趙遠(yuǎn)方，張?zhí)焯?，韓瑩琰，郝敬虹，劉超杰，范雙喜

(農(nóng)業(yè)應(yīng)用新技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，植物生產(chǎn)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，北京農(nóng)學(xué)院，北京102206)

目前椰皮已經(jīng)廣泛應(yīng)用在材料技術(shù)、化工產(chǎn)品以及食品加工等方面[1-2]，而椰糠應(yīng)用于農(nóng)業(yè)栽培有機(jī)基質(zhì)的處理方式則少有研究。利用椰糠作為農(nóng)業(yè)栽培有機(jī)基質(zhì)可以農(nóng)林廢棄物堆放、回收，有效減少農(nóng)林廢棄物加工后造成的環(huán)境影響，還可以成為代替草炭的主要基質(zhì)之一，可見(jiàn)椰糠應(yīng)用為栽培基質(zhì)的前景可觀[3]。

椰衣纖維含有較多的木質(zhì)素和纖維素,且松泡多孔, 保水和通氣性能良好,由于椰糠本身鹽分含量大，EC值偏高等因素，目前許多發(fā)達(dá)國(guó)家利用蒸餾水淋洗處理過(guò)的椰糠以及椰糠混配基質(zhì)種植園藝作物，使其基質(zhì)各個(gè)物理性質(zhì)都能滿(mǎn)足植株正常生長(zhǎng)而且病蟲(chóng)害較少，為食品安全提供了良好的保障[4]。

目前所報(bào)道的研究主要集中在椰糠基質(zhì)混配方向，對(duì)椰糠作為栽培基質(zhì)前期處理的研究卻鮮見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)擬通過(guò)不同前期浸泡時(shí)長(zhǎng)的處理方式來(lái)研究其理化性狀的變化，以期篩選出合適的椰糠基質(zhì)浸泡時(shí)長(zhǎng)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

椰糠為“Remmy冉美椰糠”青島冉美商貿(mào)有限公司提供；草炭購(gòu)買(mǎi)自沙河農(nóng)資市場(chǎng)；生菜品種為‘北紫生4號(hào)’。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2018年3月至6月進(jìn)行。采用草炭和椰糠基質(zhì)材料，同時(shí)用蒸餾水浸泡，從浸泡起計(jì)時(shí)，分別浸泡0、24、48和72 h，每天固定時(shí)間取樣1次，共取樣3次，約2 L樣品，充分混合后風(fēng)干備用。

物理性質(zhì)測(cè)量方法主要采用“栽培基質(zhì)常用理化性質(zhì)一條龍測(cè)定法”[5]并適當(dāng)改進(jìn)：使用體積為500 mL的燒杯稱(chēng)取質(zhì)量，并且記錄為W1，加入自然風(fēng)干的待測(cè)基質(zhì)，并使之與燒杯口持平，再次稱(chēng)質(zhì)量并記錄為W2，之后用兩層濕紗布將帶有基質(zhì)的燒杯封口，放入水中，水要沒(méi)過(guò)容器頂部，浸泡入水中一晝夜，在飽和水狀態(tài)下取出，稱(chēng)取質(zhì)量記錄為W3，再次新的濕紗布包住燒杯并倒置，使得燒杯內(nèi)的重力水自由排干，沒(méi)有水流出后，取出，并稱(chēng)取質(zhì)量W4。按公式計(jì)算出容重和孔隙度。

容重( g·cm-3) :BD= (W2-W1 ) /500；總孔隙度:TP= (W3-W2 ) /500×100%；通氣孔隙:AFP= (W3 -W4 ) /500×100%；持水孔隙:WFP=TP-AFP；氣水比∶AFP/HWP。

pH、EC測(cè)定[6]：將風(fēng)干的椰糠基質(zhì)和草炭基質(zhì)分別與去離子水按照樣品重與水體積1∶5的比例相混合，基質(zhì)20 g，去離子水100 mL，經(jīng)過(guò)2 h后過(guò)濾，測(cè)定濾液的pH、EC值，并記錄。

發(fā)芽指數(shù)(GI)[7]：取測(cè)定pH和EC的浸提液5 mL加到鋪有2層濾紙的9 cm培養(yǎng)皿中，每培養(yǎng)皿放置50粒生菜種子，去離子水作為空白組，3次重復(fù)。72 h后計(jì)發(fā)芽率與胚根長(zhǎng)度，發(fā)芽指數(shù)GI= (G×L)/(G0×L0)×100，其中G和L分別是處理的發(fā)芽率和平均胚根長(zhǎng)；G0、L0則分別是空白的發(fā)芽率和平均胚根長(zhǎng)。

