无土栽培固体基质.ppt

第四章无土栽培固体基质 Chapter4GrowthMediainSoillessCulture 有固体基质的无土栽培类型具有以下特点 Thecharacteristicsofaggregatesoillesscultures 1 植物根系生长的环境较为接近天然土壤1 Therootenvironmentissimilartonaturalsoil2 生产管理方便2 Easytohandle3 设备简单 一次性投资较少3 Thefacilityissimpleandlessinvestment4 性能相对较稳定4 Theperformanceisrelativestable5 经济效益较好5 goodeconomicbenefit 本章主要讲述 固体基质的作用及其有关的性质在生产过程中应该注意的选用原则常用固体基质的主要理化性能基质的消毒方法等 第一节固体基质的性能与特点SectionIThecharacterofgrowthmedia 1 按来源分类天然基质 如沙 石砾等人工合成基质 岩棉 泡沫塑料 多孔陶粒等 一 无土栽培基质的分类 2 按组成来分类无机基质 沙 岩棉 蛭石 珍珠岩等有机基质 泥炭 树皮 秸秆 泡沫塑料等 3 按性质来分类 活性基质 具有阳离子代换量 可吸附阳离子的或基质本身能够供应养分的基质 如泥炭 蛭石 蔗渣等 惰性基质 不供应养分或不具有阳离子代换量 难以吸附阳离子的基质 如沙 石砾 岩棉 泡沫塑料等 4 按组分的不同来分类单一基质 如沙培 砾培 岩棉培使用的沙 石砾和岩棉等 复合基质 如蔗渣 沙混合基质 为了克服单一基质可能造成的容重过小 过大 通气不良或通气过盛等的弊端 常将几种单一基质混合制成复合基质来使用 1 固定支撑植物的作用固体基质最主要的一个作用 二 固体基质的作用Therolesofgrowthmedia 2 持水作用不同基质的持水能力有差异 石砾只能吸持相当于其体积10 15 的水分 泥炭可吸持相当于其本身重量10倍以上的水分 珍珠岩也可以吸持相当于本身重量3 4倍的水分 3 保持和提供营养作用 表几种基质的营养元素含量 为百分数 表几种基质的营养元素含量 为百分数 4 透气作用 Aeration 植物根系充足的氧气供应具有非常重要的影响 基质中水分与空气含量成反比 良好的固体基质必须较好地协调空气和水分两者之间的关系 Agoodgrowthmediumshouldbeharmonybetweenthecontentofairandwater 5 缓冲作用 BufferingEffect缓冲作用指固体基质能够给植物根系生长提供较为稳定环境的能力 即固体基质可通过其本身的一些理化性质将有害物质减轻 甚至化解的能力 有相当一部分固体基质是不具备缓冲作用无土栽培并不要求固体基质具有缓冲作用 三 固体基质的理化性质Thephysicalandchemicalcharacteristicsofgrowthmedia 一 基质的物理性质包括容重 比重 总孔隙度 持水量 大小孔隙比以及颗粒粒径大小等 1 容重 指单位体积固体基质的重量 g L kg m3 不同的基质容重差异很大 同一种基质由于颗粒粒径大小 紧实程度等的影响 其容重也有一定的差别 几种常用固体基质的容重和比重 容重可反映基质的疏松程度容重大 通气透水性较差 易产生渍水 容重小 通气透水性较好 利于作物根系伸展 但不易固定植物 在管理上增加困难 一般地 基质的容重在0 1 0 8g cm3 作物的生长效果较好 2 比重 单位体积固体基质的质量 g L g cm3 kg m3 比重与容重区别容重指的单位体积基质中包括孔隙所占有的体积比重单位体积就是基质本身的体积 不包括空气或水分所占有的体积 基质的通气性状 主要用基质的总孔隙度 通气孔隙和大小孔隙比来表示 一般来说 基质总孔隙度54 96 范围内适宜基质孔隙状况 20 空气 20 30 水 大小孔隙比在1 2 