朱茂成 杨锦昌 董明亮 余纽 莫崇杏 李荣生

(中国林业科学研究院热带林业研究所,广州,510520)

育苗容器直接影响苗木根系走向和分布[1],对苗木生长发育的影响重大,在起苗、运输和造林过程中能够起到保护苗木根系的作用,提高造林成活率,有利于造林苗木早期生长[2-3],其中选择适当的容器类型和规格是提高苗木质量的2个重要手段[4]。容器类型直接影响苗木根系构型以及养分的分配和积累,进而影响苗木的规格[5];容器规格影响苗木根系对水和养分的吸收面积,进而影响苗木形态和生理特性[6-7]。近年来有学者对黑荆树(AcaciamearnsiiDe Will)、橡树(QuercuspalustrisMünchh)、松树(Pinus)、栓皮栎(QuercusvariabilisBl.)、核桃(JuglansregiaL.)、木荷(Schimasuperba)[8-13]树种的容器类型或容器规格进行了研究,发现适宜的容器对苗木生长具有很好的促进作用;然而适宜的容器类型及规格往往因树种而异,因此要针对某一树种进行容器类型和规格的研究[14]。此外,国内外关于容器类型和规格的研究往往缺少经济效益的核算,容易造成为了追求质量而不注重生产成本,使得科研成果与生产相脱节,不利于科技成果的转化,应结合育苗成本和经济效益,分析不同容器对苗木培育的影响[15]。

壳菜果(Mytilarialaosensis)是金缕梅科(Hamamelidaceaw)壳菜果属(Mytilaria)常绿阔叶乔木,别名米老排,是中国热带、亚热带优良速生树种,主要分布在我国广东、广西、云南等省(区),在越南、老挝等地区也有分布[16]。壳菜果的干形通直优美,材质优良,木材色泽及花纹美观,具有较高的耐用性,可作为高档家具原材料[17-18],同时该树种生长快,成材早,出材量大,是南方地区混交造林和生物防火的优良树种[19-20]。目前,壳菜果壮苗的研究主要集中在组培育苗[21]、基质肥料[22]、种源选择[23]以及培育密度[24]等方面,但是关于容器类型及规格对壳菜果的影响暂未见报道。因此,本研究以来源于同一种源的壳菜果种子作为材料,育苗后移栽至不同类型和规格的育苗容器内,观察壳菜果生长表现,以期揭示不同容器类型及规格对壳菜果幼苗生长的影响,同时结合育苗过程中涉及的育苗成本及经济效益,为合理培育壳菜果壮苗提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用壳菜果种子于2019年10月底采于广东省郁南林场壳菜果子代测定林的优树,栽培基质参考黎少玮等[25]的研究,由黄心土和泥炭土按体积比例3∶2混合而成。试验所用容器为不同规格的黑色塑料袋、白色无纺布袋和黑色穴盘,其中塑料袋和无纺布袋均购于鑫茂原育苗袋工厂店,穴盘购于广东省林业科学研究院。

1.2 试验设计

试验在广东省广州市天河区绿林苗圃内进行,采用完全随机区组设计,设置5种容器类型与规格的组合(见表1),每个处理重复3次,每个重复苗木60株。

表1 容器类型和规格的组合

2020年1月中旬,壳菜果种子消毒后播种于沙床上,播种后均匀洒水,经过催芽后,于2月中旬待幼苗长出真叶后,选择长势基本一致的幼苗移栽至育苗容器内,其中塑料袋和无纺布袋每袋移栽1株,黑色穴盘每穴1株。苗圃配有喷灌设施,保证苗木生长所需的水分要求,同时进行病虫害防治等常规管理。

1.3 取样与测定

试验苗木于2021年2月进行苗高、地径和冠幅的测量。然后进行破坏性取样,每个重复随机选取平均木8株,其中4株壳菜果鲜叶采用乙醇-分光光度法测定[26]A665和A649值,并计算出叶绿素的质量分数。另外4株挖取完整苗木植株,用枝剪在茎底部土痕处将苗木分为地上部和地下部,清除苗木上面的附着杂物,依次用自来水和蒸馏水冲洗,待清洗干净后用吸水纸吸去表面的水分,再分别将地上部和地下部置于烧杯中,利用电子天平测定苗木的鲜质量;然后采用万深LA-S根系扫描仪及ScanWizard EZ分析软件测定总根长、根表面积、根体积和根平均直径,参考岳龙等[1]的根系分级方法,将壳菜果根系分为细根(0<根直径<2 mm)和粗根(根直径≥2 mm);然后将每株样品的地上部和地下部分别放入牛皮纸袋中,放在烘箱中80 ℃烘48 h至恒质量,再用电子天平测定苗木的干质量,计算苗木的鲜质量/干质量及根冠比,并计算苗木质量指数,苗木质量指数=苗木总干质量/[(苗高/地径)+(茎干质量/根干质量)]。

壳菜果从播种到出圃所需要的成本包括物资成本、人工成本及租金成本,其中物资成本包括种子费用、肥料及基质和容器费用,以用于育苗的物资市场价格作为物资成本;人工成本包括装袋、移栽、搬苗和除草等人工费,其中搬苗、施肥及除草3个月1次,共4次,租金成本以苗圃的实际租金为准,租金每年为6 000元/亩。

