林木育苗产业化关键技术

林木育苗产业化关键技术林木育苗产业化关键技术 芦溪县林业局 在我国林业学科中 苗木培育属于森林培育学的内容 但所占 比重有限 在林业科研中 苗木培育常被认为技术含量低 难出成 果 得到的重视不足 在生产实践中 则被认为是苗圃工人的工作 与科技和产业关系不大 欧美林业发达国家却在苗木培育领域取 得了不俗的成绩 并成为育苗技术 设备和设施的出口国 我国人 工原料林普遍低产和 连年造林不见林 等问题的原因常被归咎 为良种不良 立地条件差和幼林管护不力等 而对造林苗木质量 问题考虑甚少 木或林分的生长受到内在 遗传性状 和外在 生 态因子 因素的影响 为解决内因问题 遗传育种在林业学科中地 位突出 为改善外部条件 幼林抚育管理在林业生产中得到足够重 视 但对苗木培育的重视和入却远不如前两者 事实上 使用不良 方法和技术培育的劣质苗木 不仅难以发挥良种的优良性状 还将 导致幼林抚育管理的成效大打折扣 本文在分析国内外林木育苗 研究和产业化现状的基础上 提出了产业化关键技术 为我国林木 育苗产业化提供支持和参考 1 产业化林木育苗的特点和技术体系 1 1 产业化苗木培育的特点 林木育苗产业化的特点可以概括为专业化 现代化 规模化 和集约化 产业化苗木培育要求把育苗这一环节从森林培育过程 中细分出来 由专业人员在固定的培育基地开展深入细致的配套 技术研发和育苗工作 实现林木育苗的专业化 固定的培育基地 为投入育苗机械设备和配套设施提供了条件 而机械化 设施化 是苗木培育现代化的重要标志 利用现代育苗设备设施提高生产 效率为实现苗木培育的规模化生产奠定了基础 育苗基地有限的 空间和较高的固定资产投资 都要求集约化的生产经营模式 以实 现单位面积和单位时间内的最大效益 1 2 产业化苗木培育的技术体系 苗木培育过程包括繁殖材料获取 扩繁 幼苗保育和成苗等 步骤 各个步骤可采取从简单到复杂的一系列技术措施 产业化 苗木培育要求对各步骤所采取的技术措施进行组装集成 合理配 置技术措施和设备设施 以较高的效率实现生产目标 根据国内 外发展现状 林木育苗产业化技术主要涉及苗木扩繁技术 育苗 基质研发和生产技术 育苗容器研制和选择技术 机械设备设施 制造和选配技术以及育苗生产线建设和工厂化育苗综合配套技 术等 2 苗木培育产业化关键技术 2 1 苗木扩繁 根据植物繁殖方式 苗木扩繁技术可分为有性扩繁技术和无 性扩繁技术 2 大类 有性扩繁技术有种子育苗和离体胚培养 离 体胚培养是为克服种子发育机理障碍将胚剥离培养的繁殖技术 无性扩繁技术有扦插 嫁接和组培等 组织培养技术始于 1968 年美国的 W inton 利用颤杨根段愈伤组织培养获得第 1 株试管 苗 目前世界各地的林业科研院所大多建有组培实验室 并开发 了当地树种组培苗工厂化生产配套技术 但在生产实践中由于受 到生产规模和单位成本的限制 仅在较为发达的地区得到应用 体细胞胚胎发生技术是组织培养的前沿领域 对设备 技术和财 力投入的要求高 全世界有 40 多种木本植物获得了体细胞胚 但 应用于生产实践的仅有火炬松 挪威云杉和辐射松等为数不多的 几个树种 中国科学院遗传所 植物生理研究所 植物所和南京 林业大学等单位研究了云杉属 火炬松 马尾松 黑穗醋栗 桉树 桃树 枫香 鹅掌楸和杉木等树种体细胞胚胎发生和植株再生技 术 种子育苗和扦插繁殖仍然是现今苗木扩繁的主要途径 组培 育苗和离体胚培养具有利用少量优良种质资源获得最大扩繁效 果的特点 一直被认为是林木快速扩繁技术的发展方向 但由于受 到成本 效益限制 导致技术研发和生产应用之间还有一定距离 种子育苗由于遗传变异需要进行多世代选育 但从目前的发展趋 势看 用良种育苗造林仍然是最经济 最有效和最基本的增产措 施 瑞典 日本 美国和芬兰等发达国家投入大量资金建设种子 园 目前已发展到第二代 第三代种子园 特别在欧洲 由于欧洲赤 松和欧洲云杉等主要造林树种的种子质量和数量得以保证 林木 