综述）[J]. 石河子大学学报：自然科学版，1999，3（3）：250-258.

[16]葛桂民. 玉米秸发酵有机基质压缩成型及育苗技术研究[D]. 郑州：河南农业大学，2009.

[17]张 硕，余宏军，蒋卫杰. 发酵玉米芯或甘蔗渣基质的黄瓜育苗效果[J]. 农业工程学报，2015，31（11）：236-242.

[18]蒋建新，杨中开，朱莉伟，等. 竹纤维结构及其性能研究[J]. 北京林业大学学报，2008，30（1）：128-132.

[19]Landis T D. Growing media[J]. Containers and Growing Media，1990，2：41-85.

[20]Chavez W，di Benedetto A，Civeira G，et al. Alternative soilless media for growing Petunia × hybrida and Impatiens wallerana：physical behavior，effect of fertilization and nitrate losses[J]. Bioresource Technology，2008，99（17）：8082-8087.

[21]董 亮，张志国. 不同用量白云质石灰石对泥炭pH的调节试验[J]. 北方园艺，2005（2）：62-63.

[22]Golouke C G. Principles of composting[M]. Pennsylvania：the JG Press Inc，1991：14-27.杨 迪，贾晋炜，赵洪宇，等. 木薯废弃物热解特性及产物分布[J]. 江苏农业科学，2016，44（4）：471-473.