蛭石基培养基质育苗性能的评价

尤厚美,杜 佳,罗 勇,张祥坤,朱宝林,田维亮,2

(1.塔里木大学化学化工学院, 新疆阿拉尔 843300;2.新疆兵团南疆化工资源利用工程实验室,新疆阿拉尔 843300)

0 前 言

【研究意义】新疆受不同程度盐碱危害的耕地面积约占新疆耕地总面积的1/3,新疆耕地盐渍化严重,蔬菜水果从内地大量运输时,路途遥远。无土栽培是将作物栽培在基质或者营养液中代替土壤栽培作物,该栽培技术能够满足作物整个生命周期对水分、氧气、温度的需求。无土栽培用人工制造的根系环境取代传统的土壤环境,使传统土壤栽培中水分,氧气,养分的供应不足得以解决,制造出作物生长最适宜的环境条件,让作物充分生长[1,2]。无土栽培技术,应用范围和栽培面积也不断扩大,技术和经营管理水平显著提高,已经实现了工厂化、集约化生产,达到了高效,高产,优质和低耗的目的[3]。【前人研究进展】我国是世界上使用无土栽培技术较早的国家,20世纪70年代,山东农业大学率先开展无土栽培实验且获得成功[4]。目前我国使用的无土栽培技术主要是水培和固体基质培[1],相对于水培,固体基质培因其根际环境pH值、水分、养分和温度相对稳定,管理方便,技术简单易掌握,且具有一定的缓冲作用,在无土栽培中被广泛使用。我国的蛭石储量丰富,经过膨胀加工后的蛭石有高度的持水能力与层状结构[5-8],且通气性好,可作为种子发芽的理想介质[9],对提高发芽率,缩短发芽时间[10]有显著效果;蛭石对阳离子具有较强的交换能力,可以将保持的养分缓慢的释放到生长介质中[11-13],可以作为无土栽培的垫层,亦可作为水果,蔬菜[14],花卉,家养植物生长的分离隔层[15]。【本研究切入点】新疆是我国蛭石资源的主要生产基地(我国蛭石储量居世界第二位),并且密度低使其渗透性强和保水性好,可为作物持续输送水分和养分[16],蛭石具有缓释作用和多孔性质,对土壤的调节作用增强[17],改善通风和水分滞留,易于控制栽培基质中有益元素的吸收和解吸[14],防止栽培基质pH的急剧变化,通过蛭石的缓释作用,避免了肥料对植物育苗的各种危害。一些农田废料[18]如蘑菇料,甘草料,秸秆由于量大,得不到有效处理,研究证明[19]也可在无土栽培中得到合理利用,实现废弃物的综合利用。【拟解决的关键问题】分析市场无土栽培基质,以蛭石为主体,添加秸秆,蘑菇料,甘草料,珍珠岩等物料,经过一定的比例混合后以番茄为材料复配出优于市场无土栽培基质的培养基质,为无土培养基质构建奠定一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 原 料

蘑菇料、秸秆、甘草料、蛭石、珍珠岩、对比样(不含蛭石)、复合肥(营养液)、样品1(含蛭石)和样品2(不含蛭石)均来自阿克苏基质有限公司。

1.1.2 设 备

马弗炉(SX-5-12T)购自北京市永光明医疗仪器有限公司;数显鼓风干燥箱(GZX-9140MBE)购自上海博讯实验有限公司;电子天平(FA1104B)购自上海越平科学仪器有限公司;湿度计(HHS)购自东莞市龙业仪器仪表有限公司;粉碎机(150)购自安心食品机械有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 预处理

秸秆、蘑菇料、甘草料量大,选择平铺在篷布上自然晾晒风干处理,时间为7 d。经粉碎获得栽培原料,使用40目、60目、80目、120目、160目和180目的分样筛将其筛分成不同目数后装袋备用。

对市场上含蛭石和不含蛭石的培养基质以及几种田间废料进行粒径分析、灰分测定和pH测定。将市场培养基质及田间废料放入鼓风干燥箱,设定温度120℃,干燥时间600 min,冷却后称取100 g用分样筛对其进行筛选。用电子天平称取干燥后的市场培养基质及田间废料各2 g,放入马弗炉中焙烧600 min,冷却后称重进行灰分测定。并在待测样中分别加入蒸馏水至湿度达到80%,用pH计测定各其pH值。

