棕榈/椰糠无土栽培基质理化性质比较及调节

中国农学通报2016,32(12):71-76
Chinese Agricultural Science Bulletin
棕榈/椰糠无土栽培基质理化性质比较及调节
赵健1,2，罗学刚2，汪飞1,3
（1西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳621010；2生物质材料教育部工程研究中心，四川绵阳621010；
3西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳621010）
摘要：为了探索棕榈纤维作为植生袋基质的可行性。

采用土壤理化性质分析研究方法，对棕榈和椰糠的理化性质及矿质元素含量进行了测试和分析，并对棕榈生长障碍因素进行了分析和调节。

棕榈的总孔隙度为74.47%，持水能力达到294.02%，均处于优良无土栽培基质的适用范围；气水比和椰糠相同，稍偏低，可以通过调节基质的粒度配比进行调整；棕榈的pH值为8.46，偏高，可通过等体积加入0.015mol/L 的稀硫酸进行调节；棕榈的电导率偏高，通过淋洗方式可以将棕榈电导率降低到1.08ms/c m，棕榈的保水性和酸碱缓冲性与椰糠相似；棕榈保肥性较弱，但本身肥力要优于椰糠，矿质元素含量和椰糠相似。

棕榈经过适当的调节，可以作为有机栽培基质。

关键词：棕榈；椰糠；栽培基质；理化性质
中图分类号：S317文献标志码：A论文编号：c asb15100065
Comparison and Adjustment of Physio c hemi c al Properties of Soilless
Cultivation Substrates Palm Fibert and Co c onut Tree Branny
Zhao Jian1,2,Luo Xuegang2,Wang Fei1,3
(1S c hool of Materials S c ien c e and Engineering,Southwest University of S c ien c e and Te c hnology,Mianyang Sichuan621010;
2Engineering Resear c h Center of Biomass Materials,Ministry of Edu c ation,Mianyang Sichuan621010;
3S c hool of Life S c ien c e and Engineering,Southwest University of S c ien c e and Te c hnology,Mianyang Sichuan621010) Abstract:The study aims to explore the feasibility of palm fiber as a culture substrate for grow bags.The physicochemical properties and the content of mineral elements of palm fiber and coconut tree branny were determined and analyzed by using soil physical and chemical property analysis method,in addition,the palm fiber substrate was adjusted according to its plant growth barrier factors.The total porosity of palm fiber was 74.47%,and the water holding capacity of palm fiber was294.02%,indicating that both factors were within excellent soilless cultivation substrate scope.Gas-water ratio of palm fiber was the same as that of coconut tree branny,both of them were slightly low,gas-water ratio could be adjusted by adjusting the particle size ratio of the substrates.The pH value of palm fiber was8.46,which was too high for plant growth,however it could be adjusted by adding equal volume of0.015mol/L dilute sulphuric acid.Electronic conductivity value of palm fiber was high,it could be decreased to1.08ms/cm by drip washing,palm fiber and coconut tree branny had similar water retention and acetic-alkali buffering capacity,the nutrient retention property of palm fiber was weaker,but its own fertility was better than that of coconut tree branny,the content of mineral elements of palm fiber was similar as that of coconut tree branny.If palm fiber was properly adjusted,it could be used as an organic cultivation substrate.
基金项目：国家军工核设施退役及放射性废物治理科研重点项目(14zg6103)。

第一作者简介：赵健，男，1989年出生，四川西昌人，硕士，研究方向为生物质材料改性及应用研究。

通信地址：621010四川省绵阳市西南科技大学生物质中心，E-mail：583206814@。

通讯作者：罗学刚，男，1957年出生，四川中江人，教授，博士，主要从事环境污染控制与生物修复研究。

通信地址：621010四川省绵阳市西南科技大学校办公室，E-mail：lxg@。

收稿日期：2015-10-16，修回日期：2015-12-16。

中国农学通报
Key words:palm fibert;coconut tree branny;cultivation substrate;physiochemical properties
0引言
近年来，有机基质栽培由于其原料来源广泛，并且含有丰富的营养元素，操作简单，易于推广等优势，成为了无土栽培中推广面积最大的一种方式[1]。

椰糠纤维具有优良的理化性质，已在全球范围内逐步代替泥炭成为应用最为广泛的栽培基质[2]。

由天然的椰槺粉末及椰壳块按比例混合压缩制成的植生袋，是近年来兴起的一种新型基质栽培形式，能让农作物达到最大的产量和最好的果实质量，便于运输和推广，是未来设施农业的发展趋势。

