桑枝屑基質(zhì)化對(duì)楠木等3個(gè)樹種的育苗效果研究

黃小輝，蒲廷松，王玉書，魏立本，馮大蘭，張宏

（1.重慶市林業(yè)科學(xué)研究院，重慶 400036；2.重慶市榮昌區(qū)林業(yè)局，重慶 402460）

蠶桑產(chǎn)業(yè)作為我國傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，所產(chǎn)繭絲量占世界總量的70%以上，在國際市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位[1-2]。然而，隨著蠶桑產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，蠶桑生產(chǎn)中的副產(chǎn)物也越來越多，其中桑Morus alba枝是蠶桑生產(chǎn)中數(shù)量最多、利用率最低的副產(chǎn)物[3]。截至2020年，重慶市桑園面積已超過5 333 hm2，涉及蠶業(yè)相關(guān)企業(yè)有95個(gè)，養(yǎng)蠶農(nóng)戶有9.5萬戶，且同年全市蠶桑年總收入達(dá)12.19億元，名列全國前十。重慶全市每年春伐、夏伐及冬季封梢產(chǎn)生的桑枝達(dá)48萬t，僅少部分被用作燃料、造紙、制板及制作食用菌菌袋等，大部分被當(dāng)作廢棄物亂扔于園地、村旁、路旁等，不僅污染環(huán)境，還造成資源浪費(fèi)[4]。因此，急需尋找一條桑枝綜合利用新途徑，以提高蠶桑產(chǎn)業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

目前，輕基質(zhì)育苗已成為林業(yè)苗木培育的重要措施。利用輕基質(zhì)培育出的苗木質(zhì)量優(yōu)異，須根發(fā)達(dá)，根系舒展，帶袋或根團(tuán)移栽，根系不會(huì)受到損傷，苗木的成活率大大提高[5-7]。而草炭因?yàn)槌炙捅Ｋ?qiáng)、通氣性好、保肥力高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作育苗的主要基質(zhì)材料。但草炭是一種不可再生資源，開采草炭對(duì)環(huán)境破壞很大，并且國家已逐步禁止開采草炭。因此，開發(fā)利用當(dāng)?shù)爻杀镜?，且容易獲得的農(nóng)林廢棄物替代草炭作為育苗基質(zhì)，既可促進(jìn)農(nóng)林廢棄物的再利用，降低育苗基質(zhì)成本，還能起到保護(hù)環(huán)境的作用。研究表明，大部分林業(yè)廢棄物均可通過基質(zhì)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源的再利用，而有關(guān)桑枝基質(zhì)化利用的研究尚未見到報(bào)道[8-10]。鑒于此，本研究以桑枝屑發(fā)酵物、椰糠、珍珠巖為基質(zhì)材料，選擇樟Cinnamomum camphora、楠木Phoebezhennan、油茶Camellia oleifera為育苗對(duì)象，設(shè)置不同輕基質(zhì)配方進(jìn)行育苗試驗(yàn)，探討桑枝屑發(fā)酵物的育苗效果，以篩選出效果好、易獲取，且可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)環(huán)保型育苗輕基質(zhì)配方，為培育優(yōu)質(zhì)容器苗木提供技術(shù)保障和理論依據(jù)，也為桑枝資源化利用探索新途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在重慶市林業(yè)科學(xué)研究院溫室大棚，地理坐標(biāo)為106°24′56″E，29°34′53″ N，年平均氣溫為18.3℃，極端最高氣溫為39.4℃，極端最低氣溫為－1.3℃，年平均降水量為1 085.3 mm，年平均日照時(shí)數(shù)為1 233.7 h。

