栽培基質(zhì)EC和pH測定值的影響因素分析

夏國棟，羅石磊，頡建民，郁繼華

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

電導(dǎo)率(electrical conductivity，EC)指溶液導(dǎo)電的能力，也稱為土壤電導(dǎo)率，是測定土壤水溶性鹽的指標(biāo)，其單位通常用mS/cm和μS/cm表示.EC過高或過低都會阻礙作物的生長，不同植物根據(jù)需肥特性與生長階段的不同，適宜的EC值不同.一般情況下，在同一區(qū)域EC值越高，鹽分就越高[1].灌溉水中有很多可溶性鹽，高濃度的可溶性鹽類會使植物受到損傷或造成植株根系的死亡.EC值過高，可能會形成反滲透壓，將根系中的水分置換出來，使根尖變褐或者干枯[2].基質(zhì)濕度的波動會使可溶性鹽含量過高的問題進(jìn)一步惡化，造成植株根系損傷嚴(yán)重，無法吸收水分和營養(yǎng)，導(dǎo)致植株出現(xiàn)萎蔫、黃化、組織壞死或植株矮小等癥狀[3].EC值過高也會增大由綿腐病菌引起的根腐病的發(fā)生機(jī)率[4].pH是衡量酸堿強(qiáng)弱的指標(biāo)，主要由氫離子和氫氧根離子在溶液中的濃度決定.土壤pH值在6.5以下為酸性土壤，6.5～7.5之間的為中性土壤，7.5以上為堿性土壤.固體基質(zhì)栽培是一種常見的無土栽培方式，栽培管理簡單，容易操作.基質(zhì)中的水分、養(yǎng)分、氧氣、溫度、EC和pH等對作物的生長至關(guān)重要.基質(zhì)EC和pH的大小能反應(yīng)基質(zhì)中的鹽離子濃度和酸堿度的高低.設(shè)施蔬菜栽培的環(huán)境相對密閉，其可溶性鹽含量和酸堿度受灌溉影響較大，容易引起基質(zhì)表層鹽分積累和酸堿度的升高.目前，EC和pH值的測定方法有很多，但沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是基質(zhì)的EC和pH值的測定，大都借鑒土壤測定的方法，無統(tǒng)一的測定標(biāo)準(zhǔn).

本研究選用石英砂和含有機(jī)物較多的草炭、腐殖酸煤、椰糠、草炭為試材，通過測定不同干燥處理、不同浸提比、不同粒徑、不同震蕩時間和不同水質(zhì)下的EC和pH，研究影響基質(zhì)EC和pH的因素為測定栽培基質(zhì)EC和pH值提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

試驗(yàn)選取石英砂、草炭、腐殖酸煤、椰糠和發(fā)酵牛糞等5種基質(zhì)，參照高峰等[5]黃瓜育苗基質(zhì)配比，按體積比復(fù)配配方D，并以無機(jī)物石英砂做配方A，含有機(jī)物較多的草炭和腐殖酸煤做配方B和配方C，詳情見表1.

表1 不同基質(zhì)配方

pH測定采用HI8314型pH計；EC測定采用DDS-307A型電導(dǎo)率儀(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司).

1.2 不同干燥處理下栽培基質(zhì)EC和pH的測定

設(shè)鮮樣(不作任何處理樣)、風(fēng)干樣(于陰涼通風(fēng)處風(fēng)干至恒質(zhì)量)、烘干樣(于110 ℃烘箱內(nèi)烘干至恒質(zhì)量)3`種處理.將3種方法處理的樣品各稱取10 g，按照m基質(zhì)∶m超純水=1∶5的比例，加入50 mL超純水，在搖床上振蕩30 min，過濾后得到浸提液，每個處理重復(fù)9次，測定EC和pH值.

1.3 不同質(zhì)量比浸提下栽培基質(zhì)EC和pH的測定

稱取風(fēng)干樣10 g，按照m基質(zhì)∶m超純水=1∶5和1∶10兩種不同比例混合，在搖床上振蕩30 min，過濾后得到浸提液，每處理重復(fù)9次，測定EC和pH值.

1.4 不同粒徑大小下栽培基質(zhì)EC和pH的測定值

本試驗(yàn)參照高峰等[5]的方法(m基質(zhì)∶m超純水=1∶5浸提法).將風(fēng)干樣分別用0.5、1和2 mm的篩子過篩，篩出粒徑≤0.5 mm、0.5～1 mm和1～2 mm的栽培基質(zhì)，稱取上述3種不同粒徑大小的基質(zhì)各10 g，按照m基質(zhì)∶m超純水=1∶5配制浸提液60 mL，在搖床上振蕩30 min后，過濾得到濾液，每處理重復(fù)9次，測定其EC和pH值.

