低碳环保型育苗容器的研究进展

邓子轩，高 策，石思远，宋欣声，苏钲皓，王晓珂，马劲松，张 信，侯连龙

（河北科技大学材料科学与工程学院，河北省柔性功能材料重点实验室，石家庄 050018）

0 前言

在传统的育苗工作中，由于苗木生长周期较长，自然环境等因素难以控制，苗木的生长质量难以得到保证[1]。因此，常使用容器育苗来保证苗木的生长质量。容器育苗是在装有营养土的容器中培育苗木，通过该方法培育的苗木称为容器苗。这种育苗方式最早出现在造林育苗，现主要用于繁殖裸根苗、培育较难成活的植株和珍稀园林植物[2]。由于容器育苗多在室内或大棚开展，环境相对统一，因此采用容器育苗栽培植株可以节约育苗空间、育苗土地，使空间得到立体化利用，同时保证同批种子的苗木规格相同，便于移栽后的统一管理[3]。此外，还可提高种子成活率，缩短育苗周期。而采用不同容积、不同材质的容器进行育苗时，又会对苗体的直径、高度产生一定的影响，对促进幼苗叶重增加、促进根系生长有显著作用[4⁃5]。

在农林业领域，由于生产需要，常使用一次性塑料容器进行育苗。随着石油产业和塑料工业的不断发展，由塑料难以降解引发的环境问题日益突出，国家相继出台了诸多政策限制一次性塑料制品的使用，并制定了相关检验检测标准[6]。然而，传统塑料育苗容器在自然环境下难降解，只能部分降解。在自然环境下，土壤中累积的塑料能通过光降解、热氧化降解或老化降解等降解作用被破碎分解成直径小于5 mm的微塑料颗粒，对自然环境造成了严重的伤害，而且也严重危害了人们的身体健康，在自然和社会方面都不具备显著优势[6⁃7]。而且，国内主要使用的塑料制品育苗容器，由于塑料制品透气性较差，容易对幼苗根系生长产生不利影响；育苗器底部对根系产生束缚，从而出现根系盘旋生长的现象，苗木在定植后很长一段时间后才能逐步好转[8]。因此迫切需要环境友好、对根系生长有利的可降解育苗容器填补市场。

环保型育苗器有多种不同材质，其优势在于可以充分利用其他生产生活中的废料，如木材废料、作物秸秆等，还可使用畜牧业废料如牛粪等制作育苗容器，使其得到回收利用的同时，又能完全降解，减少对环境的污染，同时起到增肥、促进根系生长等作用[9]。因此，本文主要介绍了不同类型的环保型容器，从可降解型育苗容器的材质出发，介绍了几种不同材质的可降解育苗容器，之后，简要介绍了育苗容器的结构和功能，最后，对可降解育苗容器的发展进行了展望。

1 可降解育苗器的材质

育苗器的种类按材质可大致分成两类：一类是可降解型育苗容器，如植物纤维、动物粪便等天然高分子材料制成的可生物降解容器；另一类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。传统的塑料质育苗器成本低、质量轻、保水性好，但透气性差、散水性差；塑料膜的静电作用使得膜片间贴连严重；不能在土壤中降解；脱膜移栽则易伤根系而影响成活率[1，10]。可降解育苗容器则完美地规避了塑料育苗器的弊端，种子育成苗后可与容器一同移植，育苗器在土壤微生物的作用下自然分解，给植株带来一定的施肥作用[11]。因此，可降解育苗容器具有广阔的前景，目前发明出的可降解育苗容器可分为以下几种材质。

1.1 秸秆育苗器

秸秆是一种来源广、价格低的天然可降解高分子材料，在我国有着丰富的秸秆资源，然而秸秆处理方法简单，通常采用燃烧或掩埋的处理办法，不能充分利用。以秸秆等为增强体制备复合材料，并采用相容剂、表面改性等对秸秆复合材料进行改性，可以改善其物理性能，提高秸秆和其他复合材料的界面相容性[12⁃13]。卓光铭等[14]对麦秸秆（WF）和废纸纤维（WP）增强高密度聚乙烯（PE⁃HD）复合材料性能进行研究发现，PE⁃HD/WP和PE⁃HD/WF复合材料的拉伸强度和弯曲强度均随WP和WF含量的增加先升高后降低。当材料受力时，适量的植物纤维可以分散基体的载荷，起到了承力作用，但WF和WP含量过多时，纤维在基体中分散不匀，容易形成应力缺陷。KH570的加入可有效提高复合材料的力学性能。天然纤维素的加入使—OH增多，材料亲水性增强。加入WP和WF可使复合材料吸水率显著增长。图1为加入WP和WF后复合材料吸水率随时间的变化曲线。