目前市面上超过90%的植生袋是椰糠经脱盐处理和高温消毒后压缩而成。

椰糠是椰子外壳加工椰纤维过程中产生的副产品[3]。

椰子在中国主要分布在海南、广西、台湾等省区[4]。

根据2014年的统计资料，海南省的椰子种植面积为4.69万hm2，约为全国椰子种植面积的99%[5]。

但是椰糠本身不具有肥力，产地过于集中，来源不够广泛。

从经济角度考虑，以四川绵阳为例，从海南购买椰糠的成本为3200元/t（含运费），对于非椰糠产地的地区，利用椰壳废弃物就大大提高了生产成本，不利于植生袋栽培的推广，就地取材开发新型天然有机基质材料，势在必行。

棕榈是一种优良的弹性材料，具有较好的压缩性和回弹性[6]，适于用作植生袋的基质材料，并且棕榈能够分布在更广泛的区域。

棕榈纤维剥取简单且来源充足，目前中国的棕榈树种植主要分布在四川、云南、贵州等西南片区，而且该树种作为经济林木，其种植面积呈逐年上升的趋势[7]。

从经济角度考虑，以四川绵阳为例，购买棕榈的成本仅为1200元/t（含运费）。

棕榈纤维作为一种天然高分子材料，具有产量大，易收获，较强的天然防腐功能，吸湿性强等优点，目前主要应用于纺织业，复合材料等领域[8]，在无土栽培基质领域并未有涉及。

本研究通过对棕榈与椰糠理化性质的比较分析，找出其生长障碍因素，并采取相应改良措施，为实际生产中使用棕榈作为无土栽培基质提供理论支持，使棕榈基质达到作为植生袋基质材料的要求。

1试验材料和方法
1.1材料及仪器
棕榈纤维（四川成都），椰糠纤维（海南）。

GZX-9140型电热鼓风烘干箱：上海博讯实业有限公司医疗设备厂；ZN-20L型小型粉碎机：北京兴时利和科技发展有限公司；AR2202CN型天平：奥豪斯仪器（上海）有限公司，精度0.01g；80目(0.2mm)标准筛：浙江上虞市华丰五金仪器有限公司；HZQ-F160型振荡培养箱：哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；PHS-3CW实验室pH计：上海理达仪器厂；ECTESTR 11型电导率仪：马来西亚；SXW-5-17型陶瓷纤维炉：中国上海实研电炉有限公司；AA700型原子吸收光谱仪：美国铂金埃尔默公司；Agilent7700x型电感耦合等离子体发射光谱-质谱仪：美国安捷伦；Vario EL CUBE 型元素分析仪：德国元素分析系统公司。

试验在西南科技大学生物质中心实验室，于2014年8月—2015.04月完成。

1.2试验方法
1.2.1基质基本物理性质及持水能力的测定容重的测定采用带刻度烧杯法，容重的测定和孔隙度的测定可以通过同一个实验进行。

具体操作如下：选取已知体积为3L（标出3L线并用小刀凿以小缝隙）的塑料烧杯，称净重(W1)；把自然风干过筛的待测基质装填入塑料烧杯至3L线，称重(W2)；然后将装有基质的塑料烧杯用2层湿纱布封口，并将所凿缝隙用防水胶布封住，浸泡在水中24h后（水位线始终要没过容器顶部至少2c m），从水中取出，除去封口胶布，让3L线以上水分自由溢出，即为饱和水状态下称重(W3)，并将封口用的湿纱布称重(W4)；最后用湿纱布包住塑料烧杯后倒置，让烧杯内的水分（重力水）自由沥干，称重(W5)[9]。

各物理指标按以下公式进行计算：
容重BD=(W2-W1)/3000 (1)
持水能力θ
f
=
W
5
-W
1
-W
4
W
2
-W
1
×100% (2)
总孔隙度TP=(W3-W2)/3000 (3)
通气孔隙AFP=
W
3
+W
4
-W
5
3000
×100% (4)
持水孔隙HWP=TP-AFP (5)
气水比=AFP
HWP
(6)
1.2.2pH值、电导率的测定及调节将自然风干过筛的基质与去离子水按体积比1:5进行混合，其中基质150mL，去离子水750mL，充分搅拌30min，用保鲜膜封口后静置10h，过滤，用pH计和电导率仪分别进行测定[9]。