种子是主要的扩繁材料 我国的扦插繁殖技术在 ABT 系列生根 粉成功研发和应用的基础上 到迅速发展 尽管某些树种的扦插 生根仍然困难 侧枝扦插 偏冠 问题尚未解决 但扦插繁殖已成 为目前苗木扩繁中应用最多的无性繁殖方法 2 2 育苗基质 林木育苗基质可分为 2 种 一是以泥炭土为主要原料的泥炭 基质 二是以各类植物 作物 体为原料的复合基质 高纬地区特别 是北欧国家如丹麦 瑞典和芬兰等国 利用丰富的泥炭土资源优 势 形成了独立的育苗基质生产企业和基质品牌 中纬度地区的温 带和亚热带以研发和生产复合基质为主 低纬度或热带地区的林 木育苗基质研发和生产则相对滞后 泥炭基质的育苗效果总体上 优于复合基质 前者在单位时间内收获的苗木生物量是后者的 3 6 倍 但泥炭基质的供给量远不能满足中 低纬度地区林木育 苗的需求 因此 开发和生产轻型高效复合基质是中 低纬度地区 的必然选择 复合基质的研发主要包括基质配方 发酵过程控制 基质产 品性状和育苗效果比较等内容 复合基质的配制原料多为就地取 材 各地配方不尽相同 主要原料有森林土 草炭土 腐殖土 锯末 蔗渣 树枝叶 椰糠 稻壳和作物秸秆等 辅助原料有蛭石 珍珠 岩 有机肥料和化学肥料等 添加剂有生物发酵剂 白生菌剂 白 腐菌剂等 发酵过程控制的指标包括发酵温度 pH 值 C N 等 发酵温度达到 55 以上 既可有效提高腐熟速率 又能控制病虫 杂草滋生 发酵过程中用硝酸溶液调剂酸碱度 将 pH 值控制在 6 左右 有助于提高针 阔叶树种的育苗效果 C N 是衡量发酵充分 与否的重要指标 以达到 40 以下为佳 基质产品性状以物理结构 和化学营养成分衡量 现代温室育苗要求基质总孔隙度达到 70 80 其中持水孔隙度达到 40 45 Heiskanen 报 道用珍珠岩和砂作为添加剂可改善基质的水文特征 另外基质中 应有 5 左右的长纤维 2 cm 维持基质的物理结构 营养元素包 括 N P K Mg B Mo Cu Mn Zn Fe 等 含量测定以 g m3 为单位 育苗效果比较试验是衡量基质优劣的重要标准 李继承 奥小平 邓煜 尚子华等利用不同配方的基质 完成了红松 落叶松 樟子 松 云杉 香椿 日本落叶松 侧柏 油松 山杏 刺槐 丁香 爬 地柏等的基质育苗对比试验 筛选出适于不同树种的育苗基质 此外 在基质中添加菌根菌以促进植物对营养物质的吸收 是当前 基质研发的新领域 复合基质的规模化生产目前仍处于起步阶段 复合基质的生 产远比基质研发复杂 基质研发可利用各种试材 开展组合和配比 试验 获得不同树种较为理想的育苗基质 但基质的规模化生产需 在获得生产工艺的基础上 综合考虑原材料的持续供给能力 加 工机械设备 产品适应性等因素 北欧国家的泥炭基质生产目前 形成了多渠道原料供给 机械化加工和全球产品销售的产 供 销链条 我国的复合基质生产受到原材料和加工机械设备的限制 至今尚无专门从事林木育苗基质生产的企业 离产业化基质生产 有一定距离 但林木育苗基质特别是轻型高效基质的生产是一个 前景光明的产业 2 3 育苗容器 容器育苗已成为苗木培育的发展趋势 与裸根苗相比 容器苗 可有效避免苗木根系在起苗 运输 定植时受到损伤 折断 失水 和扭曲等 且具有易于搬运 便于困难立地造林 提高造林成活 率等优点 从世界范围看 尽管裸根苗仍占造林苗木总数的 70 左右 但近年来容器苗比例大幅上升 不是所有育苗容器都利于苗木根系发育 苗木根系不仅影响 幼苗的生长发育 还影响人工林分的质量和产量 不良容器常导致 苗木无主根 发辫根 反转根 歪根 稀根 卷根等低劣根系问题 采用这种根系不正常的苗木营造的林分 是没有前途的林分 我国 林业育苗中常使用塑料袋 蜂窝纸 辣椒管等装填粘土 培育的苗 木根系纤弱并伴有卷根 稀根 偏根等问题 是我国人工原料林低 产低效的重要原因 值得欣慰的是人们并未因此放弃容器育苗 而恢复到裸根苗培育 而是采取各种技术措施不断发明 改进育 苗容器 使容器的形状 规格 