第四章 添加矿物对基质吸水性的改良
4.1 引言
基质材料最常用的是泥炭和岩棉，但成本过高，而泥炭属于不可再生的自然资源， 大量开采会造成资源枯竭，生态环境破坏；岩棉降解非常困难，如果长期使用会严重污染环境。无机基质中养分含量少，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（李国景等 2001）。有机基质含有一定养分，保肥性能好，但其化学稳定性较差。混合基质与有机、无机基质结构性质都不相同，在水分、养分协调，通气透水性方面优于单一基质。混合基质是今后栽培基质发展的方向之一，基质的选择是研究基质理想配方的重要的环节。
蛭石用于基质，具有透气性好，吸水力强，温度变化小等特点，有利于作物的生长。
蛭石在无土栽培中具有非常重要的地位。蛭石可以有效地促进植物根系的生长，具有较好保水能力，可以弥补有机基质保水能力弱的特点。珍珠岩具有表观密度轻、导热系数低、化学稳定性好、使用温度范围广、吸湿能力小。持水力即基质保持水分的能力，通常用饱和含水量表示。为使作物生长良好，基质中的水气要平衡。蛭石可以改善基质的保水性能，珍珠岩粒径较大，可以提高基质总孔隙度，增加基质通气透水性，有利于植物正常生长。本试验通过在基质中添加蛭石和珍珠岩，研究其对基质保水性的影响。
4.2 材料与方法
4.2.1 实验材料
在腐熟商品基质中，分别按一定比例加入蛭石和珍珠岩，共设 8 个处理，一个对照。
4.2.2 测定项目与方法
4.2.2.1 吸水性
取基质装入 100cm3环刀内置于 105℃干燥箱中，24 h 后称重。待冷却后放入水槽中，每隔 1 h 取出，擦干铝盒表面水分称重，直到重量基本不变。记录累计吸水量并计算各时段的吸水速率，试验重复 3 次。
4.2.2.2 饱和导水率的测定：
采用变水头法测定。
1） 在高（L）为 5cm,刀的横截面积（S）为 20cm2,容积为 100 cm3 的环刀中均匀装满干燥的基质浸入水中，浸 24h.浸水时要保持水面到环刀口下 1cm,不要让水淹到环刀口。
2） 取出环刀，打开盖子，在装基质的环刀上套上一个空环刀，用不透水胶带将两个环刀粘好，防止从接口处漏水。然后将环刀放到漏斗上，漏斗下面放置一个烧杯。
3） 向空环刀中慢慢加水，水面低于边缘 1mm,水层厚（h）5cm4） 加水后，自漏斗下面滴下第一滴水时用秒表计时，每隔 1、2、3、5、10……tnmin更换的烧杯，并用量筒计量渗出水量 Q1、Q2、Q3……Qn.每更换一个烧杯，应添加到上面的环刀水层的原始高度。温度计的记录温度。
5） 试验一直到直到单位时间内渗出水量相等时为止。
4.3 结果与分析
4.3.1 添加珍珠岩和蛭石对基质吸水过程的影响
从基质整个吸水过程来看（图 4-1），基质吸水速度第一个小时最高，吸水量的增长趋势最显着。随后吸水速率不断下降，吸水量增加缓慢。11~12 h 时，吸水量基本不变，基质含水量饱和。
基质添加珍珠岩可以提高基质吸水量，且随添加比例的增大而升高，A4 含水量达到最高，为 56.23mL.基质含水量达到饱和量时，A1、A2、A3、A4 吸水量分别增加 54.01%、116.00%、127.005、132.34% .A3 与 A4 在吸水量达到饱和状态时，吸水量基本一样。