全氮含量采用凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定[8]，全磷含量采用HCl-H2SO4消化鉬藍(lán)比色法進(jìn)行測(cè)定[9]；全鉀含量采用火焰光度計(jì)法進(jìn)行測(cè)定[10]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析采用SPSS Statistics和Microsoft Excel2013數(shù)據(jù)處理軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 浸泡時(shí)長(zhǎng)對(duì)椰糠基質(zhì)物理性狀的影響

由圖1看出，隨著浸泡時(shí)間的增長(zhǎng)，椰糠和草炭的容重均先降低后升高，且椰糠較小，48 h處椰糠基質(zhì)容重最小，為0.13 g/cm3。椰糠基質(zhì)與草炭的總孔隙度曲線基本持平，浸泡后的最大值均出現(xiàn)在48 h處，同時(shí)椰糠基質(zhì)的總孔隙度達(dá)到最大的78.4%，略高于同時(shí)期的草炭基質(zhì)，此時(shí)的通氣孔隙也達(dá)到最大的30%。不同浸泡時(shí)間的椰糠基質(zhì)的氣水比均高于同時(shí)間的草炭，且浸泡使椰糠基質(zhì)的氣水比顯著降低，最終至合理范圍內(nèi)，但仍然偏高。

2.2 浸泡時(shí)長(zhǎng)對(duì)椰糠基質(zhì)pH與EC的影響

從圖2中可以看出,浸泡不同時(shí)間的草炭和椰糠基質(zhì)大都處于栽培基質(zhì)的適宜范圍內(nèi)。浸泡使得椰糠基質(zhì)同草炭基質(zhì)的pH值均有所下降，其中適宜范圍內(nèi)最低值較為穩(wěn)定，為經(jīng)過(guò)24、48 h以及72 h浸泡的椰糠基質(zhì)，均為6.7，低于同時(shí)長(zhǎng)浸泡的草炭基質(zhì)，為6.9。圖示EC值變化幅度不顯著，二者均在浸泡24 h處達(dá)到最高，椰糠基質(zhì)與草炭基質(zhì)分別為2.6 mS/cm和1.8 mS/cm，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)有降低的趨勢(shì)，同時(shí)椰糠的EC值始終大于草炭基質(zhì)。

2.3 浸泡時(shí)長(zhǎng)對(duì)椰糠基質(zhì)及其浸提液氮磷鉀含量的測(cè)定

如圖3所示，隨著浸泡時(shí)間的增長(zhǎng)，椰糠基質(zhì)和草炭基質(zhì)的氮含量總體變化幅度不大，且呈下降趨勢(shì)，但椰糠基質(zhì)始終高于草炭基質(zhì)。未浸泡的兩種基質(zhì)全氮含量最高，分別為25.02 g/kg和20.43 g/kg；浸提液中氮含量呈明顯下降趨勢(shì)，0 h處最高，分別為8.63 g/kg和6.55g/kg，較固體基質(zhì)中氮含量明顯下降。浸泡對(duì)基質(zhì)磷含量的影響較為穩(wěn)定，椰糠的全磷含量始終為3.2 g/kg左右，最小值為浸泡72 h的椰糠基質(zhì)，為3.08 g/kg，低于浸泡同時(shí)長(zhǎng)的草炭基質(zhì)。椰糠基質(zhì)浸提液中磷含量對(duì)照草炭基質(zhì)偏低，總體呈下降趨勢(shì)，72 h處二者均到達(dá)極低，草炭基質(zhì)為5.07 g/kg，而椰糠基質(zhì)僅為3.31 g/kg。椰糠固體基質(zhì)的全鉀含量高于浸泡同時(shí)期的草炭基質(zhì)，未浸泡過(guò)的基質(zhì)全鉀含量最高，對(duì)應(yīng)數(shù)值為41.12 g/kg，同時(shí)期的草炭基質(zhì)僅為22.3 g/kg，其次是浸泡24 h處的椰糠基質(zhì)，其值為35.01 g/kg。浸提液中浸泡對(duì)基質(zhì)鉀含量的影響呈降低趨勢(shì)，但遠(yuǎn)高于同時(shí)期的草炭基質(zhì)，最大值為浸泡0 h的椰糠浸提液，對(duì)應(yīng)最大值為12.71 g/kg。

