育苗基質(zhì)的研究與應(yīng)用

育苗基質(zhì)的研究與應(yīng)用

育苗基質(zhì)是容器苗生長發(fā)育的載體。一些林業(yè)發(fā)達(dá)國家早在20世紀(jì)50年代就投入了大量的人力、物力進(jìn)行研究,經(jīng)過20多年的探索,認(rèn)為泥炭蘚(Peatmoss)和蛭石(Vermiculite)的混合物是容器育苗的理想基質(zhì)。歐洲人將泥塊壓成正方形來種植蔬菜種苗,這種利用泥塊或者泥炭塊種植種苗是當(dāng)今穴盤育苗技術(shù)的雛形。從20世紀(jì)60年代開始,隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,對于高質(zhì)量苗木的需求催生了工廠化育苗技術(shù)的快速進(jìn)步。GeorgeTodd發(fā)明了泡沫穴盤,康奈爾大學(xué)的DrJimBoodley和DrRaySheldrake首先啟用了蛭石和泥炭作為育苗基質(zhì),為工廠化育苗做了基礎(chǔ)性的鋪墊。1關(guān)于繁殖和基本形成的研究1.1現(xiàn)代育苗技術(shù)20世紀(jì)70年代中期開始,北美的一些容器苗圃廣泛推廣,巖棉、聚氨酯類泡沫、玻璃纖維、酚醛塑料及聚酯塑料等固體育苗基質(zhì)開始被廣泛地運(yùn)用,同時(shí)在丹麥、瑞典、芬蘭、荷蘭等北歐國家也相繼出現(xiàn)了工廠化植物生產(chǎn)的雛形,如在丹麥,克里斯麥塞運(yùn)用工廠化管理方式生產(chǎn)水芹,在維也納技術(shù)大學(xué)建成了利用自然光源的玻璃溫室植物工廠進(jìn)行育苗等工作。隨后的幾十年,美國、德國、英國、日本等國家也大量先后開展了現(xiàn)代育苗的技術(shù)研究和應(yīng)用,美國從荷蘭引進(jìn)的蔬菜工廠化生產(chǎn)技術(shù)單位面積產(chǎn)量達(dá)普通栽培的10倍左右,且在美國安大略和加拿大魁北克等地還相繼發(fā)現(xiàn)具有商業(yè)意義的泥炭田,工廠化育苗生產(chǎn)逐漸成為一個獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)。工廠化育苗在這些農(nóng)林業(yè)發(fā)達(dá)國家以先進(jìn)的設(shè)備、現(xiàn)代化的工程技術(shù)、規(guī)模化的生產(chǎn)以及商品化的經(jīng)營管理等諸多因素得以快速發(fā)展,種苗業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益迅速提升,對這些國家和地區(qū)的農(nóng)林業(yè)產(chǎn)業(yè)調(diào)查研究表明,70%的利潤來自苗木生產(chǎn)。1.2國外精量播種生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展我國是最早運(yùn)用育苗技術(shù)的國家之一,在基質(zhì)育苗方面起步較晚。20世紀(jì)70年代,溫床育苗促進(jìn)了蔬菜育苗技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展。20世紀(jì)80年代中期開始,伴隨著商品化育苗的發(fā)展,我國引進(jìn)了美國和歐共體的穴盤育苗精量播種生產(chǎn)線。