吳劍鋒（浙江嘉興新竹機(jī)械制造有限公司，浙江桐鄉(xiāng) 314502）

基質(zhì)是由多種物料按一定技術(shù)指標(biāo)配制組合而成的，能為種子萌發(fā)和植物生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜條件的人造土壤。理想基質(zhì)在物理性狀上，應(yīng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、水氣比優(yōu)良、吸水快速；在化學(xué)性狀上，應(yīng)酸堿適宜、緩沖能力強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)平衡、鹽分影響微小；在生物性狀上，應(yīng)沒(méi)有活體植物器官組織、沒(méi)有病菌、蟲卵和草籽，不傳播病蟲草害[1]。要獲得這樣的理想基質(zhì)，基質(zhì)企業(yè)一要掌握基質(zhì)調(diào)制原理，二要采用專用設(shè)備和配套工藝。

在基質(zhì)諸多指標(biāo)中，水氣構(gòu)型調(diào)制是基質(zhì)制備的核心和關(guān)鍵。只有掌握基質(zhì)水氣構(gòu)型調(diào)制原理，采用專業(yè)設(shè)備和工藝手段，才能調(diào)制出水氣協(xié)調(diào)的理想基質(zhì)，掌握基質(zhì)制備的主動(dòng)權(quán)。

圖1 基質(zhì)中不同水勢(shì)的水分有效性

基質(zhì)水氣調(diào)制原理

任何植物根系生長(zhǎng)都需要適宜的根際環(huán)境，根際環(huán)境中最重要的功能是為植物根系提供水分和氧氣。但是，植物根系吸收水分難易與基質(zhì)含水量多少無(wú)關(guān)，而是與基質(zhì)溶液滲透壓和基質(zhì)顆粒對(duì)水的吸附力（即水分阻力）有直接關(guān)系[2]?；|(zhì)水分阻力越小，基質(zhì)水分對(duì)植物根系的有效性越高。當(dāng)植物根系吸水力大于基質(zhì)水分阻力，植物才能吸收到所需的水分；植物根系吸水力小于基質(zhì)水分阻力，基質(zhì)中水分含量再高對(duì)植物根系也沒(méi)有意義，植物根系根本無(wú)法吸收到必要的水分，反而造成植物缺水萎蔫。由于植物根系吸水力和基質(zhì)溶液滲透壓無(wú)法改變，所以要提高植物根系對(duì)水分的吸力，就必須降低基質(zhì)顆粒對(duì)水分的吸附力。

基質(zhì)顆粒對(duì)水的吸附力大小，關(guān)系到植物根系吸水的難易?；|(zhì)顆粒對(duì)水的吸附力也稱水勢(shì)，代表著植物根系要從基質(zhì)中吸取水分所需要付出的能量。基質(zhì)水勢(shì)不同，則水分有效性不同，植物吸水難易程度也不同，基質(zhì)調(diào)制就是有目的構(gòu)建不同比例的基質(zhì)水勢(shì)，從而構(gòu)建理想基質(zhì)的水氣構(gòu)型[3]。

由圖1可見，在基質(zhì)水勢(shì)0～-1 kPa時(shí)，基質(zhì)顆粒對(duì)水分的吸附力小于水分重力，這種水分會(huì)受地心引力滲出基質(zhì)，無(wú)法存留在基質(zhì)中。當(dāng)水分滲出基質(zhì)后，留下空間馬上會(huì)被空氣占用，成為基質(zhì)的空氣空間。也就是說(shuō)，基質(zhì)的氣體容積在0～-1 kPa吸力范圍內(nèi)所含水是自由水體積。

在基質(zhì)水勢(shì)-1～-5 kPa時(shí)，基質(zhì)顆?？梢晕剿郑搅τ中∮谥参锔档奈?，所以基質(zhì)對(duì)這部分水分的束縛力較小，植物根系很容易吸收利用到這部分水分，因此稱之為基質(zhì)有效水?；|(zhì)有效水有時(shí)也稱毛管松束縛水，是固持在基質(zhì)孔隙中不能自由排出但又能被植物根系吸收的水分。

在基質(zhì)水勢(shì)-5～-10 kPa時(shí)，基質(zhì)顆粒對(duì)水分的吸附力增大，植物根系對(duì)基質(zhì)中水分利用雖然困難，但在干旱條件下也可以吸收利用，所以稱為緩效水?；|(zhì)緩效水也稱毛管緊束縛水，是基質(zhì)在水勢(shì)-5～-10 kPa所吸持的水量。這部分水量是植物生理可以適應(yīng)、不會(huì)萎蔫的最低水量。