用稀硫酸溶液调节棕榈pH值时，用不同浓度的稀硫酸溶液分别与棕榈按照体积比1:1混合，晾干，测定每次浇水处理后pH值的变化。

调节棕榈电导率时，将棕榈用蒸馏水进行淋洗12h后，测定淋洗过后的
··72
赵健等：棕榈/椰糠无土栽培基质理化性质比较及调节
电导率[11]。

1.2.3保水性测试利用高温法测保水性，称取自然风
干过筛的基质100(±0.01)g，放入烧杯中，烧杯口采用2
层纱布封口，放入蒸馏水中浸泡24h（水位线始终要没
过容器顶部至少2c m），取出烧杯倒置8h，使重力水自
由沥干，将沥干后的吸水基质均匀铺置于直径为
15c m的托盘（重量为W0）中，称重（记为W1）[9]，放入
80(±2)℃的恒温烘箱内，并每隔1h取出称重（记为W i）[12]，
连续称重12h。

保水率=W
i
-W
-100
W
1
-W
-100
×100% (7)
1.2.4缓冲能力的测定及缓冲容量的计算称取自然风干过筛的基质10g，共25份，置于250mL锥形瓶中，分别加入100mL去离子水，基质/水比为1:10（W/W）向锥形瓶中分别加入0.1mol/L的HCl溶液（或0.1mol/L的NaCl溶液）0、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12mL，放入振荡培养箱中振荡30min，静置12h，过滤。

用pH计测定并记录浸提液的pH值[13]。

根据所测数据，用Ex c el画出基质pH与酸（碱）加入量的二次回归曲线：
Y=a X2+b X+c (8)
设基质pH变化△Y单位需加酸（碱）的量为△X，则有：
Y+△Y=a(X+△X)+b(X+△X)+c
=(a X2+b X+c)+a△X2+2a X△X+b△X
=Y+a△X2+2a X△X+b△X
则有：
△Y=a△X2+2a X△X+b△X (9)
由(8)可得：
X=
(10)
则有；
ΔX
(11)
△X即为基质酸（碱）缓冲容量。

在研究过程中，Y 为各基质原始pH值，△Y=1。

1.2.5全N、P、K、有效磷、速效钾、有机质碳氮比及CEC的测定N采用凯氏定氮法测定；P用HClO4-H2SO4消化钼蓝比色法测定；K离子采用火焰光度计法测定[14-15]。

称取质量为5.0g的基质，放入坩埚中，再将坩埚置于马弗炉中，于550℃下，充分燃烧4h[16]。

碳氮比通过元素分析仪进行测定。

阳离子交换量(CEC)采用乙酰铵交换法测定[14-15]。

1.2.6Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn等元素的含量测定Ca、Mg、Fe、Zn的元素含量通过原子吸收光谱仪进行测定，Cu、Mn的元素含量通过电感耦合等离子体发射光谱-质谱仪进行测定。

所有试验均重复3次。

2结果与分析
2.1基质的基本物理性质及持水能力的比较与分析
表1为椰糠、棕榈的容重、比重、总孔隙度、持水能力和气水比。

理想基质的容重在0.1~0.8g/c m3容重范围内[17]，由表1看出，棕榈纤维的容重和椰糠纤维的容重较接近，两种基质材料的比重也较接近，既有利于之植物根系呼吸和透水，也有利于植物根系的固定[18]。

理想基质的总孔隙度在55%~95%[19]，椰糠基质的总孔隙度达到了93.94%，棕榈的总孔隙度也达到了74.47%，都处于无土栽培基质的适用范围内。

理想基质的持水能力在150%以上，椰糠和棕榈的持水能力都远超过150%，均属于优秀范围。

理想基质的气水比在1:2~1:4[20]，棕榈和椰糠的气水比相同，但数值稍偏低，在实际应用过程中应注意使用块状基质和粉末基质混合以增加通气孔隙。

2.2基质pH值、电导率的分析
栽培基质的适宜pH值范围在5.5~6.5[21]之间，表2椰糠、棕榈的pH值、电导率，从表2中可以看出，椰糠基质的pH值为5.56，处于栽培基质的适宜pH值范围内，而棕榈的pH值偏高为8.46，因此需要对其进行调节。

表3所示为经过不同浓度的稀H2SO4处理后棕榈pH值及浇水后的变化。

从表3中可以看出，将不同浓度的稀硫酸加入后，基质的pH值均有不同程度的降低，在经过浇水之后，pH值均快速回升。

棕榈基质中按体积比1:1加入0.015mol/L的稀硫酸对棕榈处理过后，可以将棕榈基质的pH值调节到5.59，经历6次浇水处理，基质的pH值从5.59上升到6.33，但仍在适用
材料椰糠棕榈
容重/(g/cm3)
0.32
0.33
比重
1.39
1.34
总孔隙度/%
93.94
74.47
持水能力/%
371.02
294.02
气水比/%
0.21
0.23
表1椰糠、棕榈的容重、比重、总孔隙度、持水能力和气水比
·
·73
中国农学通报
范围内，因此采用0.015mol/L的稀硫酸对棕榈进行处理最合适。