1.2 試驗(yàn)材料

育苗對(duì)象為樟、楠木、油茶3種。其中，樟、楠木采用種子育苗，種子為2019年秋季新采種，由重慶市渝北區(qū)統(tǒng)景林場(chǎng)提供；油茶采用1年生嫁接苗（苗高≥18.0 cm，地徑≥1.8 mm），由重慶琥珀茶油有限公司提供，其砧木為‘長林4號(hào)’種子培育的1年生實(shí)生苗，接穗為‘長林53號(hào)’當(dāng)年生春梢，嫁接時(shí)間為2019年4月。育苗容器選擇重慶林業(yè)科學(xué)研究院自主研發(fā)的空氣切根育苗盤（15孔，單孔直徑5 cm，高12 cm）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以桑枝屑發(fā)酵物（由粉碎后的桑枝經(jīng)過微生物發(fā)酵腐熟而來）為主要原料，設(shè)置4種育苗輕基質(zhì)處理，分別為P1（桑枝屑發(fā)酵物∶椰糠∶珍珠巖=8∶1∶1，均為體積比，下同），P2（桑枝屑發(fā)酵物：椰糠：珍珠巖=6∶3∶1），P3（桑枝屑發(fā)酵物∶椰糠∶珍珠巖=4∶5∶1），P4（桑枝屑發(fā)酵物∶椰糠∶珍珠巖=2∶7∶1）。椰糠、珍珠巖均購于當(dāng)?shù)鼗ɑ苁袌?chǎng)，并以當(dāng)?shù)赝寥溃S壤）作為對(duì)照基質(zhì)（CK），各處理基質(zhì)的理化性質(zhì)見表1。

表1 不同配方基質(zhì)的理化性質(zhì)Table 1 Physiochemical properties of matrix with different formulas

2019年12月下旬，分別對(duì)樟和楠木種子進(jìn)行處理，采用0.5%的硫酸銅溶液浸泡0.5 h，然后置于干凈的河沙中進(jìn)行沙藏，沙藏時(shí)要求河沙的相對(duì)含水量保持在60%～ 70%。2020年3月上旬，將各配比的基質(zhì)分別裝入育苗容器中，每個(gè)配比設(shè)置10個(gè)育苗盤（共150孔），選擇露芽的種子播入每孔，樟、楠木的每個(gè)處理均為150株（150個(gè)重復(fù)）。油茶的基本處理同上，油茶苗同樣每孔植入1株嫁接苗，所選油茶苗大小基本一致。所有處理日常管理一致。2020年11月上旬，對(duì)各處理苗的相關(guān)生長指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定指標(biāo)包括苗高、地徑、生物量、根系形態(tài)、根系活力及凈光合速率。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

從3種苗木的各基質(zhì)處理中隨機(jī)抽取10株幼苗進(jìn)行各指標(biāo)的測(cè)定。苗高測(cè)定采用精度為1 cm的卷尺進(jìn)行；地徑測(cè)定采用精度為0.1 mm的游標(biāo)卡尺進(jìn)行；生物量測(cè)定采用烘干法，將苗木的地上部分和地下部分分別在80℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，用萬分之一電子天平測(cè)定各部位的干質(zhì)量[11]；根系形態(tài)測(cè)定采用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)（加拿大）進(jìn)行，測(cè)定內(nèi)容包括根系表面積、根長及根尖數(shù)量[12]；根系活力測(cè)定采用TTC法，用島津分光光度計(jì)在波長485 nm處比色，以空白試驗(yàn)（先加硫酸，抑制植物根系中脫氫酶所引起的TTC還原，其他操作相同）作參比測(cè)出吸光度，查標(biāo)準(zhǔn)曲線，即可求出根系活力[13]；凈光合速率測(cè)定采用Li-6400光合作用測(cè)量系統(tǒng)（美國LI-COR公司生產(chǎn)），測(cè)定時(shí)從上至下選擇幼苗第3～ 第4片生長正常、成熟的功能葉，連續(xù)測(cè)定3 d，取平均值。測(cè)定時(shí)間選在11月的晴天9:00—11:00，測(cè)定時(shí)將葉室內(nèi)的光強(qiáng)設(shè)定為1 200 μmol·m-2·s-1，CO2濃度同外界大氣濃度，葉片溫度為25～ 30℃[14]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與作圖，用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基質(zhì)處理對(duì)各樹種苗高和地徑生長的影響

