文章信息
- 纪敏, 高锐, 沈嵘枫, 谢诗妍
- JI Min, GAO Rui, SHEN Rongfeng, XIE Shiyan
- 基质湿度对育苗容器成型作业的影响
- Effects of substrate humidity on paper pot formation
- 森林与环境学报,2020, 40(5): 548-553.
- Journal of Forest and Environment,2020, 40(5): 548-553.
- http://dx.doi.org/10.13324/j.cnki.jfcf.2020.05.013
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文章历史
- 收稿日期: 2020-06-05
- 修回日期: 2020-07-21
2. 福建省林业科学研究院, 福建 福州 350012
2. Fujian Academy of Forestry Sciences, Fuzhou, Fujian 350012, China
育苗容器成型机不但可节省育苗容器生产的成本,而且还能大规模批量生产,其应用与研制已成为农林业领域的热点[1]。育苗容器成型技术与传统裸根培苗技术相比有诸多被公认的优点,如节约种子和圃地、培植快、规格统一化、抵抗不利环境能力强、便于移栽植苗、搬移运输方便、幼苗质量好等[2]。从20世纪六七十年代起,我国开始研制育苗容器成型设备,经过几十年的应用与探索,其技术不断进步[2],在辽宁、山西、广西、黑龙江等省(区)的林业生产实践中得到广泛的推广应用[4],逐渐获得农林生产业主、林农的认可[5]。
育苗容器成型机作业包含无纺布成型、纵封部加热成育苗容器、基质装填育苗容器及送给、锯切育苗容器[6]。育苗基质是颗粒物材料,成分中含有锯屑与草碳土,吸水性强,因此,基质湿度对育苗容器成型作业影响大[7]。研究发现,基质湿度会对育苗容器基质填充量与锯切长度产生均匀性影响,基质湿度过大或者过小,都会导致育苗容器无法标准化生产和生产合格率低。育苗容器的基质含量与规格大小均会影响种子后期的生长[8]。育苗基质是种子生长的全部营养来源,育苗容器基质填充量是评价育苗容器是否合格的重要指标[9]。苗高与地径的生长和容器大小有关,容器太短,不利于地径生长,无法确保苗根正常生长,容易造成伤根;容器过长,不利于苗高生长,浪费基质与无纺布[10]。针对以上问题,研究不同基质湿度下育苗容器的成型过程,以育苗容器基质设定填充量和标准锯切长度作为指标,获取育苗基质生产的最佳湿度范围[11]。利用最佳湿度范围进行育苗容器生产实践,预期较好地解决了育苗容器基质填充量和锯切长度均匀性差的问题,实现育苗容器标准化生产,提高育苗容器和生产合格率及合格苗率。
1 材料与方法 1.1 试验材料育苗容器试验材料为无纺布育苗容器和育苗基质。无纺布育苗容器是由聚酯纤维热压而成的新型覆盖材质,具有防水珠凝结、热熔胶膜性质稳定的特点。育苗容器无纺布的卷宽度16 cm,能够在纵缝部加热到184 ℃,起到加热粘合作用,方便无纺布热压成型[12]。1 m3育苗基质配比为m锯屑:m草碳土=6:4,外加1 kg过磷酸钙[13]。其中锯屑为主要配制材料,其有机质成分高,且较疏松,可改变基质通气性,吸水性强[14];草碳土由植物根系(茎、果实等)组成,湿容重为1.35 g·cm-3,空隙比大,土粒的密度为1.71 g·cm-3[15],其透水性强,水平垂直方向渗透系数大于(10-5~10-6) cm·s-1,高压缩比,pH值为5.8~6.6,呈弱酸性[16]。
1.2 试验方法2019年4月,在福建省三明市尤溪县西城镇林业科技推广中心,将育苗基质进行湿度调配与测量,分别取湿度为20%、31%、47%、63%、67%、89%、98%的基质进行分组试验,完成基质成型作业。每组试验完成后装入摆盘中,每盘40个(5×8),从中随机抽取10个样品测量基质填充量、锯切长度,将其与标准指标作对照研究。
1.3 测定方法与指标通过对不同种类基质容重进行对比分析,选用锯屑与草碳土(m锯屑:m草碳土=6:4)为基质[17]。基质容重参照郭世荣[18]的方法测定,具体方法为:取一容积为3 000 mL的玻璃烧杯,称重(W1,g),加经电热恒温鼓风干燥箱烘干后的待测基质,称重(W2,g),计算基质容重(ρ, g·cm-3)。公式如下[19]:
$ \rho = \left( {{W_2} - {W_1}} \right)/3{\kern 1pt} {\kern 1pt} {\kern 1pt} 000 $ | (1) |
计算得ρ=0.289 g·cm-3,根据文献[20],优良的基质容重范围为0.15~0.80 g·cm-3,该基质为优良基质。育苗容器设定基质填充质量(m,g)公式如下[19]:
$ m = \rho \pi l{r^2} $ | (2) |
式中:l为育苗容器长度(cm);r为育苗容器半径(cm)。
从苗高和地径生长考虑,选择育苗容器规格为4.5 cm×10 cm[20],根据公式(2)计算出m=45.96 g。
1.4 测试仪器主要仪器设备有数显卡尺(ADS-X023-02000)、湿度测量仪(P81280)、电子天平(ES120)。
1.5 数据处理采用SPSS软件对湿度与育苗容器基质填充质量、锯切长度进行显著性和统计学意义分析[22],并进行数据统计分析、绘图[23]。分别计算7种湿度下的育苗容器设定量与基质填充量之差,锯切长度与标准长度之差的平均值、标准差、方差与变异系数[24];分析育苗容器样本的基质填充量、锯切长度与标准指标的接近程度、育苗容器基质填充量与锯切长度分布差异性与离散程度。
2 结果与分析 2.1 不同基质湿度对育苗容器基质填充量的影响育苗容器设定基质填充量45.96 g作为生产指标之一,计算育苗容器设定基质填充量与实际基质填充量的差值,利用SPSS软件对7组基质湿度下(10个样品)的育苗容器设定量与基质填充量的差值绘制箱形图(图 1)[25],得到图中标号5、12、21、24的4个异常值。箱线图中四分位数的间距(interquartile range,RIQ)是上四分位与下四分位的差值,上限=上四分位+1.5RIQ,下限=下四分位-1.5RIQ。上四分位所在位置为8.25,下四分位所在位置为2.75,中位数所在位置为5.5。考虑到样品数据的特殊性,采用替换的方法对4个样品数据进行处理,以确保结果的准确性。绘制基质填充量均值误差条形图(图 2)[26],根据基质填充量均值变化趋势可以得出,在基质湿度为63%、67%时,育苗容器基质设定量与填充量差值的平均值最低,填充量比较接近设定量。通过方差齐性检验(P < 0.05),可知湿度63%、67%的基质填充量均值与其他湿度之间差异有统计学意义。
不同基质湿度下育苗容器基质填充量的变化如表 1所示。随着基质湿度增加,标准差与变异系数先递减后增加,在基质湿度为63%、67%时,取得最小值(标准差<0.30 g,变异系数<0.10%)。从育苗容器基质填充量生产方面考虑,育苗基质成型作业时,填充基质最佳湿度范围可取60%~70%。
湿度 Humidity/% |
基质填充量Matrix filling amount | ||||
最大值 Maximum/g |
最小值 Minimum/g |
方差 Variance/g2 |
标准差 Standard deviation/g |
变异系数 Coefficient of variation/% |
|
20 | 10.96 | 3.36 | 8.15 | 2.85 | 0.38 |
31 | 7.96 | 1.46 | 4.05 | 2.01 | 0.33 |
47 | 10.86 | 6.56 | 1.04 | 1.02 | 0.12 |
63 | 3.56 | 2.56 | 0.08 | 0.28 | 0.09 |
67 | 6.16 | 4.26 | 0.04 | 0.19 | 0.04 |
89 | 11.76 | 7.33 | 1.52 | 1.23 | 0.13 |
98 | 9.96 | 4.56 | 1.21 | 1.10 | 0.17 |
根据所选育苗容器规格,每个育苗容器长10 cm,计算不同基质湿度下育苗容器锯切长度与标准长度的差值。对7组基质湿度下(10个样品)的育苗容器锯切长度与标准长度的差值绘制箱形图(图 3),得到图中标号47这个异常值。上四分位所在位置为8.25,下四分位所在位置为2.75,中位数所在位置为5.5。考虑到样品数据的特殊性,采用替换的方法对1个样品数据进行处理,以确保结果的准确性。绘制锯切长度均值误差条形图(图 4),根据锯切长度均值变化趋势可以得出,在基质湿度为63%、67%时,育苗容器锯切长度与标准长度差值的平均值最低,锯切长度比较接近标准长度。通过方差齐性检验(P < 0.05),可知基质湿度63%、67%的锯切长度均值与其他基质湿度之间差异有统计学意义[27]。