1.5 不同振蕩時間下栽培基質(zhì)EC和pH的測定值

稱取風(fēng)干樣10 g，按照m基質(zhì)∶m超純水=1∶5配制浸提液60 mL，分別在搖床上振蕩10、20、30 min，過濾后得到澄清液，每個處理重復(fù)9次，最后測定其EC和pH值.

1.6 不同水質(zhì)浸提下栽培基質(zhì)EC和pH的測定

稱取風(fēng)干樣10 g，按照m基質(zhì)∶m超純水=1∶5分別加入自來水和超純水，配制浸提液60 mL，在搖床上振蕩30 min，過濾后得到澄清液，每個處理重復(fù)9次，測定EC和pH值.

1.7 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010處理，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，用Duncan法進(jìn)行顯著性分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥處理對栽培基質(zhì)EC和pH測定值的影響

由表2可知，除配方A栽培基質(zhì)的烘干樣、風(fēng)干樣和鮮樣所測EC值之間無差異外，其余3種配比栽培基質(zhì)的風(fēng)干樣品和鮮樣品的EC值之間均差異顯著，配方B、C、D所測風(fēng)干樣品的EC值均大于鮮樣的EC值，分別比鮮樣的EC值高27.67%、16.00%、14.31%；烘干樣品和風(fēng)干樣品的EC值均差異顯著，配方B、C、D所測烘干樣品的EC值均大于風(fēng)干樣品的EC值，分別比風(fēng)干樣品的EC值高16.93%、17.46%和5.43%.配方A 3種樣品所測pH值無差異，配方B、C、D烘干樣和鮮樣所測pH值差異顯著.

表2 不同干燥處理對栽培基質(zhì)EC和pH測定值的影響

2.2 不同質(zhì)量比浸提對栽培基質(zhì)EC和pH測定值的影響

由表3可知，各配方按照浸提液質(zhì)量比1∶5和1∶10所測EC值差異顯著，質(zhì)量比為1∶5所測得EC值顯著高于1∶10，分別高出90.00%、36.44%、44.44%和23.13%.各配方按不同質(zhì)量比浸提所測pH值之間無差異.

表3 不同質(zhì)量比浸提對栽培基質(zhì)EC和pH測定值的影響

2.3 不同粒徑大小對栽培基質(zhì)EC和pH測定值的影響

由表4可知，由于配方B腐殖酸煤為粉末狀，無法過篩.配方A在不同粒徑下所測EC值無差異，配方C和配方D均在粒徑≤ 0.5 mm時所測得EC值最大，在粒徑1～2 mm測得EC值最小.配方A和配方D所測pH值不同粒徑間差異不顯著，配方C在粒徑 0.5～1 mm和1～2 mm間無差異，與粒徑≤ 0.5 mm差異顯著.

表4 不同粒徑大小對栽培基質(zhì)EC和pH測定值的影響

2.4 不同振蕩時間對栽培基質(zhì)EC和pH測定值的影響

由表5可知，配方A在振蕩10、20、30 min所測的EC值無差異.配方B和配方C在振蕩10 min和振蕩30 min所測EC值差異顯著；配方D在振蕩不同時間所測EC值差異顯著.

表5 不同振蕩時間對栽培基質(zhì)EC和 pH測定值的影響

配方A和B在振蕩10、20、30 min所測的pH值無差異.配方C在振蕩10 min和20 min所測pH值差異不顯著，振蕩20 min和振蕩30 min所測pH值差異不顯著，但振蕩10 min和振蕩30 min所測pH值差異顯著.配方D在振蕩10 min和20 min所測pH值無差異，但振蕩10 min和振蕩30 min所測pH值差異顯著.

2.5 不同水質(zhì)浸提液對栽培基質(zhì)EC和pH測定值的影響

試驗(yàn)所用自來水的EC值為413 μS/cm，pH值為7.83；超純水的EC值為0.28 μS/cm，pH值為7.08.分別按照m基質(zhì)∶m自來水=1∶5和m基質(zhì)∶m超純水=1∶5加入自來水和超純水，在搖床上振蕩，過濾得到濾液，測定其EC和pH值，結(jié)果見6.所有配方使用自來水所測EC值均顯著高于超純水所測EC值，分別高80.77%、30.07%、37.36%和11.88%.所有配方使用自來水所測pH值顯著高于超純水所測EC值，分別高9.35%、8.49%、13.45%和4.37%.