如圖1所示，經(jīng)過8個(gè)月的培育，3種苗木在不同基質(zhì)的生長情況表現(xiàn)出明顯的差異?？傮w上，楠木、樟、油茶在4種輕基質(zhì)處理（P1、P2、P3、P4）下的苗高和地徑均顯著高于CK處理（P<0.05）。其中，楠木在P2、P3、P4三種基質(zhì)條件下的苗高和地徑均無顯著性差異（P>0.05），但顯著高于CK（P<0.05）；同樣，樟在P2、P3、P4三種基質(zhì)條件下的苗高和地徑均無顯著性差異（P>0.05），但均顯著高于CK（P<0.05）；油茶的苗高和地徑以P3和P4較高，兩者無顯著性差異，但顯著高于CK（P<0.05）。

圖1 不同基質(zhì)處理對(duì)各樹種苗高和地徑的生長的影響Figure 1 Height and ground diameter of different species seedlings on different matrix with different formulas

2.2 不同基質(zhì)處理對(duì)各樹種苗木生物量分配的影響

如圖2A、2B所示，在4種輕基質(zhì)處理（P1、P2、P3、P4）下，楠木苗的地上部分和根系生物量總體上均顯著高于CK處理的（P<0.05），且以P4最高，其地上部分生物量比CK的高出21.7%，根系生物量比CK的高出115.4%；樟苗的地上部分和根系生物量均顯著高于CK處理的（P<0.05），且以P3最高，其地上部分生物量比CK的高出84.1%，根系生物量比CK的高出 140.7%；油茶苗的地上部分和根系生物量均顯著高于CK處理（P<0.05），且以P4最高，其地上部分生物量比CK高出76.1%，根系生物量比CK高出121.1%。以上分析表明，3種苗木在4種輕基質(zhì)處理下的根系生物量總體上高于地上部分生物量，尤其以P3和P4處理更為明顯。由此說明，以桑枝屑發(fā)酵物、椰糠等配制成的輕型育苗基質(zhì)疏松透氣、養(yǎng)分充足，對(duì)于植物根系生長和延伸具有很好的促進(jìn)作用。

圖2 不同基質(zhì)處理對(duì)各樹種苗木生物量分配的影響Figure 2 Biomass allocation of different species seedlings on different matrix with different formulas

2.3 不同基質(zhì)處理對(duì)各樹種苗木根系生長及活力的影響

如表2所示，楠木、樟、油茶苗的根系生長情況在不同基質(zhì)條件下均表現(xiàn)出明顯的差異，但總體上在4種輕基質(zhì)條件下各樹種苗木的根系表面積、總根長、根尖數(shù)量和根系活力均顯著高于CK的（P<0.05）。其中，楠木苗的根系表面積、總根長和根尖數(shù)量均在P4處理中最高，根系活力亦是如此，均顯著高于其它基質(zhì)處理（P<0.05）；樟苗的根系表面積、總根長、根尖數(shù)量和根系活力均在P3處理中最高，與P4處理無顯著性差異（P>0.05），但均顯著高于其它基質(zhì)處理（P<0.05）；油茶苗的根系表面積、總根長、根尖數(shù)量和根系活力均在P4處理中最高，其與P3處理無顯著性差異（P>0.05），但總體上顯著高于其它基質(zhì)處理（P<0.05），表現(xiàn)出更強(qiáng)的吸收能力。

表2 不同基質(zhì)處理對(duì)各樹種苗木根系生長及活力的影響Table 2 Root growth and vigor of different species seedlings on different matrix with different formulas

2.4 不同基質(zhì)處理對(duì)各樹種凈光合速率的影響

光合作用是植物生長的物質(zhì)能量來源，光合速率的高低直接關(guān)系著植物生長發(fā)育的好壞。如圖3所示，楠木、樟、油茶苗的凈光合速率在不同基質(zhì)條件下均表現(xiàn)出明顯差異，在4種輕基質(zhì)條件下的凈光合速率均顯著高于CK（P<0.05）。其中，楠木苗的凈光合速率在P3處理時(shí)最高，其與P4處理無顯著性差異（P>0.05），但顯著高于其它基質(zhì)處理（P<0.05）；樟苗的凈光合速率在P3處理時(shí)最高，并顯著高于其它基質(zhì)處理（P<0.05）；油茶苗的凈光合速率在P4處理時(shí)最高，顯著高于其它基質(zhì)處理（P<0.05）?？傮w上，3個(gè)樹種在各輕基質(zhì)處理?xiàng)l件下的凈光合速率均以P3和P4最高，其次是P2和P1，CK最低。

