鄧子軒，高 策，石思遠，宋欣聲，蘇鉦皓，王曉珂，馬勁松，張 信，侯連龍

（河北科技大學材料科學與工程學院，河北省柔性功能材料重點實驗室，石家莊 050018）

0 前言

在傳統(tǒng)的育苗工作中，由于苗木生長周期較長，自然環(huán)境等因素難以控制，苗木的生長質(zhì)量難以得到保證[1]。因此，常使用容器育苗來保證苗木的生長質(zhì)量。容器育苗是在裝有營養(yǎng)土的容器中培育苗木，通過該方法培育的苗木稱為容器苗。這種育苗方式最早出現(xiàn)在造林育苗，現(xiàn)主要用于繁殖裸根苗、培育較難成活的植株和珍稀園林植物[2]。由于容器育苗多在室內(nèi)或大棚開展，環(huán)境相對統(tǒng)一，因此采用容器育苗栽培植株可以節(jié)約育苗空間、育苗土地，使空間得到立體化利用，同時保證同批種子的苗木規(guī)格相同，便于移栽后的統(tǒng)一管理[3]。此外，還可提高種子成活率，縮短育苗周期。而采用不同容積、不同材質(zhì)的容器進行育苗時，又會對苗體的直徑、高度產(chǎn)生一定的影響，對促進幼苗葉重增加、促進根系生長有顯著作用[4?5]。

在農(nóng)林業(yè)領(lǐng)域，由于生產(chǎn)需要，常使用一次性塑料容器進行育苗。隨著石油產(chǎn)業(yè)和塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，由塑料難以降解引發(fā)的環(huán)境問題日益突出，國家相繼出臺了諸多政策限制一次性塑料制品的使用，并制定了相關(guān)檢驗檢測標準[6]。然而，傳統(tǒng)塑料育苗容器在自然環(huán)境下難降解，只能部分降解。在自然環(huán)境下，土壤中累積的塑料能通過光降解、熱氧化降解或老化降解等降解作用被破碎分解成直徑小于5 mm的微塑料顆粒，對自然環(huán)境造成了嚴重的傷害，而且也嚴重危害了人們的身體健康，在自然和社會方面都不具備顯著優(yōu)勢[6?7]。而且，國內(nèi)主要使用的塑料制品育苗容器，由于塑料制品透氣性較差，容易對幼苗根系生長產(chǎn)生不利影響；育苗器底部對根系產(chǎn)生束縛，從而出現(xiàn)根系盤旋生長的現(xiàn)象，苗木在定植后很長一段時間后才能逐步好轉(zhuǎn)[8]。因此迫切需要環(huán)境友好、對根系生長有利的可降解育苗容器填補市場。

環(huán)保型育苗器有多種不同材質(zhì)，其優(yōu)勢在于可以充分利用其他生產(chǎn)生活中的廢料，如木材廢料、作物秸稈等，還可使用畜牧業(yè)廢料如牛糞等制作育苗容器，使其得到回收利用的同時，又能完全降解，減少對環(huán)境的污染，同時起到增肥、促進根系生長等作用[9]。因此，本文主要介紹了不同類型的環(huán)保型容器，從可降解型育苗容器的材質(zhì)出發(fā)，介紹了幾種不同材質(zhì)的可降解育苗容器，之后，簡要介紹了育苗容器的結(jié)構(gòu)和功能，最后，對可降解育苗容器的發(fā)展進行了展望。

1 可降解育苗器的材質(zhì)

育苗器的種類按材質(zhì)可大致分成兩類：一類是可降解型育苗容器，如植物纖維、動物糞便等天然高分子材料制成的可生物降解容器；另一類是不可降解的育苗容器，如用聚苯乙烯、聚氯乙烯制成的塑料容器。傳統(tǒng)的塑料質(zhì)育苗器成本低、質(zhì)量輕、保水性好，但透氣性差、散水性差；塑料膜的靜電作用使得膜片間貼連嚴重；不能在土壤中降解；脫膜移栽則易傷根系而影響成活率[1，10]?？山到庥缛萜鲃t完美地規(guī)避了塑料育苗器的弊端，種子育成苗后可與容器一同移植，育苗器在土壤微生物的作用下自然分解，給植株帶來一定的施肥作用[11]。因此，可降解育苗容器具有廣闊的前景，目前發(fā)明出的可降解育苗容器可分為以下幾種材質(zhì)。

1.1 秸稈育苗器

秸稈是一種來源廣、價格低的天然可降解高分子材料，在我國有著豐富的秸稈資源，然而秸稈處理方法簡單，通常采用燃燒或掩埋的處理辦法，不能充分利用。以秸稈等為增強體制備復(fù)合材料，并采用相容劑、表面改性等對秸稈復(fù)合材料進行改性，可以改善其物理性能，提高秸稈和其他復(fù)合材料的界面相容性[12?13]。卓光銘等[14]對麥秸稈（WF）和廢紙纖維（WP）增強高密度聚乙烯（PE?HD）復(fù)合材料性能進行研究發(fā)現(xiàn)，PE?HD/WP和PE?HD/WF復(fù)合材料的拉伸強度和彎曲強度均隨WP和WF含量的增加先升高后降低。當材料受力時，適量的植物纖維可以分散基體的載荷，起到了承力作用，但WF和WP含量過多時，纖維在基體中分散不勻，容易形成應(yīng)力缺陷。KH570的加入可有效提高復(fù)合材料的力學性能。天然纖維素的加入使—OH增多，材料親水性增強。加入WP和WF可使復(fù)合材料吸水率顯著增長。圖1為加入WP和WF后復(fù)合材料吸水率隨時間的變化曲線。

