王忠强，孟宪民（东北师范大学泥炭研究所，长春 130024）

基质物理性质是决定基质功能和使用效果的关键指标，基质物理性质包括气容积、有效水容积、无效水容积、结构稳定性和水分润湿性质。要获得理想的基质物理性状，基质制备是必须科学采用特定物料的多种粒径，通过科学组配才能调制出最佳水气条件，创造出结构稳定的孔隙空间，保证基质的润湿性质，从而提高基质的使用效果。

持水性

专业基质的一个重要功能就是要在没有减少氧气供应条件下，为植物根系提供充足水分。基质持水性就是基质对水的吸持能量。基质对水的吸持力越小，对植物的有效性越高，当基质对水分的吸持力小于大地重力时，基质内的水分就会渗出基质，为基质腾出空气空间[1]。

在基质水势0～-1 kPa吸力范围内，基质对水分吸力很弱，这部分水分因为重力大于基质吸力而向下渗出基质。水分自由流出基质后，基质空隙腾出的空间就会被空气迅速填充，所以这部分空间称为空气孔隙。基质空气体积占总体积的百分比，是基质通气性的重要指标，是植物根系氧气主要来源，理想基质的空气孔隙度应该在26% 左右[2]。

基质水势达到-1～-5 kPa时，基质对水分的吸持力增强，水分不能渗出基质，但很容易被植物根系吸收，这部分水分称为有效水。可以将固持在基质孔隙中又能被植物根系吸收的水分占基质总体积的百分比则称为有效水孔隙度。理想的专业基质有效水含量应该为基质体积的33%左右。

在基质水势-5～-10 kPa吸力下，基质对水分吸力更强，这是植物生理可以适应、不会萎蔫的最低水量，因此这部分水量称为缓效水。通常缓效水占基质总体积的4%左右。

如果基质对水的吸力超过-10 kPa，基质水吸力远远超过了植物根系的吸力，即使基质中有大量水分存在，仍然不能被植物根系吸收利用，所以这部分水分被称为无效水。

了解基质中基质吸力与空气容积、有效水容积、缓效水容积和无效水容积的关系，是基质调制技术的基础。要科学调制基质，还必须研究不同分解度、不同颗粒粒径对基质不同孔隙形成的影响，以便合理利用各种基质原料，合理调配不同粒径的不同原料，达到获得理想水气指标的目的。

不同分解度泥炭具有不同的空气体积、有效水体积和缓效水体积。分解度越高，泥炭颗粒越细，空气体积越少，通气性变差，缓效水体积增加的越多。同样分解度的泥炭，弱分解藓类泥炭比强分解泥炭具有更好的物理性状，水分吸持能力强，通气能力大（表1）。

表1 不同分解度泥炭的水气比例

泥炭颗粒粒径不同，对水的吸持能力和通气能力也有较大影响。从表2可见，不同泥炭粒径的基质吸水和通气容量差异明显。泥炭颗粒越大，基质的空气空隙越高，有效水分随之降低，缓效水量变化不大。理想水分、通气比例基质的原料粒径为 10～20 mm。

表2 不同粒径分布白泥炭的持水曲线

根据不同基质持水曲线上的水和气容积，可以看到理想基质的最佳空气容积应占基质总容积的25%左右，有效水容积应占35%左右，缓效水容积应占5%左右，无效水体积应占25%左右。基质原料指标和上述理想基质的技术指标越接近，越适合用于制备该类基质。如果技术指标差距较远，就要通过多种原料配合使用，才能达到上述指标要求。

目前人工调制基质可以分为4种，不同基质具有不同的水分特征和空气含量，适应不同的作物类别（图1）。

Ⅰ类基质：具有高度水分有效性和高通气，其有效水体积大于25%，空气体积大于＞25% 。这种基质特性虽然易于从藓类泥炭调制获得，但也可以通过多种原料调制得到上述优良性状。这种理想基质的优点在于水分管理方便，限制因素少。

Ⅱ类基质：具有较高水分有效性和较弱通气性。由于基质颗粒较细，因此比Ⅰ类基质持水性更强。该类基质的主要缺点是有阻断植物根系氧气供应的潜在风险，强分解泥炭和草本泥炭就是典型例子。

Ⅲ类基质：具有低水分有效性和高通气。此类基质如果单独用，需要频繁的低剂量灌溉。因此，这种基质需要混合Ⅰ类基质和Ⅱ类基质，以便改进其通气性。许多有机、矿物基质原料具有这些特征，如树皮（新鲜的和发酵的）树木纤维、珍珠岩和火山灰。

图1 不同基质的持水曲线

Ⅳ类基质：具有高水分有效性、低水分缓冲性。这类基质的纤维内部含水很少或基本没有，水主要储存在颗粒接触点附近。这些颗粒结构材料包括岩棉、木纤维等。基质对分吸持能量太小，导致水分布不规则，在栽培容器中上部基质中具有极高的气水比，而在栽培容器的底部气水比则极低。因为此类基质水分有效性高，但缓冲容量极低，所以需要持续灌溉供水。