图1 PE⁃HD/WP与PE⁃HD/WF复合材料的吸水率[14]Fig.1 Water absorption properties of PE⁃HD/WP and PE⁃HD/WF composites[14]

采用秸秆为原材料制成育苗容器，不仅为工厂化育苗提供了新方式，也开辟了秸秆的应用领域。秸秆育苗器是由秸秆粉碎改性后，加入胶黏剂冷压模塑合成。生产工艺流程可概括为：粉碎→配料→搅拌→制坯成型→烘干→包装[15]。与传统塑料育苗容器相比，秸秆容器的贮水性能好，饱和含水量可达600%，容器中的水分可促进幼苗根系的生长，与土壤形成供养一体结构。而且在饱和含水量状态下，容器壁仍有一定强度，便于苗株的移栽，从而有效提高移栽幼苗的抗旱性和移栽成活率[16]。而且秸秆材质极易被土壤微生物分解，形成复杂的腐殖质，能有效改善土壤结构及肥力。土壤中的容器在微生物及其酶的作用下，亲水性和透水性增加，降低了容器壁强度，使得根系在生长过程中能穿透钵壁，顺利进入土壤。

图2 秸秆育苗容器Fig.2 Straw seedling containers

秸秆由于其来源广、可降解、可促进植物生长等特性，常和其他可降解材料复合制成可降解育苗容器，对植物的培育和生长有很大的帮助。Ma等[17]将秸秆和发酵牛粪进行混合，制备盆栽育苗容器，通过该方法制备得育苗器可生物降解而且环保，为秸秆和动物粪便的完美利用提供了思路，并且为利用农业生产的其他育苗容器提供了可靠的思路。Zhang等[18]将小麦秸秆纤维和未漂白亚硫酸盐木浆纤维混合作为育苗盆原料，分层制备育苗盆原料膜，结果表明，通过该方法制备的育苗容器再添加化学添加剂后即可满足作物培育的要求。陈宜勇[19]选用不同配比的辣椒秸秆、椰糠、珍珠岩和蛭石作为复合育苗基质，结果表明，辣椒秸秆复配基质对辣椒幼苗出苗率、株高、叶长、叶宽和茎粗等有一定促进作用。

用作育苗容器的秸秆类可降解材料主要以秸秆纤维为增强材料，以淀粉为基体，通过模压成型制成。由于该材料为可降解材料，因此降解速度的快慢至关重要。滕翠青等[20]使用土埋法测试该种材料的可降解性能，由图3和图4可知，随着土壤中掩埋时间的延长，复合材料的的质量损失不断增长，断裂强度下降且随时间变化加速，适当减少秸秆纤维的长度和厚度可以获得更好的可降解性能。对埋入土中的复合材料进行定期跟踪拍照，如图5所示，发现该种材料在土壤中掩埋一段时间后，表面出现大量霉点和空洞，33天后样品表面出现部分破损，3个月后降解成小碎片和粉状，其降解速率随时间延长而增加。

图3 秸秆纤维增强复合材料的材料质量损失率与土埋时间的变化关系[20]Fig.3 Relationship between material mass loss rate of straw fiber reinforced composites and soil burial time[20]

图4 秸秆纤维增强复合材料的土埋时间对力学性能的影响[20]Fig.4 Influence of soil burial time on mechanical properties of straw fiber reinforced composites[20]

图5 秸秆纤维增强复合材料在土壤中因降解受破坏情况的照片[20]Fig.5 Straw fiber reinforced composite damaged due to degradation in soil[20]

