第一节　固体基质的理化性质

一、固体基质的作用

1.支持和锚定植物

支持和锚定植物是固体基质的基本作用。基质使植物保持直立，并给植物根系提供一个良好的生长环境。

2.保持水分

固体基质都具有一定的保水能力，基质之间的持水能力差异很大。如珍珠岩，它能够吸收相当于本身重量3～4倍的水分；泥炭则可以吸收相当于本身重量10倍以上的水分。基质具有一定的保水性，可以防止供液间歇期和突然断电时，植物不至于吸收不到水分和养分，干枯死亡。

3.透气

固体基质的孔隙存有空气，可以供给植物根系呼吸所需的氧气。固体基质的孔隙也是吸持水分的地方。因此，要求固体基质既具有一定量的大孔隙，又具有一定量的小孔隙，两者比例适当，可以同时满足植物根系对水分和氧气的双重需求，以利根系生长发育。

4.缓冲作用

缓冲作用是指固体基质能够给植物根系的生长提供一个稳定环境的能力，即当根系生长过程中产生的有害物质或外加物质可能会危害到植物正常生长时，固体基质会通过其本身的一些理化性质将这些危害减轻甚至化解。具有物理化学吸收能力的固体基质如草炭、蛭石都有缓冲作用，称为活性基质；而不具有缓冲能力或缓冲能力较弱的基质，如河沙、石砾、岩棉等称为惰性基质。

5.提供营养的作用

泥炭、木屑、树皮等有机基质能为植物苗期或生长期间提供一定的矿质营养。

二、基质的物理性质

基质的好坏首先决定于基质的物理性质。在水培中，基质是否肥沃并不重要，一方面要起到固定植株的作用，另一方面为作物生长创造良好的水气条件。基质栽培则要求基质具有良好的物理性质。反映基质物理性质的主要指标有颗粒大小（粒径）、容重、总孔隙度、气水比等。

1.容重

容重是指单位体积内干燥基质的重量，一般用克/升或克/立方厘米表示。容重与密度不同，密度是单位体积固体基质的质量，不包括基质中的孔隙度，指基质本身的体积。测定容重的方法是：用一已知体积的容器装入待测基质，再将基质倒出后称其重量，以基质的重量除以容器的容积即可。

基质的容重与基质粒径和总孔隙度有关，其大小反映了基质的松紧程度和持水透气能力。容重过大，说明基质过于紧实，不够疏松，虽然持水性较好，但通气性较差；容重过小，说明基质过于疏松，虽然通气性较好，有利于根系延伸生长，但持水性较差，固定植物的效果较差，根系易漂浮。

不同基质的容重差异很大，同一种基质由于压实程度、粒径大小不同，容重也存在差异。基质容重在0.1～0.8克/立方厘米范围内植物栽培效果好。

2.总孔隙度

总孔隙度是指基质中通气孔隙与持水孔隙的总和，以孔隙体积占基质总体积的百分比来表示。总孔隙度反映了基质的孔隙状况，总孔隙度大（如岩棉、蛭石的总孔隙度都在95％以上），说明基质较轻、疏松，容纳空气和水的量大，有利根系生长，但植物易漂浮，锚定植物的效果较差；反之，则基质较重、坚实，水分和空气的容纳量小，不利于根系伸展，需增加供液次数。可见，基质的总孔隙度过大或过小都不利于植物的正常生长发育。生产上常将粒径不同的基质混合使用，以改善基质的物理性能。基质的总孔隙度一般要求在54％～96％范围内即可。总孔隙度计算公式为

总孔隙度=（1-容重/密度）×100％

由于基质的密度测定较为麻烦，可按下列方法进行粗略估测：取一个已知体积（V）的容器，称其重量（W₁），在此容器中加满待测的基质，再称重（W₂），然后将装有基质的容器放在水中浸泡一昼夜，称重（W₃），注意加水浸泡时要让水位高于容器顶部，如果基质较轻，可在容器顶部用一块纱布包扎好，称重时把包扎的纱布去掉。然后通过下式来计算这种基质的总孔隙度。重量单位为克，体积单位为立方厘米。

总孔隙度=［（W₃-W₁）-（W₂-W₁）］/V×100％

3.基质气水比

基质总孔隙度只能反映基质容纳空气和水分的空间总和，难以反映水、气的相对容纳空间。基质气水比（即大小孔隙比）是指在一定时间内，基质中容纳气、水的相对比值，通常以通气孔隙和持水孔隙之比表示。基质中直径在0.1毫米以上的孔隙，其中的水分在重力作用下很快流失，主要容纳空气，称为通气孔隙（大孔隙）；而直径在0.001～0.1毫米的孔隙，主要储存水分，称为持水孔隙（小孔隙）。

大小孔隙比能够反映基质中气、水间的状况，是衡量基质优劣的重要指标，与总孔隙度合在一起可全面反映基质中气和水的状态。如果大小孔隙比大，说明基质空气容量大，而持水量小，储水力弱而通透性强；反之，空气容量小，而持水量大。一般来说，基质的大小孔隙比应保持在1:（1.5～4）为宜。气水比的计算公式为

基质气水比=通气孔隙/持水孔隙（％）

要测定气水比就要先测定基质中通气孔隙和持水孔隙各自所占的比例，其测定方法是：取一已知体积（V）的容器，装入固体基质后按照上述方法测定其总孔隙度后，将容器上口用一已知重量的湿润纱布（W₄）包住，把容器倒置，让容器中的水分流出，放置2h，直至容器中没有水分渗出为止，称其重量（W₅），通过下式计算通气孔隙和持水孔隙所占的比例（单位同总孔隙度测定）。