水勢(shì)大于-10 kPa后，植物根系滲透壓無(wú)論如何也不能克服基質(zhì)溶液滲透壓和基質(zhì)顆粒對(duì)水的吸附力，無(wú)法從基質(zhì)中吸收水分，這部分水分稱為無(wú)效水。即使基質(zhì)中含水量再高，對(duì)植物根系也沒(méi)有意義。換句話說(shuō)，基質(zhì)無(wú)效水就是基質(zhì)水吸力大于-10 kPa的水量，植物根系完全不能吸收，所以稱為無(wú)效水。

從以上分析可以發(fā)現(xiàn)，自由水能自行滲出基質(zhì)，所騰出的空間就是基質(zhì)的空氣容積。一個(gè)基質(zhì)可能同時(shí)存在自由水、有效水、緩效水和無(wú)效水，基質(zhì)調(diào)制就是要找到基質(zhì)水分形態(tài)變化的控制機(jī)制，采取對(duì)應(yīng)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)基質(zhì)空氣容積、有效水容積、緩效水和無(wú)效水容積的主動(dòng)控制，從而掌握基質(zhì)水氣構(gòu)型調(diào)制的鑰匙，實(shí)現(xiàn)基質(zhì)制備從必然王國(guó)走向自由王國(guó)目標(biāo)。

從圖2可以看出，基質(zhì)顆粒越小，形成的孔隙越細(xì)，顆?？偙砻娣e越大，基質(zhì)表面和顆粒間毛細(xì)作用對(duì)水分的吸力越強(qiáng)，對(duì)植物的有效性越低。基質(zhì)原料顆粒粒徑在0～1 mm時(shí)，基質(zhì)水分容量可達(dá)70%～85%，空氣容量?jī)H有4%～25%。由于細(xì)顆粒表面能大，顆粒間毛細(xì)作用強(qiáng)烈，所以這些水分很難被植物吸收；當(dāng)基質(zhì)顆粒粒徑從1 mm增長(zhǎng)到2 mm時(shí)，基質(zhì)中水容量從70%降到62%，空氣容量從24%增長(zhǎng)到35%；由于顆粒粒徑增大，顆粒間毛細(xì)作用對(duì)水分束縛力逐漸降低，基質(zhì)水分有效性增加；當(dāng)基質(zhì)顆粒從2 mm增加到4 mm以后，基質(zhì)水容量從62%降低到52%，基質(zhì)顆粒對(duì)水分的吸附作用進(jìn)一步降低，水分有效性明顯提高。空氣容量從35%增長(zhǎng)到44%，達(dá)到極限，此后隨著基質(zhì)顆粒粒徑繼續(xù)增加，水體積和空氣體積已經(jīng)不再變化了。

圖2 不同粒級(jí)對(duì)基質(zhì)空氣和水分空間的影響

從以上分析可見，控制基質(zhì)水分有效性和空氣體積大小的決定性因素是基質(zhì)原料的顆粒粒徑大小?；|(zhì)初級(jí)顆粒粒徑和由初級(jí)顆粒聚合而成的復(fù)合顆粒彼此排列組合方式和比例，就是基質(zhì)調(diào)制的技術(shù)核心?；|(zhì)調(diào)制就是使用包括泥炭在內(nèi)的多種基質(zhì)原料，采用專用設(shè)備進(jìn)行一系列加工處理，合理分選不同粒徑的基質(zhì)原料，然后科學(xué)搭配不同粒徑的組合比例，從而達(dá)到理想基質(zhì)的水氣構(gòu)型[4]。

基質(zhì)水氣調(diào)制的專用設(shè)備和工藝技術(shù)

