蔗渣基生物降解育苗杯應用于甘蔗組培苗種植上的應用效果研究

黃瑤珠，沈華艷，陳駿佳，謝 東*，張文樺，楊友軍

(1廣東省生物工程研究所(廣州甘蔗糖業(yè)研究所) 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室，廣東廣州510316；2廣東省生物材料工程技術研究中心，廣東廣州510316)

0 引言

目前我國甘蔗產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展受到甘蔗品種嚴重單一化(ROC系列品種占總面積90%以上)和長期連作加劇品種退化嚴重的雙重影響，必須對現(xiàn)有品種進行種性恢復以提高蔗糖業(yè)工農(nóng)效益，而生產(chǎn)甘蔗脫毒健康種植是目前最有效的技術措施之一。

甘蔗脫毒健康組培苗是利用組織培養(yǎng)技術原理作為依托，在人工控制下，以工廠化生產(chǎn)方式繁殖幼苗，繁殖速度快，生產(chǎn)時間不受限制，并可以隨時隨地種植，蔗苗性狀變異小，健康無毒化，占地少，是甘蔗新品種擴繁及品性提純復壯的基礎。甘蔗生根苗從實驗室移栽大田時，需要經(jīng)過沙床假植階段，再移栽到大田生長成一級苗、二級苗甚至甘蔗蔗種。在沙床假植育苗階段，組培苗需要裝入營養(yǎng)袋或營養(yǎng)盤，并經(jīng)歷30～40天的苗圃生長，再移栽到大田中成為一級苗。目前一般營養(yǎng)袋或營養(yǎng)盤采用普通塑料制品，存在難降解殘片易殘留于土壤，造成白色污染等問題；此外，甘蔗組培苗轉苗移苗時，容易造成新根嫩苗損傷，影響組培苗返青生長。

目前制備生物降解育苗杯主要由紙漿、秸桿等材料，通過添加膠黏劑濕法成型制成，存在前處理步驟復雜，成品脫水能耗大，因此尋求一種性能優(yōu)良、生產(chǎn)成本低的生物降解育苗杯成為當前研究的熱點。李道義等人以低聚木糖生產(chǎn)廢渣為原料，制備的生物降解育苗缽比玉米芯育苗缽具有更高的力學強度和更低吸水性，且生物降解性能更好[1]。蔣希芝等人通過研究紙質(zhì)、不腐熟秸桿及腐熟秸桿 3種生物基降解育苗缽，發(fā)現(xiàn)在土埋降解試驗后紙質(zhì)育苗缽最終降解率為85%、不腐熟秸桿育苗缽降解率為 78%、腐熟秸桿育苗缽降解率為 47%[2]。張金根等對添加泥炭的降解育苗缽降解性能進行研究，發(fā)現(xiàn)該育苗缽的大部分在當茬作物生長發(fā)育期間能夠被降解[3]。廣東省生物工程研究所(廣州甘蔗糖業(yè)研究所)在蔗渣基綜合利用及技術開發(fā)基礎上，針對育苗容器的要求，開發(fā)了蔗渣基生物降解育苗容杯。該育苗杯的淀粉和蔗渣總含量可達80%，器壁厚度能控制在0.4 mm，在自然埋土4個月的降解率可達57.35%[4]，實現(xiàn)生物降解育苗杯的高性能、低成本和環(huán)保化的統(tǒng)一。2018年進行生物降解育苗杯在水果玉米的應用試驗，在玉米收獲時(埋土后54天)育苗杯的降解失重率僅為15.54%；進行杯苗同移后，由于玉米生長期短，蔗渣基生物降解育苗杯體降解慢，限制了玉米的生長，導致玉米鮮穗產(chǎn)量顯著減少[5]。如蔗渣基生物降解育苗杯應用于生長期長的作物甘蔗，對甘蔗生長及產(chǎn)量的影響效果是否一致，這對蔗渣基生物降解育苗杯的配方調(diào)整及應用方向具有指導意義。因此我們于2018年進行了甘蔗組培苗的杯苗移栽一體化應用試驗，以組培苗直移栽大田為對照，研究蔗渣基生物降解育苗杯對甘蔗組培苗生長和產(chǎn)量構成等方面的影響，探討蔗渣基生物降解育苗杯替代普通塑料育苗容器的可行性，以期為其大面積推廣提供理論與技術依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