基质中添加蛭石与添加珍珠岩变化相似，基质吸水量随基质与蛭石比例的减小而增加，B4 含水量达到最高，为 59.50mL,吸水量比 ck 增加 40.21%.而 B2 与 B3 在吸水量达到饱和状态时，B3 吸水量比 B2 增加 12.47%.B4 与 B3 在 11~12h 时，吸水量基本一致。
在吸水第 1 小时，A1 吸水量最少，为 26.76mL;B4 吸水量最多，为 56.13mL;A3与 A4 吸水量接近。总的来看，添加蛭石比添加珍珠岩吸水量多。在基质含水量达到饱和状态时，B4 含水量最高，A4 与 B3 含水量基本一致。
观察 8 种不同基质配方的吸水过程发现，没有添加剂的 ck 的吸水量始终低于添加蛭石和珍珠岩的配方。这表明，蛭石和珍珠岩能够提高基质的吸水性能。基质与珍珠岩比例为 3:2 配方最佳。
4.3.2 珍珠岩和蛭石对基质饱和含水量的影响
为了分析蛭石和珍珠岩在不同用量下对基质吸水性的影响，应用 SPSS13.0 软件对9 种基质的饱和含水量进行方差分析，并应用 Duncan 新复极差法 分析不同配方间的差异。
通过方差分析得出（表 4-2），添加珍珠岩和蛭石的配方的差异极显着。进一步对不同配方的基质做多重比较，不同基质与珍珠岩比例的饱和含水量由小到大依次为81.30% 、142.89% 、201.09% 、311.41% .各配方差异极显着，这说明基质与珍珠岩比例为 4:1 时，基质的持水水效果最好，比例为 3:2 和 2:3 时次之，不添加珍珠岩的持水效果较差。不同基质与蛭石比例的饱和含水量由小到大依次为 81.97% 、105.60% 、129.75% 、148.44% .B1、B2、B3、B4 间差异极显着，这说明基质与蛭石比例为 4:1时，基质的持水水效果最好，比例为 3:2 和 2:3 时次之，不添加蛭石的持水效果最差。
从图 4-2 中可以看出，添加珍珠岩和蛭石后，基质的饱和含水量增加，且饱和含水量随基质与珍珠岩和蛭石比例的减小而增加。与 ck 相比，饱和含水量在 A4 增加最多，增加 200.11%.其中添加珍珠岩的配方 A3、A4 饱和含水量增长最快，分别增长 306.54%、529.57%.添加蛭石的配方饱和含水量呈均匀上升趋势，B4 是达到最大，为 148.44%;B3、B4 增加量基本不变。添加珍珠岩和蛭石相比，B1 和 A1 饱和含水量高基本相同，A4 饱和含水量基本达到最大。
对基质和珍珠岩、蛭石不同比例配方的饱和含水量多重比较，B4 与其他配方差异极显着，持水性最好。A3、A4 与 B4 差异不显着，说明，基质与珍珠岩、基质与蛭石比例为 1:4 时，持水性相同。A4、B3、A3 差异不显着，说明基质与珍珠岩比例为 1:4 和2:3,基质与蛭石比例为 2:3 时，持水效果相同。其他配方差异均呈极显着，不添加珍珠岩和蛭石时，基质持水性能最差。
综合来看，添加珍珠岩和蛭石可以提高基质的饱和含水量，添加量越多，饱和含水量越高。在基质比珍珠岩 3:2,基质：蛭石 2:3 时，饱和含水量基本达到最大。因此，配方 A2、B3 效果最好。
4.3.3 珍珠岩和蛭石对基质吸水速率的影响
4.3.3.1 珍珠岩和蛭石对基质 1 h 吸水速率的影响