圖1 PE?HD/WP與PE?HD/WF復(fù)合材料的吸水率[14]Fig.1 Water absorption properties of PE?HD/WP and PE?HD/WF composites[14]

采用秸稈為原材料制成育苗容器，不僅為工廠化育苗提供了新方式，也開辟了秸稈的應(yīng)用領(lǐng)域。秸稈育苗器是由秸稈粉碎改性后，加入膠黏劑冷壓模塑合成。生產(chǎn)工藝流程可概括為：粉碎→配料→攪拌→制坯成型→烘干→包裝[15]。與傳統(tǒng)塑料育苗容器相比，秸稈容器的貯水性能好，飽和含水量可達600%，容器中的水分可促進幼苗根系的生長，與土壤形成供養(yǎng)一體結(jié)構(gòu)。而且在飽和含水量狀態(tài)下，容器壁仍有一定強度，便于苗株的移栽，從而有效提高移栽幼苗的抗旱性和移栽成活率[16]。而且秸稈材質(zhì)極易被土壤微生物分解，形成復(fù)雜的腐殖質(zhì)，能有效改善土壤結(jié)構(gòu)及肥力。土壤中的容器在微生物及其酶的作用下，親水性和透水性增加，降低了容器壁強度，使得根系在生長過程中能穿透缽壁，順利進入土壤。

圖2 秸稈育苗容器Fig.2 Straw seedling containers

秸稈由于其來源廣、可降解、可促進植物生長等特性，常和其他可降解材料復(fù)合制成可降解育苗容器，對植物的培育和生長有很大的幫助。Ma等[17]將秸稈和發(fā)酵牛糞進行混合，制備盆栽育苗容器，通過該方法制備得育苗器可生物降解而且環(huán)保，為秸稈和動物糞便的完美利用提供了思路，并且為利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的其他育苗容器提供了可靠的思路。Zhang等[18]將小麥秸稈纖維和未漂白亞硫酸鹽木漿纖維混合作為育苗盆原料，分層制備育苗盆原料膜，結(jié)果表明，通過該方法制備的育苗容器再添加化學添加劑后即可滿足作物培育的要求。陳宜勇[19]選用不同配比的辣椒秸稈、椰糠、珍珠巖和蛭石作為復(fù)合育苗基質(zhì)，結(jié)果表明，辣椒秸稈復(fù)配基質(zhì)對辣椒幼苗出苗率、株高、葉長、葉寬和莖粗等有一定促進作用。

用作育苗容器的秸稈類可降解材料主要以秸稈纖維為增強材料，以淀粉為基體，通過模壓成型制成。由于該材料為可降解材料，因此降解速度的快慢至關(guān)重要。滕翠青等[20]使用土埋法測試該種材料的可降解性能，由圖3和圖4可知，隨著土壤中掩埋時間的延長，復(fù)合材料的的質(zhì)量損失不斷增長，斷裂強度下降且隨時間變化加速，適當減少秸稈纖維的長度和厚度可以獲得更好的可降解性能。對埋入土中的復(fù)合材料進行定期跟蹤拍照，如圖5所示，發(fā)現(xiàn)該種材料在土壤中掩埋一段時間后，表面出現(xiàn)大量霉點和空洞，33天后樣品表面出現(xiàn)部分破損，3個月后降解成小碎片和粉狀，其降解速率隨時間延長而增加。

圖3 秸稈纖維增強復(fù)合材料的材料質(zhì)量損失率與土埋時間的變化關(guān)系[20]Fig.3 Relationship between material mass loss rate of straw fiber reinforced composites and soil burial time[20]

圖4 秸稈纖維增強復(fù)合材料的土埋時間對力學性能的影響[20]Fig.4 Influence of soil burial time on mechanical properties of straw fiber reinforced composites[20]

圖5 秸稈纖維增強復(fù)合材料在土壤中因降解受破壞情況的照片[20]Fig.5 Straw fiber reinforced composite damaged due to degradation in soil[20]

1.2 紙質(zhì)可降解育苗容器

紙質(zhì)育苗容器是一種采用植物纖維漿或廢紙等再生漿作為基料，利用獨特工藝和專門助劑，在定型的專用網(wǎng)模上壓制成型的一類立體紙類產(chǎn)品，通過模具造型的變化，調(diào)整紙漿與合成纖維的比例控制紙杯的微生物分解時間，可以生產(chǎn)出多種結(jié)構(gòu)的紙包裝產(chǎn)品或紙類物品。工藝流程大致為：將原材料打漿后經(jīng)過調(diào)配、施膠形成成品漿，然后成型烘干，熱壓定型，打包生產(chǎn)而成。其主要特點為透氣透水性好，利于苗的生長發(fā)育，可在自然條件下降解。