由于中國(guó)基質(zhì)產(chǎn)業(yè)起步晚，基礎(chǔ)弱，與國(guó)外基質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展脫節(jié)，所以基質(zhì)制備技術(shù)仍沿用傳統(tǒng)的配合基質(zhì)制備設(shè)備和工藝手段，處于國(guó)際基質(zhì)制備技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段。由于基質(zhì)原料未能進(jìn)行顆粒分選，甚至很少有企業(yè)進(jìn)行粒度分布分析，所以多數(shù)基質(zhì)企業(yè)在基質(zhì)制備時(shí)，只是將泥炭、珍珠巖、蛭石等原料按照既定的比例混合到一起，然后包裝出廠，推廣使用。由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)顆粒分選過(guò)程，不知道泥炭、珍珠巖或蛭石等原料的粒度分布，企業(yè)不能對(duì)基質(zhì)產(chǎn)品的預(yù)期水氣構(gòu)型實(shí)現(xiàn)有效控制，也不能確保自己基質(zhì)產(chǎn)品有確定的水氣構(gòu)型。經(jīng)常發(fā)生使用同樣的泥炭、珍珠巖和蛭石原料，按照同樣的比例配制，但不同批次之間的基質(zhì)質(zhì)量差異巨大。當(dāng)出現(xiàn)用戶索賠時(shí)，企業(yè)根本拿不出科學(xué)證據(jù)為自己辯護(hù)，只能被動(dòng)認(rèn)罰。

造成中國(guó)基質(zhì)產(chǎn)品水氣構(gòu)型不佳和質(zhì)量不穩(wěn)的根本原因是中國(guó)現(xiàn)行基質(zhì)制備工藝中不對(duì)基質(zhì)原料進(jìn)行顆粒分選?；|(zhì)原料顆粒分布不清楚，使用原料的粒徑變化不定，就無(wú)法根據(jù)用戶需求生產(chǎn)出指定水氣構(gòu)型的產(chǎn)品，也無(wú)法確保自己產(chǎn)品水氣指標(biāo)的恒定。要獲得預(yù)期基質(zhì)水氣構(gòu)型和恒定產(chǎn)品質(zhì)量，就必須選用專業(yè)顆粒分選設(shè)備和配套工藝技術(shù)，將基質(zhì)原料篩分不同粒徑，分別儲(chǔ)備，然后在計(jì)算機(jī)控制下，將不同粒徑原料顆粒按比例調(diào)配到一起，才能獲得滿足預(yù)定水氣構(gòu)型和質(zhì)量恒定的專業(yè)基質(zhì)。

粒度分選的關(guān)鍵設(shè)備是齒輪篩，齒輪篩是顆粒分選機(jī)械的一項(xiàng)重大發(fā)明，是基質(zhì)制備技術(shù)從配合基質(zhì)走向定制基質(zhì)的關(guān)鍵設(shè)備[5]，齒輪篩徹底改變了傳統(tǒng)篩分機(jī)械依靠網(wǎng)眼大小分離顆粒的落后方式。齒輪篩利用串在一根轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的多個(gè)齒輪與串在另一根轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的齒輪間隙實(shí)現(xiàn)顆粒分選，齒輪間間隙越小，過(guò)篩的原料顆粒越?。积X輪間隙越大，過(guò)篩物料的顆粒越大。不同粒徑齒輪篩的組合方式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖3。齒輪篩的突出特點(diǎn)是產(chǎn)量極高，一條寬100 cm的齒輪篩篩分生產(chǎn)線，每小時(shí)可篩分200 m3原料，需要一條寬度1000 mm的皮帶機(jī)不間斷供料。齒輪篩既可以篩分泥炭，也可以篩分珍珠巖、蛭石、堆肥、椰糠等，物料適應(yīng)面廣，水分要求低。將幾個(gè)不同間隙的齒輪篩組合起來(lái)，一次物料流過(guò)就可以分選出不同粒徑的物料，為顆粒組配制備定制基質(zhì)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖3 不同粒徑齒輪篩組合方式和內(nèi)部構(gòu)造

不同間隙齒輪篩篩分的物料具有不同的物料粒徑組合，對(duì)應(yīng)著不同的利用方向。采用40 mm齒輪篩，篩下物屬于超粗顆粒，其中15～40 mm占25%，10～15 mm 占 10%，5～10 mm 占 20%，1～5 mm占20%，＜1 mm占25%，主要用于高通氣性的盆栽基質(zhì)制備；采用20 mm齒輪篩，篩下物10～15 mm占20%，5～10 mm占15%，1～5 mm占18%，＜1 mm占40%，主要用于栽培基質(zhì)的制備；采用10 mm齒輪篩，篩下物中5～10 mm 占 20%，1～5 mm 占 30%，＜1 mm 占50%，主要用于種苗基質(zhì)的制備。

