黄瑶珠，沈华艳，陈骏佳，谢 东*，张文桦，杨友军

(1广东省生物工程研究所(广州甘蔗糖业研究所) 广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室，广东广州510316；2广东省生物材料工程技术研究中心，广东广州510316)

0 引言

目前我国甘蔗产业的可持续性发展受到甘蔗品种严重单一化(ROC系列品种占总面积90%以上)和长期连作加剧品种退化严重的双重影响，必须对现有品种进行种性恢复以提高蔗糖业工农效益，而生产甘蔗脱毒健康种植是目前最有效的技术措施之一。

甘蔗脱毒健康组培苗是利用组织培养技术原理作为依托，在人工控制下，以工厂化生产方式繁殖幼苗，繁殖速度快，生产时间不受限制，并可以随时随地种植，蔗苗性状变异小，健康无毒化，占地少，是甘蔗新品种扩繁及品性提纯复壮的基础。甘蔗生根苗从实验室移栽大田时，需要经过沙床假植阶段，再移栽到大田生长成一级苗、二级苗甚至甘蔗蔗种。在沙床假植育苗阶段，组培苗需要装入营养袋或营养盘，并经历30～40天的苗圃生长，再移栽到大田中成为一级苗。目前一般营养袋或营养盘采用普通塑料制品，存在难降解残片易残留于土壤，造成白色污染等问题；此外，甘蔗组培苗转苗移苗时，容易造成新根嫩苗损伤，影响组培苗返青生长。

目前制备生物降解育苗杯主要由纸浆、秸杆等材料，通过添加胶黏剂湿法成型制成，存在前处理步骤复杂，成品脱水能耗大，因此寻求一种性能优良、生产成本低的生物降解育苗杯成为当前研究的热点。李道义等人以低聚木糖生产废渣为原料，制备的生物降解育苗钵比玉米芯育苗钵具有更高的力学强度和更低吸水性，且生物降解性能更好[1]。蒋希芝等人通过研究纸质、不腐熟秸杆及腐熟秸杆 3种生物基降解育苗钵，发现在土埋降解试验后纸质育苗钵最终降解率为85%、不腐熟秸杆育苗钵降解率为 78%、腐熟秸杆育苗钵降解率为 47%[2]。张金根等对添加泥炭的降解育苗钵降解性能进行研究，发现该育苗钵的大部分在当茬作物生长发育期间能够被降解[3]。广东省生物工程研究所(广州甘蔗糖业研究所)在蔗渣基综合利用及技术开发基础上，针对育苗容器的要求，开发了蔗渣基生物降解育苗容杯。该育苗杯的淀粉和蔗渣总含量可达80%，器壁厚度能控制在0.4 mm，在自然埋土4个月的降解率可达57.35%[4]，实现生物降解育苗杯的高性能、低成本和环保化的统一。2018年进行生物降解育苗杯在水果玉米的应用试验，在玉米收获时(埋土后54天)育苗杯的降解失重率仅为15.54%；进行杯苗同移后，由于玉米生长期短，蔗渣基生物降解育苗杯体降解慢，限制了玉米的生长，导致玉米鲜穗产量显著减少[5]。如蔗渣基生物降解育苗杯应用于生长期长的作物甘蔗，对甘蔗生长及产量的影响效果是否一致，这对蔗渣基生物降解育苗杯的配方调整及应用方向具有指导意义。因此我们于2018年进行了甘蔗组培苗的杯苗移栽一体化应用试验，以组培苗直移栽大田为对照，研究蔗渣基生物降解育苗杯对甘蔗组培苗生长和产量构成等方面的影响，探讨蔗渣基生物降解育苗杯替代普通塑料育苗容器的可行性，以期为其大面积推广提供理论与技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

甘蔗组培苗品种：粤甘43号。供试样品：蔗渣基生物降解育苗杯(上口径5 cm，高5 cm，蔗渣材料，杯壁厚0.4～0.5 mm，每个平均重量为4.60 g)。

1.2 试验处理

处理2个，T1：生物降解育苗杯杯苗移栽一体化；CK：组培苗直接移种大田。

1.3 试验方法

1.3.1 育苗

甘蔗组培苗单株种植蔗渣基生物降解育苗杯：甘蔗组培苗长出根系和叶片，单株移栽到蔗渣基生物降解育苗杯。使用的基质营养土为育苗基质 2/3加塘泥 1/3，每个生物降解育苗杯齐口装好基质土后，每株组培苗从营养袋中取出，移栽于生物降解育苗杯。等组培苗长至6～7 cm后剪叶移栽大田。