甘蔗組培苗品種：粵甘43號。供試樣品：蔗渣基生物降解育苗杯(上口徑5 cm，高5 cm，蔗渣材料，杯壁厚0.4～0.5 mm，每個平均重量為4.60 g)。

1.2 試驗處理

處理2個，T1：生物降解育苗杯杯苗移栽一體化；CK：組培苗直接移種大田。

1.3 試驗方法

1.3.1 育苗

甘蔗組培苗單株種植蔗渣基生物降解育苗杯：甘蔗組培苗長出根系和葉片，單株移栽到蔗渣基生物降解育苗杯。使用的基質(zhì)營養(yǎng)土為育苗基質(zhì) 2/3加塘泥 1/3，每個生物降解育苗杯齊口裝好基質(zhì)土后，每株組培苗從營養(yǎng)袋中取出，移栽于生物降解育苗杯。等組培苗長至6～7 cm后剪葉移栽大田。

甘蔗組培苗單株假植移植基質(zhì)營養(yǎng)土沙床：組培苗長出根系和葉片后，單株移栽到基質(zhì)營養(yǎng)土沙床，組培苗長到6～7 cm后剪葉移栽，單株直接移種到大田。

1.3.2 移栽

生物降解育苗杯連苗帶杯移栽到大田：等大田整好地后開好植溝，在植溝直接連苗帶生物降解育苗杯移栽。直接著地移栽：移栽時去掉育苗杯把苗移栽到植溝。6月7日移栽到大田。

組培苗種植要求：按組培苗常規(guī)種植技術要求開溝、移栽。植溝包溝為 1 m，移栽時單行種植，株距50 cm，每行種30株。

1.4 測定項目和方法

1.4.1 生物降解育苗杯的降解性能測定

甘蔗組培苗成活后，每隔30～40天隨機挖開3個生物降解育苗杯，洗凈育苗杯觀察并拍照記錄杯體降解情況，洗干凈育苗杯后，晾干稱重，計算降解失重率。降解失重率(%)=(原始質(zhì)量-使用后質(zhì)量)/原始質(zhì)量×100%。

1.4.2 甘蔗組培苗成莖砍收前的農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量調(diào)查

在甘蔗組培苗長至2 m成莖砍收作一級苗的蔗種前，測量甘蔗的農(nóng)藝性狀，每個處理每個重復隨機選取10株，測量甘蔗有效莖數(shù)、株高、莖粗及錘度，并折算到單莖重和公頃產(chǎn)量。其中株高以測量地面至莖葉肥厚帶。莖粗以用游標卡尺測量離地面最近一節(jié)的莖桿中部的直徑為準。到砍收蔗種時，每個處理每個重復隨機取樣 5 m，按蔗種標準實收實測蔗種產(chǎn)量，折算公頃產(chǎn)量。

2 結果與分析

2.1 蔗渣基生物降解育苗杯育苗效果

從圖1可見，在30～40天的組培苗假植育苗階段，所使用的蔗渣基生物降解育苗杯所裝土壤基本處于含水量飽和狀態(tài)，而育苗杯體仍保持基本完整，沒有明顯變軟，保持較好強度，可以實現(xiàn)杯苗運輸、栽植一體化，此時甘蔗組培苗根系及葉片也正常生長，植株粗壯，根系也從杯體基部伸展出來，該蔗渣基生物降解育苗杯能夠滿足甘蔗組培苗單株假植育苗的要求。

圖1 蔗渣基生物降解育苗杯應用于組培苗用育苗表現(xiàn)

2.2 蔗渣基生物降解育苗杯的田間降解情況評價

2.2.1 田間降解表現(xiàn)