圖6 紙質(zhì)可降解育苗容器Fig.6 Paper degradable seedling containers

紙質(zhì)育苗器由于其透氣透水性優(yōu)于秸稈育苗器，且比起塑料容器極易降解，所以在植物的生長發(fā)育過程中常使用紙質(zhì)育苗器。彭祚登等[21]對比研究了秸稈育苗容器、紙質(zhì)容器和塑料容器的育苗效果，表明紙質(zhì)容器和塑料容器育苗效果稍優(yōu)于秸稈容器。試驗選用塑料容器、紙質(zhì)容器作為參照，比較幾種容器的育苗效果。結(jié)果表明相對于塑料袋容器和紙杯容器，秸稈容器培育的刺槐苗木在幼苗期，不僅根系數(shù)量與生長量較差，而且苗高和地徑指標在整個生長過程中的表現(xiàn)也不良（圖7）。

圖7 不同容器類型對培育刺槐幼苗生長過程的影響[21]Fig.7 Effects of different container types on the growth of robinia pseudoacacia seedlings[21]

生產(chǎn)紙質(zhì)育苗器的主要原料是各種植物纖維漿或廢紙漿，原料來源廣，價格低廉，屬于廢棄物再利用。紙質(zhì)育苗器用后就地腐爛，可增加土壤有機質(zhì)，為幼苗提供養(yǎng)分還有利于生態(tài)平衡，解決農(nóng)業(yè)“白色污染”的問題。如以玄武巖纖維和植物纖維為原料生產(chǎn)的紙質(zhì)育苗器：將玄武巖礦石經(jīng)過熔融、拉絲等工藝制成玄武巖纖維，與植物纖維混合“打漿”，并在漿料中添加濕強劑、防水劑、防油劑等攪拌均勻，制得的育苗容器挺度高、可完全降解，玄武巖纖維分解后變成土壤的母質(zhì)，對環(huán)境不造成二次污染[22]。

由于紙質(zhì)容器通常為壓縮制品，吸水能力較強，苗盆更容易變干，但此時底部根系濕度并不低。若此時再次澆水易造成過度澆水導致根部缺氧，若長時間不澆水會造成幼苗缺水，因此難以掌握苗床的干濕程度以及合適的澆水時機；另外由于紙質(zhì)容器原料為天然有機成分，長時間育苗表面容易產(chǎn)生霉菌影響幼苗成長。蔣希芝等[23]對紙質(zhì)、不腐熟秸稈和腐熟秸稈3種生物基可降解營養(yǎng)缽，通過土埋降解試驗對其降解率進行研究分析，對比研究不同類型生物基可降解營養(yǎng)缽的降解特性，發(fā)現(xiàn)紙質(zhì)營養(yǎng)缽降解率最終高達85%，降解效果最好。不腐熟秸稈營養(yǎng)缽的降解率為78%，大于腐熟秸稈營養(yǎng)缽的降解率47%（圖8）。

圖8 生物基可降解質(zhì)量和營養(yǎng)缽降解率的變化曲線[23]Fig.8 Degradation rate of biodegradable nursery containers[23]

1.3 無紡布育苗容器

輕基質(zhì)無紡布容器育苗是新興的一種容器育苗技術(shù)，其透水性、透氣性、透根性與其他育苗器相比有很大提高。在現(xiàn)有的容器材質(zhì)中，輕基質(zhì)無紡布有著良好的透氣、透水以及透根性，適宜培育造林品種，并且輕基質(zhì)無紡布材質(zhì)的容器重量較輕，便于苗木的運輸，一定程度上降低了運輸成本。與常規(guī)性育苗方式所培育出的幼苗根系相比，輕基質(zhì)無紡布材質(zhì)容器培育出來的樹種根系更加發(fā)達，移栽時不需要脫離容器，避免了由于脫離容器不當而造成樹種死亡的現(xiàn)象[24]。

周偉國等[25]通過試驗發(fā)現(xiàn)，對比輕基質(zhì)無紡布容器育苗、塑料缽容器育苗和大田育苗的根系生長、成本以及經(jīng)濟效益，如表1、表2和表3所示，輕基質(zhì)無紡布容器育苗的效果最好，造林后保存率可達91.6%，育苗成本也為最低。綜上所述，使用輕基質(zhì)無紡布材質(zhì)容器對重要造林樹種培育、造林工程開展具有重大意義。

圖9 無紡布育苗容器Fig.9 Non woven seedling containers

表1 不同育苗方式根系生長量[25]Tab.1 Increment of root system in different seedling modes[25]

表2 苗木成本分析[25]Tab.2 Seedling cost analysis[25]

表3 苗木效益分析[25]Tab.3 Seedling benefit analysis[25]

