無土介質的質量涉及許多指標，其評估因地區而異，這取決于農民個人的意見及其管理目標，如生產力、質量、廢物回收或可持續性。無土栽培基質是一種優良的栽培基質，在評價其功能時應考慮其物理、化學和生物學特性。
良好生長培養基的基本要求
在世界范圍內，無土栽培介質用于園藝目的。指標的選擇沒有土壤的復雜，因為根據土壤的物理和化學特性，土壤具有多種用途（例如，農業，林業，工程，娛樂，建筑等）。例如，用于建筑目的的土壤質量要求將不同于對農業有益的土壤質量要求。定義良好生長培養基的指標將始終用于農業目的。
園藝中使用了許多類型的無土生長培養基，其選擇將主要取決于種植者的專業知識和經驗，可獲得性和成本。綠康有機肥研究員提到理想的無土培養基應具有以下一些物理和化學特性：
- 均勻的質地，排水良好，為根系保留養分和水分。
- 低堆積密度，便于安裝和運輸（190至700 kg/m3）。
- 高孔隙率（介于50%和85%之間）。
- 粒徑分布以保持空氣和水之間的良好平衡（0.25mm – 0.5mm）。
- pH值在5.0到6.5之間，也可以很容易地調節。
- 可溶性鹽含量低。
- 化學惰性，即基質不通過釋放無機離子或固定養分而影響營養液。
- 保持原有特性的能力，以便在許多連續的栽培周期中使用。
- 沒有病原體和害蟲（但不一定是無菌的），并且沒有任何對植物有毒的化合物。
- 能夠以統一的批次生產（允許使用一致的施肥方案）。
除了這些品質外，優質無土栽培介質的另一個特點是它能夠從種植者的錯誤中恢復過來，例如過度澆水或施肥。
比較最常用的無土栽培基質（見表1）的主要物理和化學特性，可以概述使用一種或其他基質的可能優缺點，以及組合它們的有趣可能性。
表1，無土培養基的物理和化學特性（成都市綠康有機肥 – 2020年）
| 基質 | 堆積密度（容重） | 保水性 | 孔隙度 | 陽離子交換容量 | 分解速率(C:N) |
|---|---|---|---|---|---|
| 甘蔗渣 | 低 | 高 | 低 | 中等 | 高 |
| 鋸末 | 低 | 高 | 中等 | 高 | 高 |
| 稻殼 | 低 | 低 | 高 | 中等 | 中等 |
| 蛭石 | 低 | 高 | 中等 | 高 | 低 |
| 泥炭蘚 | 低 | 高 | 高 | 高 | 中等 |
| 樹皮 | 低 | 中等 | 中等 | 中等 | 中等 |
| 椰子/椰子粉 | 低 | 高 | 高 | 中等 | 低 |
| 沙 | 高 | 低 | 中等 | 低 | 低 |
| 單位 | (g/cm3) | % | % | (meq/100g) | 比率 |
| 低： | 0,25 | 20 | 5 | 10 | 1：200 |
| 中等： | 0,25-0,75 | 20-60 | 5-30 | 10-100 | 1：200-1：500 |
| 高： | 0,75 | 60 | 30 | 100 | 1：500 |
例如，單獨使用甘蔗渣（由甘蔗漿廢料制成）時，其高保水率和低孔隙率將導致通風和排水不良。另一方面，稻殼保水率低、孔隙率高，單獨使用會導致植株水分應力。稻殼和甘蔗渣都有很高的分解率，因此需要很高的氮肥投入，以避免微生物和植物之間爭奪氮。當研究每種無土培養基的特性時，這些特性的組合通常可以為種植者提供一個令人滿意的選擇。然而，合成基質不應簡單地基于可用性和成本降低，而應考慮如表1所述的基本特性。
當生長介質支持植物并調節水流時
堆積密度反映了介質作為結構支撐、水和溶質運動以及通風的能力。它以體積表示土壤或介質顆粒的重量。因此，固體和孔隙空間一起被視為土壤或介質的重量。如果孔隙空間很低，土壤或生長介質很容易受到壓實（圖1）。
圖1：保水性和孔隙率是生長介質的重要指標，為了優化養分溶液向植物的流動，生長介質應具有良好的平衡性。單獨使用甘蔗渣（1）時，其高保水率和低孔隙率會導致通風和排水不良。稻殼（2）保水率低、孔隙率高，單獨使用會導致植株水分脅迫。