1.2 纸质可降解育苗容器

纸质育苗容器是一种采用植物纤维浆或废纸等再生浆作为基料，利用独特工艺和专门助剂，在定型的专用网模上压制成型的一类立体纸类产品，通过模具造型的变化，调整纸浆与合成纤维的比例控制纸杯的微生物分解时间，可以生产出多种结构的纸包装产品或纸类物品。工艺流程大致为：将原材料打浆后经过调配、施胶形成成品浆，然后成型烘干，热压定型，打包生产而成。其主要特点为透气透水性好，利于苗的生长发育，可在自然条件下降解。

图6 纸质可降解育苗容器Fig.6 Paper degradable seedling containers

纸质育苗器由于其透气透水性优于秸秆育苗器，且比起塑料容器极易降解，所以在植物的生长发育过程中常使用纸质育苗器。彭祚登等[21]对比研究了秸秆育苗容器、纸质容器和塑料容器的育苗效果，表明纸质容器和塑料容器育苗效果稍优于秸秆容器。试验选用塑料容器、纸质容器作为参照，比较几种容器的育苗效果。结果表明相对于塑料袋容器和纸杯容器，秸秆容器培育的刺槐苗木在幼苗期，不仅根系数量与生长量较差，而且苗高和地径指标在整个生长过程中的表现也不良（图7）。

图7 不同容器类型对培育刺槐幼苗生长过程的影响[21]Fig.7 Effects of different container types on the growth of robinia pseudoacacia seedlings[21]

生产纸质育苗器的主要原料是各种植物纤维浆或废纸浆，原料来源广，价格低廉，属于废弃物再利用。纸质育苗器用后就地腐烂，可增加土壤有机质，为幼苗提供养分还有利于生态平衡，解决农业“白色污染”的问题。如以玄武岩纤维和植物纤维为原料生产的纸质育苗器：将玄武岩矿石经过熔融、拉丝等工艺制成玄武岩纤维，与植物纤维混合“打浆”，并在浆料中添加湿强剂、防水剂、防油剂等搅拌均匀，制得的育苗容器挺度高、可完全降解，玄武岩纤维分解后变成土壤的母质，对环境不造成二次污染[22]。

由于纸质容器通常为压缩制品，吸水能力较强，苗盆更容易变干，但此时底部根系湿度并不低。若此时再次浇水易造成过度浇水导致根部缺氧，若长时间不浇水会造成幼苗缺水，因此难以掌握苗床的干湿程度以及合适的浇水时机；另外由于纸质容器原料为天然有机成分，长时间育苗表面容易产生霉菌影响幼苗成长。蒋希芝等[23]对纸质、不腐熟秸秆和腐熟秸秆3种生物基可降解营养钵，通过土埋降解试验对其降解率进行研究分析，对比研究不同类型生物基可降解营养钵的降解特性，发现纸质营养钵降解率最终高达85%，降解效果最好。不腐熟秸秆营养钵的降解率为78%，大于腐熟秸秆营养钵的降解率47%（图8）。

图8 生物基可降解质量和营养钵降解率的变化曲线[23]Fig.8 Degradation rate of biodegradable nursery containers[23]

1.3 无纺布育苗容器

轻基质无纺布容器育苗是新兴的一种容器育苗技术，其透水性、透气性、透根性与其他育苗器相比有很大提高。在现有的容器材质中，轻基质无纺布有着良好的透气、透水以及透根性，适宜培育造林品种，并且轻基质无纺布材质的容器重量较轻，便于苗木的运输，一定程度上降低了运输成本。与常规性育苗方式所培育出的幼苗根系相比，轻基质无纺布材质容器培育出来的树种根系更加发达，移栽时不需要脱离容器，避免了由于脱离容器不当而造成树种死亡的现象[24]。

周伟国等[25]通过试验发现，对比轻基质无纺布容器育苗、塑料钵容器育苗和大田育苗的根系生长、成本以及经济效益，如表1、表2和表3所示，轻基质无纺布容器育苗的效果最好，造林后保存率可达91.6%，育苗成本也为最低。综上所述，使用轻基质无纺布材质容器对重要造林树种培育、造林工程开展具有重大意义。

图9 无纺布育苗容器Fig.9 Non woven seedling containers

表1 不同育苗方式根系生长量[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]

