容器介质的物理(性质)特性

James Altland, Ph.D.

North Willamette Research and Extension Center

Oregon State University

黄钊 译

引言

“您在容器放入的是何种介质呢?为何是用它呢?”今年早些时候在北威拉姆特研究与发展中心举办了专题讨论,向与会的种植者提出了这个问题。大多数人试用道格拉黄杉(北美黄杉、花旗松)树皮作为介质的主要组分,添加其他组分诸如园土,浮石,泥炭,砂子,珍珠岩等等。当问及为什么添加这些额外的组分时,没有人能给一个确定的答复,但有人开玩笑地答道“因为它让我们感觉更好些”这个种植者研讨会后与我们探讨时称他并非玩笑,他们对于额外添加物并没有一个好的解释。因而想想这些,您是否真的明白为什么添加哪些东西呢?也许答案是,它起作用,所以就让它们在里面吧。也许这是个好答案,但也不一定。

这篇文章阐述了空气和水分的关系,集中探讨容器介质的重要物理特性。

介质的四大功能

容器介质必需具备四个功能:1)提供扎根和根系固定的稳定基质;2)养分的贮存库;3)为根系呼吸提供氧(气体交换);4)为根系提供水分。
根系固定

使用树皮为主要组分的介质提供植物扎根充足的固着物,尤其是将小营养钵种苗换盆至1或3加仑容器时。然而,当较高的树或与根球大小相比而言其冠幅较大的植物上盆时,考虑添加砂子以加强根系固定。粗砂使介质变重,根系在容器中锚定更好而减少植物倒伏。但是正因为砂子使介质变重,使移动植物变得更吃力,因而植物运输费用也会增加。

一个常见的误解是砂子促进排水性。当使用树皮作为助奥介质组分时,添加砂子会降低其排水性。小颗粒的砂子固着在大片径树皮之间,因而降低了孔隙度和排水性,下文中将会更全面地讨论这个问题。

养分载体

当使用树皮为主的介质时,提供养分给植物吸收并不是主要目的。微量元素以一种易于和介质中有机物质结合的特殊形式提供微量营养(Apex Micronutrient Package及其他),控释肥提供畅销的氮、磷、钾养分。

气体交换

容器介质必须有足够的孔隙以供空气自有移动。植物的根系持续进行呼吸作用,呼吸作用是将糖类物质燃烧来产生能量的细胞过程(糖类由叶片光合作用生成)。细胞呼吸消耗氧气同时释放二氧化碳(CO2)作为副产物。介质必须有充足的孔隙以供植物根系获取O2放出CO2。这种CO2和O2的平衡称为气体交换,这是选择容器介质常被忽视的。在容器介质完全饱和然后放入水,10%-30%的容器体积必须为孔隙以供气体交换使用。

水分供应

容器介质为植物根系保持水分。所有介质都有持水性,只是持水能力不同而已。比如,泥炭保水性强而砂子几乎保持很少的水分。树皮拥有较大范围的片径大小,小片径比大片径拥有更好的保水性。当容器介质饱和并向外排水后,45%-65%的容器体积应该充满水分。

容器介质的水分,有些是可用的而有些却不能。通过附着和内聚的物理过程,水分粘附在介质颗粒表面形成一层薄膜。植物一半无法利用这层薄膜水。可用水分含量是植株根系可吸收的一部分水分。在大部分以树皮为主的介质中,50%的水是可用的,另外50%则不行。

容器物理性质的定义

对于介质而言,提供充足的气体交换和水分是非常重要的,氮这方面很少被认识到。将容器装入任一介质,固体颗粒之间将会有称为孔隙的小空间。孔隙占容器体积百分比称作总孔隙度(TP)。介质中的孔隙可以由空气或水来填充。被空气填充的这部分称为空气孔隙(AS),被水填充的则称为持水能力(WHC)。

介质颗粒大小影响孔隙的大小和总孔隙度。设想将一个篮子放满苹果,用相同的篮子放满豌豆。后者的孔隙大小要远远小于苹果篮,而且总孔隙度也会大大减少。同样地,粗树皮(大片径规格)相对于精细树皮(小片径规格)拥有更大的颗粒孔隙,孔隙度也更大些。

孔隙大小影响可用水分,排水和水分在容器内的分布。小孔隙(<0.01mm)持水紧密因而水分无法被植物吸收;孔隙直径在0.01-0.8mm时含有植物易吸收的可用水;当孔隙在0.8-6mm之间则因太大而无法保持水分,大部分充满空气。

当使用粗树皮作为主要成分时,添加砂子会降低孔隙大小和总孔隙度。砂子颗粒小,固定在树皮之间的缝隙里,因此降低了孔隙大小和总孔隙度。粗的浮石加入树皮中,基本上由于太大,而无法进入树皮缝隙中,因而会增加孔隙大小和总孔隙度。孔隙大小的增加进而提高排水性。所以,如果你的目的是提高排水性,则考虑使用浮石替代砂子;如果你的目的是增强根系固定和防止容器倒伏,在应考虑添加砂子。

通气vs.透水

容器介质应该含有50%-85%孔隙空间。容器介质的总孔隙度固然重要,氮更为至关重要的是空气孔隙与持水能力的比例。某些植物喜欢偏湿的土壤,同时另一些则偏爱干燥土壤。一般而言,10-30%的容器体积应为空气孔隙,同时45-65%则为水。对于总孔隙度均为75%的两种不同介质,其中拥有10%空气孔隙和65%持水能力的介质对于喜湿植物比较理想,而30%空气孔隙和45%持水能力的介质对喜干燥的植物更好些。

水分在整个容器中的分布并不是均匀的。附着力、内聚力和毛细管作用使水分粘附介质颗粒并抵抗重力。介质通过附着力和内聚力获得的持水能力称为衬质势。整个容器的内各处的衬质势均相等。重力使水分通过容器排水孔排出,因而容器顶部的重力势大些而底部的相比较小。由于重力势想底部逐渐降低,容器的底部的基质势要高一些,因而介质颗粒能够保持更多的水分。这就导致在容器底部形成了一个静滞水位。它是容器底部的一层饱和溶液。

容器的高度影响着水分与空气的相对数量。对于相同的介质,如不考虑容器的大小,静滞水位处在同一高度,小规格的容器与大规格的容器拥有相同的静滞水位,因而前者充满水分的容器体积占总体积的比例更高些。这正好解释了为什么5加仑标准容器相比5加仑矮胖型容器含有较少的水分。

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图:容器介质由集中组分混合而成。混合后的介质物理属性与各组分性质均有区别。

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图:树皮片径大小影响介质物理属性。从左至右总孔隙度随着树皮片径的增加而增大。

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图:在容器中持水体积线,标注如图所示,水分分配并不均匀,容器底部是饱和的而上部要干些

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图:对于给定的介质,无论植株高度多少,静滞水位均保持一致。因此在大规格容器中使用与小规格容器一致的介质是不明智的

物理属性的确定

现在你已经掌握了关于介质物理性质的知识,你需要确定你的介质的物理属性,确定物理属性并不难,你可以将样品寄给实验室,或者通过向导一步一步自行确定。

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