影响林木容器苗根系生长的基质特性研究

朱海军，生静雅，刘广勤，曹福亮

（1.江苏省农业科学院园艺研究所，江苏 南京 210014；2.南京林业大学森林资源与环境学院，江苏 南京 210037）

影响林木容器苗根系生长的基质特性研究

朱海军1,2，生静雅1，刘广勤1，曹福亮2*

（1.江苏省农业科学院园艺研究所，江苏 南京 210014；2.南京林业大学森林资源与环境学院，江苏 南京 210037）

综述了基质的理化性质对林木容器苗根系生长的影响，容器苗基质应具有良好的物理性状，有较好的保水、保肥、透气、排水能力，有合理的容重和通气孔隙度，此外，还要有良好的化学性状，弱酸性，pH值5.5 ~ 6.5；基质的物理性质比化学性质更为重要，如果物理性质比较稳定，则苗木所需养分可通过定期定量施肥来实现，但不同的理化性状相互影响，共同决定着基质的理化特性。

基质特性；林木；容器育苗；根系形态功能

容器育苗是目前世界各国广泛应用的苗木生产技术，相比传统的大田生产，容器育苗优势明显，在造林中占的比重越来越大。与裸根苗和包裹根球的苗木相比，容器苗更容易处理和运输，而且损伤较少；受季节限制，大田中所育苗木的出圃和销售时间短，容器苗则可以在任意生长季节运输，因而提高了特别是寒冷气候下苗木的市场流通；同时容器育苗不需要挖穴，也减少了劳动用工和起苗的机械费用[1]。

容器育苗的最大优势在于其移栽后的成活率高[2]。移栽后的水分胁迫可能是限制植株生长的主要因子，而且是移栽失败的主要原因，这在容器育苗中尤其如此[3]。Mathers等[4]对高度和胸径相当的美国金红枫、观赏海棠、加拿大紫荆和美国红橡木容器苗与裸根苗进行了2 a的研究，结果表明容器苗在成活率、高度、粗度等方面明显优于裸根苗。

容器育苗能保证苗木根系的完整，减少移栽时根系损失，提高移栽成活率。而大田苗在起苗及包装过程中，根系总量 30%以上的细根残留在土壤中，或被破坏[5]，这些细根通常具有吸收水分和养分的功能，当其被破坏或损失后，植株就处于胁迫环境，表现为生长衰弱甚至死亡[6]。

根系完整是容器苗优于大田苗的主要特点，因此，了解容器苗根系生长的限制因素非常重要，本文综述了影响容器苗生产的基质特性及研究进展。

容器基质是培育容器苗的关键，除支持、固定植株外，基质还为植株提供稳定协调的水、气、肥结构，使来自营养液的养分和水分得以中转，供植物根系选择吸收。理想的苗圃育苗基质应该具有含盐低、阳离子交换能力强、适宜的理化性质、无虫害、成本低、易获取、性质稳定、重量轻等特点[7]。目前常用的育苗基质有：松树皮、阔叶树皮、河沙、园土、工业粘土、堆肥、肥料、淤泥、稻壳、花生壳、食用菌废料、泥炭、椰棕、锯末、蔗渣、珍珠石、蛭石、橡胶碎屑、轧棉废料等[8]。

1 基质物理性质对容器苗根系生长的影响

对于容器育苗基质而言，物理性状是决定容器苗好坏的决定性因素。基质物理性质包括通气孔隙度、持水率、总孔隙度、细颗粒比例以及土壤密实度等，影响着容器苗根系的生长形态和功能。合理的基质成分配比是林木能否培育成功的基本条件之一，是各种性状综合作用的结果[9~10]。因此，把握基质物理性质对根系生长的影响具有重要意义，例如生产中可以通过选择容器类型、灌溉制度等平衡各组分间的相互制约。长期以来，国内外很多专家学者对此做了大量的研究[11]。