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS 18.0对苗高、地径等指标进行描述性统计和正态分布检验,并进行单因素方差分析和Pearson相关性分析,用Excel 2010整理数据,用Duncan法进行多重比较。参考隋德宗等[27]方法对壳菜果进行基于主成分分析和隶属函数值分析的综合评价。

隶属函数:U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin),i=1、2、…、n。式中,Xmin为第i综合指标的最小值,Xmax为第i综合指标的最大值,Xi为第i综合指标,U(Xi)为隶属函数值。

2 结果与分析

2.1 不同容器对壳菜果生长的影响

由表2可知,每个组合处理对壳菜果苗高和地径影响显著。S2处理的苗高最大(63.4 cm),显著大于其它处理(P<0.05),而X1处理的苗高最小(24.0 cm);S2处理的地径最大(7.11 mm),而X1处理的地径只有4.51 mm,显著低于S2、W1、W2处理(P<0.05);S2处理的苗木高径比最大(89.75),X1处理高径比最小(53.67),X1、S1、W1处理无显著差异,但与其它处理差异显著(P<0.05);S2处理的地上生物量、地下生物量及总生物量最大,分别为7.28、3.22、10.50 g,显著大于除W2处理之外的其它处理,而X1处理的地上生物量、地下生物量、总生物量最小,分别为2.51、0.89、3.41 g;S2处理的质量指数值最大(0.93),与X1、W1处理差异显著(P<0.05),与S1、W2处理差异不显著,X1处理苗木质量指数最小(0.42)。

表2 不同容器的壳菜果生长状况

2.2 不同容器对壳菜果根系发育的影响

2.2.1不同容器对壳菜果根总长、根表面积、根体积及根平均直径的影响

由表3可知,不同处理对壳菜果根系生长性状影响显著。S2处理的根系总长度显著大于其它处理(P<0.05);W1处理的根系总长度最小,且与S1、S2和W2处理差异显著(P<0.05),但与X1差异不显著。S2处理的根表面积最大,显著大于其它处理(P<0.05);W1处理的根表面积最小,显著小于S1、S2处理(P<0.05)。S2处理的根体积最大,显著大于其它处理(P<0.05);而X1处理的根体积最小,与S1、W1差异不显著;根平均直径W1处理最大,显著大于其它处理(P<0.05),但其它处理之间无显著性差异;X1处理的比根长最大,与W1、W2处理差异显著(P<0.05),与其它处理均差异不显著,其中W1处理比根长最小。

表3 不同容器的壳菜果根系性状

2.2.2不同容器对壳菜果粗细根总长度、表面积、体积分布的影响

由表4可知,不同处理壳菜果粗根和细根所占比例有所不同,X1处理的细根在根总长度、根总表面积和根总体积上所占的比例最大,分别为0.99、0.94、0.69,而W1处理的细根在根总长度、根总表面积和根总体积上所占的比例最小,分别为0.92、0.68、0.28;在细根占根总长度的比例方面,各处理细根占根总长度的比例都在0.90以上;除处理W1外,各处理细根的根表面积占根总表面积比例都达到0.90以上。

表4 不同容器的壳菜果粗细根总长度、表面积、体积分布

2.3 不同容器对壳菜果叶绿素质量分数的影响

由表5可知,S2处理的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素质量分数最大(分别为1.36、0.53、1.89 mg·g-1);W2处理的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素质量分数最小;S2处理的叶绿素a质量分数与其它处理有显著性差异(P<0.05);S2处理的叶绿素b质量分数与S1、W2处理差异显著(P<0.05);S2处理的总叶绿素a质量分数与其它处理差异显著(P<0.05);W1处理的w(叶绿素a)∶w(叶绿素b)最小,与W2、X1处理差异显著(P<0.05)。

表5 不同容器的壳菜果叶绿素质量分数

2.4 不同容器对壳菜果苗木质量综合评价

2.4.1 主成分分析

由表6可知,前3个主成分的方差贡献率分别为57.83%、27.22%和13.90%,累计贡献率高达98.95%,因此可用这3个主成分表示壳菜果幼苗苗木质量情况。第一主成分中,苗高、地径、根系结构及生物量等指标的系数较大,是壳菜果幼苗生长的综合反映;第二主成分中,叶绿素和比根长的系数较大,反映了壳菜果光合和根系吸收能力情况;第三主成分中,根平均直径和w(叶绿素a)∶w(叶绿素b)指标的系数较大,代表壳菜果幼苗粗细根分布状况及光合能力。

表6 各综合指标的系数及贡献率

2.4.2隶属函数值、权重及苗木质量综合评价值的确定

由表7可知,由各指标系数求得3个主成分的综合指标值和隶属函数值,根据贡献率用权重公式求出各指标的权重为0.58、0.28、0.14。根据综合评价值大小进行排序,其中S2处理的综合评价值最大(0.94),处理X1最小(0.29)。

