第二章 基质的基本参数和腐熟度变化
2.1 引言
无土栽培技术是近年来农业发展的新技术之一。它需要较少的土地，节水，节肥，作物生长过程中可以人为控制，作物生长快，产量高，品质好，病虫害少等诸多优点，是未来农业的理想模式（马太和 1980）。基质材料的选择是无土栽培的重要环节。基质能够支撑植物，为植物提供生长所必须的营养元素。目前国内外使用的基质可分为无机基质、有机基质和混合基质。因此，根据实际情况，研究选用材料的基本理化性质，对于利用农业废弃物作为育苗基质，具有重大的现实意义。无机基质一般是一些天然矿物质，这些材料中养分含量少，保肥性能差，但是其化学稳定性好，在基质栽培过程中不会产生影响平衡的物质（李式军等 1997）。有机基质含有一定养分，保肥性能好但其化学稳定性较差。有机基质有树皮、芦苇末、锯木屑、菇渣、甘蔗渣等，而应用最广的应该是泥炭。
混合基质有：有机-有机混合、无机-无机混合、有机一无机混合。在选择合适育苗基质材料及配比时，可以将各种基质按一定比例配合使用，这样基质具有更好的保水性、保肥性和透气性（田吉林 2000）。
基质的理化性质主要反映了基质对作物的支撑能力，营养元素含量，保水性、透气性能。基质的饱和含水量反映基质空气度大小，反映基质通气透水性，是否有利于作物生长；容重主要影响基质对作物的支撑作用（张德威 1993）。基质材料的选择主要是能够基本提供植物所需要的养分含量，有良好的通气透水性能，保肥能力好，廉价易得。
本研究以猪粪、鸡粪以及菇渣作为主要原材料的基质，测定容重、pH、EC、含水量等基础指标，通过种子发芽指数（GI）的测定，探讨基质的基本物理性质对育苗的影响。
2.2 材料与方法
2.2.1 试验材料
2014 年 8 月采取陕西杨凌霖科生态工程有限公司两种不同腐熟时期基质，分别为腐熟 7 个月（T1），腐熟 8 个月（T2），腐熟好的商品基质（T3）以及添加树皮的商品基质（T4）。基质以菌渣为主，其材料配比为菌渣+锯末（3:1）：猪或牛粪= 3:2.
2.2.2 测定项目与方法
2.2.2.1 容重
容重是指单位体积基质的干重，它反映基质的紧实程度。采用环刀法测定。
2.2.2.2 含水量
取干燥的铝盒称重为 W1（g）。称取新鲜样品 5.00g 于铝盒中称重 W2（g），至于 105℃烘箱内 12h,至恒重，取出样品于干燥器中，冷却至室温，称重 W3（g）。
结果计算：
2.2.2.3 pH 值、EC 值
称取新鲜基质样品 5g,按照基质和去离子水按照 1 ∶5 （V/V）混合， 振荡 30min,后过滤，取滤液，分别用 EC 计和 pH 计测定基质 EC 值和 pH 值。重复 3 次，取平均值。
2.2.2.4 发芽试验
用水浸提风干腐熟基质样品（水：基质=5:1;水：基质=10:1），在振荡机上振荡 30 分钟，静置后离心，取上清液于保存备用。在培养皿中铺一层滤纸，用移液枪加入 5ml待测液。每个培养皿中均匀播种 30 粒小白菜种子。十字花科植物颗粒小，萌发率较高，对环境胁迫高度敏感，因此经常被用作发芽试验。用报纸覆盖遮光以及阻止蒸发。培养期间不定时补充清夜使滤纸保持湿润。测定种子发芽率及根长。本试验以去离子水为对照，发芽结束后，用发芽率及相对根长计算发芽指数 GI.