4范围内为宜 总孔隙度 指基质中包括通气孔隙和持水孔隙在内的所有孔隙的总和 以占有基质体积的百分数 来表示总孔隙度大的基质 其水和空气的容纳空间就大 基质轻 疏松 反之则小 大小孔隙比 通气孔隙和持水孔隙所占基质体积比例 的比值称为大小孔隙比 通气孔隙所占比例 大小孔隙比 持水孔隙所占比例 一般来说 固体基质的大小孔隙比在1 1 5 4作物均能较好的生长 颗粒大小 即粗细程度 以颗粒直径 mm 表示 基质的颗粒越细 则容重越小 总孔隙度越大 小孔隙容量越大 大小孔隙比越小 反之 如颗粒越粗 则容重越大 总孔隙度越小 大孔隙容量越大 小孔隙容量越小 大小孔隙比越大 几种常用固体基质的物理性状Thephysiccharactersofsomegrowthmediaincommonuse 二 固体基质的化学性质Thechemicalcharacteristics 主要包括 化学稳定性酸碱度物理化学吸附能力 阳离子交换量 缓冲能力电导率等 1 基质的化学稳定性 chemicalstability 指基质发生化学变化的难易程度 无土栽培中要求基质有很强的化学稳定性不含有毒物质减少营养液受干扰机会 保持营养液化学平衡 2 基质的酸碱性 pH值 一般植物生长适宜的pH 5 6 7 5 基质pH 6 7较好酸碱度影响 根系生长 营养元素平衡性 稳定性和有效性 测定方法 取1份基质加5份蒸馏水 体积比 混合 充分搅拌 1小时后采用酸度计测定 3 阳离子代换量 CEC 以每100g基质能够代换吸收阳离子的毫摩尔数 mmol 100g 来表示 基质的阳离子代换量大 其缓冲能力就较强 反之 则缓冲能力就较弱 基质缓冲能力大小顺序 有机基质 无机基质 惰性基质 营养液盆栽时基质的CEC在10 100me 100cm3比较适宜 常用固体基质的阳离子代换量Thecationexchangecapacityofsomegrowthmediaincommonuse 5 基质的电导率 EC 指未加入营养液前基质原有的电导率 ms cm 一般要求基质EC1ms cm 一般花卉栽培基质EC 0 37 0 5ms cm 相当于自来水 需施肥 EC 1 3 2 75mS cm可不施肥 5 基质的碳氮比 一般基质栽培要求碳氮比在30 1左右较好C N值500 1属高等 在复合有机基质栽培中应注意使用氮肥调低基质的碳氮比到适宜比值 四 无土栽培对固体基质的要求 理想基质应具备的条件1 适于多种植物 及其各个生长阶段2 容重轻 便于搬运3 总孔隙度大 大小孔隙比高4 吸水率大 持水力强 不易发生湿害 5 具有一定的弹性和伸长性 对根系的固定性好又不妨碍根系生长 6 浇水少时不易断裂而伤根 浇水多时不粘妨碍根系呼吸 7 基质绝热性好 温度稳定性好8 基质不带病 虫 草害9 不会因高温 冷冻 化学药剂处理而发生变形变质10 基质具有一定的肥力和缓冲能力11 pH值易调节12 不污染环境 第二节常用基质的性能Thecharactersofgrowthmediaincommonuse 1 沙 sand来源广泛 价格便宜 粒径大小应相互配合适当 如太粗易产生基质中通气过盛 保水能力较低 植株易缺水 营养液的管理麻烦 而如果沙太细 则易在沙中潴水 造成植株根际的涝害 一 无机基质 含有一定的微量元素Fe Mn B等 但是有时会引起微量元素中毒 特别是在酸性条件下 大量元素含量少 不会影响营养液浓度平衡 带菌少 消毒容易 作无土栽培的沙应确保不含有有毒物质 海滨沙子含较多氯化钠 应用大量清水冲洗干净后才可使用 沙的碳酸钙含量不应超过20 如果碳酸钙含量高达50 以上 则需重过磷酸钙进行处理 用沙作为基质的主要优点在于其来源容易 价格低廉 作物生长良好 但由于沙的容重大 给搬运 消毒和更换等管理措施上带来了很大的不便 2 石砾 gravel 石砾的粒径应选在1 6 20mm的范围内 其中总体积的一半的石砾直径为13mm左右 石砾的容重大 1 5 