1.1 孔隙度和持水力

通气孔隙度是指去除自由水后基质中的通气孔隙量；持水力是去除自由水后基质中水的含量；总孔隙度是基质中可填充水分和空气的孔隙体积。通气孔隙度是容器苗生产中不可忽视的重要因子，持水力对根系生长的影响次之，因为充足的氧气是根系生长和功能的重要保证，通气性差的基质限制根系的生长发育[17]。基质通气孔隙度过小导致植物生长缓慢，而且容易受冻害、病虫害等胁迫的危害。通气孔隙度过大的基质保水性能差，必须增加灌溉次数以维持植株生长所需水分。

对于基质的物理性质，目前尚没有统一而被广泛认可的标准[12]。在林木容器育苗中，一般认为适宜通气孔隙度为26.56% ~ 42.24%，总孔隙度要在54%以上[13]；理想的基质总孔隙度为70% ~ 90%，通气孔隙度不低于15% ~ 20%[14]。也有研究建议将基质的通气孔隙度、总孔隙度、持水力控制在20% ~ 30%、50%以上、20% ~ 25%[15]；Yeager等[16]认为基质通气孔隙度、总孔隙度、持水力范围应分别在10% ~ 30%、50% ~ 85%、25% ~ 35%；有关研究认为10% ~ 20%的基质通气孔隙度适宜多数植物，但有的植物在通气孔隙度达15%时排水不畅[17]。很多研究认为基质通气孔隙度上限为30%。Ownley等[18]研究发现，疫病引起的根系腐烂与基质通气孔隙度和总孔隙度无关，而与基质密实度和持水力密切相关；通气孔隙度大于20%可保证根系正常生长并维持根系细胞膜完整性，并减少疫病菌的侵染。

基质通气孔隙度和持水力受基质颗粒大小、分布、组成、密实度以及年代等因素的影响，适宜的通气孔隙度和持水力对于制定合理的培育措施具有重要意义。

1.2 基质颗粒大小

容器苗生产中的基质颗粒大小不一，通常分类是将粒径大于0.8 mm的定义为粗粒，粒径小于0.5 mm的为细粒。研究表明，小于0.3 mm的毛细管孔隙在灌水后能保留大部分水分，而大于0.3 mm的非毛细管孔隙仅保留少量水分[19]；粗粒组成对提高基质通气孔隙度有利，但不利于基质的保水、保肥；细粒组成提高了基质的持水力和养分交换能力。

提高细颗粒比例使基质通气孔隙度降低、排水不畅，导致基质缺氧进而影响根系生长和功能。Beeson[20]研究发现，由于基质中堆肥比例超过40%，小于0.5 mm的细颗粒比例增加，导致基质通气孔隙度降低，使两种常绿植物的根系生长受到影响。然而，Robbins[21]报道称，一般认为对移栽成活不利的基质（孔隙度＜10%，细颗粒＜65%）对3种木本植物的生长却没有影响。可见，不同植物种类对基质通气孔隙度的要求也不一样。

提高粗颗粒的比例或使用较深的容器可以增加基质通气孔隙度，但粗颗粒比例提高导致基质持水力降低，水肥利用率下降，植物生长势减弱。因此，了解基质组分的大小、分级对调控基质的通气性、提高水肥利用非常重要。目前研究主要集中在颗粒大小、分布对基质持水力和通气孔隙度的影响方面，而对水肥利用率影响的研究则相对较少。

1.3 基质密实度

基质密实度是指单位体积基质的重量。密实的基质通气孔隙度减小，影响根系形态和植物生长。Yeager等[16]研究认为，容器育苗基质理想的密实度是0.19 ~ 0.7 g/cm3。一定时间沉积后，基质密实度会发生改变，以体积比为8：1的松树皮和河沙为例，经过一段时间和新配制基质的密实度分别为0.19和0.17 g/cm3，56 d后两种基质的密实度均增加到0.32 g/cm3[12]。