圖3 不同基質(zhì)處理對(duì)各樹種苗木凈光合速率的影響Figure 3 The net photosynthetic rate of different species seedlings on different matrix with different formulas

2.5 不同基質(zhì)處理下各樹種苗木根系與地上部分生長情況的相關(guān)性

對(duì)各輕基質(zhì)配方條件下3種苗木的根系生長量（根系表面積、總根長、根尖數(shù)量和根生物量）與地上部分生長量（株高、地徑和地上部分生物量）及光合速率進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表3。

表3 不同基質(zhì)處理下各樹種苗木根系與地上部分生長情況的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficient of root and aboveground growth of different species seedlings on different matrix with different formulas

由表3可知，3種苗木的根系表面積、總根長、根尖數(shù)量和根生物量四者之間均呈顯著正相關(guān)（P<0.05），而此四者與根系活力總體上也表現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性（P<0.05）；根系表面積、總根長、根尖數(shù)量和根生物量總體上均與地上部分生長量（株高、地徑和地上部分生物量）、凈光合速率呈顯著正相關(guān)（P<0.05），并且根系活力同樣與地上部分生長量和凈光合速率呈顯著的正相關(guān)（P<0.05）?？梢?，3種苗木根系的生長及根系活力的增強(qiáng)對(duì)地上部分的生長、凈光合速率均有顯著的促進(jìn)作用。反之，凈光合速率的提高，又能促進(jìn)光合產(chǎn)物的增加，進(jìn)而反哺地下根系的生長。

3 小結(jié)與討論

基質(zhì)作為容器苗成活和生長發(fā)育的基礎(chǔ)，是決定苗木質(zhì)量的關(guān)鍵因素，而育苗基質(zhì)的好壞會(huì)直接反映在苗木地上形態(tài)的變化上[15]。目前，針對(duì)樟、楠木、油茶等樹種的育苗基質(zhì)多以泥炭、椰糠為主。如許方宏[16]以泥炭、火燒土、沙質(zhì)壤土為原料，通過設(shè)計(jì)多種配比，發(fā)現(xiàn)以泥炭為主的基質(zhì)培育出的樟苗長勢(shì)最好，根量最多。金國慶等[17]同樣發(fā)現(xiàn)樟在以泥炭為主的基質(zhì)中生長較快，在以漚制后鋸木屑為主的配比基質(zhì)容器中生長較慢，王伙琴等[18]在楠木育苗上也發(fā)現(xiàn)以泥炭為主的基質(zhì)顯著優(yōu)于田間泥土。但在油茶的基質(zhì)選擇上，江澤鵬等[19]發(fā)現(xiàn)椰糠的育苗效果優(yōu)于泥炭?？傮w看來，以泥炭、椰糠為主的輕基質(zhì)育苗效果甚佳，主要原因還是因其疏松透氣，pH值和電導(dǎo)率適中，非常適合苗木生長。然而，泥炭和椰糠的價(jià)格相對(duì)較高，尤其泥炭屬不可再生資源，在未來的育苗生產(chǎn)中，不提倡廣泛應(yīng)用，急需尋找替代物質(zhì)。本研究利用桑枝屑發(fā)酵物、椰糠、珍珠巖3種材料混合，不僅質(zhì)量較輕、營養(yǎng)豐富，并且3種材料混合后能克服單一基質(zhì)可能造成的容重過小、過大、透氣不良或通氣過盛等弊端，同樣也達(dá)到較好的育苗效果。這從4種輕基質(zhì)配方處理（P1、P2、P3、P4）下3種苗木的外觀生長情況可以明顯看出，4種輕基質(zhì)配方處理的株高、地徑、地上部分生物量、根系生物量、總根長、根系表面積、根尖數(shù)量等均顯著高于CK的（P<0.05），表現(xiàn)出更強(qiáng)的長勢(shì)，這與多數(shù)研究結(jié)果一致，相對(duì)于土壤基質(zhì)，輕基質(zhì)培育出的苗木質(zhì)量優(yōu)異，根系量大，移栽成活率更高[20-22]。

