專利名稱：通過增強的根發育加快樹木生長和發育的方法
通過增強的根發育加快樹木生長和發育的方法發明領域
本發明涉及通過增強的根發育用于加快樹木生長和發育的改良方法。
發明背景
雖然對于天然硬木的需求與日俱增，但這類樹木的商業化耕作卻受制于其緩慢 的生長以及將其移植時的困難。類似地，對硬木非商業性的再造林也受制于緩慢生長和 移植困難。用于諸如櫟樹、山核桃樹、白蠟樹、堅果樹等天然硬木的“傳統”生產方法 是公認的生長緩慢并傾向于發育粗糙的類似胡蘿卜的優勢主根系，其使得這些樹木很難 以在苗圃中以及尤其是定植(out-planting)情況下移植，其死亡率經常高達70%或更高。
為了嘗試和解決與天然硬木的可移植性相關的問題及其它困難以移植物種，許 多苗圃在出售前一到三年還在田間時就開始對其植物進行“剪根(root prone) ”，希望使 其發育出“次級”根系，從而在定植過程中給予這類植物更好的成活率。與在田間剪根 相關聯的主要問題是所述植物不僅因根系被切斷而受到“沖擊”，并且其會暫停生長， 使栽培者不得不等待再一年或更長時間以便使根系重新發育。雖然在田間剪根的方法 可大大幫助降低定植后的損失，但該方法緩慢，代價高并延長了植物必須滯留苗圃的時 間。
Huang and Liang, Effects of Air-Pruning on Cutting and Seedling Growth in Container Tree Propagation, SNA Research Conference 1987 一文中所公開的一種剪根的現有方法援引加入本文，134-137頁。
發明概述
本發明涉及通過增強的根系加快樹木生長和發育的方法。本發明的方法一般包 含由來自相同氣候，優選相同生長條件的樹木選擇將要生長的物種的種子。種子的分 選是基于密度、大小和/或重量。將種子置于生長培養基表面，使種子經受足夠時間的 冷層積處理(cold stratification)以使其在接下來外移后的生長季(終霜的時間到初霜的時 間)最大化。把經冷層積處理過的種子移至溫室內萌發大約30天，在大約三英寸的深 度使幼苗經受空氣剪根。依據高度及卡尺對幼苗進行分選，并將幼苗移植到無底的條帶(band)/罐(pot)中。在無底的條帶中生長所述幼苗，期間在大約英寸深度進一步使幼苗經受空氣剪根。鍛煉(harden off)幼苗，并將幼苗移植以在外面進一步種植，盡可能 接近至生長季的開端以使其生長季和生長潛力最大化。
無具體細節描述以及本文權利要求的本發明的一般方法在Lovelace，The Root Production Method (RPM) System for Producing Container Trees，The International Plant Propagators' Society Combined Proceedings, Vol.48 (1998)中公開，援引加入本文。
附圖簡述
圖1是說明按密度用Jesse抽吸機(Aspirator)進行種子分級的圖。
圖2是說明按重量和大小用Savage分選機Mizer)以及對較小的種子使用Oliver Gravity Table進行種子分選的圖。
圖3是顯示出經分級的二色櫟(Quercus bicolor)種子的圖。沼澤白櫟MwampWhite Oak)F2果樹(Orchard)——大種子每磅76粒，中等種子每磅100粒，小種子每磅 142粒，沼澤白橡樹F2果樹(#6樹種)每磅64粒。
圖4是說明按本發明原理用于空氣剪根的無底平盤(flat)的圖。
圖5是示于生長培養基表面準備進行冷層積處理的二色櫟種子的圖。
圖6是顯示于生長培養基表面準備進行冷層積處理的其它物種種子的圖。
圖7是準備進行冷層積處理的種子的平盤堆的圖。
圖8是顯示出冷層積處理中的種子的平盤堆的圖。
圖9是顯示出冷層積處理中的種子的平盤堆的圖。
圖10是顯示出層積處理后的置于溫室中無底平臺上進行萌發的平盤的圖。
圖11是顯示根基(root radical)開始穿越無底平臺的圖。
圖12是近景顯示根基開始穿越無底平臺的圖。
圖13是顯示正萌發的二色櫟幼苗的圖。