甘蔗组培苗单株假植移植基质营养土沙床：组培苗长出根系和叶片后，单株移栽到基质营养土沙床，组培苗长到6～7 cm后剪叶移栽，单株直接移种到大田。

1.3.2 移栽

生物降解育苗杯连苗带杯移栽到大田：等大田整好地后开好植沟，在植沟直接连苗带生物降解育苗杯移栽。直接着地移栽：移栽时去掉育苗杯把苗移栽到植沟。6月7日移栽到大田。

组培苗种植要求：按组培苗常规种植技术要求开沟、移栽。植沟包沟为 1 m，移栽时单行种植，株距50 cm，每行种30株。

1.4 测定项目和方法

1.4.1 生物降解育苗杯的降解性能测定

甘蔗组培苗成活后，每隔30～40天随机挖开3个生物降解育苗杯，洗净育苗杯观察并拍照记录杯体降解情况，洗干净育苗杯后，晾干称重，计算降解失重率。降解失重率(%)=(原始质量-使用后质量)/原始质量×100%。

1.4.2 甘蔗组培苗成茎砍收前的农艺性状及产量调查

在甘蔗组培苗长至2 m成茎砍收作一级苗的蔗种前，测量甘蔗的农艺性状，每个处理每个重复随机选取10株，测量甘蔗有效茎数、株高、茎粗及锤度，并折算到单茎重和公顷产量。其中株高以测量地面至茎叶肥厚带。茎粗以用游标卡尺测量离地面最近一节的茎杆中部的直径为准。到砍收蔗种时，每个处理每个重复随机取样 5 m，按蔗种标准实收实测蔗种产量，折算公顷产量。

2 结果与分析

2.1 蔗渣基生物降解育苗杯育苗效果

从图1可见，在30～40天的组培苗假植育苗阶段，所使用的蔗渣基生物降解育苗杯所装土壤基本处于含水量饱和状态，而育苗杯体仍保持基本完整，没有明显变软，保持较好强度，可以实现杯苗运输、栽植一体化，此时甘蔗组培苗根系及叶片也正常生长，植株粗壮，根系也从杯体基部伸展出来，该蔗渣基生物降解育苗杯能够满足甘蔗组培苗单株假植育苗的要求。

图1 蔗渣基生物降解育苗杯应用于组培苗用育苗表现

2.2 蔗渣基生物降解育苗杯的田间降解情况评价

2.2.1 田间降解表现

如图2所示，在杯苗一体化移栽到大田36天后，杯体虽明显变软，但仍保持基本完整形状，甘蔗根系基本集中在杯子的底部长出；到69天，杯体及壁部底部已有较大裂缝，产生破败，但还能看到杯子的基本形状，甘蔗根系从杯裂破壁而出。到114天，随着玉米根系越来越多从杯体穿透出，导致部分杯体受根系排挤脱落，但还是看到少量的杯体；到成茎砍收成蔗种前(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挤掉到土壤，被土壤消化成养分，无法收集；部分育苗杯连土带残体从土里起出，但杯体比较软薄，机械性能较差，一动就掉了大块杯体残片，明显失去杯子的功能，降解效果比较显著。

2.2.2 生物降解育苗杯在移栽后不同时间对甘蔗组培苗生长的促进作用

由表1可知，田间生物降解育苗杯同移处理70天后的甘蔗成活率比对照低，但分蘖比对照强，平均1株主茎有3～4株分蘖，分蘖率差异达到极显著水平。而株高也比对照高，但未达到显著水平，蔗渣基生物降解育苗杯处理的甘蔗整体生长稍比对照旺盛，说明杯苗同移不会影响甘蔗组培苗的生长与分蘖。

从甘蔗的生物量来看，育苗杯同移处理的甘蔗地上部鲜重、根系鲜重及总鲜重均比对照高，特别是根系的生长，鲜重为41.00 g/株，远远高于对照处理的甘蔗。生物降解育苗杯在埋土后70天，杯体已被甘蔗根全部穿透，已不成整体，强度很低，基本用水一冲就脱落，杯体用手不能提起。由于该试验地处低洼，土壤湿度大，导致育苗杯降解明显，但没有影响到甘蔗生长。

图2 蔗渣基生物降解育苗杯移栽后不同时间降解表现及甘蔗长势对比

表1 生物降解育苗杯杯苗同移后在不同天数的甘蔗长势及生物量(移栽后70天)

移栽后114天甘蔗进入伸长期，见表2，2个处理的甘蔗均能够快速生长。育苗杯同移处理的甘蔗分蘖率及株高均比对照稍小，但未达到显著差异，有效株数与对照相同，说明杯苗同移不会影响甘蔗的生长与分蘖。

从甘蔗的生物量来看，育苗杯同移处理的甘蔗地上部鲜重、根系鲜重及总鲜重均比对照高，且地上部重量差异达到显著水平，蔗渣基生物降解育苗杯明显促进甘蔗中期生长，为后期甘蔗产量提高打下基础。随着甘蔗的生长，育苗杯处理的甘蔗根系鲜重的增加优势逐渐比对照低，说明育苗杯同移处理对根系生长的促进作用逐渐减弱。

表2 生物降解育苗杯杯苗同移后在不同天数的甘蔗长势及生物量(移栽后114天)