结构和质地更能适应育苗需要 各 国研制的容器主要有以下类型 尼苏拉容器 芬兰钵 基菲钵 柯 柏福特容器 瓦特尔弱形容器 安大略管状容器 苯乙烯容器块 多杯式容器 斯彭塞尔一列麦尔容器 泥炭肠容器 塑料袋容器 等 目前国内常用的容器种类有穴盘 纸质容器 薄膜容器 塑料 袋 硬塑杯等 科学选择育苗容器是培育苗木平衡根系的关键 容器构造是 育苗容器是否科学的关键因素 容器底部具小孔或可穿透 内侧 壁具导根肋或导根槽是选择育苗容器的 2 个基本条件 聚丙烯育 苗盘 箱 和无纺布容器都具备了上述条件 是当前较为先进的育 苗容器 聚丙烯育苗盘可根据育苗要求制作成 54 穴 6 行 9 列 到 108 穴 9 行 12 列 各种规格 可回收 重复使用 热带地区 6 8 年 温带和亚热带地区 8 10 年 对环境无污染 无残留 但 首次投入成本较高 单个苗盘的价格在 16 18 元人民币 侯元 兆推荐的法国产无纺布容器 单穴耗材成本 0 004 元 与塑料袋差 不多 且无需回收 对环境不造成影响 但需要购买容器成型机和 匹配容器箱 我国目前苗木生产上广泛使用的塑料袋尽管成本 低廉 但导致的窝根 穿袋等问题影响了造林成效 还对环境造成 污染 应尽早淘汰和取缔 2 4 育苗设备与设施 欧美国家的苗木培育产业化受到第三次工业革命 20 世纪 40 60 年代 的影响 在 20 纪 50 年代由机械化作业代替了手工劳动 工 厂化经营代替了工场式生产 早期完成工业化进程的国家如北欧 各国 美国和日本等 是当前育苗机械设备设施的主要出口国 表 明机械设备的研发和生产能力与工业化程度密切相关 育苗机 械设备与设施的引进和自主研发相结合 是我国苗木培育产业化 的鲜明特点 机械设备的引进与应用在我国经历了从作物 蔬菜 到经济林 再到花卉和林木的发展过程 1978 年从日本引进地膜 覆盖技术 80 年代初引进遮荫网进行试验栽培 1994 年从荷兰引 进自控玻璃温室 法国自动充气双层薄膜温室 最初应用于作物 蔬菜 瓜果和花卉生产 并逐步推广应用到苹果 板栗 银杏 香 椿等经济林及工业原料林造林苗木培育 然而 普遍存在温室结 构从国外原样引进或低水平仿制的问题 没有根据我国不同气候 条件进行改造 使用性能达不到引进国水平 七五 期间 国家组织 了林木育苗机械设备与设施的科技攻关 研制出种子精选分级机 筒式蜂窝塑料容器制作机 基质搅拌机 装播生产线 过渡温室 及覆盖遮荫保温装置 微喷设备 暖风装置 标准育苗盘 苗盘架 等 16 提高了我国工厂化育苗机械设备的研制和生产水平 然 而由于受到传统农耕思想的束缚和育苗劳动力成本低的影响 我 国苗木培育机械化 设施化程度仍然很低 近年建成的南方和北 方国家级林木种苗示范基地以及各省区的苗繁基地 都是通过国 产机械设备与从德国 日本 美国 法国 瑞典和芬兰等国引进技 术设备相结合的途径实现的 林木育苗机械设备与设施研发生产大有可为 随着我国工业 化程度不断提高 特别近期能源价格和劳动力成本大幅上涨 劳动 密集型的林木种苗生产模式势必被机械化和设施化的现代产业 模式取代 林木育苗机械设备设施的研发生产已步入大发展的机 遇期 产业化苗木培育机械设备设施主要包括基质生产设备 容 器制作设备 自动装播设备 自控温室及灌溉 施肥 炼苗配套设 施等 2 5 工厂化育苗 工厂化育苗是通过人工控制苗木生长环境因子实现程式化苗 木培育的过程 人工环境的应用 使工厂化育苗与传统育苗相比 具有育苗周期短 苗木规格和质量易于控制 苗木出圃率高 便 于机械化作业等显著优势 20 世纪 70 年代 世界各气候带的不 少国家开始深入研究和推广工厂化苗木培育技术 80 年代得到 迅速发展 以德国 美国 加拿大 瑞典 芬兰 挪威 日本 澳大 利亚等国的研究和应用较为成功 20 在经历阳畦 小棚 中棚 塑料大棚和普通温室以后 已进入现代温室的人工气候环境 植物 工厂 育苗阶段 实现了对光照 温度 湿度 空气成分和土壤肥料 等环境因子的实时有效控制 