表7 各处理综合指标值、隶属函数值、权重及苗木质量综合评价

2.5 不同容器类型及规格的育苗成本及经济效益

由表8可知,壳菜果从播种到出圃所需要的成本包括物资成本、人工成本及租金成本。S2处理的单株育苗成本最高(0.666元),而X1处理的单株育苗成本最小(0.587元),并且黑色塑料袋的育苗成本高于白色无纺布袋的育苗成本。

从表9可知,育苗成本中,S1处理的育苗成本最大(63.83×104元·hm-2·a-1),X1处理的育苗成本最低(19.33×104元·hm-2·a-1);根据市场定价,S1、S2、W1、W2和X1处理的苗木价格分别为0.8、1.2、0.9、1.1和0.6元·株-1,经计算,W1处理销售额最高(95.18×104元·hm-2·a-1);处理S2的利润最大(35.35×104元·hm-2·a-1),而处理X1的利润最低,每亩每年亏损为-3.52×104元·hm-2·a-1。

表8 不同容器单株育苗成本

表9 不同容器每亩每年经济效益

3 讨论

在容器育苗中,从众多变量中找到影响苗木质量的关键因素十分有必要[28],而容器类型和规格会对苗木的生长发育和质量产生影响[29],而且其影响程度也有所不同。本试验以容器类型和容器规格的组合为变量,通过方差分析和多重比较结果表明,两者对壳菜果容器苗的生长影响显著。

苗高和地径不仅是评价苗木质量的重要指标,而且苗木生物量也能够体现苗木的综合竞争能力,因为它能反映苗木的光照接收面积、根系大小、茎和枝大小[30-32]。在本试验5个处理中,相同类型容器的苗高、地径、地上生物量、地下生物量、总生物量及质量指数等随着容器规格的增大而增大,表明苗木生长形态指标与容器规格存在着一定的关联性,即大规格容器更有利壮苗的培育[33]。在大规格容器中,黑色塑料袋苗木的苗高、地径、地上生物量、地下生物量、总生物量及质量指数高于白色无纺布袋和黑色穴盘;而在小规格容器中,白色无纺布袋苗木的苗高、地径及地上生物量却高于黑色塑料袋苗木,而苗木的地下生物量、总生物量、质量指数趋势则与大规格容器保持一致,表明苗木生长形态指标与容器类型存在着一定的关联性。黑色塑料袋更有利于苗木生物量的积累,而小规格容器中白色无纺布袋更有利于生物量向苗木地上部积累,增加苗木高度[34]。黑色穴盘仅底部有漏水孔,同时由于不用搬动,易造成土壤基质板结,进而导致水分难以向下渗透,易形成涝害,不利于苗木的生长。

总根长、根表面积和根体积是反映根系形态的重要指标[35]。本试验中总根长、根表面积、根体积和比根长随着容器规格的增大而增大,根平均直径大小却呈相反趋势,通过进一步研究发现不同规格容器内苗木粗细根所占的比例有所不同,根平均直径的变化趋势和细根所占比例相反,因为大规格容器给植物提供的养分较多,同时根系生长空间大,有利于细根的生长,吸收更多的养分。同时黑色塑料袋除根平均直径外,各指标明显大于白色无纺布袋和黑色穴盘,因为无纺布袋通透性好,保水能力差,造成大量水分的流失,而穴盘中土壤和基质容易板结,不利于根系生长[36]。发达根系有利水分和养分的吸收,促进苗木生物量的积累,因此试验中壳菜果根系的若干指标变化趋势与生物量变化趋势一致,如总根长度、根表面积与生物量的变化趋势大致相同。

光合色素是光合作用的基础,其含量直接影响着光合作用速率,是反映光合强度的重要指标[36]。3种容器类型中无纺布袋苗木叶绿素a、叶绿素b以及总叶绿素质量分数最低,同时,相同类型容器中,大规格黑色塑料袋苗木各叶绿素质量分数均大于小规格格黑色塑料袋的苗木,而白色无纺布袋却相反。一般认为水分胁迫阻止原叶绿素酯的形成和叶绿素的积累,尤其是阻止叶绿素b的累积,因而使w(叶绿素a)∶w(叶绿素b)值升高[37-38]。本实验中由于大规格无纺布袋表面积大,通透性强,水分散失快,对苗木造成缺水胁迫,进而导致苗木叶绿素各指标质量分数下降。

4 结论

苗木质量是评价育苗状况的重要指标,但育苗成本和经济效益也是需要考虑的重要指标。本试验中黑色穴盘每亩的育苗成本最低,但是其单株育苗成本最高,占地面积较大,同时生长状况较差,销售较差。相同规格下白色无纺布袋成本较低,小规格条件下无纺布袋培育的苗木较好,经济效益较高,但其苗木在实际生产中折损率较大,而大规格黑色塑料袋培育的苗木经济效益更高,折损率较低。因此,通过综合分析苗木质量和经济效益,1年生壳菜果容器苗培育应选择规格为8.0 cm×9.0 cm的黑色塑料袋进行培育,有利于提高苗木质量,到达壮苗的效果,同时能够节约育苗成本,提高苗木的经济效益。