通常情况下，基质密实度达到一定阀值将影响根系及整株植物的生长。Ferree等[22]对密实度1.2 g/cm3和1.49 g/cm3基质中苹果苗的形态特征进行了研究，发现前者根系干重要高于后者；基质密实度增加到1.5 g/cm3，苹果株高、叶面积、叶片长度及根、茎、叶干重均减小。栽植于密实度1.7 g/cm3壤土（46%沙土＋47%粉土＋7%黏土）中时，小干松的松针变短、根系干重降低[23]。

基质密实度是影响容器苗生长的主要因素，但它对苗木光合作用的影响并不大，说明密实基质限制植株生长并不是碳供应减少的问题。Wilson等[24]对腐殖土和泥炭中一年生鼠尾草的生长状况进行了比较，发现腐殖土密实度高，颗粒密度大，植株生长量减小。

对多数植物种类而言，密实的基质能促进植株生长但影响苗木质量。Zahreddine等[25]比较了密实度0.71 ~ 1.01 g/cm3、0.39 g/cm3基质（V蛭石：V泥炭:V珍珠岩= 1：1：1）中苗木的根冠比，发现前者要高于后者，但密实基质中根系畸形问题更严重；1.01 ~ 1.10 g/cm3的基质密实度导致根系卷曲，影响植物移栽后的田间表现。

关于基质密实度影响木本植物根系生长的研究较少。虽然很多地区的土壤密实度较高，但经过一定的预处理能部分减轻其对一些植物的胁迫，将根系预先置于低氧、密实、水分利用率较低的条件下，对密实度较高的基质中生长的植物有利。容器育苗中基质密实度高的问题普遍存在，而且影响植株移栽后成活率，相关研究也证明了这一点，密实度较高的基质中植株地上和地下部生物量也较高，但根系畸形发生率增加[25]。

苗木栽植过深容易造成根系缺氧窒息，影响植株生长并最终死亡，是造林中一个重点关注的问题。很多植物可忍耐一定的栽植深度，但石楠科及其它浅根系植物对栽植深度比较敏感[26]。基质密实度、栽植深度对苗木移栽成活率的交互影响是未来研究的方向。

1.4 基质分解

基质组分的物理性质随时间的延长而发生变化，最终影响植物根系的生长[27]，因此选择基质组分要考虑其物理性质和稳定性。树皮透气性好，特别是与泥炭混合后效果更佳，是林木容器育苗中常用的基质组分。粗木屑分解性好，未分解时通气孔隙度很高，但快速的分解使其通气孔隙度迅速下降。树皮木质素含量较高而分解较难，硬质树木的树皮具有45%的纤维素和55%的木质素，而软质树木树皮纤维素、木质素含量分别为10%、90%，因此前者比后者更容易分解。与加入木屑相比，添加树皮的基质通气孔隙度更加稳定。虽然珍珠岩和蛭石不能分解，但当压实或者蛭石含量较高时基质通气孔隙度会下降。

不同基质的组分的C/N也不同，例如木屑1 000：1、稻壳500：1、针叶树树皮300：1、硬质树树皮150：1、椰棕80：1、泥炭58：1。通常情况下，C/N较高的基质更容易固着肥料中的营养，降低肥料利用率。

1.5 腐熟基质

腐熟基质在容器育苗中的应用越来越多，有时甚至取代了泥炭的使用。腐熟基质对容器苗根系生长的影响是基质理化性质和生物因子的综合效应。随着时间的变化，腐熟基质的理化性质如持水力、通气孔隙度、酸碱度等也发生变化[28]。与添加泥炭相比，添加腐熟物质后基质通气孔隙度变化更大，一定时间后腐熟基质容重改变，影响根系生长和功能[29]。Bunt[30]研究了腐熟基质对植物生长的影响，发现一定时间后腐熟基质密实度改变，影响根系生长和功能。腐熟后基质中粗颗粒减少，基质通气孔隙度降低，引起根系渍害和缺氧，因此，添加腐熟物质一般不超过基质总体积的50%。腐熟的动物残体通常具有较高的EC值和营养水平，一般占容器体积的10%~30%。腐熟后物质通常具有碱化效应，因此配制基质时不必再添加碱性物质和微量元素肥料[12]。