如圖2所示，在杯苗一體化移栽到大田36天后，杯體雖明顯變軟，但仍保持基本完整形狀，甘蔗根系基本集中在杯子的底部長出；到69天，杯體及壁部底部已有較大裂縫，產(chǎn)生破敗，但還能看到杯子的基本形狀，甘蔗根系從杯裂破壁而出。到114天，隨著玉米根系越來越多從杯體穿透出，導致部分杯體受根系排擠脫落，但還是看到少量的杯體；到成莖砍收成蔗種前(移栽后 200天)，部分蔗渣基生物降解育苗杯已完全被甘蔗根系擠掉到土壤，被土壤消化成養(yǎng)分，無法收集；部分育苗杯連土帶殘體從土里起出，但杯體比較軟薄，機械性能較差，一動就掉了大塊杯體殘片，明顯失去杯子的功能，降解效果比較顯著。

2.2.2 生物降解育苗杯在移栽后不同時間對甘蔗組培苗生長的促進作用

由表1可知，田間生物降解育苗杯同移處理70天后的甘蔗成活率比對照低，但分蘗比對照強，平均1株主莖有3～4株分蘗，分蘗率差異達到極顯著水平。而株高也比對照高，但未達到顯著水平，蔗渣基生物降解育苗杯處理的甘蔗整體生長稍比對照旺盛，說明杯苗同移不會影響甘蔗組培苗的生長與分蘗。

從甘蔗的生物量來看，育苗杯同移處理的甘蔗地上部鮮重、根系鮮重及總鮮重均比對照高，特別是根系的生長，鮮重為41.00 g/株，遠遠高于對照處理的甘蔗。生物降解育苗杯在埋土后70天，杯體已被甘蔗根全部穿透，已不成整體，強度很低，基本用水一沖就脫落，杯體用手不能提起。由于該試驗地處低洼，土壤濕度大，導致育苗杯降解明顯，但沒有影響到甘蔗生長。

圖2 蔗渣基生物降解育苗杯移栽后不同時間降解表現(xiàn)及甘蔗長勢對比

表1 生物降解育苗杯杯苗同移后在不同天數(shù)的甘蔗長勢及生物量(移栽后70天)

移栽后114天甘蔗進入伸長期，見表2，2個處理的甘蔗均能夠快速生長。育苗杯同移處理的甘蔗分蘗率及株高均比對照稍小，但未達到顯著差異，有效株數(shù)與對照相同，說明杯苗同移不會影響甘蔗的生長與分蘗。

從甘蔗的生物量來看，育苗杯同移處理的甘蔗地上部鮮重、根系鮮重及總鮮重均比對照高，且地上部重量差異達到顯著水平，蔗渣基生物降解育苗杯明顯促進甘蔗中期生長，為后期甘蔗產(chǎn)量提高打下基礎。隨著甘蔗的生長，育苗杯處理的甘蔗根系鮮重的增加優(yōu)勢逐漸比對照低，說明育苗杯同移處理對根系生長的促進作用逐漸減弱。

表2 生物降解育苗杯杯苗同移后在不同天數(shù)的甘蔗長勢及生物量(移栽后114天)

不同處理的甘蔗長勢及生物量對比結果來看，生物降解育苗杯杯苗同移方式不會影響甘蔗組培苗的生長，相反因育苗杯的杯體的降解，可能增加土壤的養(yǎng)分，反而對甘蔗有一定的促進作用。

2.2.3 生物降解育苗杯在移栽后不同時間的降解失重率

表3結果顯示，蔗渣基生物降解育苗杯隨著栽植天數(shù)的增加，降解加速，杯體逐漸失重加快，失重率增加。在栽植36天后，育苗杯重量略為減少，失重率僅為 7.17%；栽植 69天后失重率也僅為18.80%；到栽植后114天，失重率為33.04%；在砍收作甘蔗蔗種前(栽植 200天)，能收集的育苗杯的失重率為44.13%，但此時杯體已完全破敗，保留少量的杯子殘片依然存在，已完全失去杯子的功能。

在整個甘蔗組培苗的大田種植過程來看，僅從失重率判斷，生物降解育苗杯降解較慢，但目測觀察，到收獲時，生物降解育苗杯的部分杯體已基本破裂成碎片了，但破裂的碎片還殘留在土壤，還會繼續(xù)降解，不僅不會影響到土壤結構，蔗渣基殘片還會增加土壤有機質(zhì)。