1991年農(nóng)業(yè)部列工廠化育苗為“八五”重點(diǎn)項(xiàng)目,在此期間,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院開展了有機(jī)生態(tài)型無土栽培的研究,成功把農(nóng)副產(chǎn)品及其廢棄物轉(zhuǎn)化成能提供營養(yǎng)的栽培基質(zhì)?！熬盼濉逼陂g,育苗基質(zhì)的研究又是其中一項(xiàng)重要內(nèi)容。沈陽、杭州等地建立了工廠化農(nóng)業(yè)示范園,重點(diǎn)發(fā)展輕質(zhì)穴盤育苗。苗木產(chǎn)業(yè)近年來已成為我國重要產(chǎn)業(yè)之一,并且受土地資源與土壤理化性質(zhì)的限制,苗木產(chǎn)業(yè)對育苗基質(zhì)的需求量也隨之迅猛增長。目前,我國制定了不同育苗基質(zhì)的混配方法,掌握了對育苗基質(zhì)理化性質(zhì)的測定方法,進(jìn)一步完善了穴盤苗的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。2種子基質(zhì)的利用工廠化育苗最關(guān)鍵的要素就是選擇合適的育苗基質(zhì)。最先使用的基質(zhì)為巖棉,底部鋪設(shè)織布供應(yīng)營養(yǎng)液。20世紀(jì)60年代,美國康奈爾大學(xué)研制的復(fù)合基質(zhì)以及加利福尼亞大學(xué)的維生素C培養(yǎng)土都以巖棉為育苗基質(zhì),康奈爾大學(xué)還開啟了蛭石和泥炭在育苗基質(zhì)上的運(yùn)用。城市廢料及河流污泥都曾作為穴育苗基質(zhì)育苗,效果較理想。到20世紀(jì)70年代,PauseJovi挖掘了草炭(泥炭)在無土栽培中的使用,但在隨后的研究中發(fā)現(xiàn),草炭(泥炭)單一基質(zhì)的栽培效果不如混合基質(zhì)的栽培效果好。如美國常用1∶1或2∶1細(xì)泥炭與蛭石的混合物作基質(zhì),草炭∶蛭石2∶1的育苗基質(zhì)配方也隨之被廣泛運(yùn)用。日本還發(fā)明了一種專用育苗缽塊,缽塊的材料可以是巖棉、草炭、椰殼發(fā)酵物等。種子直接可播入缽內(nèi),覆蓋基質(zhì)后用水噴濕。瑞典BCC公司利用森林林地樹葉堆積物制作基質(zhì),用于苗木培育。到20世紀(jì)80年代后期,國際上的無土栽培技術(shù)水平已經(jīng)大幅度提高。自20世紀(jì)80年代以來,國內(nèi)學(xué)者對不同樹種容器苗的培養(yǎng)基質(zhì)等進(jìn)行了研究,煤渣和沙粒是中國最早的無土栽培基質(zhì)。目前常應(yīng)用于配置基質(zhì)的原料,多以有機(jī)物料為主,如草炭、腐熟秸稈、炭化礱糠、有機(jī)肥、菇渣等,輔之以部分無機(jī)物料,如蛭石、珍珠巖、巖棉、爐渣灰、細(xì)砂等。這些基質(zhì)生理生化特性不同,各有優(yōu)缺點(diǎn)。草炭是國內(nèi)外公認(rèn)的良好的容器育苗基質(zhì),在花卉和林木育苗中都取得了很好的試驗(yàn)效果并得以推廣,但其酸性較強(qiáng),通常要與蛭石、爐渣灰等混合使用。炭化礱糠也是上好的基質(zhì)原料之一,但因pH值偏高也需要與其它基質(zhì)材料配合使用。有機(jī)肥含豐富有機(jī)質(zhì)且理化性質(zhì)適宜,是較理想的育苗基質(zhì)。珍珠巖持水量大,其堿性強(qiáng)同樣也需要與其它基質(zhì)混用。巖棉基質(zhì)通氣性及吸水保水性好,但巖棉中游離的酚可直接進(jìn)入栽培植物中進(jìn)而對人體產(chǎn)生危害,且廢棄的巖棉不能自行分解,排入土壤導(dǎo)致地下水受到污染。