樟树加工剩余物育苗容器对黄瓜幼苗生长及生理特征的影响

贺 磊，孙恩惠，邓 涛，雍 宬，范肖东,4，黄红英

（1江西省林业科学院，南昌 330032；2江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/农业农村部盐碱土改良与利用（滨海盐碱地）重点实验室/江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心，南京 210014；3夸祖鲁-纳塔尔大学农业、工程与科学学院生命科学学院，南非斯科茨维尔 3209；4南京林业大学材料科学与工程学院，南京 210037）

0 引言

随现代农业的发展，容器育苗被广泛采用，国内外蔬菜、花卉与苗木等育苗方式正在由传统的露地向容器转变[15-16]。目前，国内外育苗采用的容器主要是塑料钵。塑料钵育苗具有许多优点，制作成本低、质量轻、保水性好，深受消费者青睐。但塑料容器在环境中降解需上百年时间，微塑料存留将严重影响土壤透气性和植物根的生长[17-18]。随生态环境的持续恶化和人们环保意识的增强，生物可降解容器越来越受到人们的关注[15]。有研究表明，以稻壳为原材料，采用大豆蛋白基黏合剂捏合成型制备育苗钵，该育苗钵具有适宜的耐水性和强度，育苗效果良好，是一种理想的育苗器具，可应用于作物的育苗[15]；且结果发现微生物引起不同育苗容器土埋过程中氮磷钾等养分释放规律，为生物质育苗容器的应用提供理论依据[16]。

综上所述，目前利用含有多酚物质的樟树加工剩余物为原料制备育苗容器的相关研究基本属于空白，为了探索樟树加工剩余物制品在作物育苗中的应用效果，有效拓展樟树加工剩余物高值资源化利用途径，为蔬菜茄果育苗提供一种养分可释放的容器苗床，发挥更大的生态效益提供理论基础，本研究以樟树加工剩余物为研究对象，通过破碎、粗粉，经生物质胶粘剂喷胶、搅拌、均匀铺装在容器模具中，经高温模压成型制备模压育苗容器。通过跟踪不同配方育苗容器物化性质、吸水特性、养分释放规律与生物可降解性等，研究育苗容器对黄瓜发芽势及生长因子的影响，旨在为樟树加工剩余物育苗容器在园林绿化、蔬菜花卉等育苗应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

樟树加工剩余物取自吉安市高盛生物科技发展有限公司，自然晾干，使用前利用9FQ-400锤片式粉碎机（广州标诚机械）粉碎，含水率9%～12%，粗脂肪5.6%，粗蛋白19.3%，粗纤维5.5%，粗灰分5.7%，总多酚2.2%。氧化玉米淀粉胶黏剂固含量31.08%，pH 3.8；脲醛聚合物固含量55.62%，pH 7.6，胶合强度1.26 MPa。

1.2 试验方法

1.2.1 育苗容器的制备 育苗容器采用热压成型方法[15]。将樟树叶加工剩余物、复合黏合剂及70#石蜡按一定比例在SHR-10A高速混炼机中充分混合均匀，经搅拌、脱水，干燥至物料含水率在12%～14%，放置30 min，置于YQ32-200T三梁四柱液压机模具中压制。育苗容器上口直径60 mm，底部直径40 mm，器壁平均厚度1.5～1.7 mm，容积110 mL。

育苗容器制备设置3个处理。（1）未提取精油的樟树加工剩余物、淀粉胶黏剂与脲醛聚合物，质量比为100:70:15，记TF-A；（2）提取精油后的樟树加工剩余物、淀粉胶黏剂与脲醛聚合物，质量比为100:70:15，记TF-B；（3）提取与未提取精油的樟树加工剩余物混合料、淀粉胶黏剂与脲醛聚合物，质量比为50:50:70:15，记TF-C。樟树加工剩余物育苗容器理化指标如表1。

表1 不同配方育苗容器的理化性状含量

1.2.2 育苗容器盆栽 将等体积营养基质分别装入育苗容器中，播入催芽后的黄瓜种子1颗，置于内部环境温度约30℃的塑料大棚进行育苗试验。试验每处理设置20个平行，育苗期25天，以塑料育苗容器作对照(CK)，每隔5天补水1次，使育苗容器内部基质土水分保持在饱和含水率约70%。各处理黄瓜育苗期间温度、光照、水分、养分管理等操作一致。

