栽培基质EC和pH测定值的影响因素分析

2021-11-25夏国栋罗石磊颉建民郁继华

甘肃农业大学学报 2021年5期

夏国栋，罗石磊，颉建民，郁继华

(甘肃农业大学园艺学院，甘肃兰州 730070)

电导率(electrical conductivity，EC)指溶液导电的能力，也称为土壤电导率，是测定土壤水溶性盐的指标，其单位通常用mS/cm和μS/cm表示.EC过高或过低都会阻碍作物的生长，不同植物根据需肥特性与生长阶段的不同，适宜的EC值不同.一般情况下，在同一区域EC值越高，盐分就越高[1].灌溉水中有很多可溶性盐，高浓度的可溶性盐类会使植物受到损伤或造成植株根系的死亡.EC值过高，可能会形成反渗透压，将根系中的水分置换出来，使根尖变褐或者干枯[2].基质湿度的波动会使可溶性盐含量过高的问题进一步恶化，造成植株根系损伤严重，无法吸收水分和营养，导致植株出现萎蔫、黄化、组织坏死或植株矮小等症状[3].EC值过高也会增大由绵腐病菌引起的根腐病的发生机率[4].pH是衡量酸碱强弱的指标，主要由氢离子和氢氧根离子在溶液中的浓度决定.土壤pH值在6.5以下为酸性土壤，6.5～7.5之间的为中性土壤，7.5以上为碱性土壤.固体基质栽培是一种常见的无土栽培方式，栽培管理简单，容易操作.基质中的水分、养分、氧气、温度、EC和pH等对作物的生长至关重要.基质EC和pH的大小能反应基质中的盐离子浓度和酸碱度的高低.设施蔬菜栽培的环境相对密闭，其可溶性盐含量和酸碱度受灌溉影响较大，容易引起基质表层盐分积累和酸碱度的升高.目前，EC和pH值的测定方法有很多，但没有统一的标准，尤其是基质的EC和pH值的测定，大都借鉴土壤测定的方法，无统一的测定标准.

本研究选用石英砂和含有机物较多的草炭、腐殖酸煤、椰糠、草炭为试材，通过测定不同干燥处理、不同浸提比、不同粒径、不同震荡时间和不同水质下的EC和pH，研究影响基质EC和pH的因素为测定栽培基质EC和pH值提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

试验选取石英砂、草炭、腐殖酸煤、椰糠和发酵牛粪等5种基质，参照高峰等[5]黄瓜育苗基质配比，按体积比复配配方D，并以无机物石英砂做配方A，含有机物较多的草炭和腐殖酸煤做配方B和配方C，详情见表1.

表1 不同基质配方

pH测定采用HI8314型pH计；EC测定采用DDS-307A型电导率仪(上海仪电科学仪器股份有限公司).

1.2 不同干燥处理下栽培基质EC和pH的测定

设鲜样(不作任何处理样)、风干样(于阴凉通风处风干至恒质量)、烘干样(于110 ℃烘箱内烘干至恒质量)3`种处理.将3种方法处理的样品各称取10 g，按照m基质∶m超纯水=1∶5的比例，加入50 mL超纯水，在摇床上振荡30 min，过滤后得到浸提液，每个处理重复9次，测定EC和pH值.

1.3 不同质量比浸提下栽培基质EC和pH的测定

称取风干样10 g，按照m基质∶m超纯水=1∶5和1∶10两种不同比例混合，在摇床上振荡30 min，过滤后得到浸提液，每处理重复9次，测定EC和pH值.

1.4 不同粒径大小下栽培基质EC和pH的测定值

本试验参照高峰等[5]的方法(m基质∶m超纯水=1∶5浸提法).将风干样分别用0.5、1和2 mm的筛子过筛，筛出粒径≤0.5 mm、0.5～1 mm和1～2 mm的栽培基质，称取上述3种不同粒径大小的基质各10 g，按照m基质∶m超纯水=1∶5配制浸提液60 mL，在摇床上振荡30 min后，过滤得到滤液，每处理重复9次，测定其EC和pH值.

1.5 不同振荡时间下栽培基质EC和pH的测定值

称取风干样10 g，按照m基质∶m超纯水=1∶5配制浸提液60 mL，分别在摇床上振荡10、20、30 min，过滤后得到澄清液，每个处理重复9次，最后测定其EC和pH值.

1.6 不同水质浸提下栽培基质EC和pH的测定

称取风干样10 g，按照m基质∶m超纯水=1∶5分别加入自来水和超纯水，配制浸提液60 mL，在摇床上振荡30 min，过滤后得到澄清液，每个处理重复9次，测定EC和pH值.

1.7 数据分析

试验数据采用Excel 2010处理，用SPSS 19.0软件进行统计分析，用Duncan法进行显著性分析.

2 结果与分析

2.1 不同干燥处理对栽培基质EC和pH测定值的影响

由表2可知，除配方A栽培基质的烘干样、风干样和鲜样所测EC值之间无差异外，其余3种配比栽培基质的风干样品和鲜样品的EC值之间均差异显著，配方B、C、D所测风干样品的EC值均大于鲜样的EC值，分别比鲜样的EC值高27.67%、16.00%、14.31%；烘干样品和风干样品的EC值均差异显著，配方B、C、D所测烘干样品的EC值均大于风干样品的EC值，分别比风干样品的EC值高16.93%、17.46%和5.43%.配方A 3种样品所测pH值无差异，配方B、C、D烘干样和鲜样所测pH值差异显著.

表2 不同干燥处理对栽培基质EC和pH测定值的影响

2.2 不同质量比浸提对栽培基质EC和pH测定值的影响

由表3可知，各配方按照浸提液质量比1∶5和1∶10所测EC值差异显著，质量比为1∶5所测得EC值显著高于1∶10，分别高出90.00%、36.44%、44.44%和23.13%.各配方按不同质量比浸提所测pH值之间无差异.