通气孔隙=［（W₃+W₄-W₅）/V］×100％

持水孔隙=［（W₅-W₄-W₂）/V］×100％

4.粒径（颗粒大小）

粒径是指基质颗粒的直径大小，用毫米表示。基质的颗粒大小一般分为五级：即小于1毫米的为一级；大于1毫米且小于5毫米的为二级；大于5毫米且小于10毫米为三级；大于10毫米且小于20毫米为四级；大于20毫米且小于50毫米为五级。基质的粒径直接影响基质的容重、总孔隙度和气水比。同一种基质粒径越大，容重越小，总孔隙度越大，气水比越大，通气性较好，但持水性较差，栽培时要增加浇水次数；反之，粒径越小，容重越大，总孔隙度越小，气水比越小，持水性较好，通气性较差，容易造成基质内通气不良、水分过多，影响根系呼吸，抑制根系生长。因此，选用基质时，要选择颗粒大小合适的材料。

几种常用基质的物理性状见表3-1。

三、基质的化学性质

基质的化学性质主要有基质的化学组成及其稳定性、酸碱性、阳离子代换量、缓冲能力和电导率等。了解基质的化学性质及其作用，有助于在选择基质和配制、管理营养液的过程中增强针对性，提高栽培管理效果。

1.基质化学组成及其稳定性

基质的化学组成是指其本身所含有的化学物质种类及其含量，包括植物可吸收利用的有机营养和矿质营养以及有毒有害物质。基质的化学稳定性是指基质发生化学变化的难易程度。有些容易发生化学变化的基质，发生变化后产生一些有害物质，既伤害植物根系，又破坏营养液原有的化学平衡，影响根系对各种养分的有效吸收。因此，无土栽培中应选用稳定性较强的材料作为基质。这样可以减少对营养液的干扰，保持营养液的化学平衡，也便于对营养液的日常管理。

基质种类不同，化学组成不同，因而化学稳定性也不同。一般来说，主要由无机物质构成的基质，如河沙、石砾等，化学稳定性较高；而主要由有机物质构成的基质，如木屑、稻壳等，化学稳定性较差。但草炭的性质较为稳定，使用起来也最安全。常见基质的营养元素含量见表3-2。

2.基质的酸碱性

基质本身有一定的酸碱性。基质过酸或过碱，都会影响到营养液的酸碱性，严重时会破坏营养液的化学平衡，阻止植物对养分的吸收。所以，选用基质之前，应对其酸碱性有一个大致的了解，以便采取相应的措施加以调节。检测基质酸碱度的简易方法是：取1份基质，加入其体积5倍的蒸馏水，充分搅拌后手试纸或酸度计测定pH值。

3.基质的阳离子代换量（CEC）

基质的阳离子代换量是指在一定酸碱条件下，基质含有可代换性阳离子的数量。它反映基质代换吸收营养液中阳离子的能力。通常在pH值为7时测定，以每100克基质代换吸收营养液中阳离子的毫摩尔数（me/100克基质）表示。并非所有的基质都有阳离子代换量。部分基质的阳离子代换量见表3-3。

基质具有阳离子代换量会影响营养液的平衡，使人们难以监测和控制营养液的组分；有利的一面是指它能暂时储存营养、减少养分损失和对营养液的酸碱反应有缓冲作用，在供液间歇期也不影响植物根系对养分的吸收。

4.基质的缓冲能力

基质的缓冲能力是指基质在加入酸碱物质后本身所具有的缓和酸碱变化的能力。缓冲能力大小主要由阳离子代换量、基质中的弱酸及其盐类的多少决定的。一般说，阳离子代换量大的，其缓冲能力也大；反之，则缓冲能力小。依基质缓冲能力的大小排序，则有机基质>无机基质>惰性基质>营养液。一般来说，植物性基质如木屑、泥炭、木炭等都具有缓冲能力；而矿物性基质除蛭石外，大多数没有或很少有缓冲能力。

5.电导率

基质的电导率是指基质未加入营养液之前，本身具有的电导率，可用电导率仪测定。它表示基质内部已电离盐类的溶液浓度，反映基质含有的可溶盐分的多少，将直接影响到营养液的平衡。基质中可溶性盐含量不宜超过1000毫克/千克，最好是含量<500毫克/千克。使用基质前应对其电导率进行测定，以便用淡水淋洗或作其他适当处理。

基质的电导率和硝态氮之间存在相关性，故可由电导率值推断基质中氮素含量，判断是否需要施用氮肥。一般在花卉栽培时，当电导率小于0.5毫西门子/厘米（mS/cm）时（相当于自来水的电导率），必须施肥；电导率达1.3～2.75毫西门子/厘米时，一般不再施肥，并且最好淋洗盐分；栽培蔬菜作物时的电导率应大于1毫西门子/厘米。

6.碳氮比

碳氮比是指基质中碳和氮的相对比值。碳氮比高的基质，由于微生物生命活动对氮的争夺，会导致植物缺氮。碳氮比很高的基质，即使采用了良好的栽培技术，也不易使植物正常生长发育。因此，木屑和蔗渣等有机基质，在配制混合基质时，用量不超过20％，或者每立方米加8千克氮肥，堆积2～3个月，然后再使用。另外，大颗粒的有机基质由于其表面积小于其体积，分解速度较慢，而且其有效碳氮比小于细颗粒的有机基质。所以，要尽可能使用粗颗粒的基质，尤其是碳氮比低的基质。一般规定，碳氮比为（200:1）～（500:1）属中等，小于200:1属低，大于500:1属高。通常碳氮比宜中宜低不宜高。碳氮比为30:1左右较适合作物生长。