目前常见的无纺布育苗器还包含平衡根系无纺布容器育苗技术，是指用无纺布制作容器，并添加天然有机质作为育苗基质，容器成型、基质填充、定长度切割一次完成，进行乔、灌、藤树种的扦插苗、播种苗、组培苗的繁育，使苗木根系发育完整均衡，实现苗木可控生长、无缓苗期、移栽成活率高的育苗技术[26]。应用无纺布平衡根系容器进行育苗，成苗后苗根系发达，可以解决常规育苗器移栽时引起根系受损的问题，且保水保湿性与纸质育苗器相比更佳，使苗体种植前后环境差异性降低，提高幼苗的成活率。王月海等[26]通过试验对比，如表4所示，平衡根系无纺布容器苗造林的8个树种成活率皆在95%以上，平均达到98.4%，与裸根苗造林相比较，成活率提高522.8%。与塑料袋容器育苗相比，采用无纺布育苗无需多次补种，可以实现一次造林成功，降低了相关费用及成本[27]。

表4 不同苗木类型的树种造林成活率[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应用越来越广泛，对降解材料的要求也越来越高，不仅对材料的性能有一定的要求，对其降解安全性方面也有很高要求。在农业生产方面，要求降解过程不影响农作物的生长，不会在土壤中残留有害物质。PLA由植物资源（如甜菜、木薯）提取出的淀粉原料经一系列化学反应制得，因其良好的生物降解性能和加工性能广受欢迎。

使用PLA材料育苗容器，为便于运输和移栽，PLA需要具备一定强度；同时具备耐水能力，以保证育苗期间不会崩解；育苗容器的密度则会影响幼苗根系破壁；此外，育苗容器的吸水性和保水性也将影响幼苗的生长。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实际应用中具有至关重要的作用。PLA可降解育苗容器的基本制作工艺如图10所示[28]。

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

柑橘皮渣（citrus dregs，CD）与PLA混合，可以制得力学性能良好的育苗钵。潘浪等[29]对柑橘皮渣与含量与破损跌落次数关系进行了试验。研究表明，CD含量的增加使育苗钵破损所需重复跌落次数减少，育苗钵抗跌落性能减弱。这可能是由于当育苗钵中CD含量增加时，PLA在CD之间的分布减少，热压时主要是CD受压后向四周延展，与相邻粒子相互啮合成型，故强度较低[29]。

图11 PLA育苗容器抗跌落能力与CD含量的关系[29]Fig.11 Relationship between the drop resistance of PLA seedling containers and CD content[29]

CD/PLA热压成型制备育苗容器，原料无需改性，成型工艺简单，提高了CD的综合利用水平。作为新型育苗容器，CD/PLA育苗容器可完全降解，移栽时可以将育苗容器连带苗一同移动，提高了工作效率，CD降解后可提高土壤肥力，不会在土壤中残留有害物质。但缺点也较为明显，作为育苗容器材料，PLA价格较高，导致成本增加，不利于推广。

1.5 聚丁二酸乙二醇酯（PBS）系列生物降解塑料

PBS是一种优异的生物降解材料，由丁二酸和1，4⁃丁二醇缩聚而成，外观呈乳白色，在土壤中易被微生物和动植物体内的酶分解，PBS聚酯与其衍生产品聚丁二酸⁃己二酸丁二酯树脂（PBSA）、聚己二酸⁃对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚对苯二甲酸⁃丁二酸丁二酯（PBST）统称为PBS系列聚酯，经改性后可应用于农用地膜。与硬而脆的PLA相比，PBS系列聚酯属于软塑料，其柔韧性好，耐受温度范围宽[30]。

PBAT中含有可微生物降解和水解的酯键，具有优良的可降解性能。陈咏等[31]通过试验研究发现，如图12和图13所示，PBAT纤维在自然环境下土壤降解最为突出，纤维结晶度显著降低。因此PBAT及其改性材料可用于制作全生物降解地膜，以及制作各种育苗盘。与其他材料相比，PBAT存在结晶性较差、熔体强度较低、改性制品制作成本较高的缺点，限制了其在育苗领域的广泛应用，可通过与淀粉共混改性、PBS共混改性、与PPC共混改性等方式提高其力学性能[32]。

图12 降解4周后PBAT样品表面的扫描电子显微镜照片[31]Fig.12 SEM of suefaces of the samples after 4 week’s degradation[31]

图13 PBAT降解周期对花园土降解产物结晶度的影响[32]Fig.13 Effect of degradation period on crystallinity[32]