1.2.2 不同影响因素对培养基质影响

1.2.2.1 纯料与混合料处理

分别量取150 mL 60目的秸秆、蘑菇料和甘草料,加入60 mL 600倍稀释的营养液,搅拌均匀后放入栽培钵体,平行对照3组。量取60目的秸秆、蘑菇料和甘草料各50 mL,以体积比为秸秆∶蘑菇料∶甘草料=1∶1∶1均匀混合后加入60 mL 600倍稀释的营养液,搅拌均匀后放入栽培钵体,平行对照3组。量取150 mL样品,加入60 mL 600倍稀释的营养液,搅拌均匀后放入栽培钵体,平行对照3组。处理完成后进行作物栽培,栽培深度均为3 cm,后期不再追肥,每天加水1～2次控制培养基质水分,并记录栽培时间。

1.2.2.2 不同蛭石含量处理

分别量取15、30、45、60、75和100 mL 60目经营养液浸泡晾干处理的蛭石,与85、70、55、40、25、0 mL 60目的混合料均匀混合并加水至湿度为80%,放入栽培钵体,平行对照3组。量取60目混合料(秸秆∶蘑菇料∶甘草料=1∶1∶1)100 mL,加入40 mL 600倍稀释营养液,混合均匀后放入栽培钵体,平行对照3组。处理完成后进行作物栽培,栽培深度均为3 cm,后期不再追肥,每天加水1～2次控制培养基质水分,并记录栽培时间。

1.2.2.3 不同目数蛭石处理

分别量取60、100、120、160和180目75 mL的蛭石,与60、100、120、160和180目75 mL混合料+20 mL珍珠岩均匀混合后加入60 mL 600倍稀释的营养液均匀搅拌后放入栽培钵体,平行对照3组。处理完成后栽培作物,栽培深度均为3 cm,后期不再追肥,每天加不同量的水1～2次控制培养基质水分,并记录栽培时间。

1.2.2.4 不同湿度培养基质处理

分别量取60目蛭石75 mL,60目混合料75 mL,珍珠岩20 mL混合均匀后分别加入60、54、48、42和36 mL 600倍稀释的营养液,搅拌均匀后放入栽培钵体,平行对照3组。处理完成后进行作物栽培,栽培深度均为3 cm,后期不再追肥,每天加水1～2次控制培养基质水分,并记录栽培时间。

1.2.2.5 不同稀释倍数营养液的处理

分别量取60目蛭石75 mL,60目混合料75 mL,珍珠岩20 mL混合均匀后加入60 mL 600、700、800、900、1 000倍稀释的营养液,搅拌均匀后放入栽培钵体,平行对照3组。处理完成后栽培作物,栽培深度均为3 cm,后期不再追肥,每天加水1～2次控制培养基质水分,并记录栽培时间。

1.2.2.6 复配培养基质的处理

分别量取150 mL市场上的培养基质,加入60 mL 900倍稀释的营养液,均匀搅拌后放入栽培钵体,平行对照3组。量取75 mL 60目经营养液浸泡晾干处理的蛭石,75 mL体积比为秸秆∶蘑菇料∶甘草料=1∶1∶1 的60目的混合料和20 mL珍珠岩均匀混合后加入60 mL水,搅拌均匀放入栽培钵体中,平行对照3组。对比样为60 mL900 倍稀释的营养液,90 mL体积比为秸秆∶蘑菇料∶甘草料=1∶1∶1的60目的混合料和20 mL珍珠岩均匀混合后放入栽培钵体,平行对照3组。对比样2为75 mL 60目未浸泡营养液蛭石,75 mL体积比为秸秆∶蘑菇料∶甘草料=1∶1∶1的60目的混合料 和20 mL珍珠岩均匀混合后加入60 mL水,均匀搅拌放入栽培钵体中,平行对照3组。处理完成后进行作物栽培,栽培深度均为3 cm,后期不再进行追肥,每天加水1～2次控制培养基质水分,并记录栽培时间。