圖14是顯示用于第二次空氣剪根步驟的分級和移植前正萌發的二色櫟幼苗的 圖。
圖15是顯示在按高度和卡尺對幼苗進行分級而得到具較大卡尺直徑的較高個體 這一步驟期間正萌發的二色櫟幼苗的圖。
圖16是顯示出移植至平臺中無底條帶內進行第二次空氣剪根步驟的幼苗的圖。
圖17是顯示出二色櫟30天后的根系，即移植進行第二次空氣剪根步驟時的圖。
圖18是顯示出第二次空氣剪根步驟期間根基伸出穿過無底條帶的底部的圖。
圖19是顯示準備好用于第二次空氣剪根步驟后幼苗移植的容器的圖。
圖20是示出了第二次空氣剪根步驟后幼苗的移植的圖。
圖21是顯示紅槲櫟(Quercus rubra)(北方紅櫟)幼苗，大約七英尺高，萌發后 210天的圖。
圖22是顯示出圖21所示幼苗的根系的圖。
圖23是顯示出依據本發明原理生長的幼苗根部上的菌根的圖。
圖M是顯示四年后櫟樹根系的發育的圖。
圖25是顯示四年后櫟樹根系的發育的圖。
圖沈是顯示依據本發明原理生長的二色櫟早期結果(三年)的圖。
圖27是顯示依據本發明原理生長的二色櫟早期結果(三年)的圖。
圖28是顯示依據本發明原理栽生長的黃橡樹(Quercus muehlenbergii)早期結果 (三年)的圖。
圖四是顯示在步驟1中用于空氣剪根的具有3/8英寸開口的無底平盤的圖。
圖30是顯示在步驟1中使用的無底罐3 9/16英寸X 3 9/16英寸X4 1/4英寸的 圖。
圖31是在左側3英寸的深度進行空氣剪根的美洲山核桃樹(pecan)幼苗新系統 在選擇和分級時長勢較好的圖。
圖32是顯示在2英寸(左)對比3英寸(右)進行空氣剪根的區別的圖。
圖33是在空氣剪根平盤里播種的美洲山核桃樹的圖。
圖34是依據本發明原理種植生長160天的歐洲白蠟樹根的圖。
圖35是用常規方法種植生長160天的歐洲白蠟樹根的圖。
圖36是用常規方法生長的樹齡二或三年的美洲山核桃樹根系的圖。
圖37是依據本發明原理生長的兩株經空氣剪根的75天樹齡美洲山核桃樹的圖。
發明詳述
本發明的方法涉及種子選擇的考慮，包括種子來源(原產地、密度和大小)。 其進一步涉及種子處理的考慮，包括層積處理、萌發時機以延長生長季、播種技術(深 度)。其進一步涉及到空氣剪根，優選用兩步使用空氣作為剪根的手段以增強致密纖維根 群的發育。其進一步涉及為母株(Stock)的均勻性以及減少移植損失而進行的分級。最 后，該方法涉及生長培養基的選擇，包括肥料，空氣間隙的考慮，增濕劑以及組分。本 發明的方法加快生長速率，并誘導早期開花及結果。
種子選擇在加快樹木生長中是很重要的組成部分。應提供特別關注來確保種子 選自優越的個體親代，顯示出對于樹的具體種或種類典型的突出表型。還應將關注集中 于起源地(origin)的氣候帶，包括在其天然地理區域范圍中的海拔和位置，通常稱為“原 產地”。在給定的原產地內，種子是基于最終地點的環境條件來選擇的。理想的是選 擇來自同樣環境條件的同樣物種的種子，比如洪泛平原或高地地點。種子在特定地域收 集。這些不同類型的種子被稱為生態型。恰當的選擇導致樹木的改良，對栽培地點的優 越的適應性，這些增加了經濟與美學價值。
種子的處理也是加快樹木生長的重要組成部分。對收集的種子通過清除任何外 來材料而進行處理。隨后經抽吸機處理來分離出最重的個體種子。在任何種子的萌發能 力和幼苗存活中最重要因素是密度。密度是儲存的食物儲備的量度。選出最重的種子 后，還要通過篩子將其按大小分級，如分成三或四種不同的大小。只有最大、最重的種 子被采用。因為這些因素(重量，大小和密度)在本質上是遺傳性的，因此這些處理對 其后代的遺傳改良有明確的作用。