1.6 其他新型材质的育苗容器

除纸质、纤维、无纺布等常规材质外，目前市面上也出现了许多新型材质，如黄麻编织育苗袋，由黄麻纱和其他低成本粘合剂等经编织纺织而成，其在土壤中可以完全降解，可以起到防止水土流失的作用。经过生物降解后，产生的磷、钾等物质，可以作为植物生长的养料[33]。而通过改变育苗袋的尺寸、编织纤维的粗细等，可进一步降低生产成本，提高这种育苗器的经济性，适应不同作物根系生长需求。

利用牛粪和木材废料等做增强体，使用羊毛、淀粉等作为天然黏合剂，是近年来新兴的一类可降解育苗器[34]。牛粪作为天然的生物肥料，内含大量可被植物吸收利用的元素，可以为植物提供养分，促进植物根系生长。Tian等[35]将不同比例的稻草和牛粪与淀粉胶黏剂进行混合，设计出不同种类的育苗容器模型，结果表明，随着秸秆含量的增加，育苗容器的透气性和保水性值增加，而且有利于保持土壤肥力，有利于生态恢复过程中物种的播种和移栽。此外，Zhao等[36]将牛粪和泥炭混合加工后作为土壤改良剂，结果表明，土壤改良剂降低土壤中重金属含量和作物对重金属镉的生物富集，并且改良剂中的钙、镁等离子进入土壤后，仍可继续为植物生长提供养分。

此外，利用羽毛纤维可以制备能够被自然界中微生物降解的角蛋白育苗盆，与牛粪育苗盆相似，这种育苗盆本身可以为植物提供营养物质和微量元素，但因此在制备育苗盆的过程中需要考虑自然降解对育苗器的力学性能的影响。Cu2+在植物生长中不可或缺，而过量的铜离子对植物生长也会产生负面影响。研究表明，使用角质育苗盆能够在一定时间内使稳定向土壤中释放植物所需的铜离子，使土壤中的铜离子含量维持在一定水平，从而减少甚至无需在育苗器外部施肥[37]。雍宬等[38]从养鸡场回收的废弃羽毛中提取角蛋白，并将其与脲醛树脂接枝共聚，从而形成一种可生物降解的胶黏剂，可与秸秆基复合材料相结合，提高其降解性能和其他理化性能。研究表明，加入角蛋白对秸秆基复合材料进行改性后，其弯曲强度和弹性模量均有所提高（图14）。

图14 秸秆花盆的弯曲强度和弹性模量[38]Fig.14 Bending strength and elastic modulus of straw flowerpots[38]

利用灵芝栽培的残留基质作为原材料，制备可降解的育苗容器，也是近年来出现的一种新型育苗容器。研究表明，该育苗容器对于促进种子发芽、改善幼苗根系生长情况有显著作用，且具备相对优异的理化性能[39]。由此，将我国畜禽养殖业同可降解育苗容器相结合，形成新型的可全生物降解的育苗容器，符合人们对生物降解材料的期望，适应了近年来国家对绿色发展的环保理念，也推动着新型可降解材料产业的发展。

2 现有育苗器的结构

21世纪的农业将进入现代化、多方面发展的时代，随之带来的问题的是人均耕地面积不断减少，预计今后30%以上市民消费的水果和蔬菜将由人工温室提供，这就需要大量的农用培育装置，育苗器仅是其中的一种[40]。在初期对育苗其的功能要求较少，导致市面上的育苗器结构较为单一，而且在土壤中不易降解，会直接导致土壤环境遭受到破坏，进而导致土地荒废，失去价值。但随着不断发展，也不断衍生出了多种新颖、多样的育苗器如离体式育苗穴盘、深根窄口苗育苗器、可降解透气纸杯、育苗架、作物移栽的种子育苗装置等等[40⁃43]。

