基质产品的基本性质
摘要
植物生长需要良好的根，所以根环境也和地上部环境一样重要。温室作物生长在深度浅、体积小的环境，所以基质的选择至关重要。基质的功能是植物的支撑、有效水分、养分库及气*换(O2及CO2)。没有一种基质可以适用于每一种作物。理想基质的特性：每批次皆稳定、容易取得、便宜、高CEC、多孔性、足够有效水、可再湿、质轻、无草籽、低盐度、无害物、高腐植化。重要的物理性有体积、容重、质地、构造等，重要的化学性有酸碱值(pH)、阳离子交换容量(CEC)、导电度(EC)及养分浓度。重要的生物性有病原菌、抗病性、固氮性。基质虽然常强调需没有病原菌，甚至常强调泥炭、珍珠石、蛭石、发泡炼石、岩棉等不含病原菌及几乎无菌，然而，种植作物依养分管理方法不同，有些养分施到基质中还是需要经过基质中微生物的转化，且微生物过于单纯的环境一旦有病原菌入侵，则抵抗性不足，因此必须考虑整个管理系统。
前言
最早调配的植物生长基质为1930年英国Jon Innes Horticultural Institute所建立，其含有壤土、藓类泥炭、砂及肥料。1950年，美国加州大学首先调配没有土壤的栽培基质，其含细砂、藓类泥炭及肥料。1960年，美国康乃尔大学调配的基质采用藓类泥炭、蛭石及珍珠石。森林育苗用50%藓类泥炭及50%蛭石。早期开采的蛭石含有石绵等物质，有害人体肺部的健康，现在的蛭石主要由云母高温制成。珍珠石粉尘也会对眼睛及肺部产生影响，所以许多栽培者喜欢采用其他替代产品，有些人认为泥炭、藓类泥炭及水苔植物不是永续材料，欧洲鼓励用堆肥化有机材料做替代品。
由于人民对食品安全的要求越来越高，人工基质栽培的趋势越来越明显。栽培基质的功能是植物的支撑、有效水分、养分库、气*换。植物种类不同则需要基质条件差异也很大，例如有些植物需要酸性基质，有些植物需要中微酸性基质，而有些植物需要有较高通气性的基质等。另外，养分管理也需要注意，植物主要是吸收矿物质养分，有些型态养分需要经微生物转化才能为植物吸收，例如氮肥，一般植物主要是吸收硝酸态氮，如果施用铵态或尿素态氮，都需要经由亚硝化菌及硝化菌的作用才能转为硝酸态氮。添加有机质肥料或添加堆肥的基质，其矿化作用及矿化后的转化要靠微生物进行。许多无土壤基质，微生物群组少不仅会造成养分转化也会使磷肥流失。一般强调无土壤基质加上高温灭菌后，其所用肥料则需要用无需微生物转化马上可被吸收的矿物型态养分，所以没有一个单一基质可以适用所有作物。
基质产品质量标准
澳洲政府所订AS3743-2003盆栽栽培基质有Regular及Premium2种规格，见表1。
Premium规格的基质种植植物1个月内不用施肥，Regular规格的基质种植植物需施肥。AS3743-2003鼓励添加堆肥，因为泥炭价格越来越贵，添加堆肥对保水保肥力都有贡献，且可以矿化释出养分，也可以帮助抑制病原菌生长。
西班牙规定适合盆栽种植的基质性质：粒径0.2~2.0mm、容重＜0.4g/cm3、真比重1.4~2.0g/cm3、总孔隙＞85%(V)、空气体积20%~30%、pF1水势能含水量55%~70%(V)、总保水量600~1000mL/L、缩收＜30%(V)、pH=5.3~6.5、EC≤0.5mS/cm、总有机质＞80%。
Landis和Morgan整理的美国理想基质，其基质特性：pH=5.5~6.5、EC<1.0mS/cm、NH4-N<10mg/L、NO3-N为100~200mg/L、P为6~9mg/L、Na≤50mg/L、总孔隙率>50%、通气孔隙率15%~30%、保水孔隙率25%~35%。
DuPont分析基质饱和抽出液的pH=5.5~6.5、EC=1.5~3.0mS/cm、NO3-N为75~150mg/L、P为5~20mg/L、K为150~300mg/L、Ca为100~200mg/L、Mg为50~100mg/L、Na<160mg/L。使用前采用水芹、燕麦、豆子、莴苣或快速生长的植物种子测试其发芽率。