一般认为理想基质的电导率在0.75~3.49ms/c m[22]之间。

基质的电导率过低，会导致作物吸收矿质元素能力不足，难以正常生长；电导率过高，可能造成盐害，使根系失水，出现烧根，作物同样无法正常生长。

从表2中可以看出棕榈的电导率过高，但经过蒸馏水淋洗12h处理后，基质电导率降低到1.08ms/c m，达到了理想基质的适用范围内。

2.3保水性能分析
图1为棕榈、椰糠基质的保水性。

从图1中可以看出，棕榈基质的水分特征曲线与椰糠基质相似，棕榈基质的保水性稍弱于椰糠基质，80℃的情况下，吸水后的棕榈基质在5h后的保水率高达56%；8h后棕榈基质
实验因素
椰糠
棕榈淋洗棕榈pH值
5.56
8.46
8.39
电导率/(ms/cm)
2.46
3.66
1.08
处理(H2SO4)加酸后第1次浇水第2次浇水第3次浇水第4次浇水第5次浇水第6次浇水0.005mol/L
6.79
6.86
6.91
7.01
7.14
7.19
7.36
0.01mol/L
6.23
6.34
6.47
6.61
6.78
6.95
7.16
0.015mol/L
5.59
5.71
5.83
5.92
6.05
6.19
6.33
0.02mol/L
5.29
5.40
5.53
5.67
5.84
5.96
6.14
表2椰糠、棕榈的pH值、电导率
表3不同浓度的稀H2SO4处理下棕榈pH
值及浇水后的变化
的保水率仍达到了9%；经过10h后，棕榈基质中的保
留水量才挥发完，表明尽管棕榈基质的保水性能弱于
椰糠，但作为基质使用时棕榈仍具有优良的保水性
能。

这可能与棕榈基质总孔隙度小，气水比低有关。

此外棕榈纤维化学组分主要是纤维素和木质素，纤维
素大分子存在-OH，木质素中存在一定量的-COOH，这
些较强的亲水基团[23]也可能在一定程度上对棕榈保水
能力产生积极的促进作用。

2.4缓冲能力的比较
图2为棕榈、椰糠基质的碱缓冲性，表4为椰糠、棕
榈基质的碱缓冲容量。

图2表明，随着NaOH的施入，图1棕榈、
椰糠基质的保水性
图2棕榈、椰糠基质的碱缓冲性·
·74
赵健等：棕榈/椰糠无土栽培基质理化性质比较及调节
棕榈基质和椰糠基质的pH 上升都比较缓慢。

从表4可看出，棕榈基质的碱缓冲容量为0.0546mol/kg ，而椰糠基质的碱缓冲容量为0.0813mol/kg ，2种基质的碱
缓冲容量相差不大，表明与椰糠相比，碱性条件下棕榈对较为剧烈的pH 环境变化具有一定的适应性。

实验因素椰糠棕榈
全N/%3.145.20
全P/%0.300.66
全K/%10.1217.93
有效磷/%116.67246.67
速效钾/%4333.337500.00
有机质/%94.8396.41
C/N 142.4868.05
CEC/(cmol/kg)
63.6025.50
实验因素椰糠棕榈
Ca/(mg/kg)619.14832.11
Fe/(mg/kg)2882.67936.65
Mg/(mg/kg)1575.051147.58
Zn/(mg/kg)22.6929.15
Mn/(µg/kg)81.9340.83
Cu/(µg/kg)10.8913.25
基质椰糠棕榈
基质pH 5.668.56
碱缓冲性线性回归方程
y =-22.4x 2+14.23x +5.626y =-54.98x 2+21.57x +8.512
相关系数(R 2)
0.9650.991
缓冲容量/(mol/kg)
0.08130.0546
基质椰糠棕榈
基质pH 5.618.36
酸缓冲性线性回归方程
y =22.58x 2-11.75x +5.566y =49.83x 2-22.45x +8.445
相关系数(R 2)
0.9600.994
缓冲容量/(mol/kg)
0.07360.0414
表4椰糠、
棕榈基质的碱缓冲容量
2.5全N 、P 、K 、有效磷、速效钾、有机质碳氮比和阳离子交换量的比较
表6为椰糠、棕榈的部分化学性质。