根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)品需求，選擇相應(yīng)物料和相應(yīng)粒徑，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的配料系統(tǒng)定量進(jìn)料，這是粒徑分選、顆粒組配的現(xiàn)代基質(zhì)制備技術(shù)。由于基質(zhì)原料對(duì)水分和環(huán)境濕度敏感，原料水分含量不同直接影響基質(zhì)重量，所以國(guó)外基質(zhì)配料系統(tǒng)全部采用體積計(jì)量方式，以避免因?yàn)樗肿兓绊懪淞暇?。由?jì)算機(jī)控制不同粒徑的料斗進(jìn)料量，進(jìn)入輸料主皮帶機(jī)，再配加適量輔料和助劑，最后混合包裝[6]。

配方是專業(yè)基質(zhì)制備的核心，配方不僅包括不同粒徑的組配，也包括主料和輔料的組配。定制基質(zhì)必須根據(jù)目標(biāo)作物根系對(duì)基質(zhì)水氣構(gòu)型、養(yǎng)分平衡、酸堿平衡、緩沖平衡、吸水濕潤(rùn)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的需求，選擇不同的基質(zhì)主料和輔料，用不同粒徑和不同比例原料進(jìn)行科學(xué)調(diào)制，最終達(dá)到特定作物需要的水氣構(gòu)型。配方中需要加入的輔料多種多樣，不僅包括植物需要的大量元素、中量元素和微量元素，這些元素還需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)木忈尰幚恚饶軡M足植物對(duì)不同營(yíng)養(yǎng)的橫向平衡需求，又能滿足作物對(duì)前后期營(yíng)養(yǎng)縱向供應(yīng)的需求，最大限度地減少用戶勞動(dòng)，提高產(chǎn)品的技術(shù)附加值。為了調(diào)節(jié)基質(zhì)的酸堿度，配料中還需要加入石灰等材料；為了改善基質(zhì)的吸水性能，需要加入潤(rùn)濕劑；為了改善基質(zhì)的保肥性能，需要加入某種特殊的粘土礦物；為了提高基質(zhì)的防病抗病能力，需要適量加入針對(duì)性微生物菌劑；為了提高基質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要加入某些耐分解基質(zhì)物料。但是對(duì)一個(gè)基質(zhì)來(lái)說(shuō)，最重要的基質(zhì)指標(biāo)還是理想水氣構(gòu)型的實(shí)現(xiàn)。沒(méi)有理想的水氣構(gòu)型，其他輔助材料的加入再多也無(wú)濟(jì)于事。

基質(zhì)物料的混合可以使用多種機(jī)械，但最佳混合機(jī)械是滾筒混合器。滾筒混合器不破壞原料纖維，保障基質(zhì)粒度，確?；|(zhì)水氣構(gòu)型和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。此外，盤式混合器可因物料流動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生對(duì)物料混合。盤式混合器對(duì)基質(zhì)纖維損傷小，無(wú)需動(dòng)力，成本低廉。但攪拌盤硬度要求高，磨損快，需要頻繁更換。物料混合器最忌使用單絞龍混合器和雙絞龍混合器，攪龍混合對(duì)基質(zhì)物料結(jié)構(gòu)損傷大，纖維破壞作用強(qiáng)，應(yīng)該盡快棄用。

物料混合均勻后，就可以通過(guò)定量包裝，檢驗(yàn)出廠了。對(duì)大客戶可以采用裝入封閉運(yùn)輸車直接向用戶供應(yīng)散裝基質(zhì)方式，可節(jié)省大量包裝費(fèi)用，有利于降低用戶成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。散裝運(yùn)輸要求用戶運(yùn)到即用，卸車場(chǎng)地和儲(chǔ)備場(chǎng)地必須有硬化地面，地面必須徹底清理，防止混入病菌、蟲卵和草籽。

現(xiàn)代基質(zhì)制備技術(shù)的核心是粒徑分選、粒度組配[7-8]。所有作物根系需要的水氣需求，都可以通過(guò)粒徑分選、顆粒組配予以實(shí)現(xiàn)。采用這項(xiàng)技術(shù)和成套設(shè)備，基質(zhì)制備就不再是技術(shù)門檻低、技術(shù)含量低、產(chǎn)品利潤(rùn)低的三低產(chǎn)業(yè)，企業(yè)可以根據(jù)自己的客戶需求，開發(fā)適合自己客戶的專用基質(zhì)，脫離傳統(tǒng)基質(zhì)的紅海競(jìng)爭(zhēng)，打開自己的藍(lán)海市場(chǎng)。