德国规定了2种堆肥标准，第1型堆肥可以加入生长基质达40%，第2型堆肥矿物成分上限为第1型的2倍，所以允许用量上限为20%。第1型盐度≤2.5g/L、N<300mg/L、P2O5<1200mg/L、K2O<2000mg/L、Cl<500mg/L、Na<250mg/L、CaCO3<10%/DM、植物反应无氮固定及植物毒害物质、堆肥程度最高、有机质>15%/DM、无种子及可生长的植物或沙门氏菌。
简提出：容积比重0.30~0.75gm/cm3(干重比)，保水力20%~60%，总孔隙度排水后之孔隙占体积之5%~30%，pH为5.5~6.5(土壤混合栽培基质pH应为6.2~6.8)，一般无土基质pH为5.4~6.0，EC为0.2~1.1mS/cm，阳离子交换容量20~40cmol/kg(干重比)。
以上数据显示，各国所订标准或准则其条件有差异，以下按照基质该有的功能讨论基质所需注意的特性参数。
基质调制所需注意的特性
基质中的物理、化学、生物性质是相互影响，尤其物理性质中的孔隙度受到基质材料的密度、颗粒大小及排列影响。基质的孔隙是基质中气相及液相共存的位置且相互消长，是决定基质通气性及保水性的重要基础。通气的好坏影响微生物种类及养分的转化。通气性的程度也会影响基质中的CO2浓度和基质pH，进而影响矿物养分的溶解度及吸附性，同时也影响微生物的族群。
重要的物理性
◆比重
比重分有容重及真比重，容重是基质单位体基所含材料的干物重（g/cm3），真比重是基质中材料真正的固体体积含材料的干物重（g/cm3）。真比重砂2.65g/cm3、一般壤土1.29g/cm3、活的水苔植物0.010g/cm3、未分解纯水苔植物0.040~0.052g/cm3、中度分解含木质材料的藓类泥炭0.153g/cm3、木质泥炭0.137g/cm3、分解程度高的木质泥炭0.172g/cm3、草质轻分解泥炭0.069g/cm3、草质中度分解泥炭0.156g/cm3、深度分解的泥炭0.261g/cm3。单纯材料的基质往往可以用容重及真比重算出孔隙率，人工调配基质所有材料可能为多种材料调配，所以其孔隙率要特别测定。
◆充气孔隙率、有效含水量
基质材料不同，对水分吸附特性差异大，尤其和一般矿质土壤的吸附特性差异更大，一般需要注重其充气孔隙而非总孔隙率。充气孔隙是指水势能在-0.1kPa时基质的孔隙，此充气孔隙决定植物是否能有适当的根圈氧气。Drzal等将孔隙大小分成大、中、微、及超威孔隙，各别孔隙大小范围：>416μm、10~416μm、0.2~10μm及<0.2μm。相对应的水势能是0~-0.715kPa、-0.715~-30kPa、-30~-1500kPa及<-1500kPa。大孔隙的水颗粒间的孔隙在重力下无法保水，即为一般所称充气孔隙，中孔隙的水势为有效水，微孔隙的水势为缓冲带水，超微细孔隙的水为无效水。
西澳洲政府认为，空气孔隙比例不同的基质，其植物生长和水分管理有明显差异：5%，除湿地植物外皆太低；5~10%，对不常浇水的大型植物种植的基质，如室内植物；10%，新混合基质的低限值；10%~15%，种植后不太管理的栽培床植物用；15%~20%，一般育苗用；20%~25%，可使多数植物快速生长，但是浇水频率较高；30%，做繁殖用，室内植物及某些种子育苗用；30%~40%，促进快速生长，但是需勤浇水；40%~50%，附生植物。
Cornell大学提出杜鹃需要高的空气体积(＞20%)，金鱼草及秋海棠需10%~20%，圣诞红、菊花、百合花需5%~10%，康乃馨及天竺葵只需2%~5%。
◆基质吸水特性