目前常見的無紡布育苗器還包含平衡根系無紡布容器育苗技術(shù)，是指用無紡布制作容器，并添加天然有機質(zhì)作為育苗基質(zhì)，容器成型、基質(zhì)填充、定長度切割一次完成，進行喬、灌、藤樹種的扦插苗、播種苗、組培苗的繁育，使苗木根系發(fā)育完整均衡，實現(xiàn)苗木可控生長、無緩苗期、移栽成活率高的育苗技術(shù)[26]。應(yīng)用無紡布平衡根系容器進行育苗，成苗后苗根系發(fā)達，可以解決常規(guī)育苗器移栽時引起根系受損的問題，且保水保濕性與紙質(zhì)育苗器相比更佳，使苗體種植前后環(huán)境差異性降低，提高幼苗的成活率。王月海等[26]通過試驗對比，如表4所示，平衡根系無紡布容器苗造林的8個樹種成活率皆在95%以上，平均達到98.4%，與裸根苗造林相比較，成活率提高522.8%。與塑料袋容器育苗相比，采用無紡布育苗無需多次補種，可以實現(xiàn)一次造林成功，降低了相關(guān)費用及成本[27]。

表4 不同苗木類型的樹種造林成活率[26]Tab.4 Afforestation survival rate of tree species with different seedling types[26]

1.4 聚乳酸（PLA）育苗容器

目前生物降解材料的應(yīng)用越來越廣泛，對降解材料的要求也越來越高，不僅對材料的性能有一定的要求，對其降解安全性方面也有很高要求。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，要求降解過程不影響農(nóng)作物的生長，不會在土壤中殘留有害物質(zhì)。PLA由植物資源（如甜菜、木薯）提取出的淀粉原料經(jīng)一系列化學反應(yīng)制得，因其良好的生物降解性能和加工性能廣受歡迎。

使用PLA材料育苗容器，為便于運輸和移栽，PLA需要具備一定強度；同時具備耐水能力，以保證育苗期間不會崩解；育苗容器的密度則會影響幼苗根系破壁；此外，育苗容器的吸水性和保水性也將影響幼苗的生長。所以抗跌落性、密度、耐水性、吸水性以及保水性在育苗容器的實際應(yīng)用中具有至關(guān)重要的作用。PLA可降解育苗容器的基本制作工藝如圖10所示[28]。

圖10 PLA可降解育苗容器的制作工藝[28]Fig.10 Manufacturing process of PLA degradable seedling containers[28]

柑橘皮渣（citrus dregs，CD）與PLA混合，可以制得力學性能良好的育苗缽。潘浪等[29]對柑橘皮渣與含量與破損跌落次數(shù)關(guān)系進行了試驗。研究表明，CD含量的增加使育苗缽破損所需重復(fù)跌落次數(shù)減少，育苗缽抗跌落性能減弱。這可能是由于當育苗缽中CD含量增加時，PLA在CD之間的分布減少，熱壓時主要是CD受壓后向四周延展，與相鄰粒子相互嚙合成型，故強度較低[29]。

圖11 PLA育苗容器抗跌落能力與CD含量的關(guān)系[29]Fig.11 Relationship between the drop resistance of PLA seedling containers and CD content[29]

CD/PLA熱壓成型制備育苗容器，原料無需改性，成型工藝簡單，提高了CD的綜合利用水平。作為新型育苗容器，CD/PLA育苗容器可完全降解，移栽時可以將育苗容器連帶苗一同移動，提高了工作效率，CD降解后可提高土壤肥力，不會在土壤中殘留有害物質(zhì)。但缺點也較為明顯，作為育苗容器材料，PLA價格較高，導致成本增加，不利于推廣。

1.5 聚丁二酸乙二醇酯（PBS）系列生物降解塑料

PBS是一種優(yōu)異的生物降解材料，由丁二酸和1，4?丁二醇縮聚而成，外觀呈乳白色，在土壤中易被微生物和動植物體內(nèi)的酶分解，PBS聚酯與其衍生產(chǎn)品聚丁二酸?己二酸丁二酯樹脂（PBSA）、聚己二酸?對苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚對苯二甲酸?丁二酸丁二酯（PBST）統(tǒng)稱為PBS系列聚酯，經(jīng)改性后可應(yīng)用于農(nóng)用地膜。與硬而脆的PLA相比，PBS系列聚酯屬于軟塑料，其柔韌性好，耐受溫度范圍寬[30]。

PBAT中含有可微生物降解和水解的酯鍵，具有優(yōu)良的可降解性能。陳詠等[31]通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，如圖12和圖13所示，PBAT纖維在自然環(huán)境下土壤降解最為突出，纖維結(jié)晶度顯著降低。因此PBAT及其改性材料可用于制作全生物降解地膜，以及制作各種育苗盤。與其他材料相比，PBAT存在結(jié)晶性較差、熔體強度較低、改性制品制作成本較高的缺點，限制了其在育苗領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，可通過與淀粉共混改性、PBS共混改性、與PPC共混改性等方式提高其力學性能[32]。

圖12 降解4周后PBAT樣品表面的掃描電子顯微鏡照片[31]Fig.12 SEM of suefaces of the samples after 4 week’s degradation[31]

圖13 PBAT降解周期對花園土降解產(chǎn)物結(jié)晶度的影響[32]Fig.13 Effect of degradation period on crystallinity[32]

