类土壤基质

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中文名：类土壤基质 外文名：Soil-Like Substrate，SLS

类土壤基质（Soil-Like Substrate，SLS）是生物再生生命保障系统（BLSS）中用于高等植物生长的类似于地球土壤性质的基质。

该基质的制备技术最早是由俄罗斯研究者Manukovsky等（1996）提出的一种处理植物不可食生物量的方法，并将利用小麦秸秆制作得到的SLS进行了作物的种植实验，验证了麦秆类土壤基质用于系统内植物栽培的可行性。

北航刘红教授课题组于2004年开始进行生物再生式生命保障系统的研究，针对系统内产生的植物不可食部分处理，建立了一系列SLS技术，并实现了使用SLS进行植物栽培，成功研制对秸秆预处理装置、蘑菇培养装置、空间永久基地有机废物处理装置等。通过SLS的处理工艺，植物不可食部分不仅在系统内得到处理，并且实现了其资源化利用，真正实现了植物不可食部分在系统内的最大闭合性的循环利用。

目录

SLS制备工艺的发展

早期SLS的制备过程：首先将植物不可食生物量进行一定的预处理，后借助蘑菇等真菌生长进行处理，然后再利用蘑菇生长后的剩余基质经过蚯蚓处理，最终得到的物质作为生长基质用于高等植物的种植。

该SLS制备技术工艺单一，秸秆均需要经过真菌(蘑菇)处理后，再进行蚯蚓处理转化为SLS。由于真菌(蘑菇)处理，需要经过较长的时间才能完成，这无疑增加了基质制备的工艺周期，而且系统内获得的SLS都经过蘑菇处理阶段，势必会产生超过系统需求的蘑菇，这些过量蘑菇的处理又成为一个新的问题。

为了充分发挥类土壤基质技术的优越性，克服上述不足，寻找制备类土壤基质技术的多种工艺，缩短工艺周期，并比较筛选出较优工艺。刘红团队对这项工艺做了优化，同时对利用最佳工艺获得SLS进行了密闭气体试验。得到最佳工艺，即经60℃恒温好氧发酵1d，45℃恒温好氧发酵2d后，不经过真菌处理阶段而直接进入蚯蚓生物反应器中处理而得到的SLS。与传统工艺相比，虽然基质转化率与粗纤维降解率比传统工艺的略低，但制备周期缩短了30天，基质中有效N、P、K元素含量更高，更有利于植物种植。

在上述已优化的工艺基础上，为了进一步提高基质转化率，刘红团队对工艺继续优化，得到一种新的优化工艺：将粉碎后的秸秆经过35℃恒温好氧发酵1 d，60℃好氧发酵6 d，30℃发酵3 d，随后在蚯蚓和微生物的作用下连续处理70 d。总处理周期80 d，较上述邢一东等人研究的工艺缩短了13 d。用改进后的工艺处理秸秆，干物质减重达到81.10%，较原工艺提高了24.77%。

SLS的评价标准

类土壤基质作为土壤的评价是对用于植物种植过程中作物生长发育和生产力的直接反映和影响。

类土壤基质用于植物生长的影响因素大致分为两类。一类是类土壤基质的限制因素，主要是指影响水汽协调和根系延伸的土壤水分物理因素及化学障碍因素。其中物理因素包括类土壤基质的保水能力、质地、容重、非毛管孔隙度等。化学障碍因素包括类土壤基质的pH、含盐量等。类土壤基质另外一方面是其养分因素，主要是指与作物生长关系密切的各种养分元素的全量及有效性养分，主要包括有机质、全氮、全磷、全钾、硝态氮、有效磷、有效钾、交换性钙等，此外还包括一些微量元素如有效铜、铁、锰、硼等。

类土壤基质作为从有机废物转化而来的产物，其评价还应当借鉴有机肥料的评价标准。未经腐熟的类土壤基质可能微生物较高，在一段时间内可能造成潜在的氧缺失和间接毒性。类土壤基质的腐熟性可通过化学指标和生物指标来表征，其中化学指标包括挥发性固体（有机质或全碳）含量、生物需氧量、pH、腐殖物质的变化（如腐殖酸等）、C/N等。而种子的发芽率是评价基质是否腐熟的一个重要生物指标，此外，植物在类土壤基质中生长时根系的毒害性也是反映腐熟性的另一生物指标。

SLS技术在月宫一号中的应用

“月宫一号”是北京航空航天大学建立的空间基地生命保障人工闭合生态系统地基综合实验装置。在月宫一号中，植物不可食用生物量（如秸秆）与人的粪便及食物残渣等废物一起，采用生物技术处理制备SLS，将循环用于植物栽培。

视频

土壤的基质处理