不同基质湿度下育苗容器锯切长度变化特征如表 2所示。随着基质湿度的增加,标准差先递减后增加,在基质湿度为63%、67%时取得最小值(标准差<0.10 cm)。从育苗容器长度生产方面考虑,育苗基质成型作业时,基质最佳湿度范围可取60%~70%。
湿度 Humidity/% |
锯切长度Sawing length | |||
最大值 Maximum/cm |
最小值 Minimum/cm |
方差 Variance/cm2 |
标准差 Standard deviation/cm |
|
20 | 0.90 | -0.30 | 0.14 | 0.38 |
31 | 0.80 | 0.20 | 0.02 | 0.15 |
47 | 0.30 | -0.30 | 0.03 | 0.17 |
63 | 0.20 | -0.20 | 0.01 | 0.08 |
67 | 0.10 | -0.30 | 0.01 | 0.09 |
89 | 0.40 | -0.20 | 0.02 | 0.14 |
98 | 0.30 | -0.30 | 0.02 | 0.15 |
在最佳基质湿度范围(60%~70%)下,验证育苗容器成型作业的合格率。随机配制湿度为60%、63%、64%、65%、67%、70%的基质进行生产实践。每一基质湿度组,生产400个育苗容器,记录育苗容器合格数(表 3)。在育苗容器内播种楠木种子,每穴1粒种子,经过1 a育苗周期后,记录合格苗数目。
湿度 Humidity /% |
育苗容器Paper pot | 合格苗Qualified seedlings | ||||
数量 Number |
合格数量 Qualified number |
合格率 Pass rate/% |
数量 Number |
合格率 Qualified seedling rate/% |
||
60 | 400 | 397 | 99.25 | 354 | 88.50 | |
63 | 400 | 398 | 99.50 | 366 | 91.50 | |
64 | 400 | 397 | 99.25 | 362 | 90.50 | |
65 | 400 | 395 | 98.75 | 351 | 87.75 | |
67 | 400 | 399 | 99.75 | 365 | 91.25 | |
70 | 400 | 394 | 98.50 | 359 | 89.75 |
从表 3可知,基质湿度在60%~70%时,各组育苗容器合格率≥98.50%,总数2 400个,合格总数2 380个,总合格率达到99.17%,生产率可达3 000个·h-1。各组合格苗率≥87.75%,总合格苗2 157株,合格苗率达到89.88%。在60%~70%的基质湿度下育苗,育苗容器成型作业合格率与合格苗率均高,符合生产要求,验证了其生产实践的可行性。
3 结论育苗容器作为基质载体,与基质共同支持容器苗萌发到幼苗移植的整个阶段的生长[28]。育苗容器成型机实现了育苗容器自动化生产,实现智能化装填。育苗容器材质为无纺布,性质稳定,使用年限长,见光容易降解,将其应用于造林苗木的培育中,可减少环境的污染[29]。无纺布材质能够为苗木生长创建良好的生存环境,使根系活力强、苗长势好[30]。基质重要原料可来自各行业工厂废品并可二次利用更新的材料。
文中对楠木苗的育苗容器成型进行试验,研究不同基质湿度对育苗容器基质填充量与锯切长度的影响,统计分析得出,在60%~70%基质湿度下,育苗容器成型作业合格率与合格苗率高,符合生产要求,并验证在该基质湿度范围的种苗生产实践可行性。利用最佳湿度范围进行育苗容器生产实践,解决了育苗容器基质填充量和锯切长度均匀性差的问题,实现育苗容器智能化、标准化生产,提高育苗容器成型作业合格率与合格苗率。育苗容器的合格率高,有利于苗高与地径生长,养分吸收。试验生产获得育苗容器成型结果的最佳适宜基质湿度范围,然而湿度的取值跳跃度较大,更加精确的湿度值还需再缩小湿度取值的间隔范围。利用设备生产育苗容器的过程复杂,所考虑到的因素不够全面,在今后研究中可结合每个气缸进给长度控制育苗容器锯切长度、基质填充真空度等,对每个作业步骤的配合度等因素进行智能化育苗容器成型作业研究。
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