1.6 其他新型材質(zhì)的育苗容器

除紙質(zhì)、纖維、無紡布等常規(guī)材質(zhì)外，目前市面上也出現(xiàn)了許多新型材質(zhì)，如黃麻編織育苗袋，由黃麻紗和其他低成本粘合劑等經(jīng)編織紡織而成，其在土壤中可以完全降解，可以起到防止水土流失的作用。經(jīng)過生物降解后，產(chǎn)生的磷、鉀等物質(zhì)，可以作為植物生長的養(yǎng)料[33]。而通過改變育苗袋的尺寸、編織纖維的粗細等，可進一步降低生產(chǎn)成本，提高這種育苗器的經(jīng)濟性，適應(yīng)不同作物根系生長需求。

利用牛糞和木材廢料等做增強體，使用羊毛、淀粉等作為天然黏合劑，是近年來新興的一類可降解育苗器[34]。牛糞作為天然的生物肥料，內(nèi)含大量可被植物吸收利用的元素，可以為植物提供養(yǎng)分，促進植物根系生長。Tian等[35]將不同比例的稻草和牛糞與淀粉膠黏劑進行混合，設(shè)計出不同種類的育苗容器模型，結(jié)果表明，隨著秸稈含量的增加，育苗容器的透氣性和保水性值增加，而且有利于保持土壤肥力，有利于生態(tài)恢復(fù)過程中物種的播種和移栽。此外，Zhao等[36]將牛糞和泥炭混合加工后作為土壤改良劑，結(jié)果表明，土壤改良劑降低土壤中重金屬含量和作物對重金屬鎘的生物富集，并且改良劑中的鈣、鎂等離子進入土壤后，仍可繼續(xù)為植物生長提供養(yǎng)分。

此外，利用羽毛纖維可以制備能夠被自然界中微生物降解的角蛋白育苗盆，與牛糞育苗盆相似，這種育苗盆本身可以為植物提供營養(yǎng)物質(zhì)和微量元素，但因此在制備育苗盆的過程中需要考慮自然降解對育苗器的力學性能的影響。Cu2+在植物生長中不可或缺，而過量的銅離子對植物生長也會產(chǎn)生負面影響。研究表明，使用角質(zhì)育苗盆能夠在一定時間內(nèi)使穩(wěn)定向土壤中釋放植物所需的銅離子，使土壤中的銅離子含量維持在一定水平，從而減少甚至無需在育苗器外部施肥[37]。雍宬等[38]從養(yǎng)雞場回收的廢棄羽毛中提取角蛋白，并將其與脲醛樹脂接枝共聚，從而形成一種可生物降解的膠黏劑，可與秸稈基復(fù)合材料相結(jié)合，提高其降解性能和其他理化性能。研究表明，加入角蛋白對秸稈基復(fù)合材料進行改性后，其彎曲強度和彈性模量均有所提高（圖14）。

圖14 秸稈花盆的彎曲強度和彈性模量[38]Fig.14 Bending strength and elastic modulus of straw flowerpots[38]

利用靈芝栽培的殘留基質(zhì)作為原材料，制備可降解的育苗容器，也是近年來出現(xiàn)的一種新型育苗容器。研究表明，該育苗容器對于促進種子發(fā)芽、改善幼苗根系生長情況有顯著作用，且具備相對優(yōu)異的理化性能[39]。由此，將我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)同可降解育苗容器相結(jié)合，形成新型的可全生物降解的育苗容器，符合人們對生物降解材料的期望，適應(yīng)了近年來國家對綠色發(fā)展的環(huán)保理念，也推動著新型可降解材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 現(xiàn)有育苗器的結(jié)構(gòu)

21世紀的農(nóng)業(yè)將進入現(xiàn)代化、多方面發(fā)展的時代，隨之帶來的問題的是人均耕地面積不斷減少，預(yù)計今后30%以上市民消費的水果和蔬菜將由人工溫室提供，這就需要大量的農(nóng)用培育裝置，育苗器僅是其中的一種[40]。在初期對育苗其的功能要求較少，導致市面上的育苗器結(jié)構(gòu)較為單一，而且在土壤中不易降解，會直接導致土壤環(huán)境遭受到破壞，進而導致土地荒廢，失去價值。但隨著不斷發(fā)展，也不斷衍生出了多種新穎、多樣的育苗器如離體式育苗穴盤、深根窄口苗育苗器、可降解透氣紙杯、育苗架、作物移栽的種子育苗裝置等等[40?43]。