表3 蔗渣基生物降解育苗杯在不同栽植天數(shù)后的降解失重率

2.3 蔗渣基生物降解育苗杯對甘蔗組培苗的農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

表4結果顯示，蔗渣基生物降解育苗杯處理與對照比較，在株高、莖徑、單莖重等產(chǎn)量構成因子上雖稍有增加，但差異均未達到顯著水平，甘蔗產(chǎn)量雖略有提高，也未達到顯著水平；而蔗莖錘度稍低于對照，也未達到顯著水平，因此說明使用蔗渣基生物降解育苗杯進行甘蔗組培苗杯苗移栽一體化的方法對甘蔗的生長還有一定的促進作用，不會影響到甘蔗的生長和減產(chǎn)，同時也不會對甘蔗造成顯著的減糖影響。

從表5可知，到甘蔗砍收作蔗莖作蔗種時(移栽大田 200天)，蔗渣基生物降解育苗杯的失重率為44.13%，此時育苗杯的部分杯體已基本破裂成碎片了，破裂的碎片殘留在土壤繼續(xù)降解。而此時生物降解育苗容器的實收蔗莖產(chǎn)量及有效株數(shù)比對照均有提高，增產(chǎn)18.38%，但未達到顯著水平，說明采用生物降解育苗杯進行杯苗同移技術，有利于促進甘蔗組培苗蔗種產(chǎn)量的提高，實收甘蔗蔗莖產(chǎn)量(表5)比抽樣估測產(chǎn)量(表4)低，原因可能在抽樣測產(chǎn)時，偏向選擇相對均勻的蔗莖，導致測產(chǎn)的產(chǎn)量會高一些。

由于蔗渣基生物降解育苗杯前期降解速度過慢，在生長前期有限制甘蔗組培苗的根系伸展作用，但最終不會影響到甘蔗農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量，也不會影響甘蔗蔗糖分的提高。

表4 蔗渣基生物降解育苗杯對甘蔗農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

表5 生物降解育苗容器對甘蔗實收有效株數(shù)及產(chǎn)量的影響(移栽大田200天)

3 結論與討論

從田間生產(chǎn)應用要求上，可降解育苗杯要滿足以下條件：生產(chǎn)成本低，原料價廉易得；具有一定透水、透氣性，以滿足作物生長需要；具有較好的干、濕強度，以滿足育苗與移栽的農(nóng)藝要求；降解周期和作物生長周期符合度較好，育苗杯在育苗過程保持一定強度，外形較為完整，而杯苗同移栽大田后，可快速破裂、崩解，不影響植物根系伸展。

從蔗渣基生物降解育苗杯應用于甘蔗組培苗的育苗與生長的應用效果來看，該育苗杯能夠滿足甘蔗組培苗假值育苗的要求。杯苗栽植一體化后，隨著甘蔗根系的生長及擴張，蔗渣基生物降解育苗杯逐漸破敗降解，蔗渣基生物降解育苗杯能夠滿足育苗杯的基本使用功能。育苗杯杯體被甘蔗根系擠破，加速其降解，到甘蔗砍收作蔗種時(移栽大田 200天)，蔗渣基生物降解育苗杯的失重率為44.13%，此時育苗杯的杯體已基本破裂成碎片了，破裂的碎片殘留在土壤繼續(xù)降解。甘蔗產(chǎn)量也比對照稍為提高，但具體增產(chǎn)機理還需要進一步探討與研究。

由于蔗渣基生物降解育苗杯前期降解速度過慢，在生長前期有限制甘蔗組培苗的根系伸展作用，隨著甘蔗生長，根系突破杯體的限制而伸展長出，能夠吸收土壤的營養(yǎng)元素及水分，最終不會影響到甘蔗農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量，也不會影響甘蔗蔗糖分的提高。蔗渣基生物降解育苗杯如能夠進一步提高降解速度，或通過改進杯體的結構讓根系更快長出突破，就更能適應大田甘蔗組培苗大田移栽與種植的要求。