1.3 樟树加工剩余物育苗容器理化指标测试

1.3.1 pH及电导率 将粉碎样品与去离子水水固液比1:10于200 r/min振荡30 min，滤液用于pH采用酸度计（Phs-2F型，上海精密科学仪器有限公司，上海），电导率采用电导率仪（DDS-11A，上海雷磁仪器有限公司）测定。

表2数据显示,国内女性主义翻译研究的主要被引文献多集中于该理论的引介与阐发初期,此间发刊的论文篇数不多,但被引率极高,影响极大。在被引前十的文献中,有9篇属于理论分析文章,被引合计2 077频次,篇均被引230.78次,几乎构成了国内女性主义翻译研究的理论基石,奠定了作者自身在该研究领域的理论话语地位。比如,被引频次最多的一篇是蒋骁华的《女性主义对翻译理论的影响》[3],364次被引中有158条期刊论文引证,说明该文献在同类研究中具有重要的理论基础性、影响力和导向性。

1.3.2 有机碳及氮磷钾 育苗容器全氮采用H2SO4-H2O2法测定，全磷采用钒钼黄比色法测定，全钾采用火焰光度计法测定，有机碳采用重铬酸钾稀释热法测定[19]。

1.3.3 种子发芽率 将育苗容器样品粉碎过0.3 mm筛，按照1 g:10 mL的固液比浸提2 h。取10 mL浸提液放入铺好滤纸的无菌培养皿中，点播30粒籽粒饱满辣椒种子（‘津优30’），每个处理3个重复，同时设清水对照。每天加入1 mL试验浸提液，共培养7天。发芽率和发芽势计算如式(1)～(2)。

1.3.4 苗容器吸水性测试 吸水率及吸水厚度膨胀率测试，参照国家标准GB/T 17657—1999进行。将樟树加工剩余物育苗容器在温度为(25±2)℃的水槽中浸渍，在水中浸润450 min，每隔75 min进行称重，记录每次称重质量，算出每次的吸水率，做出容器吸水特性随浸渍时间的变化趋势图。

1.3.5 黄瓜幼苗生长生理指标 黄瓜幼苗生长25天时进行植株生长指标的测定[20]。采用直尺从生长点到容器内部基质表面间距，记为株高；采用游标卡尺测量秧苗子叶节下1 cm处的茎基宽度；在茎基部将黄瓜秧苗地上部分和地下部分分开，用去离子水洗净地上和地下部分表面后用吸水纸吸干水分并分别称重；采用CCM-200 plus便携式叶绿素仪检测（美国OPTISCIENCES）黄瓜幼苗生长第25天时，第2片叶面的叶绿素，用SPAD值表示叶片叶绿素含量的相对值。每项指标测定苗数为10棵，试验设置3个平行。

1.3.6 可生物降解性能 将取自江苏省农业科学院蔬菜田熟土与无碳源培养液，按1:10比例混合均匀，置于250 mL的三口烧瓶中，在转速120 r/min，环境温度30℃培养箱中放置20 min，静置过滤得土壤悬浮液[21]。将育苗容器样品裁切成10 mm×(3～5)mm的片状体放入培养皿中，加入5 mL的土壤悬浮液，每个处理3个平行，同时制作空白组。所有步骤在超净工作台无菌操作，培养皿外层用胶膜密封，置于培养箱中，培养温度30℃，每个3～5天补充定量土壤悬浮液，培养时间60天。样品质量损失率，不定期采样，用乙醇和去离子水将样品洗净，干燥至恒重，称量记录数据，并根据式(4)计算样品的质量降解率R。

式中，MI为试样初始质量，Mi为样品降解一定时间后样品干重。

1.4 SEM微观形貌表征

采用美国FEI Quanta 200环扫电子显微镜观察育苗容器降解期间材料表面微观结构。

1.5 数据分析

用Excel 2013进行数据分析，用Origin 2018软件进行绘图分析。

2 结果与分析

2.1 育苗容器吸水特性与浸渍时间相关性分析

将樟树加工剩余物育苗容器在温度为(25±2)℃的水槽中浸渍，容器吸水特性随浸渍时间的变化如图1所示。在300 min前，育苗容器吸水率与浸渍时间呈线性相关，且TF-B的相关度较高(R2=0.9428)，吸水率达到最大值，TF-A、TF-B、TF-C吸水率分别为26.63%、39.31%和34.89%。由于TF-B原材料是樟树加工剩余物，其挥发性精油含量较低，纤维分子链及淀粉基黏合剂亲水性羟基、羧基等基团易暴露，表面附着水更易通过细胞浸透于纤维细胞腔，附着水量增加。TF-A吸水率较低主要归因于香樟剩余物原材料中含较高易挥发疏水性的芳香组分混合物。随后其吸水率基本维持平衡，吸水速率趋于平缓且有下降趋势是因为随浸渍时间的延长，育苗容器材料内部可溶性物质有所溶出。