由图 4-3 可知，基质在第一个小时的吸水速率，明显高于其他时期。基质与蛭石比例为 2:3 和 1:4 的快速吸水能力最强，4:1 和 3:2 时次之，不添加蛭石时吸水能力最弱，为 2.06.对 9 种基质第 1 个小时的吸水速率进行方差分析。通过方差分析得出，珍珠岩与蛭石的显着性小于 0.05,差异极显着，这说明珍珠岩和蛭石的添加对基质的快速吸水过程有显着影响。
4.3.3.2 珍珠岩和蛭石对基质吸水速率的影响
进一步对添加珍珠岩和蛭石不同水平间的吸水速率做多重比较。
由表 4-3 可以看出添加不同比例珍珠岩，吸水速率由低到高依次为 3.18、4.46、4.69和 4.80.其中，基质与珍珠岩比例为 3:2、2:3 和 1:4 两个水平之间的差异不显着，与其他水平差异均为极显着。该结果说明基质与珍珠岩比例为 3:2、2:3 和 1:4 时的快速吸水能力最强，在基质与珍珠岩比例为 4:1 水平下次之，不添加珍珠岩时最弱。蛭石对第 1小时吸水速率的影响与珍珠岩基本一致，在基质与蛭石比例为 2:3 和 1:4 两个个水平之间的差异不显着，与其他水平差异均为极显着。基质与蛭石比例为 2:3 和 1:4 的快速吸水能力最强，4:1 和 3:2 时次之，不添加蛭石时吸水能力最弱。
4.3.4 蛭石和珍珠岩对基质渗透率的影响
基质饱和导水率反映了基质的饱和渗透性能。从图 4-4 中可以看出，添加珍珠岩和蛭石后，基质的饱和导水率升高，且饱和导水率随基质与珍珠岩和蛭石比例的减小而增加。基质添加珍珠岩饱和导水率高于添加蛭石饱和导水率。添加珍珠岩可以提高基质的饱和导水率，与 ck 相比，A1 几乎没有提高，A2 开始大幅度增加，A2、A3、A4 增加加最多，分别增加 380.05%、453.54%、562.04%.对添加珍珠岩的饱和导水率做多重比较，ck 与 A1 差异不显着，与 A2、A3、A4 差异极显着。对添加蛭石的饱和导水率做多重比较，ck 与添加蛭石的基质的饱和导水率呈显着性差异，B1、B2、B3 差异极显着，B3 与 B4 差异不显着。基质添加珍珠岩饱和导水率高于添加蛭石饱和导水率，呈极显着差异。
4.4 小结
1）基质添加珍珠岩可以提高基质吸水量，且随添加比例的增大而升高。从基质吸水过程来看，第 1 小时的吸水速度最快，吸水量的增加长趋势最显着。然后，吸水率降低，吸水量增加缓慢。11-12h 时，吸水量基本不变，基质含水量达饱和状态。蛭石和珍珠岩能够提高基盘基质的吸水性能，添加蛭石比添加珍珠岩吸水量多。基质与珍珠岩、基质与蛭石，比例为 3:2 配方最佳。
2）添加珍珠岩和蛭石，可以提高基质的饱和含水量，且饱和含水量随基质与珍珠岩和蛭石比例的减小而增加。在基质比珍珠岩 3:2,基质：蛭石 2:3 时，饱和含水量基本达到最大。因此，配方 A2、B3 效果最好。
3）在第 1 个小时内，基质吸水速率明显高于其他时期。珍珠岩和蛭石的添加对基质的快速吸水过程有显着影响。基质与珍珠岩比例为 3:2、2:3 和 1:4 时的快速吸水能力最强，在基质与珍珠岩比例为 4:1 水平下次之，不添加珍珠岩时最弱。基质与蛭石比例为2:3 和 1:4 的快速吸水能力最强，4:1 和 3:2 时次之，不添加蛭石时吸水能力最弱。
4）添加珍珠岩和蛭石后，基质的饱和导水率升高，且饱和导水率随基质与珍珠岩和蛭石比例的减小而增加。基质与珍珠岩比为 1:4 时饱和导水率上升最多。添加蛭石饱和导水率与纯基质饱和导水率差异显着。基质添加珍珠岩饱和导水率高于添加蛭石饱和导水率，呈极显着差异。
