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基質(zhì)產(chǎn)品的基本性質(zhì)

2018-03-25 08:43黃裕銘臺(tái)灣中興大學(xué)土壤環(huán)境科學(xué)系
關(guān)鍵詞:泥炭孔隙養(yǎng)分

黃裕銘(臺(tái)灣中興大學(xué)土壤環(huán)境科學(xué)系)

前言

最早調(diào)配的植物生長基質(zhì)為1930年英國Jon Innes Horticultural Institute所建立,其含有壤土、蘚類泥炭、砂及肥料。1950年,美國加州大學(xué)首先調(diào)配沒有土壤的栽培基質(zhì),其含細(xì)砂、蘚類泥炭及肥料。1960年,美國康乃爾大學(xué)調(diào)配的基質(zhì)采用蘚類泥炭、蛭石及珍珠石。森林育苗用50%蘚類泥炭及50%蛭石。早期開采的蛭石含有石綿等物質(zhì),有害人體肺部的健康,現(xiàn)在的蛭石主要由云母高溫制成。珍珠石粉塵也會(huì)對(duì)眼睛及肺部產(chǎn)生影響,所以許多栽培者喜歡采用其他替代產(chǎn)品,有些人認(rèn)為泥炭、蘚類泥炭及水苔植物不是永續(xù)材料[1],歐洲鼓勵(lì)用堆肥化有機(jī)材料做替代品[2]。

由于人民對(duì)食品安全的要求越來越高,人工基質(zhì)栽培的趨勢(shì)越來越明顯。栽培基質(zhì)的功能是植物的支撐、有效水分、養(yǎng)分庫、氣體交換[3]。植物種類不同則需要基質(zhì)條件差異也很大,例如有些植物需要酸性基質(zhì),有些植物需要中微酸性基質(zhì),而有些植物需要有較高通氣性的基質(zhì)等。另外,養(yǎng)分管理也需要注意,植物主要是吸收礦物質(zhì)養(yǎng)分,有些型態(tài)養(yǎng)分需要經(jīng)微生物轉(zhuǎn)化才能為植物吸收,例如氮肥,一般植物主要是吸收硝酸態(tài)氮,如果施用銨態(tài)或尿素態(tài)氮,都需要經(jīng)由亞硝化菌及硝化菌的作用才能轉(zhuǎn)為硝酸態(tài)氮。添加有機(jī)質(zhì)肥料或添加堆肥的基質(zhì),其礦化作用及礦化后的轉(zhuǎn)化要靠微生物進(jìn)行。許多無土壤基質(zhì),微生物群組少不僅會(huì)造成養(yǎng)分轉(zhuǎn)化也會(huì)使磷肥流失。一般強(qiáng)調(diào)無土壤基質(zhì)加上高溫滅菌后,其所用肥料則需要用無需微生物轉(zhuǎn)化馬上可被吸收的礦物型態(tài)養(yǎng)分,所以沒有一個(gè)單一基質(zhì)可以適用所有作物。

基質(zhì)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

澳洲政府所訂AS3743-2003盆栽栽培基質(zhì)有Regular及Premium 2種規(guī)格,見表1。

Premium 規(guī)格的基質(zhì)種植植物1個(gè)月內(nèi)不用施肥,Regular規(guī)格的基質(zhì)種植植物需施肥。AS3743-2003鼓勵(lì)添加堆肥,因?yàn)槟嗵績r(jià)格越來越貴,添加堆肥對(duì)保水保肥力都有貢獻(xiàn),且可以礦化釋出養(yǎng)分,也可以幫助抑制病原菌生長[4]。

西班牙規(guī)定適合盆栽種植的基質(zhì)性質(zhì):粒徑0.2~2.0 mm、容重<0.4 g/cm3、真比重1.4~2.0 g/cm3、 總 孔 隙 > 85%(V)、 空 氣 體 積20%~30%、pF1水勢(shì)能含水量 55%~70%(V)、總 保 水 量 600~1000 mL/L、 縮 收 < 30%(V)、pH=5.3~6.5、EC ≤ 0.5 mS/cm、 總 有 機(jī) 質(zhì) >80%[3]。