2.1 離體式育苗穴盤

由于容器苗的根系生長在有限的空間內(nèi)，根尖會沿著器壁不斷生長，導致側(cè)根減少，形成根系畸形。目前容器育苗存在的主要問題是常發(fā)生根系畸形現(xiàn)象，影響到造林后期成林的效果，根的盤繞是已經(jīng)被證實的幼苗不穩(wěn)固的潛在因素[44]。針對于此，部分育苗器設(shè)置了控根系統(tǒng)，其中離體式育苗穴盤功能較為全面。該育苗盤包括一個支座以及若干個可拆卸的育苗杯，每個育苗杯的底部均設(shè)有輸水通氣孔，大大提高了杯體的通氣能力，側(cè)壁上有豎方向的凹陷導根槽，避免了主根過長，側(cè)根形狀短而粗，發(fā)育數(shù)量大，幼苗根部纏繞的現(xiàn)象，能縮短育苗周期，提高移栽成活率，簡化苗木移栽后的工作量，并使育苗杯與育苗盤形成可拆卸的結(jié)構(gòu)，每個杯體既可以單一使用，在實現(xiàn)了控根功能的基礎(chǔ)上又可以能夠?qū)崿F(xiàn)育苗差異化培養(yǎng)；此外該育苗器的底座與育苗杯為可拆卸的結(jié)構(gòu)，又有效避免了傳統(tǒng)育苗其移苗時對根系造成的損傷，使植株移栽成活率顯著提高，降低育苗風險，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究較有意義[40]。圖15為目前較為常見的離體式育苗器。

圖15 離體式育苗器Fig.15 Detached seedling incubators

2.2 單個獨立容器

獨立單個的育苗器在幼苗培養(yǎng)過程中不便于大量苗的裝土、澆水等集中管理，但可以提升使用中的靈活性。搭配育苗托盤以及托盤支架的離體式育苗穴盤，不僅提升了使用靈活性，而且可實現(xiàn)育苗集約化管理。育苗架還可包含可拆卸的結(jié)構(gòu)，多個育苗托盤在空間上進行疊放，節(jié)省大量的空間并方便人工進行大規(guī)模的搬運。育苗架上還可設(shè)置儲水槽，內(nèi)設(shè)疏水槽，便于每個育苗盆都能接收到水分，也便于澆水、清洗和后期保養(yǎng)。并且一般的環(huán)保型育苗器能將容器和苗木一起栽入，在育苗完成后需要移栽時，直接取出容器即可，使用中不會損傷幼苗，保持培養(yǎng)土的完整性。集約經(jīng)營土地，充分、高效利用空間資源的同時，又兼顧后期移栽過程。目前市面上出現(xiàn)了多樣的可循環(huán)使用或可降解材質(zhì)的育苗器，其中較為新穎較有代表性的有深根窄口苗育苗器、可降解透氣紙杯。

2.2.1 深根窄口苗育苗器

通過觀察容器大小對植物生長的影響的細節(jié)，研究報告表明容器大小主要影響根的體積，減少容器大小可能限制根的發(fā)展，從而限制植物生長[45]。深根窄口苗育苗器為可循環(huán)使用的容器，包括外殼一和外殼二。外殼一右后側(cè)固定安裝了一個連接條，頂部內(nèi)側(cè)有一個半圓形窄口板，外殼二內(nèi)部也固定安裝有一個半圓形窄口板，內(nèi)側(cè)有多個等距半圓形限水片，通過外殼一和活動外殼一與外殼二和活動外殼二之間弧形滑塊和弧形導槽的配合，方便根據(jù)植物根莖的密度和長度調(diào)節(jié)內(nèi)部空間，鎖塊、彈性片和鎖板之間的配合脫膜時，相比于直接將其抽出幼苗的方式，可以更好的保護幼苗[41]，該育苗容器的特點在于抓住了不同幼苗的生長對育苗器的規(guī)格有不同需求的關(guān)鍵，合適規(guī)格的育苗容器，可以有效提高植株的生長速率和健康情況[46]，因此選擇合適的育苗容器對于作物幼苗的生長，尤其對谷物的產(chǎn)量具有較大影響[47]。

2.2.2 可降解透氣紙杯

可降解透氣紙杯育苗杯屬于可降解材質(zhì)育苗器，解決了幼苗容易盤根，不利于幼苗的根透氣和吸收水分的問題，包括紙杯本體和杯底，紙杯本體周側(cè)開有多個透氣孔，有利于幼苗根系的呼吸作用，對植物的生長和作物的生產(chǎn)效率都有較大的促進作用，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較有意義[48]。透氣孔的一端內(nèi)壁固定有多個用于封閉透氣孔的封口片，封口片與紙杯一體成形。該育苗杯實用新型結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)了幼苗生長期的透氣，有利于幼苗的根延伸，有利于促進幼苗的良好生長，通過紙杯本體和幼苗整體移植，減少了對幼苗的直接損傷[42]，同時紙杯本體在田地土壤內(nèi)能夠降解、吸收，減少了環(huán)境污染，更加環(huán)保。對比傳統(tǒng)育苗杯一次性不可降解的性質(zhì)，該育苗器大程度符合綠色環(huán)保，移入土壤后能被土壤中的微生物分解為營養(yǎng)成分改善植物生長環(huán)境，提供更多的生長養(yǎng)料，促使植株幼苗快速成長，提高作物產(chǎn)量，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，有較高的推廣價值。圖16為目前較為常見的一種可降解透氣紙杯。