種子的層積處理以及時機同樣對加快樹木生長很重要。為使種子萌發能開始 (例如2月1號)，層積處理所需的時間長短是預先決定的。因此，種子必需以此方式處 理從而在2月1號前滿足所有層積處理的要求。因此例如需要90天的冷層積處理的種 子，必須自11月1號起就置于我們的冷藏中，從而能在2月1號萌發。如圖5和6所示， 將種子優選預播在層積處理培養基中(其優選與生長培養基相同，具體描述見下文)，如 圖7、8和9所示，將已播種的盤(tray)堆置于保持在溫度為32下的冷藏室中。將種子置 于生長培養基表面。當萌發開始時，外層種皮開裂暴露出種子子葉。當暴露于陽光時所 述子葉從其正常的純白色變成綠色，表明其正進行光合作用并產生另外的能量用于萌發 幼苗。本發明人的研究顯示出種子的子葉所產生的大部分能量都用于植物根系的產生， 因而將其增加到產生和增強改良的根系發育的首要目標上。這與已建立起來的常規準則 相反，其認為種子栽培的深度應是該種子直徑的兩倍。一旦種子成熟的要求被滿足，所 述32 °F溫度可阻止種子的預萌發。此32 °F溫度也與已建立的介于約37下到41下之間 的常規知識相反。另一個不同于常規方法之處是將種子置于生長培養基中。歷史上將種 子進行單獨的層積處理后，立即在其萌發前播種。
在所述方法中上述步驟的時機基于將幼苗通過終止處理，步驟I剪根、分級，以 及步驟II移植，從而使其準備好在無霜日期(在密蘇里州大約是5月10號)栽培在室外。如此可給予幼苗在秋季初霜前有最長的生長期，大約210個生長日。時間序列可以是 2月1號開始在溫室中萌發，溫度介于68下到72下間，萌發大約30天，如
圖10所示。 3月1號移植到方形無底深容器內，以對在種子平盤剪根中產生的側根進行另外的空氣剪 根。規格為2 3/4英寸X 2 3/4英寸X 3英寸容器可令人滿意地用于本步驟，不過本發明 人已確定用3 9/16英寸X3 9/16英寸X4 1/4英寸的容器產生如圖30所示的優越植物。 在步驟II末尾，幼苗介于12英寸到18英寸之間的高度，并準備好被栽培至外面位于苗圃 生產區域中最終的生長容器內。
如前所述，播種是通過將種子置于無底網狀種子平盤(mesh seed flat)上進行 的。規格為18 1/2英寸X14 1/2英寸X2 1/2英寸深帶有3/8英寸網狀間隙的種子平盤可 令人滿意地來使用，如圖四所示，15 3/4英寸X 15 3/4英寸X5英寸深帶有3/8英寸網 狀間隙的種子平盤(圖4)已發現為最適宜的。優選使用無土播種培養基及生長培養基。 所述播種培養基由40%復合稻殼，40%松樹皮，20%沙組成，其導致所期望的35%的空 氣間隙令人滿意地使用，而35%復合稻殼，35%松樹皮，20%沙以及10%糞肥的培養基 導致所期望的35%空氣間隙被發現為最適宜的。向培養基中添加了完整的緩釋肥料，微 量營養素及增濕劑。所述生長培養基中還接種了菌根孢子，其在樹根上和內部以共生關 系萌發及生長(見圖23)。研究證明此類真菌對樹木起著至關重要的作用。它們為樹木 提供免疫系統，阻止傳染性疾病。它們形成如此緊密的塊(densemass)，可使根部表面的 容量增強至1000倍，進而增強對水分，養分及空氣的吸收，導致產生能經受較大應急狀 況并仍然表現和生長，展現出異常活力的樹木。
在人工(無土)生長培養基中的木本植物普遍具有對養分適當吸收的問題。對 于二色櫟——沼澤白櫟樹，通過將培養基的分析與長在培養基中植物葉子的分析進行對 比，本發明人已確定在復合稻殼，松樹皮和沙外加緩釋化肥及微量營養素的生長培養基 中加入10%的復合糞肥改善了所述植物的營養水平，其中大多數養分由土壤培養基中的 低判讀(interpretation)向植物體內所期望的水平移動，導致植物最大化生長和表現。
糞肥的添加可在生長培養基內促進生物氛圍平衡的發展，促進眾多有益生物體 的生長。這些生物體有助促進所期望的土壤動物區系的發展，其分解有機物質，釋放必 需的副產物(酶類等)，其能夠吸收培養基中已存在的迄今為止不能以植物可吸收的形式 被利用的養分而有益于植物。這造成減少了 50%比率的肥料，導致實質的成本節省。也 因較少的養分浸取和流失而對環境有較低的影響，卻依舊能使植物達到最大生長。
本發明人還發現在每立方碼的生長培養基中摻入的3/4磅Talstar內吸殺蟲劑，在 整個植物體系內轉運，幫助植物在該培養基中生長以抵御眾多不期望的蟲害包括但不限 于日本甲蟲的攻擊。
如
圖10和11所示，在首次空氣剪根的步驟中，將經播種的平盤置于懸空的溫室 平臺上，試驗臺下方有空氣循環。當在上述無底平盤里的種子萌發開始發生時，則下列 序列發生。幼苗的根基(主根)向下穿過培養基，通過所述3/8英寸的網孔顯露出來，接 觸到懸空平臺下方循環的空氣(見