形成了较为完善的工厂育苗技术体 系 工厂化育苗主要生产环节包括 1 材料准备 包括育苗基质 育苗容器和繁殖材料 种子 穗条和组培苗等 的制备和选择 2 装播生产 包括对自动装播 播种 扦插苗装播 或手工移栽的选择 3 温室育苗 包括水肥管理 温湿控制和病虫害管理等方面 4 炼 苗 包括遮荫区炼苗 开放生长区炼苗 2 个阶段 5 苗木分级 包括 分级指标 形态指标和生理指标 的确定和分级方法 标准差法 主成分分析法和逐步聚类分析法 的选择等 工厂化育苗需按一定生产工艺流程分别在不同车间内进行 一般为 3 个车间 经过检验 处理的种子 在生产车间 第一车间 装播生产 利用叉车或手推车将育苗盘搬运到温室大棚 第二车间 培 育 等到种子发芽 幼苗茁壮生长后 再搬运到室外育苗地 第三车 间 炼苗 苗木生产达标后 搬运到包装棚起苗包装 18 根据我 工厂化育苗现状 第一车间之前宜增加一个制备车间 以形成较完 整的工厂化育苗生产线 制备车间的任务是 1 根据所选扩繁方 法准备繁殖材料 如林木种子检测和处理 扦插穗条处理 组培苗 培育等 2 研发 生产能满足工厂化育苗需要的育苗基质 3 我国林木育苗产业化面临的问题及对策 3 1 对林木育苗重要性认识不足 1 林木育苗在森林培育中的作用尚未得到体现 良种良法 是 森林培育的主导思想 良种 工作主要集中在优良种质资源筛选 改良和生产上 良法 则更注重造林方法 抚育技术和林分管理 等 对苗木培育重视不够 随着播种造林比例的不断减少 要将优 良的种质资源转化为优质的森林培育材料 必须经过苗木培育这 一环节 因此 今后的森林培育应更加重视苗木培育 不仅要保证 良种的优良性状得以保持 还应通过良法在苗木培育中的应用 提 升苗木质量 促进森林培育目标的实现 2 苗木培育的内容应在学科分支上得到提升 苗木培育属于林 学二级学科森林培育学的内容 育苗造林 在生产上已成为固定 搭配的词语 然而森林培育学中苗木培育的知识和内容不足以支 撑林木育苗的产业化发展 因此 应在物生理学 生态学等一些基 础学科的基础上 发展苗木培育相对独立的理论和方法 开展更加 深入的研究 为林木育苗产业化提供支撑 3 2 苗木培育产业化技术集成度不高 1 科研和生产衔接不紧密 苗木培育的各个环节可采取一系列 由简单到复杂的技术措施林业科学家和普通工人均可根据其所 掌握的知识和经验顺利完成育苗过程 形成科研和生产各自发展 的格局 一方面 科研人员开展的诸如基质配制 光照和温度控制 水肥管理等试验研究 因生产成本高和技术措施复杂 难以整合组 装并推广应用于生产实践 另一方面 当前的造林苗木主要来自临 时苗圃 因育苗设施简陋 苗圃工人采取的技术措施过于简单 苗 木质量得不到保证 因此 要在大力倡导科技研发与生产实践相 结合的基础上 努力推动固定或永久苗场 中心苗圃和种苗基地 建设 搭建科技研发和生产实践的交互平台 并为机械设备设施的 投入和产业化技术的集成创造条件 2 配套设备设施和技术的研制和开发有待加强 苗木培育产业 化发展水平决定了对育苗机械设备和设施的需求量 而育苗机械 的制造水平又反过来制约着苗木培育产业化进程 根据林木育苗 产业化关键技术的要求 自动装播设备 基质生产设备 育苗容器 生产设备和现代自控温室等应是我国林木育苗机械制造中急需 加强的内容 此外 苗木培育产业化发展需要多项配套技术的支 持 如近年已有不少关于育苗基质配比及其对苗木生长影响的报 道 但如果考虑原材料供给和基质生产工艺的问题 大多无法满足 规模化生产的要求 因此 苗木培育产业化技术的集成 需要得到 育苗机械设备设施制造和产业化配套技术开发等多个方面的支 持 3 集成产业化技术的知识和经验较为缺乏 苗木培育的各个步 骤存在多项可替代技术措施 可供选择的机械设备和设施更是种 类繁多 产业化技术的集成 需要对各个环节采取措施的经济和技 术可行性进行综合评价 是一项较为复杂的系统工程 因此 要在 学习和借鉴国外先进技术和经验