无土栽培 – 什么是优质培养基？

无土栽培系统根据其使用的基质（无土培养基）的类型、营养液如何输送到植物体内（滴灌、流动或不流动营养液），以及营养液排出后会发生什么情况（如开放（自由排水）或封闭（循环水）进行分类。无土介质可以是无机介质（例如沙子、砾石、卵石、珍珠岩、岩棉、蛭石）、有机介质（例如稻壳、泥炭、锯末、稻草、椰子壳）或合成介质（例如泡沫、海绵、吸湿性塑料纤维）。由于各种无土介质，园艺在世界各地得到了发展，使农民能够生产高产的粮食和观赏植物，并销售高质量的商品。

无土介质的质量涉及许多指标，其评估因地区而异，这取决于农民个人的意见及其管理目标，如生产力、质量、废物回收或可持续性。无土栽培基质是一种优良的栽培基质，在评价其功能时应考虑其物理、化学和生物学特性。

良好生长培养基的基本要求

在世界范围内，无土栽培介质用于园艺目的。指标的选择没有土壤的复杂，因为根据土壤的物理和化学特性，土壤具有多种用途（例如，农业，林业，工程，娱乐，建筑等）。例如，用于建筑目的的土壤质量要求将不同于对农业有益的土壤质量要求。定义良好生长培养基的指标将始终用于农业目的。

园艺中使用了许多类型的无土生长培养基，其选择将主要取决于种植者的专业知识和经验，可获得性和成本。绿康有机肥研究员提到理想的无土培养基应具有以下一些物理和化学特性：

• 均匀的质地，排水良好，为根系保留养分和水分。
• 低堆积密度，便于安装和运输（190至700 kg/m³）。
• 高孔隙率（介于50%和85%之间）。
• 粒径分布以保持空气和水之间的良好平衡（0.25mm – 0.5mm）。
• pH值在5.0到6.5之间，也可以很容易地调节。
• 可溶性盐含量低。
• 化学惰性，即基质不通过释放无机离子或固定养分而影响营养液。
• 保持原有特性的能力，以便在许多连续的栽培周期中使用。
• 没有病原体和害虫（但不一定是无菌的），并且没有任何对植物有毒的化合物。
• 能够以统一的批次生产（允许使用一致的施肥方案）。

除了这些品质外，优质无土栽培介质的另一个特点是它能够从种植者的错误中恢复过来，例如过度浇水或施肥。

比较最常用的无土栽培基质（见表1）的主要物理和化学特性，可以概述使用一种或其他基质的可能优缺点，以及组合它们的有趣可能性。

表1，无土培养基的物理和化学特性（成都市绿康有机肥 – 2020年）

例如，单独使用甘蔗渣（由甘蔗浆废料制成）时，其高保水率和低孔隙率将导致通风和排水不良。另一方面，稻壳保水率低、孔隙率高，单独使用会导致植株水分应力。稻壳和甘蔗渣都有很高的分解率，因此需要很高的氮肥投入，以避免微生物和植物之间争夺氮。当研究每种无土培养基的特性时，这些特性的组合通常可以为种植者提供一个令人满意的选择。然而，合成基质不应简单地基于可用性和成本降低，而应考虑如表1所述的基本特性。

当生长介质支持植物并调节水流时

堆积密度反映了介质作为结构支撑、水和溶质运动以及通风的能力。它以体积表示土壤或介质颗粒的重量。因此，固体和孔隙空间一起被视为土壤或介质的重量。如果孔隙空间很低，土壤或生长介质很容易受到压实（图1）。

图1：保水性和孔隙率是生长介质的重要指标，为了优化养分溶液向植物的流动，生长介质应具有良好的平衡性。单独使用甘蔗渣（1）时，其高保水率和低孔隙率会导致通风和排水不良。稻壳（2）保水率低、孔隙率高，单独使用会导致植株水分胁迫。

