1 文獻(xiàn)綜述

1.1 栽培基質(zhì)研究及應(yīng)用概述
國外無土栽培已有近 100 a 的歷史（關(guān)紹華等，2013）。20 世紀(jì) 50 年代德國開始將工廠化發(fā)酵的鋸末用于番茄育苗試驗(yàn)，隨后蚯蚓糞、椰糠、樹皮等經(jīng)過加工處理也逐漸被應(yīng)用于園藝生產(chǎn)。荷蘭的設(shè)施栽培比較發(fā)達(dá)，其花卉產(chǎn)量高、質(zhì)量優(yōu)、品種豐富，鮮花產(chǎn)量約占世界鮮花市場的 60%，年出口額 112.51 億美元，是荷蘭的主要支柱產(chǎn)業(yè)，其溫室面積超過 1億 m2，且 80%采用基質(zhì)栽培，廣泛應(yīng)用的基質(zhì)材料有樹皮、陶粒、巖棉、椰殼、泥炭等（田吉林等，2000）。美國農(nóng)業(yè)的結(jié)構(gòu)特征是人少地多，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度高，農(nóng)作物秸稈一般就地粉碎，常用作新型園藝基質(zhì)的材料有椰殼、樹皮、鋸末、橄欖殼、動(dòng)物糞便等。以色列的自然條件與我國南疆地區(qū)有諸多相似之處，，光熱資源豐富但土地貧瘠，以色列人充分利用資源優(yōu)勢，注重生態(tài)效益，積極發(fā)展特色農(nóng)業(yè)，在繼“綠色革命”之后又收獲了“白色革命”的輝煌成就。以色列的園藝基質(zhì)主要就地取材，以凝灰石為主。日本的植物工廠處于世界領(lǐng)先水平，基質(zhì)常用材料有赤玉土等，新型基質(zhì)材料多用樹皮。 我國的設(shè)施栽培起步較晚。20 世紀(jì) 80 年代中期，我國引進(jìn)穴盤育苗精良播種生產(chǎn)線，無土栽培技術(shù)首次成功應(yīng)用于生產(chǎn)�！熬盼濉逼陂g，國家建立高效農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)工程項(xiàng)目，花卉、蔬菜等高附加值的農(nóng)業(yè)開始向現(xiàn)代化、工廠化、規(guī)�；�、市場化的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變。到 2005年，我國基質(zhì)栽培面積已超過 1 100 hm2（秦性英，2007），大量使用的基質(zhì)仍為傳統(tǒng)的蛭石、珍珠巖、草炭和巖棉等。我國是農(nóng)業(yè)大國，年產(chǎn)秸稈 6.4 億多噸，另外酒渣、沼渣、醋渣等產(chǎn)出量也相當(dāng)可觀，這些工農(nóng)業(yè)廢棄物富含有機(jī)物，經(jīng)加工處理作為園藝栽培基質(zhì)不僅解決了草炭資源緊張的困難，同時(shí)也避免了這些廢棄物隨意棄置所帶來的環(huán)境問題。 國內(nèi)開發(fā)的新型基質(zhì)材料種類繁多，包括玉米、小麥、水稻等秸稈，稻殼、椰殼、松子殼、樹皮、蘆葦末、菇渣等農(nóng)林副產(chǎn)物，另外，木糖渣、蔗渣、酒渣、沼渣、醋渣、藥渣等工業(yè)廢棄物經(jīng)堆漚發(fā)酵，也用來替代草炭應(yīng)用于設(shè)施栽培。 
...........