礦物土的平均容重為1400 kg/m3，孔隙空間約為47%。這與無土栽培介質如泥炭蘚泥炭和蛭石的堆積密度為125 kg/m3和約93%孔隙空間，或椰殼的堆積密度為40至80 kg/m3和約87.5%的孔隙空間。這些數字表明，土壤和無土生長介質在容重和孔隙空間方面存在很大差異，土壤是最重的生長介質，而無土介質的輕質性使其易于搬運和運輸；但這會影響其他指標，如孔隙度和保水性。
低孔隙率和高保水性的結合會導致通風和排水不良。相比之下，高孔隙率和低持水率會導致作物水分脅迫。這些是生長培養基的重要指標，培養基應具有良好的平衡性，以便優化養分溶液向植物的流動。在自然土壤中，由于坡度、質地和氣候條件，這些指標較難控制。
在栽培過程中，由于有機質的分解、根系活力、基質顆粒的膨脹和收縮以及壓實過程，上述指標（孔隙率和保水率）可能會發生變化。然而，根據基質的性質和作物類型，只有在一個或兩個生長周期后才能進行物理修改，從而允許重新使用生長介質。
科學家之間正在進行一場辯論，其中一些人說，當重新使用生長介質時，作物產量會受到影響，而另一些人則斷言，這種差異幾乎可以忽略不計。基于生長介質的物理特性，“再利用基質”的概念通常是基于“綠色”的觀點，而是否能夠盈利是種植者的主要目標。
這是一張巨大芽孢桿菌的彩色掃描電子顯微鏡（SEM）。這種細菌是最大的細菌細胞之一，存在于土壤中。無土培養基缺乏土壤生物群（生活在土壤中的有機體），這意味著需要通過營養液提供恒定的養分供應。
健康的生長培養基與環境
種植后處理使用過的無土介質對環境是一個潛在的威脅，因為這些介質可能含有殺蟲劑、塑料或作物殘留物，并帶有可能傳播的疾病。強烈建議重新使用該介質，以降低處置和生產成本，但土壤傳播疾病的潛在傳播仍然是一個主要問題。
為了引入微生物群落和防止病原菌種群，有時將生物控制劑添加到無土栽培基質中；然而，這并不能保證能預防病原菌。土壤有一個非常復雜的微生物群落網絡，既能支持病原生物，也能支持有益生物。它們不斷的相互作用在土壤中創造了一種平衡，使植物得以生長；如果沒有土壤作為緩沖，任何病原控制或預防的失敗都會導致產量的迅速下降。無土栽培應特別注意防止根病原菌的侵染。
如果種植者為了減少浪費而重新使用基質，那么在新的種植周期中預防病蟲害就成了一個更相關、更昂貴的問題，而解決與鹽分和pH值過高有關的問題則更容易。蒸曬或化學控制（使用殺菌劑）是最常用的處理生長培養基的方法，這樣可以循環使用。
固體與孔隙空間在一個單位體積中表現，稱為密度。高密度，高壓實，低孔隙空間在土壤或介質中。（我們也可以稱之為土壤容重）
結論
回答“什么是優質無土栽培基質？”必須考慮許多因素，包括種植者的目標、基質的來源、使用的地點和基質的類型。因此，給出一個籠統的答案是困難和不現實的。
為了確定理想的無土介質，我們討論了物理、化學、生物和實際性質。基本上，基板應能夠：
- 為植物提供結構支撐。
- 調節水流。
- 作為營養的貯存器。
- 為植物生長提供一個健康的環境。
綜上所述，顯示優質生長培養基的特征如下：
物理方面包括低體積密度（190至700 kg/m3）、高孔隙率（50%至85%）、粒度介于0.25至0.5mm之間以及保水率介于20%至60%之間。
以CEC（范圍在10到100 me/100g之間）、易于調節的pH值（5到6.5）、低鹽含量（0.75到1.9 dSm-1）和1:200到1:500之間的C:N比率為代表的化學方面。
生物方面表明生長介質的健康狀況是由于沒有病原體和害蟲，并且沒有有毒化合物。
培養基從種植者的錯誤中恢復的能力、保持其原始特性的能力（適合再利用）以及是否能以均勻的批次生產等實際方面與選擇好的無土培養基有關。
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