图1 育苗容器吸水率随浸渍时间变化

吸水厚度膨胀是描述育苗容器在育苗期间器壁裂开的重要指标[15]。由图2可以看出，在浸泡90 h时，容器器壁基本达到平衡，随时间的延长，吸水厚度膨胀率变化不大，TF-A、TF-B、TF-C吸水厚度膨胀率达到平衡，分别为 7.68%(R2=0.8682)、10.34%(R2=0.8995)和9.07%(R2=0.8521)。育苗容器吸水率与吸水厚度膨胀率在线性相关区间呈正相关趋势。樟树加工剩余物纤维素大分子含有较多无定型区，自身吸湿性较强；纤维与胶黏剂分子间因水分子作用，易形成破坏若界面层，从而导致有较高的亲水性。由于TF-B原材料是樟树加工剩余物，其挥发性精油含量较低，纤维分子链及淀粉基黏合剂亲水性羟基、羧基等基团易暴露，表面附着水更易通过细胞浸透于纤维细胞腔，附着水量增加，导致其吸水率在3组原材料中最大，表现出高的亲水性。TF-A则是因为香樟剩余物原材料中含较高易挥发疏水性的芳香组分混合物，所以在3组原材料中吸水率最小，表现出较低的亲水性。因此由吸水率和吸水厚度膨胀可侧面表现出3组材料的疏水性为TFA＞TF-C＞TF-B。

图2 育苗容器吸水厚度膨胀率随浸渍时间变化

2.2 育苗容器对黄瓜种子发芽的影响

发芽率是衡量种子在污染物胁迫下萌发能力强弱的重要指标，可反映实际育苗应用效果好坏，发芽势反映发芽速度和整齐度[22]。由图3可以看出，CK发芽势为73.05%，TF-A、TF-B、TF-C的发芽势在61.08%～74.81%，樟树加工剩余物育苗容器对水稻种子发芽势的影响略表现出抑制作用，各处理间差异不显著，TFB对黄瓜种子发芽势影响作用最小。而黄瓜种子的发芽率分别为88%、94%、90%，略低于CK(93.33%)，表明大部分黄瓜种子在樟树加工剩余物育苗容器浸提液影响下仍可以萌发，但不同育苗容器对黄瓜种子发芽的影响有差异。TF-B发芽率最高，且TF-B发芽势最高，TF-C略低于TF-B，在发芽率相同时，发芽势高的种子生命力强，TF-B对黄瓜种子的发芽几乎无影响，可能是樟树加工剩余物经精油提取后物料中含较低浓度的挥发性芳香物质，浸提液毒性低。试验表明，以樟树加工剩余物为原料制备的育苗容器具有较好的理化特性，对黄瓜种子萌发基本无毒性或毒性较低。

图3 育苗容器对黄瓜种子发芽率和发芽势的影响

2.3 育苗容器氮磷钾养分释放

氮磷钾是植物生长需要较多的3种营养元素[23]。氮素对黄瓜幼苗株高、茎基宽、根长、干物质累积量及叶绿素等具显著影响[24]。育苗容器总氮含量主要是添加的淀粉黏合剂和脲甲醛聚合物中的氮源，及樟树加工剩余物原材料中的氮素。黄瓜育苗期间不同育苗容器总氮含量变化如图4a所示，育苗15天内，TF-A、TFB、TF-C育苗容器氮素含量下降显著较快，且释放速率较快，随后其氮素释放速率相对减缓。25天育苗结束，TF-A、TF-B、TF-C育苗容器总氮含量由6.96、6.59、6.72 g/kg降至4.37、3.28、3.61 g/kg，总氮释放量最大为50.23%，育苗容器氮素释放速率表现为TF-B＞TFC＞TF-A，而在10～15天期间，TF-C氮素缓释速率大于TF-A和TF-B，达到27.16%，制备的育苗容器自身带有较高的氮素养分[25]，育苗期间可缓慢释放，促进黄瓜幼苗的生长，随苗移栽后的育苗容器仍可作氮素缓释肥为作物后续生长提供养料，综合考虑，育苗容器TF-C较适于黄瓜育苗。