1.2 栽培基質(zhì)研究的主要內(nèi)容
基質(zhì)的原材料包括合成材料和天然材料。早期的無土栽培基質(zhì)主要是天然材料，如河沙、石礫、石英、泥炭等，沙礫被認(rèn)為是最早的栽培基質(zhì)。之后到 1968 年，丹麥 Groden 企業(yè)研究出巖棉栽培技術(shù)，巖棉成為國外應(yīng)用最多最廣泛的無土栽培基質(zhì)。人工合成的基質(zhì)還包括活性炭、水晶、碎瓷、純碳酸鈣、硅酸、蛭石、陶粒、珍珠巖、海綿、硅膠、離子交換樹脂、塑料顆粒等。近些年來，很多基質(zhì)原材料的開發(fā)都遵循因地制宜、就地取材的原則，各種工業(yè)和農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)過處理后用作育苗及栽培基質(zhì)均取得良好效果。造紙廠的紙漿、中藥廠的藥渣（伍淳操等，2013）、生產(chǎn)檸檬酸的下腳料、醋廠的醋渣、酒廠的酒渣以及爐灰渣等工業(yè)廢棄物經(jīng)處理后可作為基質(zhì)材料。玉米秸稈、玉米芯、樹皮、稻殼、椰殼、棉籽殼、豆渣、菇渣（周誠等，2013）等農(nóng)業(yè)廢棄資源經(jīng)處理后作為栽培基質(zhì)其適用性也得到試驗(yàn)證明。牲畜糞便經(jīng)過堆肥處理與其他基質(zhì)復(fù)配使用，不僅具有團(tuán)聚成粒作用，還為植物生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，但基質(zhì)中堆肥比例需控制在適宜范圍內(nèi)，以防堆肥過程中可能產(chǎn)生的有害物質(zhì)影響植株生長。 
.........

2 引言 

無土栽培在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，它具有省水、省地、省肥等特征，而且受環(huán)境影響較小、管理方便、病蟲害少，作物生長快且高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。隨著無土栽培技術(shù)的迅速發(fā)展，栽培基質(zhì)作為該技術(shù)的基礎(chǔ)，成為研究和開發(fā)的重點(diǎn)。早期的栽培基質(zhì)主要有巖棉、河沙、蛭石，后來發(fā)展到珍珠巖、陶粒、草炭等。其中，草炭是需求最多、應(yīng)用效果最好的基質(zhì)，全世界每年產(chǎn)量約 9 000 萬 m3。但是，草炭的過度開采對環(huán)境造成較大破壞，歐洲一些國家已對草炭開采實(shí)行限制政策。在我國，草炭主要分布于北方，向南方運(yùn)輸則成本升高。因此，開發(fā)出新的基質(zhì)材料成為無土栽培技術(shù)繼續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。近幾年，工、農(nóng)業(yè)廢棄物被開發(fā)應(yīng)用作為新型園藝栽培基質(zhì)成為研究熱點(diǎn)，其中，樹皮、椰殼、鋸末、蘆葦末、作物秸稈、動(dòng)物糞便、工業(yè)廢渣等先后作為無土栽培基質(zhì)進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)并取得良好效果。新型園藝栽培基質(zhì)的開發(fā)應(yīng)用不僅解決了栽培基質(zhì)資源不足的難題，同時(shí)可以變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了資源再利用，是可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。      玉米秸稈營養(yǎng)豐富，且含有大量木質(zhì)素、纖維素和半纖維素，經(jīng)發(fā)酵后形成的玉米秸稈生物基質(zhì)養(yǎng)分含量高，孔隙度適宜，在花卉、蔬菜等的栽培過程中表現(xiàn)出較大的優(yōu)越性。但是，玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)在蔬菜、花卉等的育苗試驗(yàn)中出現(xiàn)問題較多，主要表現(xiàn)在種子萌發(fā)遲緩、發(fā)芽率低。經(jīng)分析，其原因可初步歸納為三類：一是玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì) EC 值偏高，然而有研究報(bào)道在降低 EC 值至適宜范圍內(nèi)之后種子萌發(fā)受到抑制的現(xiàn)狀并為得到改善；二是玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)親水性差；三是玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)中含某些酚類、醛類等有機(jī)物抑制種子的萌發(fā)。
本試驗(yàn)就原因二和原因三進(jìn)行探究。用聚谷氨酸稀釋液按照不同濃度對玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)進(jìn)行處理，以改善其親水性。采用高效液相色譜分析技術(shù)測定了玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)中已確定的五種醛類物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其含量甚微，不足以影響到種子萌發(fā)。用紫外分光光度法測定了玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)中的總酚含量，發(fā)現(xiàn)總酚含量較高。將玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)用不同量的高鐵酸鉀處理，以脫除基質(zhì)中高含量的酚類物質(zhì)。最后分別利用各種處理后的玉米秸發(fā)酵基質(zhì)與處理前的玉米秸發(fā)酵基質(zhì)進(jìn)行金盞菊育苗試驗(yàn)。試驗(yàn)最終確定出玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)影響種子萌發(fā)的因素，并找到改良措施，使玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)成為一種新型優(yōu)良育苗基質(zhì)，并為我國新型基質(zhì)材料的開發(fā)研究提供參考。  
...........