3 討論

3.1 不同前處理方式的影響

孟盈等[6]認(rèn)為烘干樣可能會導(dǎo)致其吸濕水和膜狀水全部散失，改變某些離子的價態(tài)；汪飛等[7]認(rèn)為樣品中的有機(jī)質(zhì)，尤其是腐殖酸，在烘干過程中會不斷分解，使得測得含水量比實(shí)際含水量大，土樣中有機(jī)質(zhì)含量越多，其誤差會越大.

表6 不同浸提水水質(zhì)對EC和pH測定值的影響

本試驗(yàn)中不同前處理方法對測定EC值差異顯著，Pierre等[8]和Kissel等[9]的研究結(jié)果表明可能是由于浸出液鹽離子含量較未浸出土壤溶液多、樣品含水量對EC值的影響導(dǎo)致.本試驗(yàn)中烘干樣品所測EC值均大于風(fēng)干樣，可能是由于烘干過程中有機(jī)質(zhì)，尤其是腐殖酸的分解釋放其結(jié)合的金屬鹽離子導(dǎo)致[6].雖然鮮樣較風(fēng)干樣的實(shí)際稱取質(zhì)量較小，但由于土壤水懸浮效應(yīng)的影響，各處理間pH值并無顯著差異，這與Rueter等[10]的研究結(jié)果一致.

3.2 不同樣品質(zhì)量比的影響

本試驗(yàn)中，按照m基質(zhì)∶m超純水=1∶5和m基質(zhì)∶m超純水=1∶10分別測EC值，測得m基質(zhì)∶m超純水=1∶10EC值均小于m基質(zhì)∶m超純水=1∶5測定值，而不同比例所測pH值.沒有顯著差異，這與Davis等[11]研究結(jié)果不同.Keaton[11]和Thomas等[11]認(rèn)為這可能是由于隨著土壤/溶液比率增加，H+從土壤表面解離減少和Al水解減少共同作用的結(jié)果.

3.3 樣品粒徑大小的影響

本試驗(yàn)中，無論石英砂的粒徑多大，對EC值和pH值沒有任何影響，這可能是由于石英砂本身是一種堅硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，不溶于水，也不含可溶性礦物質(zhì)；而其他配方粒徑小的處理所測EC值和pH值均高于粒徑大的處理，與陳菲[14]等所得結(jié)果一致.Puri[15]和Hester等[16]認(rèn)為較小的粒徑有利于可溶性鹽的溶解進(jìn)而增加pH值，使用1～2 mm粒徑較好.

3.4 不同振蕩時間的影響

由于石英砂不溶于水，不含可溶性礦物質(zhì)，因此振蕩時間的不同對其EC值和pH值沒有影響；而其他配方由于其含有可溶性鹽，振蕩30 min的EC值和pH值顯著高于振蕩10 min的數(shù)值.因此，30 min的振蕩時間更接近實(shí)際EC值和pH值.高峰等[5]在篩選黃瓜栽培基質(zhì)配方時同樣選擇振蕩時間為30 min，與Puri等人[15]的研究結(jié)果一致.

3.5 鹽離子效應(yīng)的影響

李慧敏等[19]認(rèn)為由于自來水中含有微量氯化鈉、次氯化鈉和鈣離子、鎂離子、鉀離子及一些硫酸鹽等微量的礦物質(zhì)，使用自來水來制備待測液，會給溶液中帶來額外的鹽離子，影響EC值和pH值的測定，而使用超純水不會給溶液中帶來額外的鹽離子，能更加真實(shí)地反應(yīng)基質(zhì)的EC值和pH值.但Rayment等[18]認(rèn)為由于pH計以溶液中H+濃度給出數(shù)值，所以在pH較高的樣品中使用帶有鹽離子的溶液而非超純水進(jìn)行測定能更加準(zhǔn)確地反映其真實(shí)的pH值.中性和酸性基質(zhì)自身H+較多，相較于帶入雜質(zhì)的自來水，超純水的測定結(jié)果更為準(zhǔn)確，但在堿性基質(zhì)使用超純水和自來水測定的pH值較接近，這可能是由于鹽效應(yīng)[19-21]導(dǎo)致堿性環(huán)境中樣品自身H+和Al3+釋放，而超純水由于缺少鹽離子的效應(yīng)導(dǎo)致H+釋放受抑不能準(zhǔn)確地反映真實(shí)pH值.本試驗(yàn)中，由于自來水中的鹽離子多于超純水，導(dǎo)致所測EC和pH值差異顯著.

4 結(jié)論

在測定基質(zhì)EC和pH值時，應(yīng)先將待測基質(zhì)風(fēng)干后，使用篩子篩出粒徑為1～2 mm的基質(zhì)，按照m基質(zhì)∶m超純水=1∶5的比例配制浸提液60 mL，在搖床上振蕩30 min，過濾得到濾液，再測定其EC和pH值.