5D Library › 铁皮石斛的生态栽培、逆境多糖合成与鲜汁流变学 · English
第三章 根、真菌与基质
从种子开始的共生
兰科植物的种子细如尘埃,几乎不带养分。在自然界,只有当合适的真菌侵入种子、把从周围环境获取的糖分输送给胚时,种子才能萌发;许多兰科植物成年后仍在根中保留真菌伙伴 (Smith and Read 2008)。
证据
在实验室培养中,铁皮石斛种子与胶膜菌属(Tulasnella)和蜡壳耳属(Sebacina)真菌共培养时萌发和生长最好。两个胶膜菌菌株的萌发率最高;一个蜡壳耳菌株使幼苗最重,另一个使多糖含量最高、但幼苗较小。所用真菌分离自成年植株的根 (Zhang et al. 2020)。
对于在温室树皮上生长的成年铁皮石斛,真菌起什么作用,研究要少得多。可以合理预期,以杀灭真菌为目的的广谱杀菌剂既会伤害病原,也会伤害有益的根际真菌;大量施肥则会降低植株对真菌伙伴的依赖。但对于商业种植床中的成年铁皮石斛,这两种效应都还没有测量到足以说明其大小的程度。本书把保护根际真菌视为合理的预防措施和一个研究问题,而不是产量或品质的既定原因。
基质能保持什么
附生兰的根外包着一层由死细胞组成的海绵状组织,即根被(velamen)。阵雨后几秒钟内它就吸满水,然后逐渐变干。在野外,根只是短暂湿润,大部分时间暴露在空气中。栽培基质应提供同样的模式:浇水后有水,然后有充足的空气。
描述基质要用两条曲线。持水曲线给出基质在各吸力下保持多少水,范·赫努赫滕(van Genuchten)方程用四个参数描述它 (Genuchten 1980)。气体扩散率表示氧气通过充气孔隙到达根部的难易,米林顿–奎尔克(Millington–Quirk)关系式由充气孔隙度和总孔隙度估算它 (Millington and Quirk 1961)。
推导
三种基质在浅层种植床典型吸力下的含水量、含气量和氧气扩散率。
def theta(h, ts, tr, a, n):
"""Water content (m³/m³) at suction h (cm of water), van Genuchten (1980)."""
m = 1 - 1 / n
return tr + (ts - tr) / (1 + (a * h) ** n) ** m
def rel_diffusivity(air, porosity):
"""Gas diffusivity in the medium relative to free air, Millington & Quirk (1961)."""
return air ** (10 / 3) / porosity ** 2
# Illustrative parameters (θs = total porosity, θr, α in cm⁻¹, n); real media should be measured.
media = {"coarse pine bark (1–2 cm)": (0.78, 0.08, 0.40, 2.2),
"bark + gravel 1:1": (0.55, 0.05, 0.50, 2.4),
"fine peat mix": (0.88, 0.20, 0.04, 1.6)}
for name, p in media.items():
print(name)
for h in (5, 10, 30): # 10 cm ≈ the suction at the base of a shallow pot
w = theta(h, *p)
air = p[0] - w
print(f" suction {h:2d} cm: water {w:.2f}, air {air:.2f} m³/m³, "
f"O2 diffusivity {100 * rel_diffusivity(air, p[0]):5.2f} % of free air")
# coarse pine bark (1–2 cm)
# suction 5 cm: water 0.35, air 0.43 m³/m³, O2 diffusivity 9.59 % of free air
# suction 10 cm: water 0.21, air 0.57 m³/m³, O2 diffusivity 25.34 % of free air
# suction 30 cm: water 0.12, air 0.66 m³/m³, O2 diffusivity 42.10 % of free air
# bark + gravel 1:1
# suction 5 cm: water 0.18, air 0.37 m³/m³, O2 diffusivity 11.98 % of free air
# suction 10 cm: water 0.10, air 0.45 m³/m³, O2 diffusivity 22.76 % of free air
# suction 30 cm: water 0.06, air 0.49 m³/m³, O2 diffusivity 30.40 % of free air
# fine peat mix
# suction 5 cm: water 0.86, air 0.02 m³/m³, O2 diffusivity 0.00 % of free air
# suction 10 cm: water 0.83, air 0.05 m³/m³, O2 diffusivity 0.01 % of free air
# suction 30 cm: water 0.69, air 0.19 m³/m³, O2 diffusivity 0.47 % of free air粗树皮和树皮加砾石即使在很小的吸力下也排水到很高的含气量,氧气在其中的扩散速率达到自由空气中的四分之一以上。适合许多盆栽植物的细泥炭混合基质,在浅床中几乎保持饱和,氧气扩散几乎降到零。这就是兰花种植者使用粗基质的原因,也说明为什么同一个浇水方案在一种基质中合适、在另一种基质中会淹死根系。程序中的参数是示意值;种植者可以用简单的张力台测出一批树皮的真实曲线。
肥料对根区的作用
溶解在根周围水中的肥料盐分会降低溶液的水势,植株吸水就要更费力。种植者通过测量种植床排出液的电导率(EC)来跟踪这一点。
推导
粗树皮逐渐变干时,三种营养液浓度下的渗透势与基质势;渗透势由 EC 按一个标准近似式估算 (U.S. Salinity Laboratory Staff 1954)。