3  材料與方法 ......... 18 
3.1  試驗(yàn)材料 ...... 18 
3.2  試驗(yàn)方法 ...... 18 
3.2.1 基質(zhì)理化性質(zhì)的測定 .... 18 
3.2.2  基質(zhì)中醛類物質(zhì)含量的測定 ....... 19 
3.2.3  基質(zhì)中總酚含量的測定 ....... 19 
3.2.4  基質(zhì)配方 ....... 20 
3.2.5  金盞菊和矮牽牛育苗試驗(yàn) ........... 20 
3.2.6  種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢及植株形態(tài)指標(biāo)的測定 ........... 21 
3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 ....... 21 
4  結(jié)果與分析 ......... 22 
4.1 基質(zhì)理化性質(zhì)分析 ....... 22 
4.2 玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)醛類物質(zhì)含量檢測分析 ....... 24 
4.3  高鐵酸鉀處理玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)對其用作育苗基質(zhì)的影響 .......... 25
4.4  聚谷氨酸處理玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)對其用作育苗基質(zhì)的影響 .......... 31
5  結(jié)論與討論 ......... 35
5.1  結(jié)論 ...... 35 
5.2  討論 ...... 36 

4 結(jié)果與分析 

4.1 基質(zhì)理化性質(zhì)分析 

基質(zhì)作為植物的生長介質(zhì)，不僅需要能夠固定、支持植株，而且需要供給植株水分、養(yǎng)分、氧氣等。基質(zhì)中必須保持良好的水、肥、氣、熱等環(huán)境，以利于根際區(qū)域的氣體交換。生產(chǎn)上為了方便運(yùn)輸及便于盆花的栽培管理，更傾向于選擇容重較小的基質(zhì)，一般認(rèn)為，適宜的基質(zhì)容重為 0.1～0.8g·cm-3（張冬梅等，2005）。由表 4 可知，各處理容重均顯著高于對照，但均在植物生長要求的適宜范圍內(nèi)。處理 2、3、4、5 均與處理 1 差異不顯著，說明高鐵酸鉀處理玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)對其容重影響并不大。理想的基質(zhì)一般要求總孔隙度大于 70%，大小孔隙比為 0.5 左右（李謙盛等，2002）。表 4 中，各處理總孔隙度、持水孔隙度均顯著低于對照組，通氣孔隙度較對照組高，差異達(dá)到顯著水平。表明玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)的總孔隙度略低于 75%，經(jīng)高鐵酸鉀處理后改變不大，但基本都能滿足植物生長需求。其通氣孔隙度偏高，持水孔隙度偏低，大小孔隙比接近 1.0，與理想基質(zhì)的要求有一定差距。說明高鐵酸鉀對玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)孔隙度的調(diào)節(jié)作用并不明顯。大多園林植物喜偏酸性環(huán)境，金盞菊、矮牽牛等園林中常用草花在 pH 6.5 左右的基質(zhì)中生長良好。表 4 中，各處理的 pH 值均顯著高于對照。其中，處理 1 的 pH 值高達(dá) 7.14，基質(zhì)呈微堿性，超出了適宜植物生長的范圍。處理 1、處理 2、處理 3 雖然差異不顯著，但隨著高鐵酸鉀用量的增加，基質(zhì)的 pH 值有降低趨勢。處理 4 和處理 5 的 pH 值顯著低于處理 1、2、3，證明了高鐵酸鉀能有效降低基質(zhì)的 pH 值，原因可能是高鐵酸鉀在溶液中形成了呈弱堿性且具有高度吸附活性的無機(jī)絮凝劑 Fe(OH)3。EC 值是衡量溶液中可溶性離子總濃度的指標(biāo)。 EC 值過高，則溶液中可溶性離子濃度高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成鹽害或燒苗。EC 值過低，則溶液中可利用離子太少，無法為植物的正常生長提供足夠養(yǎng)分。一般來說，基質(zhì)的 EC 值宜控制在 1.0～2.0 ms·cm-1范圍內(nèi)。表 4 中，各處理 EC 值均顯著高于對照，說明玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì) EC 值含量偏高，直接使用時(shí)對植物生長不利。處理 4 和處理 5 的 EC 值顯著高于處理 1，說明隨著高鐵酸鉀用量的增加，基質(zhì) EC 值有上升的趨勢，處理 5 中基質(zhì)的 EC 值已明顯超出植物生長適宜的范圍，故高鐵酸鉀的使用量需控制在一定范圍內(nèi)。 

