紀(jì) 敏，高 銳，沈嶸楓，謝詩妍

(1.福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福建 福州 350002；2. 福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012 )

育苗容器成型機(jī)不但可節(jié)省育苗容器生產(chǎn)的成本，而且還能大規(guī)模批量生產(chǎn)，其應(yīng)用與研制已成為農(nóng)林業(yè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)[1]。育苗容器成型技術(shù)與傳統(tǒng)裸根培苗技術(shù)相比有諸多被公認(rèn)的優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)約種子和圃地、培植快、規(guī)格統(tǒng)一化、抵抗不利環(huán)境能力強(qiáng)、便于移栽植苗、搬移運(yùn)輸方便、幼苗質(zhì)量好等[2]。從20世紀(jì)六七十年代起，我國開始研制育苗容器成型設(shè)備，經(jīng)過幾十年的應(yīng)用與探索，其技術(shù)不斷進(jìn)步[2]，在遼寧、山西、廣西、黑龍江等省(區(qū))的林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛的推廣應(yīng)用[4]，逐漸獲得農(nóng)林生產(chǎn)業(yè)主、林農(nóng)的認(rèn)可[5]。

育苗容器成型機(jī)作業(yè)包含無紡布成型、縱封部加熱成育苗容器、基質(zhì)裝填育苗容器及送給、鋸切育苗容器[6]。育苗基質(zhì)是顆粒物材料，成分中含有鋸屑與草碳土，吸水性強(qiáng)，因此，基質(zhì)濕度對(duì)育苗容器成型作業(yè)影響大[7]。研究發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)濕度會(huì)對(duì)育苗容器基質(zhì)填充量與鋸切長度產(chǎn)生均勻性影響，基質(zhì)濕度過大或者過小，都會(huì)導(dǎo)致育苗容器無法標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和生產(chǎn)合格率低。育苗容器的基質(zhì)含量與規(guī)格大小均會(huì)影響種子后期的生長[8]。育苗基質(zhì)是種子生長的全部營養(yǎng)來源，育苗容器基質(zhì)填充量是評(píng)價(jià)育苗容器是否合格的重要指標(biāo)[9]。苗高與地徑的生長和容器大小有關(guān)，容器太短，不利于地徑生長，無法確保苗根正常生長，容易造成傷根；容器過長，不利于苗高生長，浪費(fèi)基質(zhì)與無紡布[10]。針對(duì)以上問題，研究不同基質(zhì)濕度下育苗容器的成型過程，以育苗容器基質(zhì)設(shè)定填充量和標(biāo)準(zhǔn)鋸切長度作為指標(biāo)，獲取育苗基質(zhì)生產(chǎn)的最佳濕度范圍[11]。利用最佳濕度范圍進(jìn)行育苗容器生產(chǎn)實(shí)踐，預(yù)期較好地解決了育苗容器基質(zhì)填充量和鋸切長度均勻性差的問題，實(shí)現(xiàn)育苗容器標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，提高育苗容器和生產(chǎn)合格率及合格苗率。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

育苗容器試驗(yàn)材料為無紡布育苗容器和育苗基質(zhì)。無紡布育苗容器是由聚酯纖維熱壓而成的新型覆蓋材質(zhì)，具有防水珠凝結(jié)、熱熔膠膜性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)。育苗容器無紡布的卷寬度16 cm，能夠在縱縫部加熱到184 ℃，起到加熱粘合作用，方便無紡布熱壓成型[12]。1 m3育苗基質(zhì)配比為m鋸屑∶m草碳土=6∶ 4，外加1 kg過磷酸鈣[13]。其中鋸屑為主要配制材料，其有機(jī)質(zhì)成分高，且較疏松，可改變基質(zhì)通氣性，吸水性強(qiáng)[14]；草碳土由植物根系(莖、果實(shí)等)組成，濕容重為1.35 g· cm-3，空隙比大，土粒的密度為1.71 g·cm-3[15]，其透水性強(qiáng)，水平垂直方向滲透系數(shù)大于(10-5～10-6) cm·s-1，高壓縮比，pH值為5.8～6.6，呈弱酸性[16]。

1.2 試驗(yàn)方法

2019年4月，在福建省三明市尤溪縣西城鎮(zhèn)林業(yè)科技推廣中心，將育苗基質(zhì)進(jìn)行濕度調(diào)配與測量，分別取濕度為20%、31%、47%、63%、67%、89%、98%的基質(zhì)進(jìn)行分組試驗(yàn)，完成基質(zhì)成型作業(yè)。每組試驗(yàn)完成后裝入擺盤中，每盤40個(gè)(5×8)，從中隨機(jī)抽取10個(gè)樣品測量基質(zhì)填充量、鋸切長度，將其與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)作對(duì)照研究。

1.3 測定方法與指標(biāo)