圖16 可降解透氣紙杯Fig.16 Degradable breathable paper cups

2.3 分層育苗框架結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)育苗器不方便拿取而且一般為單層結(jié)構(gòu)，對占地面積和立體空間的利用率較低。因此，現(xiàn)有的設(shè)計為分層的育苗框架結(jié)構(gòu)，從而提高對對空間的利用率，例如作物移栽的種子育苗裝置，該育苗器包括多個育苗托盤，在每個育苗托盤的上端表面固定安裝有安裝支架，其上端設(shè)有安裝孔，便于多個育苗器的組裝，節(jié)約集成空間；安裝支架與安裝孔可以起到增強連接穩(wěn)定性的作用，同時育苗盤有把手，便于工作人員端?。挥绫P四角下有托盤支架，托盤上端表面開設(shè)有托盤凹槽，其上安裝有育苗盤蓋；該多層育苗器也支持循環(huán)使用，育苗裝置內(nèi)設(shè)置有既能拆卸且又能單獨培育的育苗器皿，使培育出來的芽苗中不夾雜有其它芽苗，容器位置固定，可以對種植密度起到精準控制，降低人工勞動強度，而種子育苗裝置能自由的拆卸和組裝，使得在育苗過程中更加方便工作人員的操作[43]。圖17為目前較為常見的分層育苗框架。

圖17 分層育苗框架育苗裝置Fig.17 Hierarchical seedling raising frame seedling devices

此外，針對不同的植株幼苗，亦開發(fā)出與之相對應(yīng)的特殊育苗裝置和育苗盤。現(xiàn)有的一種育苗裝置將育苗杯中安裝蓄水裝置，通過實驗對比可以發(fā)現(xiàn)，充足的水分有利于種子萌發(fā)和幼苗的成長，在土壤缺水的情況下，會影響到葉綠素含量和植株對外的氣體交換，因此水分充足有利于幼苗更好的成長[49]；另有將植株固定在育苗器中心位置的固定裝置、多個育苗杯排列一起組成連體式結(jié)構(gòu)的育苗穴盤（包括可拆分型和不可拆分型育苗器）等。

3 育苗容器的功能性

傳統(tǒng)容器苗無法避免重量大、體積大的特點，增加了運輸成本，且傳統(tǒng)容器苗基質(zhì)中依然使用了大量泥土，造成種植區(qū)域的土壤肥力不夠，土質(zhì)越來越差。目前國內(nèi)多以使用塑料制品育苗為主，這樣的材料容易導致容器苗根部通風、透氣性差的特點，從而出現(xiàn)根系盤旋生長的現(xiàn)象，苗木在定植后很長一段時間后才能逐步好轉(zhuǎn)。而新型育苗容器，具備了許多新型的功能，由于其選取材料，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的不同，使其具有各種不同的功能性，不僅可以解決目前傳統(tǒng)育苗容器面臨的問題，對育苗也有著極大的幫助和便利。

3.1 節(jié)水性

例如淺山區(qū)水資源相對匱乏，無法大量地供應(yīng)林地灌溉所需用水，因此給苗木繁育工作帶來很大限制。采用容器育苗技術(shù)，不僅可以最大限度地提高水資源利用率，節(jié)約水資源，還可以起到保墑增溫的效果，提高育苗成活率[50]。因此節(jié)水性成了非常重要的一種功能。據(jù)調(diào)查可知，容器育苗對于干旱地區(qū)有明顯效果，而且苗木生長健壯，對于實施林業(yè)等重點工程，加快生態(tài)建設(shè)具有重要意義。宋占寶等[51]對冀北地區(qū)蘋果營養(yǎng)杯栽培情況進行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如表5所示，證實了采用育苗器的節(jié)水效果。采用容器育苗可以改善氣候因子對苗木生產(chǎn)的影響，具有延長育苗時間、改善育苗環(huán)境、節(jié)水抗旱、節(jié)省人力物力、提高苗木品質(zhì)等優(yōu)點，而且技術(shù)成熟，可以大面積推廣應(yīng)用[52]。

表5 蘋果營養(yǎng)杯節(jié)水延遲栽植生長情況調(diào)查表[51]Tab.5 Questionnaires on the growth of apple nutritional cup water saving and delayed planting[51]

3.2 平衡根系性

在我國的容器育苗工作中，為大眾所了解的育苗方法多為用塑料袋裝上黏土進行育苗，然而這種方法在國外卻早己被淘汰。因為這種傳統(tǒng)的容器育苗方式雖然制作簡單、操作方便、價格低廉，但在育苗工作中卻暴露出了普遍存在窩根、偏根、稀根、弱根、隔水、不透氣等對根系生長不良的情況，培育出的苗木經(jīng)過人工造林后成活率低，進一步制約我國用容器育苗造林的瓶頸，這也是我國人工造林質(zhì)量不高的主要原因之一[53]。根系發(fā)育狀況是影響造林成活率的重要因素，在培養(yǎng)基質(zhì)適宜的情況下，容器類型對根系發(fā)育起著關(guān)鍵作用。尤其當容器大小成為幼苗生長的限制因素時，較大容器對于幼苗生長的促進作用更為明顯。