矿物土的平均容重为1400 kg/m³，孔隙空间约为47%。这与无土栽培介质如泥炭藓泥炭和蛭石的堆积密度为125 kg/m³和约93%孔隙空间，或椰壳的堆积密度为40至80 kg/m³和约87.5%的孔隙空间。这些数字表明，土壤和无土生长介质在容重和孔隙空间方面存在很大差异，土壤是最重的生长介质，而无土介质的轻质性使其易于搬运和运输；但这会影响其他指标，如孔隙度和保水性。

低孔隙率和高保水性的结合会导致通风和排水不良。相比之下，高孔隙率和低持水率会导致作物水分胁迫。这些是生长培养基的重要指标，培养基应具有良好的平衡性，以便优化养分溶液向植物的流动。在自然土壤中，由于坡度、质地和气候条件，这些指标较难控制。

在栽培过程中，由于有机质的分解、根系活力、基质颗粒的膨胀和收缩以及压实过程，上述指标（孔隙率和保水率）可能会发生变化。然而，根据基质的性质和作物类型，只有在一个或两个生长周期后才能进行物理修改，从而允许重新使用生长介质。

科学家之间正在进行一场辩论，其中一些人说，当重新使用生长介质时，作物产量会受到影响，而另一些人则断言，这种差异几乎可以忽略不计。基于生长介质的物理特性，“再利用基质”的概念通常是基于“绿色”的观点，而是否能够盈利是种植者的主要目标。

这是一张巨大芽孢杆菌的彩色扫描电子显微镜（SEM）。这种细菌是最大的细菌细胞之一，存在于土壤中。无土培养基缺乏土壤生物群（生活在土壤中的有机体），这意味着需要通过营养液提供恒定的养分供应。

健康的生长培养基与环境

种植后处理使用过的无土介质对环境是一个潜在的威胁，因为这些介质可能含有杀虫剂、塑料或作物残留物，并带有可能传播的疾病。强烈建议重新使用该介质，以降低处置和生产成本，但土壤传播疾病的潜在传播仍然是一个主要问题。

为了引入微生物群落和防止病原菌种群，有时将生物控制剂添加到无土栽培基质中；然而，这并不能保证能预防病原菌。土壤有一个非常复杂的微生物群落网络，既能支持病原生物，也能支持有益生物。它们不断的相互作用在土壤中创造了一种平衡，使植物得以生长；如果没有土壤作为缓冲，任何病原控制或预防的失败都会导致产量的迅速下降。无土栽培应特别注意防止根病原菌的侵染。

如果种植者为了减少浪费而重新使用基质，那么在新的种植周期中预防病虫害就成了一个更相关、更昂贵的问题，而解决与盐分和pH值过高有关的问题则更容易。蒸晒或化学控制（使用杀菌剂）是最常用的处理生长培养基的方法，这样可以循环使用。

固体与孔隙空间在一个单位体积中表现，称为密度。高密度，高压实，低孔隙空间在土壤或介质中。（我们也可以称之为土壤容重）

结论

回答“什么是优质无土栽培基质？”必须考虑许多因素，包括种植者的目标、基质的来源、使用的地点和基质的类型。因此，给出一个笼统的答案是困难和不现实的。

为了确定理想的无土介质，我们讨论了物理、化学、生物和实际性质。基本上，基板应能够：

• 为植物提供结构支撑。
• 调节水流。
• 作为营养的贮存器。
• 为植物生长提供一个健康的环境。

综上所述，显示优质生长培养基的特征如下：

物理方面包括低体积密度（190至700 kg/m³）、高孔隙率（50%至85%）、粒度介于0.25至0.5mm之间以及保水率介于20%至60%之间。

以CEC（范围在10到100 me/100g之间）、易于调节的pH值（5到6.5）、低盐含量（0.75到1.9 dSm-1）和1:200到1:500之间的C:N比率为代表的化学方面。

生物方面表明生长介质的健康状况是由于没有病原体和害虫，并且没有有毒化合物。

培养基从种植者的错误中恢复的能力、保持其原始特性的能力（适合再利用）以及是否能以均匀的批次生产等实际方面与选择好的无土培养基有关。