表3 不同质量比浸提对栽培基质EC和pH测定值的影响

2.3 不同粒径大小对栽培基质EC和pH测定值的影响

由表4可知，由于配方B腐殖酸煤为粉末状，无法过筛.配方A在不同粒径下所测EC值无差异，配方C和配方D均在粒径≤ 0.5 mm时所测得EC值最大，在粒径1～2 mm测得EC值最小.配方A和配方D所测pH值不同粒径间差异不显著，配方C在粒径 0.5～1 mm和1～2 mm间无差异，与粒径≤ 0.5 mm差异显著.

表4 不同粒径大小对栽培基质EC和pH测定值的影响

2.4 不同振荡时间对栽培基质EC和pH测定值的影响

由表5可知，配方A在振荡10、20、30 min所测的EC值无差异.配方B和配方C在振荡10 min和振荡30 min所测EC值差异显著；配方D在振荡不同时间所测EC值差异显著.

表5 不同振荡时间对栽培基质EC和 pH测定值的影响

配方A和B在振荡10、20、30 min所测的pH值无差异.配方C在振荡10 min和20 min所测pH值差异不显著，振荡20 min和振荡30 min所测pH值差异不显著，但振荡10 min和振荡30 min所测pH值差异显著.配方D在振荡10 min和20 min所测pH值无差异，但振荡10 min和振荡30 min所测pH值差异显著.

2.5 不同水质浸提液对栽培基质EC和pH测定值的影响

试验所用自来水的EC值为413 μS/cm，pH值为7.83；超纯水的EC值为0.28 μS/cm，pH值为7.08.分别按照m基质∶m自来水=1∶5和m基质∶m超纯水=1∶5加入自来水和超纯水，在摇床上振荡，过滤得到滤液，测定其EC和pH值，结果见6.所有配方使用自来水所测EC值均显著高于超纯水所测EC值，分别高80.77%、30.07%、37.36%和11.88%.所有配方使用自来水所测pH值显著高于超纯水所测EC值，分别高9.35%、8.49%、13.45%和4.37%.

3 讨论

3.1 不同前处理方式的影响

孟盈等[6]认为烘干样可能会导致其吸湿水和膜状水全部散失，改变某些离子的价态；汪飞等[7]认为样品中的有机质，尤其是腐殖酸，在烘干过程中会不断分解，使得测得含水量比实际含水量大，土样中有机质含量越多，其误差会越大.

表6 不同浸提水水质对EC和pH测定值的影响

本试验中不同前处理方法对测定EC值差异显著，Pierre等[8]和Kissel等[9]的研究结果表明可能是由于浸出液盐离子含量较未浸出土壤溶液多、样品含水量对EC值的影响导致.本试验中烘干样品所测EC值均大于风干样，可能是由于烘干过程中有机质，尤其是腐殖酸的分解释放其结合的金属盐离子导致[6].虽然鲜样较风干样的实际称取质量较小，但由于土壤水悬浮效应的影响，各处理间pH值并无显著差异，这与Rueter等[10]的研究结果一致.

3.2 不同样品质量比的影响

本试验中，按照m基质∶m超纯水=1∶5和m基质∶m超纯水=1∶10分别测EC值，测得m基质∶m超纯水=1∶10EC值均小于m基质∶m超纯水=1∶5测定值，而不同比例所测pH值.没有显著差异，这与Davis等[11]研究结果不同.Keaton[11]和Thomas等[11]认为这可能是由于随着土壤/溶液比率增加，H+从土壤表面解离减少和Al水解减少共同作用的结果.

3.3 样品粒径大小的影响

本试验中，无论石英砂的粒径多大，对EC值和pH值没有任何影响，这可能是由于石英砂本身是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，不溶于水，也不含可溶性矿物质；而其他配方粒径小的处理所测EC值和pH值均高于粒径大的处理，与陈菲[14]等所得结果一致.Puri[15]和Hester等[16]认为较小的粒径有利于可溶性盐的溶解进而增加pH值，使用1～2 mm粒径较好.

3.4 不同振荡时间的影响

由于石英砂不溶于水，不含可溶性矿物质，因此振荡时间的不同对其EC值和pH值没有影响；而其他配方由于其含有可溶性盐，振荡30 min的EC值和pH值显著高于振荡10 min的数值.因此，30 min的振荡时间更接近实际EC值和pH值.高峰等[5]在筛选黄瓜栽培基质配方时同样选择振荡时间为30 min，与Puri等人[15]的研究结果一致.

3.5 盐离子效应的影响

李慧敏等[19]认为由于自来水中含有微量氯化钠、次氯化钠和钙离子、镁离子、钾离子及一些硫酸盐等微量的矿物质，使用自来水来制备待测液，会给溶液中带来额外的盐离子，影响EC值和pH值的测定，而使用超纯水不会给溶液中带来额外的盐离子，能更加真实地反应基质的EC值和pH值.但Rayment等[18]认为由于pH计以溶液中H+浓度给出数值，所以在pH较高的样品中使用带有盐离子的溶液而非超纯水进行测定能更加准确地反映其真实的pH值.中性和酸性基质自身H+较多，相较于带入杂质的自来水，超纯水的测定结果更为准确，但在碱性基质使用超纯水和自来水测定的pH值较接近，这可能是由于盐效应[19-21]导致碱性环境中样品自身H+和Al3+释放，而超纯水由于缺少盐离子的效应导致H+释放受抑不能准确地反映真实pH值.本试验中，由于自来水中的盐离子多于超纯水，导致所测EC和pH值差异显著.