有研究表明,在泥(草)炭或珍珠巖中添加礱糠或鋸木屑作為種植波絲菊和萬壽菊的基質(zhì),對植物生長和開花的效果與泥炭+珍珠巖的基質(zhì)很相近;鋸木屑與農(nóng)家有機(jī)肥都是較好的基質(zhì)原料,能夠提供持久的肥力;棉籽殼、玉米秸稈為主的育苗基質(zhì)可利于番茄的生長;早在1988年,南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和江蘇大學(xué)就合作研發(fā)了蘆葦末有機(jī)基質(zhì)作為當(dāng)時(shí)的一種新型育苗基質(zhì)。程斐等、李萍萍等研究結(jié)果還表明,蘆葦末進(jìn)行生物發(fā)酵處理后,加入常規(guī)原料混合作為平菇等蔬菜的栽培基質(zhì),比草炭(泥炭)+蛭石混合基質(zhì)產(chǎn)量還高。近幾年,國內(nèi)不少學(xué)者也積極開展了新型基質(zhì)的研發(fā)。山核桃薄殼與豆粕和碳化稻殼混合、樹皮粉碎浸泡后添加泥炭蘚和蛭石、綠化植物廢棄物以及中草藥為原料的基質(zhì)配方均具有較好的效果。3草炭質(zhì)粒的添加在基質(zhì)的配制上,結(jié)合基質(zhì)的理化性質(zhì),重點(diǎn)從通氣性、持水性和陽離子交換能力等方面考慮,一般以1~2種材料為骨架,通常是1∶1或2∶1的草炭(泥炭)和蛭石,2∶1的草炭(泥炭)和珍珠巖或者4∶1的腐殖樹皮和珍珠巖,建立骨架后加入肥料和多種添加劑進(jìn)行調(diào)節(jié)?；|(zhì)在使用過程中要注意添加氮素肥料。一般的制作過程為基質(zhì)骨架原料粉碎;篩分;加料混合;堆肥;腐熟物料篩分;定量灌裝后封口待售。最新出現(xiàn)的壓縮餅圓型育苗基質(zhì)也正日漸推廣,這種基質(zhì)在制作時(shí)加入了緩釋全肥,經(jīng)干燥壓縮后,體積非常小(類似壓縮毛巾),非常便于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和銷售。4基質(zhì)的物理性能4.1結(jié)構(gòu)大小及其大小基質(zhì)的物理性質(zhì)主要反映基質(zhì)的保水性、透氣性及其重量大小。反映基質(zhì)物理性質(zhì)的主要指標(biāo)有容重、比重、總孔隙度、通氣空隙度與持水空隙比、粒徑大小等。4.1.2基質(zhì)的重/cm3或g/cmp/g/h比重指出去孔隙體積,單位體積內(nèi)基質(zhì)的干物質(zhì)重與同體積水重的比值,常用g/cm3或g/m3表示,基質(zhì)的比重與其礦物質(zhì)組成和有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)。通常顆粒小,礦物質(zhì)多,基質(zhì)的比重大。0.5~5mm粒徑的基質(zhì)對苗木育苗效果較好。4.1.3基質(zhì)的空氣含量和含水量總孔隙度是指基質(zhì)中水和空氣孔隙的占基質(zhì)體積的百分?jǐn)?shù)?？勺鳛榛|(zhì)保水、透氣性能的重要指標(biāo)。通氣孔隙多的基質(zhì),空氣含量高,但過多會使苗木處于缺水狀態(tài),且對苗木固定作用差,易倒伏;反之,基質(zhì)的持水孔隙過多,支撐作用得到保證,但由于水分空氣的不足,植物根系生長能力弱,抗性也弱。二者比例不平衡都會影響植物根系的生長。適合苗木生長的基質(zhì)須保持含水量和空氣含量的平衡。最適宜的孔隙狀況是通氣孔隙與持水孔隙比在1∶(2~4)范圍內(nèi)為宜,這樣的基質(zhì)能提供20%的空氣和20%~30%的易利用水。基質(zhì)分類中,大孔隙占5%~30%的為中等孔隙度,大于30%為高孔隙度,小于5%為低孔隙度?