圖12)。在3英寸的深度，根尖由空氣殺死(干燥)。 將圖37所示的常規生長的美洲山核桃樹幼苗與圖36所示的依據本發明原理生長的美洲山 核桃樹幼苗進行對比。用本發明方法完成的淺層空氣剪根，在高至根頸上(最期望之處) 誘導快速的側根發育，在此處其對于樹木福利的功效最佳。
此剪根優選在大約2 1/2到3英寸處。本發明人所進行的深入研究已經確認了首 次空氣剪根(圖31和32)的理想深度為約3英寸。
如圖30所示，在第二次空氣剪根步驟中，將經分級的幼苗移植至規格為3 9/16 X 3 9/16 X 4 1/4英寸的無底條帶中。已發現此大小的條帶產生改良的生長并改善根 系在生產容器中的分布。將所述步驟II移植了幼苗的無底條帶置于懸空的無底平臺上以 促進另外的空氣剪根，其發生在次生側根上進一步增強了具有大量根尖的淺層致密根群 的發育。需控制前兩步的時機，使所述條帶準備好在五月初被移植到室外至容器生產區 中以躲避晚霜，而控制時機以利用完整的生長季。時機的重要進一步是因為如果適當處 理，其可與樹木長出臨時頂芽同時發生。如果這種情況出現的話，光合產物從葉向下被 轉運至根部。這促進非常活躍的根發育，因而在容器區域內迅速定居(establishment)，導 致加快的生長。
本發明人的研究也確定了用于步驟II的容器的最佳大小為規格是39/16英寸X 3 9/16英寸X4 1/4英寸深的無底樹木條帶(見圖30)，其產生理想的根群與頂端(土壤之 上的所有植物)的比率。
權利要求
1.一種發育樹木幼苗的方法，包括在生長培養基表面萌發種子以獲得幼苗；以及 將所述幼苗根在3英寸深度進行空氣剪根以達到改良的根群，其中所述生長培養基包含 35%復合稻殼、35%松樹皮、20%沙子、10%糞肥以及35%的空氣間隙。
2.權利要求1的方法，其中所述空氣剪根步驟包含將所述幼苗在無底平盤中生長，所 述平盤位于地面上約30英寸到約36英寸之間的高度。
3.權利要求1的方法，其中所述生長培養基進一步包含微量營養素以及增濕劑。
4.權利要求1的方法，其中將所述生長培養基用菌根孢子接種。
5.權利要求1的方法，進一步包含在第一次空氣剪根步驟后將所述幼苗移植至大約3 9/16英寸乘4 1/4英寸的容器中用于第二次根空氣剪根步驟。
6.—種改良樹木幼苗根部結構的方法，該方法包含將種子置于生長培養基表面，該 生長培養基包含35%復合稻殼、35%松樹皮、20%沙子、10%糞肥以及35%的空氣間 隙；將所述種子在所述生長培養基上萌發以獲得幼苗；以及通過將所述幼苗在大約3英 寸深的無底容器內生長來使所述幼苗經受第一次空氣剪根，及通過將所述幼苗在大約4 1/4英寸深的無底容器中生長來進行第二次空氣剪根。
7.權利要求11的方法，其中使所述幼苗經受空氣剪根，包含將所述容器支撐在地面 上大約30英寸到36英寸之間的高度。
8.權利要求1的方法，進一步包含將所述種子在生長培養基上于32°F進行層積處理。
9.權利要求6的方法，進一步包含將所述種子在生長培養基上于32°F進行層積處理。
10.一種發育樹木幼苗的方法，包含步驟 基于種子重量選擇種子；將35%復合稻殼、35%松樹皮、20%沙子以及10%糞肥組合以獲得具有35%空氣間 隙的生長培養基；將所述生長培養基置于第一開底容器至3英寸的深度； 將種子置于所述生長培養基上； 將所述種子在生長培養基上于32下進行層積處理； 使所述經層積處理的種子在生長培養基上萌發以獲得幼苗；使所述幼苗的根在3英寸深度以及地面上大約30到36英寸之間的高度進行第一次空 氣剪根；將所述經空氣剪根的幼苗移植到第二開底容器至4 1/4英寸的深度；以及 使所述幼苗在4 1/4英寸深度以及地面上大約30到36英寸之間的高度進行第二次空 氣剪根；
11.權利要求10的方法，進一步包含將所述生長培養基用菌根孢子接種。
全文摘要
本發明涉及發育樹木幼苗的方法，包括在生長培養基上萌發種子以及空氣修剪所述幼苗根。
文檔編號A01G3/06GK102026539SQ200780102321
公開日2011年4月20日 申請日期2007年12月14日 優先權日2007年12月14日
發明者B·薩德斯, H·斯蒂文森, W·洛夫賴斯 申請人:J·洛夫賴斯, W·洛夫賴斯