1 8g cm3 搬运 清理和消毒等很麻烦 且需建一个坚固的水槽来进行营养液的循环 因此 石砾栽培在现代无土栽培中用得越来越少 砾石容重大 不便搬运和管理 坚硬不宜碎 要求栽培槽坚固属惰性基质 不具有盐基代换量 保水保肥能力差 排水性好 通气性好 3 蛭石 vermiculite 为云母类硅质矿物 颗粒的片层中含有少量的水分 当在1000 的炉中加热时 片层中的水分变成水蒸汽 把片层爆裂开来 形成小的 多孔的海绵状的核 经高温膨胀后的蛭石其体积为原矿物的16倍左右 容重很小 0 09 0 16g cm3 孔隙度大 达95 阳离子代换量 CEC 很高 达100mmol 100g 并且含有较多的钾 钙 镁等营养元素 这些养分是作物可以吸收利用的 属于速效养分 吸水能力很强 每m3可吸收100 650kg水 使用1 2次后结构会破碎 孔隙变小 影响通气和排水 不宜长期使用 pH6 5 9 0 与酸性基质混合使用较好 容重小 体轻 搬运方便 保水保肥能力强 通气性好 4 珍珠岩 perlite 由一种灰色火山岩 铝硅酸盐 加热至1000 左右时颗粒膨胀而形成的 它是一种封闭的轻质团聚体 容重小 0 03 0 16g cm3 孔隙度约为93 其中空气容积约为53 持水容积约为40 吸收性能差 阳离子代换量 1 5mmol 100g pH值为7 0 7 5 珍珠岩中的养分一般不能被植物吸收利用 园艺上常用颗粒大小为3 4mm 氧化钠含量不宜超过5 适合与其他基质混合使用 容重小 体轻 易搬运 易漂浮 固定性差 持水性好 通气性好 易排水 理化性状稳定 盐基代换量低 几乎没有缓冲能力和离子交换性能 不易分解 不会对营养液产生干扰 但受压后易碎 带菌少 特点 珍珠岩极易破碎 在使用时主要有两个问题值得注意 一是粉尘污染较大 使用前最好先用水喷湿 以免粉尘纷飞 二是在种植槽或与其它基质组成混合基质时 在淋水较多时会浮在水面上 这个问题没有办法解决 5 岩棉 用于无土栽培始于1969年的丹麦的HornumResearchStation 由60 辉绿石 20 石灰石和20 焦炭混合 然后在1500 2000 的高温炉中熔化 喷成直径为0 005mm的细丝 再将其压成容重为80 100kg m3的片 然后再冷却至200 左右时 加入酚醛树脂以减少丝状体的表面张力 使之能较好地吸水 体轻 易般运 理化性状稳定 吸水力强 水分供给充足 水分张力小 容易沤根 不宜分解 育苗后定植到土壤中造成污染 高温作制合成 不带病菌 可独立作为基质使用 岩棉块中水分和空气的垂直分布状况 岩棉在无土栽培中的用途 一是用于育苗二是用在循环营养液栽培 如营养液膜技术 NFT 中植株的固定三是用在岩棉基质袋培滴灌技术中 6 炉渣 容重适中为0 78g cm3 通气性和排水性好 持水性差 炉渣的电导率为1 83mS cm 含有一定量的大量元素和微量元素 对营养液成分影响大 PH值较高 使用前应清洗或用酸碱液中和 炉渣资源丰富 廉价 带菌少 最好不单独使用 混合使用中的用量不宜超过60 使用粒径为1 5mm 7 膨胀陶粒 又称多孔陶粒 轻质陶粒或海氏砾石 Hydite 它是陶土在1100 的陶窑中加热制成的 容重为1 0g cm3 膨胀陶粒坚硬 不易破碎 排水通气性能良好 常与其它基质混用 单独使用时多用在循环营养液的种植系统中 也有用来种植需要通气较好的花卉 如兰花等 膨胀陶粒在较为长期的连续使用之后 颗粒内部及表面吸收的盐分会造成通气和养分供应上的困难 且难以用水洗涤干净 膨胀陶粒的多孔性 长期使用之后有可能造成病菌在颗粒内部积累 而且在清洗和消毒上难以处理干净 8 泡沫塑料 特别是脲醛泡沫体轻 固定性极差 通气性好 排水性好 持水性强 有弹性 在受到不破坏结构的外力压缩后仍能恢复原状 pH为6 5 7 0 可随意调节 富含氮 磷 钾 硫 锌等元素 单独种植观赏花卉 不需要生长量时 可只浇清水 制造生产中使用酸碱和高温处理 不带病虫 