圖1 浸泡時(shí)長(zhǎng)對(duì)椰糠基質(zhì)物理性狀的影響Fig.1 Effect of soaking time on physical properties of coir dust

圖2 浸泡時(shí)長(zhǎng)對(duì)椰糠基質(zhì)pH與EC的影響Fig.2 Effect of soaking time on chemical properties ofcoir dust

2.4 椰糠基質(zhì)浸泡時(shí)長(zhǎng)對(duì)生菜發(fā)芽指數(shù)的影響

如圖4所示，在椰糠基質(zhì)發(fā)芽指數(shù)GI測(cè)定中，浸泡同時(shí)間的椰糠基質(zhì)的發(fā)芽指數(shù)均大于草炭基質(zhì)，且隨著時(shí)間的增長(zhǎng)明顯出現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。浸泡0 h的發(fā)芽指數(shù)相等，均為100%，24 h后椰糠基質(zhì)GI明顯高于草炭基質(zhì)，分別為103%與102%，并持續(xù)增高。GI最大值達(dá)106%，相比草炭最大發(fā)芽指數(shù)104%較高，對(duì)應(yīng)為浸泡48 h的椰糠基質(zhì)。

3 討 論

基質(zhì)是決定作物根系生長(zhǎng)環(huán)境的最主要因素,穩(wěn)定良好的根際環(huán)境主要決定于基質(zhì)理化性質(zhì),但是各種基質(zhì)的理化性質(zhì)差異很大,作為適合植物生長(zhǎng)的基質(zhì)往往需要經(jīng)過(guò)一定的加工處理[11]。

圖3 浸泡時(shí)長(zhǎng)對(duì)椰糠基質(zhì)及其浸提液氮磷鉀含量的影響Fig.3 Effect of soaking time on the N，P，Kcontent of the extracts and coir dust

圖4 椰糠基質(zhì)浸泡時(shí)長(zhǎng)對(duì)生菜發(fā)芽指數(shù)的影響Fig.4 Effect of soaking time on biological properties of coir dust

容重大小是影響椰糠通透性的重要因子之一，一般認(rèn)為優(yōu)良基質(zhì)的容重為0.1～0.8 g/cm3[12]。試驗(yàn)測(cè)得椰糠基質(zhì)的容重對(duì)比草炭偏小，可能由于其緊實(shí)程度較草炭疏松，質(zhì)地松軟，孔隙大，因此其通透性較草炭?jī)?yōu)越。試驗(yàn)表明，浸泡48 h的椰糠其容重最輕，該時(shí)長(zhǎng)下的椰糠基質(zhì)既有利于植物根系的固定也有利于植物的呼吸透水與離子交換。理想基質(zhì)的總孔隙度在55%～95%[13～14]，椰糠基質(zhì)與草炭基質(zhì)隨浸泡時(shí)長(zhǎng)的總孔隙度曲線較為一致，且0至48 h內(nèi)保持穩(wěn)定，符合該范圍區(qū)間，具有良好孔隙度來(lái)滿(mǎn)足其根系對(duì)水分和空氣的需求, 從而促進(jìn)根系的呼吸作用和對(duì)礦質(zhì)元素的吸收, 進(jìn)而提升植物的生長(zhǎng)品質(zhì)，48 h后有所下降，懷疑是水浸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致椰糠有所分解。理想基質(zhì)的通氣孔隙度范圍是50%左右，本試驗(yàn)中浸泡后的椰糠基質(zhì)通氣孔隙較低于理想基質(zhì)，且穩(wěn)定至48 h后開(kāi)始出現(xiàn)明顯下降，可能由于基質(zhì)吸水發(fā)生膨脹，使基質(zhì)通氣性降低, 而持水孔隙比例升高，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意塊狀基質(zhì)和粉末基質(zhì)的混合以增加通氣孔隙。