由表6可以看
出，棕榈的全磷、全氮、全钾、有效磷、速效钾含量均高于椰糠1.6~2.2倍，棕榈不仅是所含氮、磷、钾总含量高于椰糠，并且可被植物直接迅速利用的磷和钾也高于椰糠[23]。

理想基质的有机质含量在80%以上，从表6中可得出，椰糠的有机质含量和棕榈的有机质含量都在90%以上，并且棕榈的有机质含量稍高于椰糠，2种基质材料灰分含量都处于较低范围。

通常基质的C/N 比在25:1~30:1或30:1~35:1[24]较为合适。

从表6中可以看出，2种基质的碳氮比相差较大，但均处于较高范围，棕榈的碳氮比则远低于椰糠。

基质C/N 比高时，大多数氮将被土壤微生物所吸收，不利于微生物的发酵分解，所以在后期的栽培试验中，应补充含氮较多的肥
料以调节基质的C/N 比。

因此，从基质本身所含肥力层面上来说，棕榈基质优于椰糠基质。

棕榈的阳离子交换量为25.50c mol/kg ，虽然低于椰糠的阳离子交换量，但作为无土栽培基质，棕榈的阳离子交换量也处于
图3棕榈、椰糠基质的酸缓冲性
表5椰糠、棕榈基质的酸缓冲容量
表6椰糠、棕榈的部分化学性质
优良范围，这使得棕榈基质具有优良的保肥性。

2.6基质部分矿质元素含量的比较
从表7当中可以看出，棕榈基质中钙元素含量为
832.11mg/kg ，锌元素含量为29.15mg/kg ，铜元素含量为13.25µg/kg ，均高于椰糠基质中元素含量。

椰糠基质中的铁含量为2882.67mg/kg ，镁元素含量为
表7椰糠、棕榈部分矿质元素含量
·
·75
中国农学通报 1575.05mg/kg，锰元素含量为81.93µg/kg，均高于棕
榈基质，总体比较，椰糠基质的矿质营养比棕榈基质稍丰富，但差别不大。

3结论
与椰糠相比，棕榈产量丰富，产地分布广泛，价格便宜，便于就地取材利用，能够较大程度地降低生产成本，有利于促进无土栽培技术的发展，同时棕榈的理化性质较优良，棕榈基质的容重、比重、孔隙度、水分特性等性质都符合无土栽培基质的使用要求，棕榈基质通过等体积加入0.015mol/L的稀硫酸进行调节后，棕榈的pH值达到无土栽培基质的要求，同时经过6次浇水处理后，棕榈基质的pH值仍未超出无土栽培基质的适用范围，棕榈的电导率经过12h淋洗处理后，棕榈的电导率降低到了1.08ms/c m，属于无土栽培基质的适用范围内。

笔者通过分析和比较棕榈的理化性质并调节棕榈基质的生长障碍因素，探索了棕榈作为植生袋基质材料的可行性，为开发新型天然有机基质提供了一定的理论基础。

本试验只研究了棕榈作为植生袋基质材料的理论性，后续仍需对棕榈作为植生袋基质材料的实用性进行进一步的研究。

4讨论
目前研究比较广泛的有机栽培基质主要集中在秸秆、椰糠、树皮、锯末、牛粪等工农废弃物以及生活垃圾上，但是有机基质的理化性质差异较大，成本较高，因此选择一种资源丰富，性质优良，成本较低的基质显得尤为重要。

棕榈纤维产量丰富，在西南片区分布广泛，价格低廉，此前的研究中未曾有使用棕榈作为无土栽培基质的报道，经过本研究发现，棕榈纤维在经过适当处理之后，可以作为无土栽培的基质使用。

从本研究的分析中表明，从棕榈纤维的基本理化性质看来，其孔隙度、容重、缓冲能力和矿质元素含量等指标较适宜，其pH值及EC值经过适当调节之后也适用于无土栽培，保水性稍弱于椰糠，使用过程中可添加保水剂进行改善，此外棕榈纤维的养分含量显著高于椰糠基质，使用棕榈纤维作为无土栽培基质可以减少栽培过程中的施肥量。

利用棕榈，椰糠混合基质作为植生袋的基质材料来改善单一基质的不足，同时节约生产成本将是今后研究的一个重要方向。

棕榈作为一种广泛使用的耐腐材料，其重复使用性将是植生袋基质的一个无可比拟的优势，其重复使用性有待深入研究。

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