草籽 二 有机基质 泥炭被公认为最好的一种无土栽培基质 根据泥炭的形成的地理条件 植物种类和分解程度的不同 可将泥炭分为低位泥炭 高位泥炭和中位泥炭三大类 1 泥炭 低位草炭可直接作肥料使用高位草炭可与其他基质混合使用中位草炭可用于无土栽培基质使用 容重小 体轻 易搬运 通气性强 持水量大 草炭的PH值3 0 6 5 个别达到7 0 7 5 盐基代换量中等或高 有机质和全氮含量高 如有机质含量达到40 以上 最好与其他基质混合使用 以增加容重 改善结构 混合比例为25 75 体积比 特点与应用 广泛应用于育苗和有机基质栽培中 2 树皮 有些树皮含有有毒物质 大多数树皮中含有较多的酚类物质 而且树皮的C N比值都较高 树皮使用前要堆沤处理至少1个月以上 最好有2 3个月 3 锯木屑 木糠 锯木屑的许多性质与树皮相似 但通常锯木屑的树脂 单宁和松节油等有害物质含量较高 而且C N比值很高 因此锯木屑在使用前一定要经过堆沤处理 堆沤时可加入较多的速效氮混合到锯木屑中共同堆沤 堆沤的时间需要较长 至少需要2 3个月以上 4 炭化稻壳 是将稻壳进行炭化之后形成的 炭化稻壳因经过高温炭化 不带病菌 营养含量丰富 特别是钾 价格低廉 通透性良好 但持水孔隙度小 持水能力差 使用时需经常淋水 制作过程中炭化不能过度 否则受压时极易破碎 5 菇渣 菇渣是种植草菇 香菇 蘑菇等食用菌后废弃的培养基质 刚种植过食用菌的菇渣一般不能够直接使用 要将菇渣加水至其最大持水量的70 80 左右并堆沤3 4个月之后 筛去菇渣中的粗大的植物残体 石块和棉花等才可使用了 6 椰糠 金椰粉 压缩植物培养料 吸水力强 持水量大 通气性和排水性较好 保肥能力较强 容重适中PH适中 但是碳氮比较高 容易出现缺素现象不适合单独使用 与其他基质混合使用 是盆栽培花卉比较理想的基质 三 复合基质 混合基质 复合基质是指两种或两种以上的单一基质按一定的比例混合而成的基质 配制复合基质时所用的单一基质以2 3种为宜 制成的复合基质应达到容重适宜 增加了孔隙度 提高了水分和空气含量的要求 1 1的草炭 蛭石1 1的草炭 锯末1 1 1的草炭 蛭石 锯末1 1 1的草炭 蛭石 珍珠岩 在国外设施园艺发达的国家 如荷兰 美国 英国 日本等都有专门的基质研发机构和生产企业 如早在1840年美国人首先在夏威夷制造出岩棉 后来相继开发了蛭石 珍珠岩等 用作栽培基质 开发应用的基质还有美国加州大学UC系统的Ucmix 美国康乃尔大学开发的4种混合基质 英国温室作物研究所开发的GCRI混合物等 基质合成研究 我国真正人工大规模合成栽培基质比较晚 而利用石砾 砂子等天然基质开始较早 蛭石 珍珠岩已工厂化生产 广泛被利用 1987年江苏省农科院与南京玻纤院合作开展了农用岩棉的研制开发 在蔬菜 花卉岩棉培中采用 取得了良好的效果 但由于种种原因 未能坚持下来 1998年开始南京农业大学等单位 以纸厂下脚料芦苇末为原料 采用生物发酵技术合成芦苇末有机栽培基质 并实现了规模化生产 取得了良好的栽培效果 近年来 各地利用制造柠檬酸的下脚料 中药厂药渣 醋厂醋渣 酒厂酒渣 能源厂沼渣 纸厂废纸浆 稻壳 椰子壳 棉籽壳 油粕 豆渣 甘蔗渣 菇渣 锯末屑 树皮 作物秸秆等工农业有机固体废弃物为原料 研究开发合成各种有机栽培基质 应用于育苗和栽培之中 取得了一定的效果 但真正形成产业化的基质产品很少 有待于进一步深入研究和开发 有机基质生产 加工 基质产品 1 性状稳定的经济环保型人工合成基质2 使用方便的有机基质3 基质的混配和模制基质的开发4 基质的重复利用 四 栽培基质发展趋势 存在问题 到目前为止 理化性状优良 栽培效果好 可大量使用的基质仍为传统的泥炭 珍珠岩 蛭石和岩棉等 新开发的基质材料仍存在各种缺陷和不足 从使用情况来看 南京农业大学等单位开发研究的芦苇末基质 相对理化性状稳定 栽培和育苗效果较好 已达到年产3万m3的规模 但仍存在质量稳定性有待提高 