Landis和Morgan[2]整理的美國理想基質(zhì),其 基 質(zhì) 特 性:pH=5.5~6.5、EC<1.0 mS/cm、NH4-N<10 mg/L、NO3-N 為 100~200 mg/L、P為6~9 mg/L、Na≤50 mg/L、總孔隙率>50%、通氣孔隙率15%~30%、保水孔隙率25%~35%。

DuPont[5]分析基質(zhì)飽和抽出液的pH=5.5~6.5、EC=1.5~3.0 mS/cm、NO3-N 為 75~150 mg/L、P 為 5~20 mg/L、K 為 150~300 mg/L、Ca為100~200 mg/L、Mg 為 50~100 mg/L、Na<160 mg/L[6]。使用前采用水芹、燕麥、豆子、萵苣或快速生長的植物種子測(cè)試其發(fā)芽率。

德國規(guī)定了2種堆肥標(biāo)準(zhǔn),第1型堆肥可以加入生長基質(zhì)達(dá)40%,第2型堆肥礦物成分上限為第1型的2倍,所以允許用量上限為20%。第1型鹽度≤ 2.5 g/L、N<300 mg/L、P2O5<1200 mg/L、K2O<2000 mg/L、Cl<500 mg/L、Na<250 mg/L、CaCO3<10%/DM、植物反應(yīng)無氮固定及植物毒害物質(zhì)、堆肥程度最高、有機(jī)質(zhì)>15%/DM、無種子及可生長的植物或沙門氏菌[7]。

簡[8]提出:容積比重0.30~0.75 gm/cm3(干重比),保水力20%~60%,總孔隙度排水后之孔隙占體積之5%~30%,pH為5.5~6.5(土壤混合栽培基質(zhì)pH應(yīng)為6.2~6.8),一般無土基質(zhì)pH為5.4~6.0,EC 為 0.2~1.1 mS/cm,陽離子交換容量 20~40 cmol/kg(干重比 )。

以上數(shù)據(jù)顯示,各國所訂標(biāo)準(zhǔn)或準(zhǔn)則其條件有差異,以下按照基質(zhì)該有的功能討論基質(zhì)所需注意的特性參數(shù)。

表1 盆栽栽培基質(zhì)有Regular及Premium的各項(xiàng)參數(shù)

基質(zhì)調(diào)制所需注意的特性

基質(zhì)中的物理、化學(xué)、生物性質(zhì)是相互影響,尤其物理性質(zhì)中的孔隙度受到基質(zhì)材料的密度、顆粒大小及排列影響?;|(zhì)的孔隙是基質(zhì)中氣相及液相共存的位置且相互消長,是決定基質(zhì)通氣性及保水性的重要基礎(chǔ)。通氣的好壞影響微生物種類及養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化。通氣性的程度也會(huì)影響基質(zhì)中的CO2濃度和基質(zhì)pH,進(jìn)而影響礦物養(yǎng)分的溶解度及吸附性,同時(shí)也影響微生物的族群。

重要的物理性

◆比重

比重分有容重及真比重,容重是基質(zhì)單位體基所含材料的干物重(g/cm3),真比重是基質(zhì)中材料真正的固體體積含材料的干物重(g/cm3)。真比重砂2.65 g/cm3、一般壤土1.29 g/cm3、活的水苔植物0.010 g/cm3、未分解純水苔植物0.040~0.052 g/cm3、中度分解含木質(zhì)材料的蘚類泥炭0.153 g/cm3、木質(zhì)泥炭0.137 g/cm3、分解程度高的木質(zhì)泥炭0.172 g/cm3、草質(zhì)輕分解泥炭0.069 g/cm3、草質(zhì)中度分解泥炭0.156 g/cm3、深度分解的泥炭0.261 g/cm3[9]。單純材料的基質(zhì)往往可以用容重及真比重算出孔隙率,人工調(diào)配基質(zhì)所有材料可能為多種材料調(diào)配,所以其孔隙率要特別測(cè)定。