图4 不同育苗容器氮磷钾、有机碳养分含量变化

磷钾对作物营养有重要的作用，能促进早期根系的形成及茎秆的生长[26]。由图4b和4c可以看出，随着育苗天数的增加，总磷含量变化趋势与总氮类似，总钾下降趋势略高，可能是基质土中的钾含量供应不足，育苗容器钾素快速迁移利于黄瓜幼苗吸收而致，但TF-A、TF-B和TF-C处理间，总钾差异不显著（图4c）。不同的是，TF-B总磷含量变化趋势略显著于TF-A和TF-C，分析是提取精油后的樟树加工剩余物比表面积增大，纤维丝化度及纤维内部孔隙增多，育苗过程中水溶性磷素与纤维内部分子结合增强[27]，进而流失率降低。

2.4 育苗容器有机碳变化

樟树加工剩余物育苗容器富含天然生物高分子，天然高分子多易被基质土中微生物降解[28]，发生有机碳被矿化作用，生成CO2和H2O[29-31]。从图4可以看出，各处理的有机碳快降解，后面逐渐趋于平衡，育苗25天后，TF-A，TF-B和TF-C有机碳含量分别下降了22.97%、27.61%和26.98%，表明育苗过程3种容器有机高分子已发生降解作用，碳矿化速率TF-B＞TF-C＞TF-A。有机高分子降解或分子链断裂，会导致器壁内结合力被削弱，产生裂缝直至崩解。因此，樟树加工剩余物育苗容器具有良好的可生物降解性，有益于后续育苗容器随苗移栽，不影响黄瓜秧苗根系穿透生长。

2.5 育苗容器对盆栽黄瓜幼苗生长的影响

黄瓜种子发芽最适pH 5.5～7.2，根系活力较高。电导率反映了浸提液中的可溶性盐的含量，过高或过低EC值会阻碍作物的生长[19]，不同植物适宜的EC都不同，通常范围在0.4～1 mS/cm。结合表1可知，TF-A、TF-B和TF-C3种育苗容器的pH和EC值分别在5.74～5.91、0.85～0.93 mS/cm，且指标差异性不显著，易于黄瓜幼苗生长。

由表2可以看出，TF-C和塑料容器、TF-A和TF-B育苗相比在株高上差异不大，且略低与TF-A和塑料容器，可能是TF-C育苗容器由具有亲水性纤维和亲水基团构成，育苗过程水分管理易导致容器器壁膨胀，水分蒸发落干后造成器壁应力产生而开裂，进而水分散失较快。在茎基宽、叶绿素、鲜重、干重和壮苗指数上存在差异显著，而TF-B在叶绿素和地下干质量上差异显著。总的来说，樟树加工剩余物制备的育苗容器TF-C和塑料容器培育的黄瓜育苗各项指标均存在显著差异，黄瓜植株幼苗生长指标优于塑料容器，均有不同程度的提高，茎基宽、叶绿素、地上鲜重、地下鲜重、地上干重和地下干重分别提高了4.59%、12.18%、3.01%、6.80%、2.86%和15.79%，以壮苗指数为综合考量指标，其提高比例达23.64%。原因是与塑料容器育苗相比，容器内部装填基质养分相同，而樟树育苗容器自身含较高的氮素，黄瓜幼苗生长过程中，可额外为幼苗提供养分以促壮苗。

表2 育苗容器培育的黄瓜秧苗生长指标

2.6 育苗容器生物降解性能分析

樟树加工剩余物制备的育苗容器随微生物接种培养时间的质量损失率变化趋势及其相关性结果见图5。随着降解时间的增加，TF-A、TF-B和TF-C降解率逐渐提高，在30天降解率分别达到36.84%、47.41%和44.27%。结合图6 SEM微观形貌看出，单位面积的TF-B表面裂纹、凹凸性较高，可以观察到其微生物生物量高于TF-A和TF-C，结合TF-B结构可知，随降解时间的增加，TF-B的组织结构被破坏，其表面产生裂纹且凹凸不平，产生了一定粗糙的表面，使得与微生物的接触面变大，从而使得降解程度变高[32]。而TF-A和TF-C中多种挥发性化合物质高于TF-B，可能抑制微生物扩繁[10,33]。但总体而言，微生物降解60天时，TFA、TF-B和TF-C降解率高达65.57%、80.67%和74.69%，表明育苗容器具优异的生物降解性能。