产业化程度不够的问题 其它有机基质产品的开发 均因材料来源有限 或性状稳定性差 或生产成本高 或产业程度低等原因未能在生产上大规模使用 目前 对我国科技工作者和基质生产者来说 开发出优良 可大批量生产 规模化使用的有机基质产品是首要的任务 由于天然泥炭的限制性开发利用 有些国家甚至禁采 需要尽快开发出泥炭的替代品 国外岩棉的开发利用较理想 但主要用于无土栽培 且我国目前尚无优质的岩棉产品供生产使用 近年来 国内外在利用各种有机废弃物开发合成经济环保型人工基质方面取得了许多可喜的进展 如利用椰子壳可发酵合成性状稳定的椰绒基质 食用菌菇渣是良好的基质合成材料 作物秸秆 稻壳等的有效利用等 预计将会开发出材料来源广泛 制造工艺简单 成本低价格便宜 性状稳定 使用效果较理想的环保型人工合成基质 1 性状稳定的经济环保型人工合成基质 穴盘育苗技术在世界范围内的推广应用 需要大量固体基质 实践证明 以有机基质为主的复合基质育苗效果较理想 有机基质培技术 尽管有许多地方需要改进和深入研究 但在今后一段时期内 仍为我国无土栽培的主要形式 所以 作为固体栽培基质的开发 使用方便的有机基质已成为目前基质研究的重点和热点 今后一个时期内仍为基质开发的主流和发展方向 2 使用方便的有机基质 单一基质由于理化性状上的缺陷很难满足作物生长的各项要求 加之生产成本 栽培管理等方面的因素 用多种基质按一定比例混合形成复合基质更适用和经济 选择能够循环利用 不污染环境 栽培效果好的有机 无机复混基质是基质利用的发展方向 模制基质是把基质制成固定的性状 在上面预留栽培穴 种子和幼苗直接种在穴内 省去了栽培容器 已开发出海绵育苗块 椰绒栽培块 岩棉种植垫等 模制基质在育苗和花卉栽培上应用较多 方便 实用是今后高档栽培基质发展的方向 3 基质的混配和模制基质的开发 随着基质用量的激增 依据环境保护的要求 基质的重复利用和无害化处理是发展的必然趋势 由于基质的结构在灌溉和植物根系作用下会有所改变 同时基质中积聚了根系分泌物和盐分 以及可能存在的病虫害等 因此 基质在重复利用前应进行适当的处理 如结构重组 水淋洗 消毒等 基质的消毒 灭菌处理是基质重复利用的重要措施 有蒸汽消毒 化学药品消毒和太阳能消毒等 尚需研究开发经济 安全 有效的大批量基质消毒的方法 4 基质的重复利用 第三节基质的消毒处理和更换 为什么要消毒或更换 病原菌累积 结构变劣 空气 灌溉水 前作种植过程滋生 基质本身 长期使用 一 基质的消毒处理 一 蒸汽消毒利用高温的蒸汽 80 95 通入基质中以达到杀灭病原菌的方法 高温的蒸汽可杀灭大多数病原菌和虫卵 消毒时要注意 1 每次的基质体积不可过多 2 基质不可过于潮湿 也不可太干燥 一般在基质含水量为35 45 左右为宜 二 化学药剂消毒 一般而言 化学药剂消毒的效果不及蒸汽消毒的效果好 安全性差 易造成环境污染 而且对操作人员有一定的副作用 应避免药物残流 成本低廉 方法较为简便 特别是大规模生产上使用较方便 是目前无土栽培中一种常用的消毒方法 1 甲醛消毒 甲醛俗称福尔马林将浓度为40 左右的甲醛溶液稀释50 100倍 把待消毒的基质在干净的 垫有一层塑料薄膜的地面上平铺一层约10cm厚 然后用花洒或喷雾器将已稀释的甲醛溶液将这层基质喷湿 接着再铺上第二层 再用甲醛溶液喷湿 直至所有要消毒的基质均喷湿甲醛溶液为止 最后用塑料薄膜覆盖封闭1 2昼夜后 将消毒的基质摊开 暴晒至少2天以上 直至基质中没有甲醛气味方可使用 2 溴甲烷消毒 溴甲烷在常温下为气态 作为消毒用的溴甲烷为贮藏在特制钢瓶中 经加压液化了的液体 它对于病原菌 线虫和许多虫卵具有很好的杀灭效果 方法 将种植槽中的基质稍加翻动 挑除植物残根 然后在基质面上铺上一根管壁上开有小孔的塑料施药管道 可利用基质培原有的滴灌管道 盖上塑料薄膜 用黄泥或其它重物将薄膜四周密闭 用特别的施入器将溴甲烷通过施药管道施入基质中 以每m3基质用溴甲烷100