相关研究表明，不同基质势下腐熟基质的水势是一般土壤的2.5 ~ 4.5倍[31]。由于具有比一般土壤更小的孔隙度，腐熟基质的持水力更强。在1份松针中添加3份腐熟棉壳后，基质的物理性状尤其是持水力显著提高，既使减少一定灌溉量也不会影响植株生长[32]。基质腐熟后也能促进植株生长，减小因疫病引起的根系腐烂造成的损失[33~34]。Hoitink等[35]研究发现，在基质中添加腐熟物质，就像加入抗菌剂一样抑制根系的腐烂。在大田以及容器生产中，添加腐熟物质的基质均表现出一定的抗病性[34]。

2 基质化学性质对容器苗根系生长的影响

基质的酸碱度、阳离子交换量、可溶盐等对容器苗根系的生长具有重要影响。了解基质化学性质对基质的选择非常重要，例如通过加入其它基质、化学物质和肥料等措施，可以提供植物生长所需营养、减小潜在的毒害。

2.1 基质的pH

基质pH是土壤溶液中可溶性H+的反映，与根系获取和利用营养物质的能力密切相关。不同植物对基质pH要求也不一样，很多植物仅在有限的H+范围内生长良好，在基质pH不适宜的情况下，植物生长表现出营养过剩或缺乏、发育受阻、生长不良。

通常情况下，含20%园土的基质pH范围在（5.4 ~ 6.0）到（6.2 ~ 6.8）。基质pH过高，Al3+、Fe3+和Mn2+发生沉淀，利用率降低。在pH较高的基质中，植物可能表现出Fe、B、Zn、Mn、Cu和Mo的缺乏；由于P与Ca能形成不溶性的磷酸钙，在pH较高的基质中，植物也可能出现P的缺乏。在pH较低的基质中，植物可能表现出Fe、Zn、Mn、Cu的毒害作用，Ca或Mg的缺乏，NH4+的敏感以及PO42－淅出。调整基质的pH可以在一定程度上改善微量元素缺乏。

2.2 阳离子交换能力、可溶盐和肥料

阳离子交换量CEC是指土壤胶体所能吸附各种阳离子的总量，它代表了基质的保肥力，用单位重量基质所能吸附阳离子的量表示。阳离子交换量6 ~ 15 meq/100g是大部分容器育苗所推荐的。阳离子吸附颗粒的强度由强到弱的顺序依次为：H+＞Ca2+＞Mg2+＞K+= NH4+＞Na+。与大田种植相比，容器苗生产基质中较低的阳离子交换量能增加施肥频率。

基质中的阴离子包括NO3－、PO42－和SO42－。与其它阴离子一样，大多数NO3－很容易随大雨或过量灌溉从容器中渗漏。由于NO3－利用率对植物的生长具有重要作用，且又很容易渗漏，因此基质NO3－水平的定期管理在容器苗生产中很有必要[36]。

可溶性盐是指来自于肥料、基质中的有机物以及灌溉水中的盐。不同植物对可溶性盐的反应不一样，而且随着植株年龄不同而变化。可溶性盐的周期管理可以估算容器育苗系统中溶解盐总量。测定水中溶解盐的方法是电导度(EC)，dS/m是EC的常用单位。EC与总溶解盐的关系是：EC×640 = 总溶解盐（mg/L）。

在容器苗生产中，肥料种类和施用方式影响着基质的化学性质。选择肥料时应考虑植物种类、成本、劳动力、基质性质、生长阶段、生产时间及灌溉制度等。对于容器苗生产来说，施肥方法主要有穴施、叶面追肥、基质混合和灌溉追肥。缓施肥和控释肥是容器苗生产中主要的肥料种类，因为其施用简单且养分不易流失。缓施肥可分为两类：自然产生有机物质和低溶性有机物质。控释肥外层常包被聚乙烯、聚丙烯酸树脂、乳胶、石蜡和硫磺等物质，因而其肥效不会立即释放。缓施肥和控释肥的包装上一般都注明养分释放的时间，但通常为实验测得数据，并不是生产条件下的真实反映。因此了解具体生产条件下肥料释放特性，及其对基质化学性质的影响至关重要。