2.1 离体式育苗穴盘

由于容器苗的根系生长在有限的空间内，根尖会沿着器壁不断生长，导致侧根减少，形成根系畸形。目前容器育苗存在的主要问题是常发生根系畸形现象，影响到造林后期成林的效果，根的盘绕是已经被证实的幼苗不稳固的潜在因素[44]。针对于此，部分育苗器设置了控根系统，其中离体式育苗穴盘功能较为全面。该育苗盘包括一个支座以及若干个可拆卸的育苗杯，每个育苗杯的底部均设有输水通气孔，大大提高了杯体的通气能力，侧壁上有竖方向的凹陷导根槽，避免了主根过长，侧根形状短而粗，发育数量大，幼苗根部缠绕的现象，能缩短育苗周期，提高移栽成活率，简化苗木移栽后的工作量，并使育苗杯与育苗盘形成可拆卸的结构，每个杯体既可以单一使用，在实现了控根功能的基础上又可以能够实现育苗差异化培养；此外该育苗器的底座与育苗杯为可拆卸的结构，又有效避免了传统育苗其移苗时对根系造成的损伤，使植株移栽成活率显著提高，降低育苗风险，对农业生产研究较有意义[40]。图15为目前较为常见的离体式育苗器。

图15 离体式育苗器Fig.15 Detached seedling incubators

2.2 单个独立容器

独立单个的育苗器在幼苗培养过程中不便于大量苗的装土、浇水等集中管理，但可以提升使用中的灵活性。搭配育苗托盘以及托盘支架的离体式育苗穴盘，不仅提升了使用灵活性，而且可实现育苗集约化管理。育苗架还可包含可拆卸的结构，多个育苗托盘在空间上进行叠放，节省大量的空间并方便人工进行大规模的搬运。育苗架上还可设置储水槽，内设疏水槽，便于每个育苗盆都能接收到水分，也便于浇水、清洗和后期保养。并且一般的环保型育苗器能将容器和苗木一起栽入，在育苗完成后需要移栽时，直接取出容器即可，使用中不会损伤幼苗，保持培养土的完整性。集约经营土地，充分、高效利用空间资源的同时，又兼顾后期移栽过程。目前市面上出现了多样的可循环使用或可降解材质的育苗器，其中较为新颖较有代表性的有深根窄口苗育苗器、可降解透气纸杯。

2.2.1 深根窄口苗育苗器

通过观察容器大小对植物生长的影响的细节，研究报告表明容器大小主要影响根的体积，减少容器大小可能限制根的发展，从而限制植物生长[45]。深根窄口苗育苗器为可循环使用的容器，包括外壳一和外壳二。外壳一右后侧固定安装了一个连接条，顶部内侧有一个半圆形窄口板，外壳二内部也固定安装有一个半圆形窄口板，内侧有多个等距半圆形限水片，通过外壳一和活动外壳一与外壳二和活动外壳二之间弧形滑块和弧形导槽的配合，方便根据植物根茎的密度和长度调节内部空间，锁块、弹性片和锁板之间的配合脱膜时，相比于直接将其抽出幼苗的方式，可以更好的保护幼苗[41]，该育苗容器的特点在于抓住了不同幼苗的生长对育苗器的规格有不同需求的关键，合适规格的育苗容器，可以有效提高植株的生长速率和健康情况[46]，因此选择合适的育苗容器对于作物幼苗的生长，尤其对谷物的产量具有较大影响[47]。

2.2.2 可降解透气纸杯

可降解透气纸杯育苗杯属于可降解材质育苗器，解决了幼苗容易盘根，不利于幼苗的根透气和吸收水分的问题，包括纸杯本体和杯底，纸杯本体周侧开有多个透气孔，有利于幼苗根系的呼吸作用，对植物的生长和作物的生产效率都有较大的促进作用，对农业生产较有意义[48]。透气孔的一端内壁固定有多个用于封闭透气孔的封口片，封口片与纸杯一体成形。该育苗杯实用新型结构简单，实现了幼苗生长期的透气，有利于幼苗的根延伸，有利于促进幼苗的良好生长，通过纸杯本体和幼苗整体移植，减少了对幼苗的直接损伤[42]，同时纸杯本体在田地土壤内能够降解、吸收，减少了环境污染，更加环保。对比传统育苗杯一次性不可降解的性质，该育苗器大程度符合绿色环保，移入土壤后能被土壤中的微生物分解为营养成分改善植物生长环境，提供更多的生长养料，促使植株幼苗快速成长，提高作物产量，有利于农业生产，有较高的推广价值。图16为目前较为常见的一种可降解透气纸杯。