1.3 数据处理

所有数据用Excel 2016 进行处理,用 origin 软件作图,处理数值用“平均值±标准误差”来表示。

2 结果与分析

2.1 市场培养基质中粒径、灰分和pH分析

研究表明,市场培养基质中的粒径普遍以60目为主,占比可达到66.14%,以100目、120目、160目和180目等多种粒径的材料复配而成,pH偏中性,一般农作物的灰分在50%左右。粒径60目为主的复配其他粒径的培养基质,有助于快速生长的高效的无土栽培基质。表1,表2

表1 培养基质中各目数所占比例Table 1 Proportion of each mesh in culture medium

2.2 纯料与混合料培养基质对番茄发芽时长与生长态势的影响

研究表明,各种纯料和混合料培养基质对番茄的生长状态的影响不同,纯料培养基质的发芽时间都较长,生长速度较慢,其中蘑菇料最慢,需要168 h才能使幼苗发芽,第5 d后的幼苗高度只能达到1 cm,甘草料只需158 h就能使幼苗发芽,第5 d后的幼苗高度可达到2.3 cm,与纯料培养基质相比,混合料培养基质相对较好,在154 h后开始发芽,发芽1 d后幼苗高度可达到0.5 cm,且在第5 d后,混合料种植的番茄幼苗高度可达到3 cm,混合料培养基质对番茄生长的发芽时间较短,生长态势比纯物料好,但对比市场上的样品仍有差距,市场上的培养基质在141 h后就可以使番茄幼苗发芽,且生长速度较快,发芽1 d后的幼苗高度可达到1.6 cm,到第5 d后幼苗高度可达到3.4 cm。混合料的效果虽然不能与市场培养基质相比,但混合物料能够提供较多的营养成分供作物吸收,混合料培养基质比纯料培养基质更适合番茄幼苗的生长。图1

表2 培养基质灰分含量和pHTable 2 Ash content and pH of culture medium

2.3 不同蛭石含量培养基质对番茄发芽时长与生长态势的影响

研究表明,在培养基质中并非蛭石含量越高,培养基质的栽培性能就越好。当蛭石含量为100%时,番茄发芽时长最长,161 h才能使番茄幼苗发芽,且生长态势也不是很好,第5 d后的幼苗高度也才达到1.6 cm,当蛭石含量为45%时番茄生长态势最好,只需要140 h就能使番茄幼苗发芽,发芽1 d后的高度可达到0.9 cm,第5 d后的幼苗高度4 cm。适宜的蛭石含量可以促进幼苗的生长,将复配基质中蛭石含量定为45%左右最佳。图2

2.4 不同目数培养基质对番茄发芽时长与生长态势的影响

研究表明,不同目数的培养基质对番茄的生长状态也有一定的影响,60～180目,目数越大,番茄幼苗发芽越慢,其中180目混合料培养基质需183 h才能使番茄幼苗发芽,不能使用目数太大的培养基质培养番茄幼苗,目数太大会让物料结块而使培养基质的通气环境受阻。而60目混合料培养基质仅需145 h就能使番茄幼苗发芽,经5 d的生长培养后,幼苗高度可达近5 cm。因此选择合适目数的培养基质有益于番茄幼苗的生长,60目的培养基质发芽时长最短,幼苗长势最好,可选择60目为主辅以其他材料构建无土栽培基质。图3

图 1 纯料与混合料培养基质下番茄发芽时长和生长态势变化

图2 不同蛭石含量培养基质下番茄发芽时长和生长态势变化

图3 不同目数培养基质下番茄发芽时长和生长态势变化

2.5 不同湿度对番茄发芽时长与生长态势影响

研究表明,作物生长对养分和水分的吸收必不可少,湿度为40%的培养基质对番茄种子发芽和生长较为困难,需要270 h才能使幼苗发芽,且在第5 d后幼苗高度也不到1 cm。而随着湿度的增加,作物发芽情况和长势都得到了改善,充足的养分和水分不仅使作物种子发芽更快,发芽后的生长也更加迅速,湿度为80%的培养基质中作物发芽最快,长势最好,仅需143 h就能使幼苗发芽,且发芽后第1 d的高度就可以达到3.5 cm左右,到第5 d幼苗高度可达到近7 cm,故可选择湿度为80%的培养基质培育作物幼苗生长。图4