对于颗粒10～20 mm的弱分解藓类泥炭，颗粒0～25 mm的弱分解藓类泥炭和颗粒10～20 mm的弱分解藓类泥炭来说，其水分吸力特征曲线与理想基质水分吸力曲线十分相似，可以直接采用一种或多种上述物料制备专业基质。而0～10 mm的弱分解藓类泥炭、中高分解的藓类泥炭、中高分解的草本泥炭和椰糠粉末来说，由于纤维细碎，孔隙细小，会形成低空气体积、低有效水分、高无效水分的水分特征曲线，一般适合用于制备种苗基质。对于木纤维、0～10 mm新鲜树皮、0～10 mm发酵堆肥、椰块、珍珠岩、粗砂等，往往会形成高空气孔隙、高水分有效性，低缓冲水或无效水的水分特征曲线，通气极好，但也漏水漏肥，只有那些极端喜欢通气性的植物才会使用这种基质栽培。岩棉完全是另一种基质原料，具有高通气性、高水分有效性和低水分缓冲性特点，纤维内部含水很少或基本没有，水主要储存在纤维接触点附近，所以需要持续灌溉供水。综上所述，基质原料选择主要依据其通气性和持水性，除了藓类泥炭之外，很少具有同时拥有持水性和通气性2种优异属性的基质原料，所以要生产优良基质，最好采用藓类泥炭或者使用长纤维的草本泥炭。

基质的润湿性

生产上经常遇到基质水分偏干，使用时无法吸水，影响育苗和栽培工作的进行。导致基质不在吸水的主要原因是基质润湿性质改变。基质原料润湿性是指原料干燥后的再润湿能力，这是基质的重要性能。基质蒸发作用或者根系吸收散发消耗水分后，基质变干，能否重新吸水取决于基质吸收水分效率。基质润湿性可以用水滴浸润时间（WDPT）的定性属性来表述，也可以用水滴在固体表面的接触角来定量表示[2]。

一般来说，水滴在固体材料表面的接触角小于90°时，这种材料就可以称为亲水材料，即水可浸润的，对水有强烈亲和力。当接触角大于90°时，这种材料就可以称为憎水材料，即与水平行，对水几乎没有亲和力。无机矿物材料一般都具有显著的亲水特征[3]，而大多数有机材料除椰糠外大多是憎水的，这些有机材料在过度干燥后，因为改变了表面润湿活性，就具有了憎水特征。高分解藓类泥炭干燥后比弱分解藓类泥炭的憎水性更强。在众多导致基质憎水特征的因素中，基质生产过程中原料干燥和不良灌溉习惯是导致基质憎水的主要原因。

解决基质憎水性的办法有2个：一是基质中添加表面活性物质，降低基质颗粒的润湿角。这样在干燥的基质再润湿时，可以比较快地湿润，保证基质应用的正常进行。第二，是在基质生产过程、运输和储存过程中，保持基质合理的湿度，避免基质过度干燥，就不会造成基质吸水性能地下降[4]。但是，如果保持基质的湿度就会增加基质的重量，提高运输成本，增加用户负担。虽然基质计量以体积为单位，适当提高基质湿度，不会造成产品质量事故发生，但基质生产、储备、运输、销售过程中，基质水分不可避免散失，仍然会直接影响基质的使用效果。作为基质生产者，为了基质使用效果和育苗的安全，就不得不使用润湿剂。为了解决基质憎水矛盾，影响基质吸水效率，目前多数基质企业都采取向基质中添加润湿剂方式予以解决，效果也非常理想。

图3 水滴在基质表面的接触角[3]

物理稳定性

基质不仅要有生产之初的结构稳定性，还要在运输、使用和植物生长过程中维持基质结构稳定不变。在基质结构稳定性方面，基质特别是发酵生物质基质中所含有机物未发酵彻底、基质灌溉的旱涝交替、基质原料抗分解能力的差异，都可能在运输、储藏和使用过程中影响基质结构的稳定性，产生严重的水气平衡失调问题。根据基质结构稳定性，可以将基质原料结构稳定性划分为3种类型：

（1）物理稳定的刚性材料。干湿交替不会导致基质总体积和固相与孔隙空间的变化，如蛭石、珍珠岩和树皮等。

（2）物理不稳定的弹性材料，干时收缩，湿时膨胀，同时产生不可逆的总体积减少和相当大的孔径分布改变，导致通气程度降低，持水程度增加，中高分解的草本泥炭和藓类泥炭就是这种物料的典型代表。

（3）中间材料，具有假弹性行为，在干时体积收缩，但湿润时体积能完全恢复到原状，基质物理性质没有根本改变，弱分解的藓类泥炭就具有如此特征。

表征基质结构稳定性的指标是单位体积基质在单位重力下基质厚度的变化、吸水干燥后基质的收缩率以及一定时间内基质分解度的变化。

要寻找同时具备适宜通气性和保水性的基质原料并不容易。事实上，只有低分解藓类泥炭和一些由多种原料配合起来的基质才能满足植物需要的物理性状。无论从质量上说，还是从原料来源可靠性上来说，目前还没有完全令人满意的泥炭替代材料，所以泥炭仍然是专业基质和无土栽培系统不可缺少的原料。但是，泥炭中可以通过添加一些材料，特别是添加一些改善基质通气性能的材料等方式间接减少泥炭在基质中的使用量。