图16 可降解透气纸杯Fig.16 Degradable breathable paper cups

2.3 分层育苗框架结构

传统育苗器不方便拿取而且一般为单层结构，对占地面积和立体空间的利用率较低。因此，现有的设计为分层的育苗框架结构，从而提高对对空间的利用率，例如作物移栽的种子育苗装置，该育苗器包括多个育苗托盘，在每个育苗托盘的上端表面固定安装有安装支架，其上端设有安装孔，便于多个育苗器的组装，节约集成空间；安装支架与安装孔可以起到增强连接稳定性的作用，同时育苗盘有把手，便于工作人员端取；育苗盘四角下有托盘支架，托盘上端表面开设有托盘凹槽，其上安装有育苗盘盖；该多层育苗器也支持循环使用，育苗装置内设置有既能拆卸且又能单独培育的育苗器皿，使培育出来的芽苗中不夹杂有其它芽苗，容器位置固定，可以对种植密度起到精准控制，降低人工劳动强度，而种子育苗装置能自由的拆卸和组装，使得在育苗过程中更加方便工作人员的操作[43]。图17为目前较为常见的分层育苗框架。

图17 分层育苗框架育苗装置Fig.17 Hierarchical seedling raising frame seedling devices

此外，针对不同的植株幼苗，亦开发出与之相对应的特殊育苗装置和育苗盘。现有的一种育苗装置将育苗杯中安装蓄水装置，通过实验对比可以发现，充足的水分有利于种子萌发和幼苗的成长，在土壤缺水的情况下，会影响到叶绿素含量和植株对外的气体交换，因此水分充足有利于幼苗更好的成长[49]；另有将植株固定在育苗器中心位置的固定装置、多个育苗杯排列一起组成连体式结构的育苗穴盘（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

传统容器苗无法避免重量大、体积大的特点，增加了运输成本，且传统容器苗基质中依然使用了大量泥土，造成种植区域的土壤肥力不够，土质越来越差。目前国内多以使用塑料制品育苗为主，这样的材料容易导致容器苗根部通风、透气性差的特点，从而出现根系盘旋生长的现象，苗木在定植后很长一段时间后才能逐步好转。而新型育苗容器，具备了许多新型的功能，由于其选取材料，以及结构设计的不同，使其具有各种不同的功能性，不仅可以解决目前传统育苗容器面临的问题，对育苗也有着极大的帮助和便利。

3.1 节水性

例如浅山区水资源相对匮乏，无法大量地供应林地灌溉所需用水，因此给苗木繁育工作带来很大限制。采用容器育苗技术，不仅可以最大限度地提高水资源利用率，节约水资源，还可以起到保墒增温的效果，提高育苗成活率[50]。因此节水性成了非常重要的一种功能。据调查可知，容器育苗对于干旱地区有明显效果，而且苗木生长健壮，对于实施林业等重点工程，加快生态建设具有重要意义。宋占宝等[51]对冀北地区苹果营养杯栽培情况进行调查，调查结果如表5所示，证实了采用育苗器的节水效果。采用容器育苗可以改善气候因子对苗木生产的影响，具有延长育苗时间、改善育苗环境、节水抗旱、节省人力物力、提高苗木品质等优点，而且技术成熟，可以大面积推广应用[52]。

表5 苹果营养杯节水延迟栽植生长情况调查表[51]Tab.5 Questionnaires on the growth of apple nutritional cup water saving and delayed planting[51]

3.2 平衡根系性

在我国的容器育苗工作中，为大众所了解的育苗方法多为用塑料袋装上黏土进行育苗，然而这种方法在国外却早己被淘汰。因为这种传统的容器育苗方式虽然制作简单、操作方便、价格低廉，但在育苗工作中却暴露出了普遍存在窝根、偏根、稀根、弱根、隔水、不透气等对根系生长不良的情况，培育出的苗木经过人工造林后成活率低，进一步制约我国用容器育苗造林的瓶颈，这也是我国人工造林质量不高的主要原因之一[53]。根系发育状况是影响造林成活率的重要因素，在培养基质适宜的情况下，容器类型对根系发育起着关键作用。尤其当容器大小成为幼苗生长的限制因素时，较大容器对于幼苗生长的促进作用更为明显。