3.3 光照性能

光照周期的減少對植物芽的形成沒有任何影響，但它降低了幼苗的生長和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的濃度，同時增加了植物的氮濃度。延遲光照周期處理的應(yīng)用增加了植物大小和發(fā)育芽的幼苗比例，并降低了植物非結(jié)構(gòu)性碳水化合物和氮濃度[54]。在光照充分的地區(qū)，也會因為不同植株的生長方式，可能采光不能最大化[55]。光照性能此時便成了育苗容器的一個極為強大的功能。它擺脫了自然條件的束縛和地域性的限制，可以控制種苗生長周期，促進種苗快速發(fā)育，為蔬菜的育苗創(chuàng)造了良好的生長環(huán)境。研究LED照明光譜對西蘭花幼苗GSL和萊菔子積累的影響結(jié)果表明，紅光質(zhì)量促進了GSL的生物合成和萊菔子的積累，而藍光質(zhì)量抑制了這種作用。通過使用LED人工光照燈，紅光結(jié)合藍光對的生物合成和萊菔子的積累有積極作用。目前有一種新型提供光照均勻的果蔬育苗用培育設(shè)施，可以很好的解決現(xiàn)有技術(shù)中對果蔬育苗的人工光照的均勻性較差、不能夠及時對育苗容器內(nèi)的培養(yǎng)基進行及時補充而且補充效率也較低、培育箱不能夠方便移動以及不能夠方便觀察的問題。通過橫向照燈、縱向照盤，且均設(shè)置密布小型LED燈珠，實現(xiàn)人工光照的均勻性，此新型結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)對育苗容器內(nèi)的果蔬育苗進行兩側(cè)以及頂部的全面均勻照射，有效提高了對果蔬育苗的人工光照的均勻性[56]。圖18為閉鎖型人工光照育苗系統(tǒng)。

圖18 閉鎖型人工光照育苗系統(tǒng)[55]Fig.18 Closed?type transplant production system under artificial light[55]

3.4 防蟲性

在過去的幾十年里，化學殺蟲劑在世界范圍內(nèi)被頻繁地用于管理害蟲，使得一些害蟲已經(jīng)進化出對許多化學物質(zhì)的抗性，并且這些化學物質(zhì)對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)都是有害的[57?58]。新型育苗容器的防蟲行主要是以物理屏障來阻擋害蟲入侵、防止病蟲害發(fā)生和蔓延的一種農(nóng)用栽培技術(shù)。使用育苗器與防蟲育苗床相結(jié)合的方式，可以將保溫性、防蟲性等多種性能結(jié)合，一體化、自動化對育苗棚進行管理[59]。如一種新型防蟲式白及育苗容器，優(yōu)點在于在白及育苗容器本體頂部設(shè)有電網(wǎng)，通過電網(wǎng)通電可進行防蟲，在電網(wǎng)的上方設(shè)置有防護網(wǎng)，從而形成兩重防護結(jié)構(gòu)，對于防蟲效果更好，而且在防護網(wǎng)和電網(wǎng)之間形成的空間端部設(shè)置吹風機構(gòu)，通過吹風機構(gòu)吹風，一方面可使得蟲子無法通過防護網(wǎng)和電網(wǎng)之間形成的空間，進一步提高防蟲效果，另一方面可保持白及育苗容器本體上方的空氣流動，使得育苗的效果更好[60]。

3.5 可降解性

相比于傳統(tǒng)容器，可降解容器其主要成分是天然高分子材料，置于室外可自然分解，其一般壽命只有2年。因此在進行造林時，無需將營養(yǎng)缽取下，避免了在取下營養(yǎng)缽過程中造成根系的“散坨”，同時，也避免了傳統(tǒng)營養(yǎng)缽回收等問題[61]?？山到庥缛萜鞑粌H能有效地利用營養(yǎng)基質(zhì)、有利于苗木根系的生長、提高了抗旱能力，提高了造林成活率，還減輕了杯體的質(zhì)量、縮小了杯體的體積。這一設(shè)計，由于減輕了質(zhì)量、減少了體積，首先，可以減少運輸、搬運成本；其次，可減少育苗土地租賃費，提高育苗造林的經(jīng)濟效益[62]。

4 結(jié)語

隨著我國育苗技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，供育苗使用的可降解容器種類越來越多，全生物降解材料將成為未來主要方向。雖然有大量新型可降解材料不斷產(chǎn)生，但其成本相對較高，不利于廣泛推廣使用。因此，可采用農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、皮革業(yè)等生產(chǎn)廢棄物做原材料制作可降解育苗器，進一步降低成本。此外，對于環(huán)保型可降解育苗器，不僅要考慮產(chǎn)品使用過程中對環(huán)境的影響，還應(yīng)考慮到其生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響。結(jié)構(gòu)方面，目前育苗結(jié)構(gòu)形式較為單一，多采用育苗架與單獨育苗器相組合的方式，未來可針對育苗架的空間構(gòu)造進行更多設(shè)計，進一步突出育苗器節(jié)約空間的優(yōu)勢。一些育苗容器的技術(shù)和理論還在發(fā)展之中，還有許多問題有待于進一步研究完善。但是使用育苗容器可以縮短育苗時間，對于未來花卉、林木、珍貴植物的培育有至關(guān)重要的作用，仍然具有廣闊的發(fā)展前景。