◆充氣孔隙率、有效含水量

基質(zhì)材料不同,對(duì)水分吸附特性差異大,尤其和一般礦質(zhì)土壤的吸附特性差異更大,一般需要注重其充氣孔隙而非總孔隙率。充氣孔隙是指水勢(shì)能在-0.1 kPa時(shí)基質(zhì)的孔隙,此充氣孔隙決定植物是否能有適當(dāng)?shù)母ρ鯕?。Drzal 等[10]將孔隙大小分成大、中、微、及超威孔隙,各別孔隙大小范圍:>416μm、10~416μm、0.2~10μm及<0.2μm。相對(duì)應(yīng)的水勢(shì)能是0~-0.715 kPa、-0.715~-30 kPa、-30~-1500 kPa及 <-1500 kPa。大孔隙的水顆粒間的孔隙在重力下無法保水,即為一般所稱充氣孔隙,中孔隙的水勢(shì)為有效水,微孔隙的水勢(shì)為緩沖帶水,超微細(xì)孔隙的水為無效水。

西澳洲政府[11]認(rèn)為,空氣孔隙比例不同的基質(zhì),其植物生長和水分管理有明顯差異:5%,除濕地植物外皆太低;5~10%,對(duì)不常澆水的大型植物種植的基質(zhì),如室內(nèi)植物;10%,新混合基質(zhì)的低限值;10%~15%,種植后不太管理的栽培床植物用;15%~20%,一般育苗用;20%~25%,可使多數(shù)植物快速生長,但是澆水頻率較高;30%,做繁殖用,室內(nèi)植物及某些種子育苗用;30%~40%,促進(jìn)快速生長,但是需勤澆水;40%~50%,附生植物。

Cornell大學(xué)[12]提出杜鵑需要高的空氣體積(>20%),金魚草及秋海棠需10%~20%,圣誕紅、菊花、百合花需5%~10%,康乃馨及天竺葵只需2%~5%。

◆ 基質(zhì)吸水特性

基質(zhì)吸附水的特性會(huì)影響通氣性、水分及養(yǎng)分管理。一般土壤管理最重視土壤有效水分含量,其土壤在田間容水量及永久凋萎點(diǎn)間所含水,一般測(cè)定-33~-1500 kPa水分含量。表2數(shù)據(jù)顯示,不同分解程度及不同植物原泥炭含水特性差異大,活水苔植物在極低水勢(shì)能-0.5 kPa以下含水體積只有39.8%,-10 kPa時(shí)只有12.0%,蘚類泥炭則相對(duì)穩(wěn)定在-10 kPa時(shí)還有30.8%。充分分解泥炭及中度分解草質(zhì)泥炭在-10 kPa時(shí)還有70.9%,顯示水苔植物及蘚類泥炭可以給予良好通氣,但是過度分解的泥炭其無效水比率大,通氣較不良。Michel[13]針對(duì)泥炭的水分含量和水勢(shì)能間關(guān)系定義-1 kPa時(shí)水分體積含量為67%(v/v),扣掉固體體積7%,所以充空氣體積為26%,-1~-10 kPa含水量體積33%為有效水體積,-5~-10 kPa含水量稱為水份緩沖容量(4%)。不同基質(zhì)材料其緩沖容量不同,且非常重要。研究水苔植物及不同分解程度泥炭在不同水勢(shì)能下的吸收水變化和Borlter[9]的現(xiàn)象相似,水苔類泥炭顆粒越細(xì),分解程度越高,充氣體積越低,有效含水量比率越高。

表2 不同泥炭不同水勢(shì)能下水分吸附水體積率%(v/v)(整理自Boelter[9] )

園藝上的利用基質(zhì)的水分特性曲線可以歸納4 型[14]:

TypeI:高有效水(>25% v/v)的好氣生長(充氣體積>20% v/v)。某些蘚類泥炭有這樣的特性,但是最多的是經(jīng)過不同材料的調(diào)配。這型的水分管理最簡單。

TypeII:高有效水,通氣性較差。其細(xì)孔隙造成比Type I型含較高水,主要缺點(diǎn)是有缺氧氣的風(fēng)險(xiǎn)。黑色泥炭為主要例子,這類泥炭為非蘚類泥炭類。

TypeIII:高通氣性低有效水。這類澆水時(shí)需少量多次,如樹皮(新鮮或堆肥化)、木質(zhì)纖維、珍珠石、及浮石。

TypeIV:高有效水的好氣生長,但是水緩沖容量低。這型的材料具有纖維構(gòu)造,如巖棉及某些木質(zhì)纖維,其纖維內(nèi)不會(huì)保留水。此類型會(huì)有水分不規(guī)則分布,一般上層的空氣/水的比值高于底層,但是由于低緩沖水,所以高有效水量還是需要長期監(jiān)測(cè)。