图5 育苗容器质量损失率随育苗时间的变化

图6 育苗容器降解过程表面及断面SEM扫描图

对比樟树加工剩余物育苗容器TF-C在20天的生物降解表面和断面形貌（图6），降解前后的形貌区别较大。降解前材料表面规整、平滑有光泽（图6a），且断面致密性良好（图6b）。微生物降解20天后表面产生松动及裂纹，明显附着层，表面粗糙度提升，且附着大量微生物，凹凸不平（图6c）。表明纤维已被微生物分解[34]，微纤丝角结论可以印证相关现象。且器壁中淀粉胶黏剂和脲醛聚合物分子量也逐一降低，界面断层发生溶解[35]，纤维裸露，且有裂口（图6d），更易被微生物侵蚀（图6e），酶解作用提升，最终纤维结构分子链产生断裂和氧化，分解成小分子，降解剧增[19,32-34]，同时降解体系中可能含具有电子传递“桥梁”作用的微生物，利于释放降解过程中积累的过剩还原力，以此解除秸秆降解过程中产生的底物限制，且从功能层面统一调控秸秆的降解过程[36-37]。

黄瓜育苗初期，基质土湿度为田间最大的持水量的70%～80%，且处于通风量较大的环境，育苗容器处于干湿交替状态，因此，育苗器应保持容器具有适中强度，器壁破损率较低，以降低育苗期间水分的散失，减少施水量，综合上述结果表明，樟树加工剩余物为原料制备育苗容器，完全能够满足25天左右的黄瓜育苗要求。

3 讨论

以樟树加工剩余物作为基质载体在苗床育苗中具有较好的应用潜力，拓展了其剩余物资源高值加工利用途径。而樟树加工剩余物的基本理化性能及生物可降解性等指标对蔬菜育苗生理因子的影响较大。本研究以樟树加工剩余物为原材料，这种加工剩余物在江西地区方便易得，物料中较高的总多酚含量有益于后续育苗容器使用过程对作物根系虫害的预防[38]。合理开发利用樟树加工剩余物，使其在生物质工业化应用中实现物质的高效转化和能量的高效循环，是发展生物质循环经济的重要实现途径。这些樟树加工剩余物进行环境友好的育苗容器二次利用，不仅为蔬菜茄果提供一种环境安全、养分可释放的容器，促进植株幼苗顺利生长，提升苗木生产综合效益；同时育苗容器降解后还田土壤能够为土壤中微生物带来丰富的营养与能量，能够使土壤微生物数量增加，改良土壤理化性质，提升土壤的可耕性。将樟树加工剩余进行育苗容器化应用，有利于加工生产、环境治理、废弃利用之间的产业结构整合，进而形成一个完整、健康的生态、经济与社会产业链，高效促进樟树加工剩余物资源化开发和利用，节约企业的生产成本，减少环境污染，最终实现樟树精油产业链的高质量化、绿色环保、持续健康的目标，实现环境和经济双向持续发展的最终目的。

4 结论

（1）不同配方的樟树加工剩余物育苗容器均具有良好的吸水特性，TF-A、TF-B、TF-C吸附平衡含水率分别为26.63%、39.31%、34.89%。且容器具有适宜的pH和EC值，种子发芽势在61.08%～74.81%，发芽率在88%～94%，樟树加工剩余物育苗容器浸提液对黄瓜种子萌发基本无毒害作用。

（2）育苗过程中，氮素释放速率表现为TF-B＞TFC＞TF-A，总氮释放量最大为50.23%，为黄瓜幼苗生长提供氮源；磷钾释放速率差异不显著。

（3）TF-C育苗容器和塑料容器培育的黄瓜育苗各项指标均存在显著差异，黄瓜植株幼苗生长指标优于塑料容器，壮苗指数提高比例达23.64%。微生物降解60天时，TF-A、TF-B和TF-C降解率高达65.57%、80.67%和74.69%，樟树加工剩余物育苗容器具有优异的生物降解性能。