光合作用是植物維持生命的能量來源，凈光合速率的強(qiáng)弱直接反應(yīng)了植物同化CO2，制造干物質(zhì)的能力[23]?？傮w看來，楠木、樟、油茶苗在幾種輕基質(zhì)配方條件下的凈光合速率均顯著高于土壤基質(zhì)上的，說明輕基質(zhì)條件下各樹種的光合產(chǎn)能明顯更大，對(duì)地上部分和根系的生長均能起到更好的促進(jìn)作用。土壤結(jié)構(gòu)會(huì)影響土壤中氧氣和水分的含量，在作物種子萌發(fā)及后期生長階段，水分、溫度和氧氣都起著重要的作用，而在幼苗生長階段，充足的有效養(yǎng)分能夠更好地促進(jìn)植株的干物質(zhì)積累[24-26]。另外，本研究測(cè)得的根系活力是采用TTC（2，3，5-三苯基氯化四氮唑）還原法測(cè)得的TTC還原能力，是與呼吸有關(guān)的琥珀酸脫氫酶活性，與呼吸作用有著很大的相關(guān)性[27]。因此，在各基質(zhì)處理水分充足且環(huán)境條件一致的情況下，4種輕基質(zhì)比土壤基質(zhì)更加地疏松透氣，可利用的有效氮、有效磷、有效鉀等養(yǎng)分也更多，各樹種的根系活力和呼吸作用也顯著提高，表現(xiàn)出更強(qiáng)的吸收能力，從多個(gè)方面促進(jìn)了植株的長勢(shì)。

本研究還發(fā)現(xiàn)，3種苗木在不同輕基質(zhì)處理下的生長情況也存在較大差異，總體上以P3和P4處理的長勢(shì)更好。一方面這與此兩種輕基質(zhì)配方的氮、磷、鉀等有效養(yǎng)分含量適宜有關(guān)；另一方面，這兩個(gè)輕基質(zhì)配方的電導(dǎo)率和pH值較為適中。而P1和P2處理的pH值和電導(dǎo)率較大，鹽分含量偏高，雖然其養(yǎng)分含量較高，對(duì)植物幼苗的生長也會(huì)存在一定的影響[28]，但總體仍優(yōu)于土壤基質(zhì)。許多研究表明，根系是植物吸收水分和礦質(zhì)營養(yǎng)的主要器官，其大小、分布及活力直接關(guān)系著植物吸收養(yǎng)分和水分的數(shù)量，對(duì)植物生長發(fā)育有很大影響[29-30]。通過對(duì)各輕基質(zhì)處理的根系與地上部分生長情況和光合速率進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)其根系表面積、總根長、根尖數(shù)量、根生物量和根系活力均與地上部分的生長量呈顯著的正相關(guān)（P<0.05），與地上葉片的凈光合速率同樣呈顯著正相關(guān)（P<0.05），表明旺盛的根系對(duì)地上部分的生長和光合產(chǎn)能均具有顯著的促進(jìn)作用。而地上部分生長旺盛，光合能力增強(qiáng)，產(chǎn)生更多的物質(zhì)能量，反過來又能促進(jìn)根系的生長。并且，根系旺盛的植物在移栽后更容易存活，能更快適應(yīng)新的土壤環(huán)境。

綜上所述，P3（發(fā)酵物∶椰糠∶珍珠巖=4∶5∶1）和P4（發(fā)酵物∶椰糠∶珍珠巖=2∶7∶1）兩種輕基質(zhì)配方條件下，3種苗木的生長情況均較好，兩者之間差異不明顯。并且本研究選擇的幾種材料中，以椰糠的成本最高，所以在兼顧成本的情況下，以配方P3為最優(yōu)。目前，多數(shù)輕基質(zhì)以泥炭為主要材料，且用量較大，而泥炭屬于不可再生資源，長期的開采易造成資源耗竭。而本研究以桑枝屑發(fā)酵物為原料形成的輕基質(zhì)營養(yǎng)豐富、疏松透氣，能夠很好地促進(jìn)苗木的生長，尤其是促進(jìn)苗木根系的生長，從而提高其上山造林的成活率，在未來林業(yè)行業(yè)的育苗中可在一定程度上替代泥炭等不可再生的材料，促進(jìn)林木容器育苗產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。