重要的化學(xué)性

化學(xué)性包括有機(jī)組成、礦物成分、酸度(pH)、交換特性、陽離子交換容量(CEC)、可交換性陽離子、有機(jī)碳狀態(tài)、氮狀態(tài)、磷狀態(tài)、硫狀態(tài)等微量要素,特別是銅。

◆陽離子交換容量

陽離子交換量越高,保持陽離子養(yǎng)分越好,養(yǎng)分越不會(huì)流失。腐殖化越完全的有機(jī)材料其CEC越高。腐植質(zhì)CEC高,未堆肥化的樹皮相對(duì)較低。最高CEC的礦物是沸石,黏土礦物的CEC因礦物種類不同而差異大,蘚類泥炭的CEC中等。一些材料的CEC細(xì)黏土56~63 cmol/kg、粗黏土 22~52 cmol/kg、砏粒 3~7 cmol/kg、蘚類泥炭100~120 cmol/kg、腐質(zhì)泥炭200 cmol/kg、蛭石150 cmol/kg、珍珠石1.5 cmol/kg、陳年樹皮 40~60 cmol/kg[15]。

◆ pH及緩沖能力:

含土壤基質(zhì)及不含土壤基質(zhì)的pH對(duì)土壤有效養(yǎng)分的影響不同,一般有機(jī)質(zhì)土壤或無土壤基質(zhì)的pH可以比礦質(zhì)土壤低1.0~1.5個(gè)單位。無土基質(zhì)養(yǎng)分有效性最高的pH為5.0~5.5,而礦質(zhì)土壤為6.0~6.8。一般pH低于4.0時(shí)往往有錳、鋁及偶爾鐵中毒現(xiàn)象。天竺葵及雞冠花基質(zhì)pH需在6.0~6.8以避免鐵及錳中毒。反之杜鵑pH需4.5~5.8以避面缺鐵。許多杜鵑科植物pH需要在5.0左右以降低微量要素缺乏[16]?;|(zhì)的緩沖能力影響種植期間pH的變化及養(yǎng)分的流失等,蘚類泥炭>堆肥化材質(zhì)及黏土礦物(如硅鎂土及皂石)>樹皮>砂及珍珠石。

◆有機(jī)材料碳/氮比:

闊葉樹樹皮106∶1、紙漿污泥121∶1、蘚類泥炭 48∶1、紅香柏木屑 729∶1、椰纖 85∶1[16]。碳 /氮比高有機(jī)資材種植期間,微生物進(jìn)行分解質(zhì)會(huì)固定化有效性氮及磷,尤其新鮮材料及木質(zhì)素相對(duì)濃度低者,這種資材使用時(shí)氮肥及磷肥用量要比其他材料高。

◆ 鹽分含量,一般用電導(dǎo)度(EC, mS/cm):

基質(zhì)鹽分含量會(huì)影響水的滲透勢(shì)能,鹽分高于植物能接受的范圍是滲透勢(shì)能,則會(huì)有缺水現(xiàn)象。對(duì)EC非常敏感的植物有杜鵑、茶花及止血草,敏感的植物有石楠、垂榕及許多綠化植物,耐鹽有康乃馨、菊花及洋玉蘭,非常耐鹽的植物有濱藜、朱槿及九重葛。多數(shù)植物可耐3.5 mS/cm以下[16]。

重要生物性

人們也許知道有真菌性病稱皮膚包子絲菌病[17],申克氏絲菌病偶發(fā)于發(fā)生于庭園工作者,水苔植物是病原來源之一,不是蘚類泥炭[17]。

結(jié)論

人工栽培基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)常因國家不同以及作物、氣候條件、栽培設(shè)備、肥料及水分供應(yīng)方式等不同,而決定其最適合基質(zhì)的物理、化學(xué)及生物性質(zhì)。尤其空隙比率及大小不僅影響作物的通氣性,更影響供應(yīng)養(yǎng)分及水分的頻率等。各地區(qū)所能取得材料的穩(wěn)定性及售價(jià)也相當(dāng)重要。

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