2.3 结果与讨论
2.3.1 容重、pH 值、EC 值和含水量的变化
容重是指单位体积基质的密度，它反映基质的紧实程度。基质应该有足够的重量，可以支撑植物地上部分。一般基质浇水后，容重以 670g/L-1260g/L 较适宜。
从图 2-1 中可以看出，随堆腐时间增加，腐熟 8 个月基质容重高于 7 个月，高 8.39%.
腐熟好的商品基质容重最高，与 T1、T2 的容重差异极显着。腐熟好的商品与添加树皮的商品容重基本相同，说明添加树皮对基质容重影响不大。商品基质容重大于堆腐熟 7个月和 8 个月的基质，说明容重随堆腐时间增长而升高。
含水量的减少与腐解过程中堆体温度有关，同时也可能是堆肥中添加的材料，增加了其透气性。从图 2-2 中可以看出，堆肥 7 个月和 8 个月基质的含水率为 T2>T1,堆肥8 个月基质含水量比 7 个月上升了 7.30%,各处理间含水率差异达到显着水平。腐熟商品基质的含水率明显高于添加树皮的商品基质，高 115.55%.可能是由于添加树皮增加了基质的透气性，导致基质中水分蒸发，使含水率下降。腐熟商品基质含水量大于未腐熟基质，但含量差异不显着。
pH 值是对基质堆肥过程中微生物活动影响很大，微生物最适宜的 pH 值是中性偏碱性，pH 值直接影响堆肥结果。Zucconi 等（1987）发现，堆肥期间 pH 值要处于 6.5-9.6之间。从图 2-3 中可以看出，堆腐 7 个月到 8 个月，基质 pH 呈下降趋势，且存在差异显着，pH 下降可能是硝态氮的形成以及氨态氮的转化所引起的。添加树皮商品基质 pH明显低于腐熟商品基质，可能是基质中添加树皮后，增加了基质的透气性，导致氨态氮挥发，从而导致 pH 的下降。腐熟基质 pH 小于未腐熟基质。
从图 2-4 中可以看出，堆腐 7 个月到 8 个月，基质 EC 呈下降趋势，且差异显着。
添加树皮商品基质 pH 明显低于腐熟商品基质，可能是基质中可电离盐离子含量低，添加树皮后，使基质中 EC 值降低。腐熟基质 EC 小于未腐熟基质。
2.3.2 种子发芽试验
发芽试验是从生物学的角度来判断基质是否腐熟，植物发芽实验是评价基质腐熟度最令人信服的方式，测量种子的发芽率，衡量基质毒性最方便的方式（Miller 1996）。
黄国锋（2002）、李承强（1999）等人的研究建议使用种子发芽指数作为评判堆体腐熟的指标。
本试验选用十字花科植物，十字花科植物颗粒小，萌发率较高，对环境胁迫高度敏感，因此经常被用作发芽试验。从图 2-5 可以看出，用水土比 5:1 浸提液进行种子发芽试验，堆腐 7 个月和 8 个月小白菜芽长基本相同，低于对照；添加树皮商品基质芽长明显高于腐熟商品基质，且高于对照。用水土比 10:1 浸提液进行种子发芽试验，堆腐 8个月小白菜芽长略高于堆腐 7 个月，添加树皮商品基质芽长明显高于腐熟商品基质，且高于对照。
堆腐 7 个月和 8 个月，水土比 5:1 浸提液种子发芽率低于水土比 10:1 浸提液种子芽长。可能土水比高，浸提液中对种子发芽抑制作用小。商品基质不同水土比浸提液对种子芽长影响差异不显着。商品基质芽长明显高于未腐熟基质，未腐熟基质对种子可能有毒害作用，抑制小白菜生长。