3 结语

适宜的培养基质是容器苗培育成功与否的关键。容器苗基质应具有良好的物理性状，有较好的保水、保肥、透气、排水能力，有合理的容重和通气孔隙度，能稳固苗木根坨；此外，还要有良好的化学性状，弱酸性，pH值5.5 ~ 6.5，本身不需要肥沃，但营养吸收转化能力强。国外普遍认为，基质的物理性质比化学性质更为重要，如果物理性质比较稳定，则苗木所需养分可通过定期定量施肥来实现。但不同的理化性状相互影响，共同决定着基质的理化特性，因此，应加强不同因子的综合效应研究，以适宜不同苗木种类对育苗基质的要求。

平衡的根系构型是容器育苗培育的核心之一。容器苗根系畸形现象普遍存在，严重影响着苗木后期的稳定生长。有限的容器空间限制了苗木根系的自然伸展，很容易出现卷根、缠绕根、歪根等现象，导致造林后苗木锚地不牢、生长缓慢或停滞、抗逆性减弱等后果。根系构型直接反映根系的生长状况，良好的根系构型可以提高根系对土壤养分和水分利用的效率，也有利于营建稳定的林分。苗木根系形态、分布除与自身的生物学特性有关外，基质理化性质也是重要的影响因素，容器苗根系形态受基质及其理化性状、容器大小和形状、容器体积的影响[37]。苗木根系的分布可以通过控制基质水分来实现；基质密实度则影响根系的穿透能力等。

研究表明，根系形态受肥料[38]、灌溉[39]等因素的影响。苗木培育中的水肥调控措施可以改变基质的理化性质，从而影响根系的形态。当前，容器苗生产中的灌溉和施肥往往依靠经验，常出现因灌溉、施肥不当，造成苗木生长受抑制或者肥料浪费的现象。施肥种类、施肥比例、施肥量、施肥时期、灌溉水质、灌溉方法、灌溉量、灌溉时间、灌溉频率等肥水管理措施影响着基质的理化性质，从而影响苗木根系的生长、发育及形态构型。因此，应根据不同苗木的肥水需求规律，加强具体管理技术措施的研究，最终实现养分、水分的精确化管理，提高水肥利用率和苗木质量。

综上所述，在林木容器苗生产中，基质的理化性质是影响根系生长和苗圃建立最重要的因素之一，各种因子相互作用，共同影响着植株根系的生长和构型。因此，应加强基质理化性质与容器苗质量相互关系的研究，加强基质理化性质精准化调控技术的研究，加强生物因子对影响容器苗根系构型的研究，保证基质稳定的理化性质和养分利用，更好地克服不利容器苗生长及发育的限制因子。

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Reviews on Substrate Properties for Container Seedlings Cultivation

ZHU Hai-jun1,2，SHENG Jing-ya1，LIU Guang-qin1，CAO Fu-liang1*
（1.Institute of Horticulture, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China; 2.College of Forest Resources and Environment, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China）

Reviews were made on properties of different substrates for container seedlings cultivation.Adequate drainage and aeration, bulk density and aeration porosity of container substrates is necessary in the production of quality nursery seedling.Besides, faintly acid of substrates with pH of 5.5-6.5 has better effect on the growth of container seedlings.

substrate properties; container seedlings; root morphology and function

S723.1

A

1001-3776（2014）06-0093-06

2014-06-29；

2014-10-10

2011年江苏省林业三项工程项目（lysx〔2011〕14）

朱海军（1981－），男，山东潍坊人，助理研究员，博士生，从事薄壳山核桃栽培及植物生理生态研究；*通讯作者。