；旌匣|(zhì)的總孔隙度以60%~90%左右為宜。4.1.4基質(zhì)顆粒與持水孔隙比粒徑是指基質(zhì)顆粒直徑的大小(用mm表示),基質(zhì)粒徑的大小直接影響著基質(zhì)的容重、總孔隙度以及通氣空隙與持水孔隙比。對于同一種基質(zhì),粒徑越大,顆粒越粗,容重越小,通氣空隙與持水孔隙比越大,當(dāng)粒徑增大到一定程度,容重則增加。相反粒徑越小,顆粒越細(xì),容重越大,通氣空隙與持水孔隙比越小。研究表明0.5~2.5mm粒徑的砂體體積占總體積的60%左右為宜。4.2對基本性質(zhì)的研究基質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)主要反映了基質(zhì)供應(yīng)養(yǎng)分的能力,其化學(xué)穩(wěn)定性表現(xiàn)為基質(zhì)是否容易發(fā)生化學(xué)變化,主要受基質(zhì)化學(xué)性狀的影響。4.2.1基質(zhì)酸度ph對植物根系生長的影響基質(zhì)pH值是指基質(zhì)溶液中H+離子濃度的負(fù)對數(shù),直接受組成基質(zhì)的化學(xué)組分影響?；|(zhì)酸堿度對植物的影響主要表現(xiàn)為2方面:植物對基質(zhì)酸堿度的要求不同,可分為喜酸植物和喜堿植物,而植物的根系生長則要求中性或者微酸性;基質(zhì)酸堿度影響?zhàn)B分的形態(tài)和有效含量,有效含量即植物可直接吸收利用的養(yǎng)分含量,大量元素在pH為6.0時(shí)有效量最大,有效磷含量隨pH值降低而提高,但K、Ca、Mg等元素的濃度會隨pH值的降低有所下降,同時(shí)還易出現(xiàn)K、Ca、Mg沉淀。微量元素pH為5.0~6.5最有利于植物根系吸收,在pH為7.0以上時(shí)易出現(xiàn)缺鐵癥狀,pH為8~10左右時(shí)易出現(xiàn)缺錳、磷癥狀。除少數(shù)作物偏好酸性環(huán)境(pH4.5~4.8)外,基質(zhì)pH值保持在5.8~7.0較為合理。4.2.2陽離子交換量基質(zhì)的陽離子交換量(CEC)指基質(zhì)含有可代換性陽離子的數(shù)量,以100g基質(zhì)交換吸收陽離子的毫克量數(shù)來表示,一定程度上也影響基質(zhì)的pH值。植物對水分的吸收、蒸發(fā)以及營養(yǎng)液的澆灌都會使得原本的pH值發(fā)生改變,而陽離子交換量反映出基質(zhì)對養(yǎng)分離子的吸附能力及其釋放并供植物吸收利用的能力,即能影響基質(zhì)緩沖性能的因子。陽離子交換量大的對pH值的緩沖性能也大,反之則小?；|(zhì)的CEC差異很大,有機(jī)基質(zhì)高,無機(jī)基質(zhì)一般非常低。據(jù)此一般將基質(zhì)分為2類:一類有陽離子交換量性能,如木屑、草炭、堆肥等;另一類幾乎無陽離子交換量性能或其能力很弱,如巖棉、蛭石、砂等。作為對基質(zhì)pH值變化的緩沖能力的體現(xiàn),保持適中的CEC值,才能符合植物生長發(fā)育所需。通常情況下,適宜范圍在10~100me/100cm3,小于10me/100cm3屬低,陰陽離子交換量偏低,導(dǎo)致緩沖能力下降,養(yǎng)分流失,大于100me/100cm3屬高,影響營養(yǎng)液組分。4.2.3基質(zhì)組分及含量基質(zhì)中的成分首先要化學(xué)成分比較穩(wěn)定,在此前提下,既要含有植物生長必須的N、P、K、Fe、Mg等營養(yǎng)成分,又要所含成分不會因濃度過高而產(chǎn)生毒害,同時(shí)還要不含有害物質(zhì)和污染物質(zhì)。