栽培基質(zhì)過(guò)酸或者過(guò)堿會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)發(fā)生酸化和鹽堿化，從而對(duì)植物產(chǎn)生危害。適宜的栽培基質(zhì)pH一般在6.0～7.5[15]。本試驗(yàn)中，水浸泡后的椰糠基質(zhì)pH值呈弱酸性，與前人試驗(yàn)結(jié)果相符合。同時(shí)24 h內(nèi)椰糠基質(zhì)的pH值下降幅度大，之后保持穩(wěn)定。在該弱酸性環(huán)境下，磷酸根離子、鉀離子、鈣離子等溶解性增加，這作為生菜栽培基質(zhì)較為優(yōu)越，可為根系提供大量營(yíng)養(yǎng)。EC值反映了基質(zhì)原有可溶性鹽分的多少,椰糠不能直接作為栽培基質(zhì)與其EC值偏高有必然關(guān)系，鹽分過(guò)高會(huì)對(duì)植物造成損害,一般認(rèn)為EC值在0.5～3.0mS/cm適合植物生長(zhǎng)[16]。本試驗(yàn)中所測(cè)浸泡后24 h內(nèi)椰糠基質(zhì)EC值有所升高，但仍處于合理范圍內(nèi)，而隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)至48 h，椰糠EC值有下降的趨勢(shì)，且趨于穩(wěn)定，可能是浸泡使得椰糠中離子流失，并在48 h處達(dá)到平衡，使得EC值下降，有效降低了椰糠基質(zhì)的含鹽量，使之不易傷及根系。

氮磷鉀作為植物生長(zhǎng)必需的三大元素，它們之間的互作往往對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育造成很大影響[17]。本試驗(yàn)表明，椰糠固體基質(zhì)對(duì)比草炭固體基質(zhì)在全氮含量上偏高，且浸泡同時(shí)間的椰糠基質(zhì)全氮含量下降幅度大于草炭基質(zhì)，而這一部分全氮含量也未流入浸提液中，懷疑是部分氮元素轉(zhuǎn)化成氨態(tài)氮淋失，而椰糠基質(zhì)在通氣孔隙上遠(yuǎn)高于草炭基質(zhì)，造成氮元素流失嚴(yán)重。同時(shí)浸泡對(duì)椰糠固體基質(zhì)及草炭固體基質(zhì)的全磷含量影響不大，保持穩(wěn)定。二者的浸提液中氮磷鉀含量隨浸泡時(shí)間延長(zhǎng)呈不同程度的降低趨勢(shì)，可能由于浸泡導(dǎo)致的基質(zhì)內(nèi)離子流失。而穩(wěn)定性上浸泡前期的氮磷鉀含量變化劇烈，若在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該注意混配，同時(shí)由于椰糠基質(zhì)的前期處理上沒(méi)有消毒處理，所以導(dǎo)致試驗(yàn)椰糠作為植物材料被微生物降解，造成浸提液中氮磷鉀含量下降。由此分析得出，椰糠基質(zhì)不適用于水培等無(wú)土栽培方式，若用于生產(chǎn)則應(yīng)該適量追肥。而椰糠固體基質(zhì)與草炭基質(zhì)的全鉀含量則有不同程度的降低，懷疑是椰糠中鉀離子的溶解度較高，與無(wú)機(jī)鹽離子形成的鉀鹽隨長(zhǎng)時(shí)間的溫度變化析出。浸泡前期椰糠基質(zhì)的全氮、全鉀含量劇烈減少，基質(zhì)內(nèi)元素不穩(wěn)定，作為栽培基質(zhì)不易把控，不適宜投入生產(chǎn)；而48 h以后基質(zhì)的全氮、全鉀含量變化不顯著，趨于穩(wěn)定，由此見(jiàn)48 h較適宜。

本試驗(yàn)表明，椰糠浸提液與草炭浸提液均可提高發(fā)芽指數(shù)，但促進(jìn)程度上椰糠浸提液較優(yōu)于草炭浸提液，可能由于椰糠浸提液中含有更高的鉀含量，鉀元素通過(guò)影響植物內(nèi)源激素的合成代謝與分配, 從而影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育[18]。因此椰糠中更高的鉀含量可促進(jìn)根系活力，利于萌發(fā)。而48 h處椰糠對(duì)發(fā)芽指數(shù)的促進(jìn)作用最為明顯，可能與此時(shí)椰糠鹽堿性下降，同時(shí)全氮含量達(dá)到最大值，同時(shí)有較高的全磷、全鉀含量有關(guān)。

由以上分析可知，對(duì)比等同時(shí)間浸泡過(guò)的草炭，椰糠的理化性質(zhì)較為穩(wěn)定，而綜合最適宜的椰糠基質(zhì)物理性質(zhì)穩(wěn)定在48 h。