基质吸附水的特性会影响通气性、水分及养分管理。一般土壤管理最重视土壤有效水分含量，其土壤在田间容水量及永久凋萎点间所含水，一般测定-33~-1500kPa水分含量。表2数据显示，不同分解程度及不同植物原泥炭含水特性差异大，活水苔植物在极低水势能-0.5kPa以下含水体积只有39.8%，-10kPa时只有12.0%，藓类泥炭则相对稳定在-10kPa时还有30.8%。充分分解泥炭及中度分解草质泥炭在-10kPa时还有70.9%，显示水苔植物及藓类泥炭可以给予良好通气，但是过度分解的泥炭其无效水比率大，通气较不良。Michel针对泥炭的水分含量和水势能间关系定义-1kPa时水分体积含量为67%(v/v)，扣掉固体体积7%，所以充空气体积为26%，-1~-10kPa含水量体积33%为有效水体积，-5~-10kPa含水量称为水份缓冲容量(4%)。不同基质材料其缓冲容量不同，且非常重要。研究水苔植物及不同分解程度泥炭在不同水势能下的吸收水变化和Borlter的现象相似，水苔类泥炭颗粒越细，分解程度越高，充气体积越低，有效含水量比率越高。
园艺上的利用基质的水分特性曲线可以归纳4型：
TypeI：高有效水(＞25%v/v)的好气生长(充气体积＞20%v/v)。某些藓类泥炭有这样的特性，但是最多的是经过不同材料的调配。这型的水分管理最简单。
TypeII：高有效水，通气性较差。其细孔隙造成比TypeI型含较高水，主要缺点是有缺氧气的风险。黑色泥炭为主要例子，这类泥炭为非藓类泥炭类。
TypeIII：高通气性低有效水。这类浇水时需少量多次，如树皮(新鲜或堆肥化)、木质纤维、珍珠石、及浮石。
TypeIV：高有效水的好气生长，但是水缓冲容量低。这型的材料具有纤维构造，如岩棉及某些木质纤维，其纤维内不会保留水。此类型会有水分不规则分布，一般上层的空气/水的比值高于底层，但是由于低缓冲水，所以高有效水量还是需要长期监测。
重要的化学性
化学性包括有机组成、矿物成分、酸度(pH)、交换特性、阳离子交换容量(CEC)、可交换性阳离子、有机碳状态、氮状态、磷状态、硫状态等微量要素，特别是铜。
◆阳离子交换容量：
阳离子交换量越高，保持阳离子养分越好，养分越不会流失。腐殖化越完全的有机材料其CEC越高。腐植质CEC高，未堆肥化的树皮相对较低。最高CEC的矿物是沸石，黏土矿物的CEC因矿物种类不同而差异大，藓类泥炭的CEC中等。一些材料的CEC细黏土56~63cmol/kg、粗黏土22~52cmol/kg、砏粒3~7cmol/kg、藓类泥炭100~120cmol/kg、腐质泥炭200cmol/kg、蛭石150cmol/kg、珍珠石1.5cmol/kg、陈年树皮40~60cmol/kg。
◆pH及缓冲能力：
含土壤基质及不含土壤基质的pH对土壤有效养分的影响不同，一般有机质土壤或无土壤基质的pH可以比矿质土壤低1.0~1.5个单位。无土基质养分有效性最高的pH为5.0~5.5，而矿质土壤为6.0~6.8。一般pH低于4.0时往往有锰、铝及偶尔铁中毒现象。天竺葵及鸡冠花基质pH需在6.0~6.8以避免铁及锰中毒。反之杜鹃pH需4.5~5.8以避面缺铁。许多杜鹃科植物pH需要在5.0左右以降低微量要素缺乏。基质的缓冲能力影响种植期间pH的变化及养分的流失等，藓类泥炭＞堆肥化材质及黏土矿物(如硅镁土及皂石)＞树皮＞砂及珍珠石。
◆有机材料碳/氮比：
阔叶树树皮106:1、纸浆污泥121:1、藓类泥炭48:1、红香柏木屑729:1、椰纤85:1。碳/氮比高有机资材种植期间，微生物进行分解质会固定化有效性氮及磷，尤其新鲜材料及木质素相对浓度低者，这种资材使用时氮肥及磷肥用量要比其他材料高。
◆盐分含量，一般用电导度(EC,mS/cm)：
基质盐分含量会影响水的渗透势能，盐分高于植物能接受的范围是渗透势能，则会有缺水现象。对EC非常敏感的植物有杜鹃、茶花及止血草，敏感的植物有石楠、垂榕及许多绿化植物，耐盐有康乃馨、菊花及洋玉兰，非常耐盐的植物有滨藜、朱槿及九重葛。多数植物可耐3.5mS/cm以下。
重要生物性
人们也许知道有真菌性病称皮肤包子丝菌病，申克氏丝菌病偶发于发生于庭园工作者，水苔植物是病原来源之一，不是藓类泥炭。
结论
人工栽培基质的标准常因国家不同以及作物、气候条件、栽培设备、肥料及水分供应方式等不同，而决定其最适合基质的物理、化学及生物性质。尤其空隙比率及大小不仅影响作物的通气性，更影响供应养分及水分的频率等。各地区所能取得材料的稳定性及售价也相当重要。