从图 2-6 可以看出，用水土比 5:1 浸提液进行种子发芽试验，堆腐 8 个月小白菜种子发芽率高于堆腐 7 个月种子发芽率，低于对照；添加树皮商品基质发芽率明显高于腐熟商品基质，且高于对照。用水土比 10:1 浸提液进行种子发芽试验，堆腐 8 个月小白菜种子发芽率高于堆腐 7 个月种子发芽率，低于对照；添加树皮商品基质发芽率明显高于腐熟商品基质，且高于对照。
堆腐 7 个月，水土比 5:1 浸提液种子发芽率与水土比 10:1 浸提液种子发芽率基本相同，低于对照；堆腐 8 个月，水土比 5:1 浸提液种子发芽率低于水土比 10:1 浸提液种子发芽率；商品基质不同水土比浸提液对种子发芽率影响差异不显着；添加树皮商品基质，水土比 5:1 浸提液种子发芽率低于水土比 10:1 浸提液种子发芽率。商品基质小白菜种子发芽率明显高于未腐熟基质，未腐熟基质对种子可能有毒害作用，抑制小白菜种子发芽；商品基质对种子发芽有一定的促进作用。
从图 2-7 可以看出，用水土比 5:1 浸提液进行种子发芽试验，堆腐 8 个月小白菜种子发芽指数 GI 高于堆腐 7 个月种子 GI,低于对照；添加树皮商品基质发芽指数明显高于腐熟商品基质，且高于对照；腐熟商品基质 GI 低于对照。用水土比 10:1 浸提液进行种子发芽试验，堆腐 8 个月小白菜种子发芽率高于堆腐 7 个月种子发芽率，低于对照；添加树皮商品基质发芽率明显高于腐熟商品基质，且高于对照。
堆腐 7 个月，水土比 5:1 浸提液种子发芽指数与水土比 10:1 浸提液种子发芽指数基本相同，低于对照；堆腐 8 个月，水土比 5:1 浸提液种子发芽率高于水土比 10:1 浸提液种子发芽率；商品基质水土比 5:1 浸提液种子发芽指数高于水土比 10:1 浸提液种子发芽指数；添加树皮商品基质，水土比 5:1 浸提液种子发芽指数高于于水土比 10:1 浸提液种子发芽质素。商品基质小白菜种子发芽指数明显高于未腐熟基质，未腐熟基质对种子可能有毒害作用，抑制小白菜生长；商品基质对种子生长有一定的促进作用添加树皮后，降低了基质 pH 和 EC,降低了基质毒害性，从而提高了种子的发芽率，芽长和发芽指数。Zucconi（1987）等认为，当 GI>0.8 时，堆肥已经完全腐熟。商品基质达到基本腐熟指标，完全腐熟。
2.4 小结
1）随堆肥时间增长，堆肥 8 个月基质容重高于堆肥 7 个月基质容重，商品基质添加树皮对基质容重影响不大，腐熟商品基质容重大于未腐熟基质。堆腐 7 个月含水率低于堆腐 8 个月基质的含水率，腐熟商品基质的含水率明显高于添加树皮的商品基质。可能是由于添加树皮增加了基质的透气性，导致基质中水分蒸发，使含水率下降。
堆腐 7 个月到 8 个月，基质 pH 呈下降趋势，添加树皮商品基质 pH 明显低于腐熟商品基质，可能是基质中添加树皮后，增加了基质的透气性，导致氨态氮挥发，从而导致pH 的下降。腐熟商品基质 pH 小于未腐熟基质。堆腐 7 个月到 8 个月，基质 EC 呈下降趋势，且差异显着。添加树皮商品基质 EC 明显低于腐熟商品基质，可能是基质中可电离盐离子含量低，添加树皮后，使基质中 EC 值降低。腐熟基质 EC 小于未腐熟基质。
2）水土比 10:1 浸提，小白菜 GI、芽长、发芽率均高于水土比 5:1.随堆腐时间增长，小白菜 GI、芽长、发芽率均呈上升趋势。添加树皮商品基质，小白菜 GI、芽长、发芽率均高于腐熟商品基质。添加树皮后，降低了基质 pH 和 EC,降低了基质毒害性，从而提高了种子的发芽率，使种子芽长增加。