3.3 光照性能

光照周期的减少对植物芽的形成没有任何影响，但它降低了幼苗的生长和非结构性碳水化合物的浓度，同时增加了植物的氮浓度。延迟光照周期处理的应用增加了植物大小和发育芽的幼苗比例，并降低了植物非结构性碳水化合物和氮浓度[54]。在光照充分的地区，也会因为不同植株的生长方式，可能采光不能最大化[55]。光照性能此时便成了育苗容器的一个极为强大的功能。它摆脱了自然条件的束缚和地域性的限制，可以控制种苗生长周期，促进种苗快速发育，为蔬菜的育苗创造了良好的生长环境。研究LED照明光谱对西兰花幼苗GSL和莱菔子积累的影响结果表明，红光质量促进了GSL的生物合成和莱菔子的积累，而蓝光质量抑制了这种作用。通过使用LED人工光照灯，红光结合蓝光对的生物合成和莱菔子的积累有积极作用。目前有一种新型提供光照均匀的果蔬育苗用培育设施，可以很好的解决现有技术中对果蔬育苗的人工光照的均匀性较差、不能够及时对育苗容器内的培养基进行及时补充而且补充效率也较低、培育箱不能够方便移动以及不能够方便观察的问题。通过横向照灯、纵向照盘，且均设置密布小型LED灯珠，实现人工光照的均匀性，此新型结构，可实现对育苗容器内的果蔬育苗进行两侧以及顶部的全面均匀照射，有效提高了对果蔬育苗的人工光照的均匀性[56]。图18为闭锁型人工光照育苗系统。

图18 闭锁型人工光照育苗系统[55]Fig.18 Closed⁃type transplant production system under artificial light[55]

3.4 防虫性

在过去的几十年里，化学杀虫剂在世界范围内被频繁地用于管理害虫，使得一些害虫已经进化出对许多化学物质的抗性，并且这些化学物质对人类健康和生态系统都是有害的[57⁃58]。新型育苗容器的防虫行主要是以物理屏障来阻挡害虫入侵、防止病虫害发生和蔓延的一种农用栽培技术。使用育苗器与防虫育苗床相结合的方式，可以将保温性、防虫性等多种性能结合，一体化、自动化对育苗棚进行管理[59]。如一种新型防虫式白及育苗容器，优点在于在白及育苗容器本体顶部设有电网，通过电网通电可进行防虫，在电网的上方设置有防护网，从而形成两重防护结构，对于防虫效果更好，而且在防护网和电网之间形成的空间端部设置吹风机构，通过吹风机构吹风，一方面可使得虫子无法通过防护网和电网之间形成的空间，进一步提高防虫效果，另一方面可保持白及育苗容器本体上方的空气流动，使得育苗的效果更好[60]。

3.5 可降解性

相比于传统容器，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，其一般寿命只有2年。因此在进行造林时，无需将营养钵取下，避免了在取下营养钵过程中造成根系的“散坨”，同时，也避免了传统营养钵回收等问题[61]。可降解育苗容器不仅能有效地利用营养基质、有利于苗木根系的生长、提高了抗旱能力，提高了造林成活率，还减轻了杯体的质量、缩小了杯体的体积。这一设计，由于减轻了质量、减少了体积，首先，可以减少运输、搬运成本；其次，可减少育苗土地租赁费，提高育苗造林的经济效益[62]。

4 结语

随着我国育苗技术的不断发展和成熟，供育苗使用的可降解容器种类越来越多，全生物降解材料将成为未来主要方向。虽然有大量新型可降解材料不断产生，但其成本相对较高，不利于广泛推广使用。因此，可采用农业、畜牧业、皮革业等生产废弃物做原材料制作可降解育苗器，进一步降低成本。此外，对于环保型可降解育苗器，不仅要考虑产品使用过程中对环境的影响，还应考虑到其生产过程对环境的影响。结构方面，目前育苗结构形式较为单一，多采用育苗架与单独育苗器相组合的方式，未来可针对育苗架的空间构造进行更多设计，进一步突出育苗器节约空间的优势。一些育苗容器的技术和理论还在发展之中，还有许多问题有待于进一步研究完善。但是使用育苗容器可以缩短育苗时间，对于未来花卉、林木、珍贵植物的培育有至关重要的作用，仍然具有广阔的发展前景。