通過對(duì)不同種類基質(zhì)容重進(jìn)行對(duì)比分析，選用鋸屑與草碳土(m鋸屑∶m草碳土=6∶ 4)為基質(zhì)[17]?；|(zhì)容重參照郭世榮[18]的方法測定，具體方法為：取一容積為3 000 mL的玻璃燒杯，稱重(W1，g)，加經(jīng)電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱烘干后的待測基質(zhì)，稱重(W2，g)，計(jì)算基質(zhì)容重(ρ,g·cm-3)。公式如下[19]：

ρ=(W2-W1)/3 000

(1)

計(jì)算得ρ=0.289 g·cm-3，根據(jù)文獻(xiàn)[20]，優(yōu)良的基質(zhì)容重范圍為0.15～0.80 g·cm-3，該基質(zhì)為優(yōu)良基質(zhì)。育苗容器設(shè)定基質(zhì)填充質(zhì)量(m，g)公式如下[19]：

m=ρπl(wèi)r2

(2)

式中：l為育苗容器長度(cm)；r為育苗容器半徑(cm)。

從苗高和地徑生長考慮，選擇育苗容器規(guī)格為4.5 cm×10 cm[20]，根據(jù)公式(2)計(jì)算出m=45.96 g。

1.4 測試儀器

主要儀器設(shè)備有數(shù)顯卡尺(ADS-X023-02000)、濕度測量儀(P81280)、電子天平(ES120)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件對(duì)濕度與育苗容器基質(zhì)填充質(zhì)量、鋸切長度進(jìn)行顯著性和統(tǒng)計(jì)學(xué)意義分析[22]，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、繪圖[23]。分別計(jì)算7種濕度下的育苗容器設(shè)定量與基質(zhì)填充量之差，鋸切長度與標(biāo)準(zhǔn)長度之差的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、方差與變異系數(shù)[24]；分析育苗容器樣本的基質(zhì)填充量、鋸切長度與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的接近程度、育苗容器基質(zhì)填充量與鋸切長度分布差異性與離散程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基質(zhì)濕度對(duì)育苗容器基質(zhì)填充量的影響

育苗容器設(shè)定基質(zhì)填充量45.96 g作為生產(chǎn)指標(biāo)之一，計(jì)算育苗容器設(shè)定基質(zhì)填充量與實(shí)際基質(zhì)填充量的差值，利用SPSS軟件對(duì)7組基質(zhì)濕度下(10個(gè)樣品)的育苗容器設(shè)定量與基質(zhì)填充量的差值繪制箱形圖(圖1)[25]，得到圖中標(biāo)號(hào)5、12、21、24的4個(gè)異常值。箱線圖中四分位數(shù)的間距(interquartile range，RIQ)是上四分位與下四分位的差值，上限=上四分位+1.5RIQ，下限=下四分位-1.5RIQ。上四分位所在位置為8.25，下四分位所在位置為2.75，中位數(shù)所在位置為5.5。考慮到樣品數(shù)據(jù)的特殊性，采用替換的方法對(duì)4個(gè)樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。繪制基質(zhì)填充量均值誤差條形圖(圖2)[26]，根據(jù)基質(zhì)填充量均值變化趨勢可以得出，在基質(zhì)濕度為63%、67%時(shí)，育苗容器基質(zhì)設(shè)定量與填充量差值的平均值最低，填充量比較接近設(shè)定量。通過方差齊性檢驗(yàn)(P<0.05)，可知濕度63%、67%的基質(zhì)填充量均值與其他濕度之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 基質(zhì)填充量差值箱形圖Figure 1 Difference of matrix filling volumes

圖2 基質(zhì)填充量均值誤差條形圖Figure 2 Average of actual filling volumes

不同基質(zhì)濕度下育苗容器基質(zhì)填充量的變化如表1所示。隨著基質(zhì)濕度增加，標(biāo)準(zhǔn)差與變異系數(shù)先遞減后增加，在基質(zhì)濕度為63%、67%時(shí)，取得最小值(標(biāo)準(zhǔn)差<0.30 g，變異系數(shù)<0.10%)。從育苗容器基質(zhì)填充量生產(chǎn)方面考慮，育苗基質(zhì)成型作業(yè)時(shí)，填充基質(zhì)最佳濕度范圍可取 60%～70%。

表1 不同基質(zhì)濕度下育苗容器基質(zhì)填充量Table 1 Paper pot filling volume characteristics under varying humidity conditions

2.2 不同基質(zhì)濕度對(duì)育苗容器鋸切長度的影響

根據(jù)所選育苗容器規(guī)格，每個(gè)育苗容器長10 cm，計(jì)算不同基質(zhì)濕度下育苗容器鋸切長度與標(biāo)準(zhǔn)長度的差值。對(duì)7組基質(zhì)濕度下(10個(gè)樣品)的育苗容器鋸切長度與標(biāo)準(zhǔn)長度的差值繪制箱形圖(圖3)，得到圖中標(biāo)號(hào)47這個(gè)異常值。上四分位所在位置為8.25，下四分位所在位置為2.75，中位數(shù)所在位置為5.5。考慮到樣品數(shù)據(jù)的特殊性，采用替換的方法對(duì)1個(gè)樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。繪制鋸切長度均值誤差條形圖(圖4)，根據(jù)鋸切長度均值變化趨勢可以得出，在基質(zhì)濕度為63%、67%時(shí)，育苗容器鋸切長度與標(biāo)準(zhǔn)長度差值的平均值最低，鋸切長度比較接近標(biāo)準(zhǔn)長度。通過方差齊性檢驗(yàn)(P<0.05)，可知基質(zhì)濕度63%、67%的鋸切長度均值與其他基質(zhì)濕度之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[27]。