...........

結(jié)論 

(1)分析高鐵酸鉀處理對基質(zhì)理化性質(zhì)的影響，各處理基質(zhì)容重、通氣孔隙度均與對照組差異性達(dá)到顯著水平，但都不超出植物生長要求的適宜范圍。處理 4 和處理 5 中 pH 值顯著低于處理 1，表明高鐵酸鉀對降低玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)的 pH 值有一定作用，隨著高鐵酸鉀用量的增加，基質(zhì)逐漸由堿變酸，適宜植株生長。但處理 5 中基質(zhì)的 EC 值明顯高于其它處理，高鐵酸鉀引起的基質(zhì) EC 值升高成為其用量的限制因素。
(2)分析聚谷氨酸處理對基質(zhì)理化性質(zhì)的影響，各處理容重、孔隙度均處于植物生長要求的適宜范圍內(nèi)，不再做過多說明。處理 7 和處理 8 的持水空隙度顯著高于處理 1，說明聚谷氨酸明顯地改善了玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)的親水性。處理 7 和處理 8 的 pH 值較處理 1 降低，且差異達(dá)到顯著水平，說明聚谷氨酸在一定程度上也可以降低基質(zhì)的 pH 值。隨著聚谷氨酸用量的增加，基質(zhì) EC 值并無較大改變。 
(3)玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)中五種醛類物質(zhì)含量的檢測結(jié)果表明，5-羥甲基糠醛和糠醛在玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)中含量幾乎為零，不可能是抑制種子萌發(fā)的因素。香草醛、香豆醛和丁香醛雖然在玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)中檢測到的含量高于草炭中含量，但其含量甚微，不足以影響種子萌發(fā)�？梢猿醪秸J(rèn)定基質(zhì)中醛類物質(zhì)不是抑制種子萌發(fā)的主要因素。 
(4)對玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)總酚含量的測定結(jié)果表明，高鐵酸鉀對玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)中酚類物質(zhì)的脫除效果與高鐵酸鉀的用量成正相關(guān)，但由于高鐵酸鉀能增加基質(zhì)的 EC 值，所以試驗(yàn)設(shè)計(jì)高鐵酸鉀的最高水平為每千克玉米秸稈發(fā)酵基質(zhì)用量 2g。 
.........
參考文獻(xiàn)(略)

本文編號：58121