图 4 不同湿度培养基质下番茄发芽时长和生长态势变化

2.6 不同营养液浓度对番茄发芽时长与生长态势的影响

研究表明,900倍稀释的培养基质对番茄幼苗的发芽时长最短,幼苗生长速度最快,仅需133 h就可以使番茄幼苗发芽,且幼苗在发芽后第1 d的高度可以达到0.5 cm左右,到第5 d幼苗高度可达到5 cm左右,而其他稀释倍数的培养基质对番茄幼苗的生长速度较慢,这可能是稀释浓度较高或较低,营养液中的养分没有充分提供或灼伤幼苗根部,使其番茄幼苗的生长速度较慢。加入900倍稀释的复合肥营养液可使番茄发芽最快,长势最好。图5

图 5 不同营养液浓度下番茄发芽时长和生长态势变化

2.7 复配培养基质与市场培养基质对番茄发芽时长和生长态势的影响

研究表明,自主复配出一种新的对番茄生长状况有促进作用的培养基质,该培养基质采用稀释900倍的复合肥营养液浸泡蛭石晾干处理后再与其他基质混合,目数为60目,湿度为80%,且蛭石∶蘑菇料∶甘草料∶秸秆∶珍珠岩=15∶5∶5∶5∶4。与市场上的培养基质相比,自主复配的培养基质可有效缩短番茄发芽时长,番茄长势良好,仅需129 h就可以使番茄幼苗发芽,且发芽后第1 d的幼苗高度为3.4 cm,第5 d后的幼苗高度可达到6 cm左右,其育苗性能优于市场上的培养基质。可利用蛭石的多孔性质和缓释作用,以蛭石为载体负载复合肥营养液的蛭石基培养基质来培育作物幼苗生长。图6

图6 复配培养基质与市场培养基质下番茄发芽时长和生长态势变化

3 讨 论

朱彦明等[20]研究表明蛭石处理的三叶菜的生长发育和整体长势最好,对其营养价值的提升有很大作用。王新右等[21]研究表明,合适比例的培养基质对黄瓜的植株长势和产量有良好的效果。研究利用蛭石的缓释保湿作用,分析负载养分的蛭石与不同影响因素的培养基质对幼苗生长的影响。无土栽培基质的组成和粒度大小等因素对作物的品质和产量有重要的影响。研究发现,蛭石的添加减少复合肥营养液灼伤幼苗根部的几率,蛭石的缓释作用能够使复合肥营养液中的养分缓慢释放并保持水分,让作物能够充分吸收其养分和水分,促进其作物的生长。

分析市场培养基质的粒径、灰分和pH发现,培养基质的粒径普遍以60目为主,灰分适中,pH呈中性。参照市场培养基质的参数,通过添加不同物料、不同蛭石含量、不同目数、湿度和不同稀释倍数营养液的培养基质,分析不同因素对番茄幼苗的影响,发现混合料能更好的促进幼苗的生长,它能够给作物提供适宜的根系环境,使作物生长优势扩大;蛭石含量不同,培养基质中的养分释放速度不同,合适的蛭石含量能够让培养基质中的养分充分缓慢释放出来,对作物的生长态势明显,使作物发芽时长缩短;合适目数的培养基质对幼苗的生长有一定的促进作用,能够提供合适的疏松度,持水能力长;适宜的湿度和营养液浓度能够让作物充分吸收水分和养分,对作物的生长有一定的正向作用,使作物的生长效率提高。与之前的研究相比[22],使用目数为60目、含量为45%的蛭石辅以其他混合料对作物生长性能良好的结果是相一致的,与之前自主复配的培养基质相比,该培养基质生长性能相对较好,其培育性能提高了约8%～15%。试验使用复合肥作为营养液浸泡蛭石晾干处理后与珍珠岩等其他物料混合,其育苗效果与之前研究复配的培养基质有所提高,经营养液浸泡的蛭石基培养基质充分利用蛭石的缓释保湿作用。

4 结 论

筛选出最适宜作物幼苗生长培养基质复配条件,复配出一种高效廉价的无土栽培培养基质,其蛭石∶蘑菇料∶甘草料∶秸秆∶珍珠岩=15∶5∶5∶5∶4,目数为60目,湿度为80%,营养液为稀释900倍的复合肥,且用稀释后的复合肥营养液浸泡蛭石晾干处理后与其他基质混合。该培养基质对番茄的发芽时长和生长态势都有较好的促进作用,其性能较市场上的样品更加优良。