當(dāng)前育苗基質(zhì)多為混合基質(zhì),主要成分為有機(jī)物和無機(jī)物2部分。有機(jī)物主要是一些植物殘?bào)w,如泥炭、麥糠、鋸末、農(nóng)作物秸稈、甘蔗渣等,其組分大體可分為易被分解的物質(zhì)、有毒物質(zhì)以及不易分解物質(zhì)。木質(zhì)素和腐殖質(zhì)等屬于不易分解物質(zhì),這類物質(zhì)最穩(wěn)定。這些有機(jī)物材料在使用前必須經(jīng)過充分的腐熟漚制,使其轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰追纸獾奈镔|(zhì)使用。無機(jī)物質(zhì)主要是珍珠巖、蛭石和云母類礦物等化學(xué)穩(wěn)定性較好的物質(zhì)。基質(zhì)組分中的可溶性鹽含量影響基質(zhì)的組分配比及元素的有效態(tài)含量,如基質(zhì)中Ca2+、Mg2+的有效量由CO32-、SO42-等離子的濃度決定,需防止基質(zhì)營養(yǎng)液中微量元素的含量因基質(zhì)中某一陽離子含量過高而發(fā)生沉淀或絡(luò)合,從而影響其有效性?；|(zhì)中可溶性鹽含量不宜超過1000mg/kg,最好小于500mg/kg。4.2.4可溶性鹽含量的測定基質(zhì)的電導(dǎo)率(EC值)指未加入營養(yǎng)液前本身具有的導(dǎo)電能力,直接影響營養(yǎng)液的平衡,一般用mS/cm來表示,反映了基質(zhì)中可溶性鹽含量以及可電離鹽類的溶液濃度,導(dǎo)電率越高表明基質(zhì)中所含有的可溶性礦物質(zhì)越豐富?；|(zhì)中可溶性鹽適宜范圍為500~1000mg/kg,過高會對植物產(chǎn)生脅迫;EC值在0.5~1.25mS/cm之間,過高需要進(jìn)行淋洗,過低便需進(jìn)行澆灌營養(yǎng)液或施肥。4.2.5堆肥初始基質(zhì)c/n比C/N比指土壤和有機(jī)肥料中碳含量與氮含量的相對比值。有機(jī)基質(zhì)的降解速率與C/N有很大的關(guān)系,一般的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,堆肥初始的基質(zhì)C/N比在20∶1到30∶1之間比較適宜,當(dāng)C/N超過30∶1時(shí),有機(jī)物的分解受阻,沒有腐熟的有機(jī)基質(zhì)可能導(dǎo)致幼苗“燒苗”,嚴(yán)重時(shí)可抑制種子發(fā)芽,因此需補(bǔ)充氮素,過低則會降低堆肥效果。5育苗基質(zhì)的發(fā)展方向5.1有機(jī)廢棄物的選擇近幾年,以有機(jī)廢棄物的利用為主的基質(zhì)選用已成為基質(zhì)原料主要選擇對象。如今草炭是使用較多的育苗基質(zhì),但草炭(泥炭)資源在短時(shí)間不可再生,長期使用會造成資源的枯竭。有機(jī)廢棄物的選用不一定要以草炭(泥炭)為主,可根據(jù)廢棄物的理化性質(zhì)進(jìn)行一定的配比。實(shí)現(xiàn)資源的可循環(huán)利用,有研究表明,稻草秸稈、玉米秸稈、鋸木屑、蘆葦末、棉籽殼及草木灰等在無土栽培中顯示出較好的性能。5.2土壤改良與落種物系樹皮、綠化植物廢棄物、田園土也逐漸被關(guān)注和利用,林下腐殖土有著豐富的枯枝落葉層,而以林下腐殖土為基質(zhì)主體材料的研究報(bào)道極為少見。目前,僅王鵬等對樹木落葉生物機(jī)制在園林花卉育苗中的應(yīng)用做了研究。林下腐殖土取材方便,若對其進(jìn)行資源化