# Fertiliser salts lower the water potential of the root-zone solution. A common rule of thumb
# (US Salinity Laboratory 1954): osmotic potential ≈ −0.036 MPa per dS/m of electrical conductivity.
# As the medium dries, the same salt is dissolved in less water, so the EC rises.
def osmotic(ec):
return -0.036 * ec
def matric(h_cm):
return -h_cm * 9.81e-5 # 1 cm of water suction ≈ 0.0000981 MPa
water_full = 0.35 # m³/m³ just after watering (coarse bark, see the last program)
for ec_feed in (0.3, 0.8, 2.0):
print(f"feed solution {ec_feed} dS/m")
for water, h in ((0.35, 5), (0.21, 10), (0.12, 30)):
ec = ec_feed * water_full / water
total = osmotic(ec) + matric(h)
print(f" water {water:.2f}: EC {ec:4.2f} dS/m, osmotic {osmotic(ec):6.3f} MPa, "
f"matric {matric(h):6.4f} MPa, total {total:6.3f} MPa")
# feed solution 0.3 dS/m
# water 0.35: EC 0.30 dS/m, osmotic -0.011 MPa, matric -0.0005 MPa, total -0.011 MPa
# water 0.21: EC 0.50 dS/m, osmotic -0.018 MPa, matric -0.0010 MPa, total -0.019 MPa
# water 0.12: EC 0.88 dS/m, osmotic -0.032 MPa, matric -0.0029 MPa, total -0.034 MPa
# feed solution 0.8 dS/m
# water 0.35: EC 0.80 dS/m, osmotic -0.029 MPa, matric -0.0005 MPa, total -0.029 MPa
# water 0.21: EC 1.33 dS/m, osmotic -0.048 MPa, matric -0.0010 MPa, total -0.049 MPa
# water 0.12: EC 2.33 dS/m, osmotic -0.084 MPa, matric -0.0029 MPa, total -0.087 MPa
# feed solution 2.0 dS/m
# water 0.35: EC 2.00 dS/m, osmotic -0.072 MPa, matric -0.0005 MPa, total -0.072 MPa
# water 0.21: EC 3.33 dS/m, osmotic -0.120 MPa, matric -0.0010 MPa, total -0.121 MPa
# water 0.12: EC 5.83 dS/m, osmotic -0.210 MPa, matric -0.0029 MPa, total -0.213 MPa在粗树皮中,变干带来的吸力很小,因为大孔隙在低吸力下就已排空。起主导作用的是盐分。树皮变干时,同样的盐分溶在更少的水中;浓的营养液使根区水势的下降幅度可以是单纯变干的好几倍。由此有两个结论。在树皮基质中「控水」主要是通过控制根湿润的频率和时长,而不是通过基质的吸力。重肥会额外施加一种种植者可能并不想要的渗透胁迫。因此,排出液 EC 是第八章每周核查的四个数字之一。
假说 · 尚未验证
尚未确立。 在松树皮上温室栽培的铁皮石斛,整个生长季不施用广谱杀菌剂的植株,其根部被胶膜菌或蜡壳耳真菌定殖的程度高于按常规施药的植株,存活率也不更低。该假说预测:通过根切片和 DNA 测序测得的定殖程度在未施药床中更高。如果定殖程度没有差别,或者不施杀菌剂使存活率下降超过 5 个百分点,假说就被推翻。
参考文献
Fan, Y. (2026). Ecological Cultivation, Stress-Induced Polysaccharide Synthesis and Fresh-Extract Rheology of Dendrobium officinale: CAM Photosynthesis, VPD Water Control, Growth-Differentiation Balance and Nocturnal Core-Body-Temperature Regulation [铁皮石斛的生态栽培、逆境多糖合成与鲜汁流变学] (Version 1.0.0). 5D Library. https://doi.org/10.5281/zenodo.23729740 · Licensed under Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0).