不同处理的甘蔗长势及生物量对比结果来看，生物降解育苗杯杯苗同移方式不会影响甘蔗组培苗的生长，相反因育苗杯的杯体的降解，可能增加土壤的养分，反而对甘蔗有一定的促进作用。

2.2.3 生物降解育苗杯在移栽后不同时间的降解失重率

表3结果显示，蔗渣基生物降解育苗杯随着栽植天数的增加，降解加速，杯体逐渐失重加快，失重率增加。在栽植36天后，育苗杯重量略为减少，失重率仅为 7.17%；栽植 69天后失重率也仅为18.80%；到栽植后114天，失重率为33.04%；在砍收作甘蔗蔗种前(栽植 200天)，能收集的育苗杯的失重率为44.13%，但此时杯体已完全破败，保留少量的杯子残片依然存在，已完全失去杯子的功能。

在整个甘蔗组培苗的大田种植过程来看，仅从失重率判断，生物降解育苗杯降解较慢，但目测观察，到收获时，生物降解育苗杯的部分杯体已基本破裂成碎片了，但破裂的碎片还残留在土壤，还会继续降解，不仅不会影响到土壤结构，蔗渣基残片还会增加土壤有机质。

表3 蔗渣基生物降解育苗杯在不同栽植天数后的降解失重率

2.3 蔗渣基生物降解育苗杯对甘蔗组培苗的农艺性状及产量的影响

表4结果显示，蔗渣基生物降解育苗杯处理与对照比较，在株高、茎径、单茎重等产量构成因子上虽稍有增加，但差异均未达到显著水平，甘蔗产量虽略有提高，也未达到显著水平；而蔗茎锤度稍低于对照，也未达到显著水平，因此说明使用蔗渣基生物降解育苗杯进行甘蔗组培苗杯苗移栽一体化的方法对甘蔗的生长还有一定的促进作用，不会影响到甘蔗的生长和减产，同时也不会对甘蔗造成显著的减糖影响。

从表5可知，到甘蔗砍收作蔗茎作蔗种时(移栽大田 200天)，蔗渣基生物降解育苗杯的失重率为44.13%，此时育苗杯的部分杯体已基本破裂成碎片了，破裂的碎片残留在土壤继续降解。而此时生物降解育苗容器的实收蔗茎产量及有效株数比对照均有提高，增产18.38%，但未达到显著水平，说明采用生物降解育苗杯进行杯苗同移技术，有利于促进甘蔗组培苗蔗种产量的提高，实收甘蔗蔗茎产量(表5)比抽样估测产量(表4)低，原因可能在抽样测产时，偏向选择相对均匀的蔗茎，导致测产的产量会高一些。

由于蔗渣基生物降解育苗杯前期降解速度过慢，在生长前期有限制甘蔗组培苗的根系伸展作用，但最终不会影响到甘蔗农艺性状及产量，也不会影响甘蔗蔗糖分的提高。

表4 蔗渣基生物降解育苗杯对甘蔗农艺性状及产量的影响

表5 生物降解育苗容器对甘蔗实收有效株数及产量的影响(移栽大田200天)

3 结论与讨论

从田间生产应用要求上，可降解育苗杯要满足以下条件：生产成本低，原料价廉易得；具有一定透水、透气性，以满足作物生长需要；具有较好的干、湿强度，以满足育苗与移栽的农艺要求；降解周期和作物生长周期符合度较好，育苗杯在育苗过程保持一定强度，外形较为完整，而杯苗同移栽大田后，可快速破裂、崩解，不影响植物根系伸展。

从蔗渣基生物降解育苗杯应用于甘蔗组培苗的育苗与生长的应用效果来看，该育苗杯能够满足甘蔗组培苗假值育苗的要求。杯苗栽植一体化后，随着甘蔗根系的生长及扩张，蔗渣基生物降解育苗杯逐渐破败降解，蔗渣基生物降解育苗杯能够满足育苗杯的基本使用功能。育苗杯杯体被甘蔗根系挤破，加速其降解，到甘蔗砍收作蔗种时(移栽大田 200天)，蔗渣基生物降解育苗杯的失重率为44.13%，此时育苗杯的杯体已基本破裂成碎片了，破裂的碎片残留在土壤继续降解。甘蔗产量也比对照稍为提高，但具体增产机理还需要进一步探讨与研究。

由于蔗渣基生物降解育苗杯前期降解速度过慢，在生长前期有限制甘蔗组培苗的根系伸展作用，随着甘蔗生长，根系突破杯体的限制而伸展长出，能够吸收土壤的营养元素及水分，最终不会影响到甘蔗农艺性状及产量，也不会影响甘蔗蔗糖分的提高。蔗渣基生物降解育苗杯如能够进一步提高降解速度，或通过改进杯体的结构让根系更快长出突破，就更能适应大田甘蔗组培苗大田移栽与种植的要求。