圖3 鋸切長度差值箱形圖Figure 3 Difference of the sawing length

圖4 鋸切長度均值誤差條形圖Figure 4 Average of the sawing length

不同基質(zhì)濕度下育苗容器鋸切長度變化特征如表2所示。隨著基質(zhì)濕度的增加，標(biāo)準(zhǔn)差先遞減后增加，在基質(zhì)濕度為63%、67%時(shí)取得最小值(標(biāo)準(zhǔn)差<0.10 cm)。從育苗容器長度生產(chǎn)方面考慮，育苗基質(zhì)成型作業(yè)時(shí)，基質(zhì)最佳濕度范圍可取60%～70%。

表2 不同基質(zhì)濕度下育苗容器鋸切長度Table 2 Paper pot sawing length characteristics

2.3 育苗容器成型作業(yè)合格率檢驗(yàn)

在最佳基質(zhì)濕度范圍(60%～70%)下，驗(yàn)證育苗容器成型作業(yè)的合格率。隨機(jī)配制濕度為60%、63%、64%、65%、67%、70%的基質(zhì)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐。每一基質(zhì)濕度組，生產(chǎn)400個(gè)育苗容器，記錄育苗容器合格數(shù)(表3)。在育苗容器內(nèi)播種楠木種子，每穴1粒種子，經(jīng)過1 a育苗周期后，記錄合格苗數(shù)目。

從表3可知，基質(zhì)濕度在60%～70%時(shí)，各組育苗容器合格率≥98.50%，總數(shù)2 400個(gè)，合格總數(shù)2 380個(gè)，總合格率達(dá)到99.17%，生產(chǎn)率可達(dá)3 000個(gè)· h-1。各組合格苗率≥87.75%，總合格苗2 157株，合格苗率達(dá)到89.88%。在60%～70%的基質(zhì)濕度下育苗，育苗容器成型作業(yè)合格率與合格苗率均高，符合生產(chǎn)要求，驗(yàn)證了其生產(chǎn)實(shí)踐的可行性。

表3 育苗容器成型作業(yè)的合格率與合格苗率Table 3 Pass rate and qualified seedling rate of the paper pots formed in 60%-70% humidity

3 結(jié)論

育苗容器作為基質(zhì)載體，與基質(zhì)共同支持容器苗萌發(fā)到幼苗移植的整個(gè)階段的生長[28]。育苗容器成型機(jī)實(shí)現(xiàn)了育苗容器自動(dòng)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)智能化裝填。育苗容器材質(zhì)為無紡布，性質(zhì)穩(wěn)定，使用年限長，見光容易降解，將其應(yīng)用于造林苗木的培育中，可減少環(huán)境的污染[29]。無紡布材質(zhì)能夠?yàn)槊缒旧L創(chuàng)建良好的生存環(huán)境，使根系活力強(qiáng)、苗長勢好[30]?；|(zhì)重要原料可來自各行業(yè)工廠廢品并可二次利用更新的材料。

文中對(duì)楠木苗的育苗容器成型進(jìn)行試驗(yàn)，研究不同基質(zhì)濕度對(duì)育苗容器基質(zhì)填充量與鋸切長度的影響，統(tǒng)計(jì)分析得出，在60%～70%基質(zhì)濕度下，育苗容器成型作業(yè)合格率與合格苗率高，符合生產(chǎn)要求，并驗(yàn)證在該基質(zhì)濕度范圍的種苗生產(chǎn)實(shí)踐可行性。利用最佳濕度范圍進(jìn)行育苗容器生產(chǎn)實(shí)踐，解決了育苗容器基質(zhì)填充量和鋸切長度均勻性差的問題，實(shí)現(xiàn)育苗容器智能化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，提高育苗容器成型作業(yè)合格率與合格苗率。育苗容器的合格率高，有利于苗高與地徑生長，養(yǎng)分吸收。試驗(yàn)生產(chǎn)獲得育苗容器成型結(jié)果的最佳適宜基質(zhì)濕度范圍，然而濕度的取值跳躍度較大，更加精確的濕度值還需再縮小濕度取值的間隔范圍。利用設(shè)備生產(chǎn)育苗容器的過程復(fù)雜，所考慮到的因素不夠全面，在今后研究中可結(jié)合每個(gè)氣缸進(jìn)給長度控制育苗容器鋸切長度、基質(zhì)填充真空度等，對(duì)每個(gè)作業(yè)步驟的配合度等因素進(jìn)行智能化育苗容器成型作業(yè)研究。