小麥秸稈基水稻育苗基質最佳配比研究

郝冰 郭哈倫 任蘭天

摘要 [目的]為研究腐熟小麥秸稈制作水稻育苗基質的可行性，促進秸稈基質化應用。[方法]通過5種不同配比的腐熟小麥秸稈復合基質用于水稻育秧，研究了其對水稻形態指標、生理指標的影響，選出適宜于水稻幼苗生長的最佳基質配比。[結果]腐熟小麥秸稈70%+蛭石15%+珍珠巖15%基質所培育的水稻幼苗的株高、莖粗、地上部干重和根系活力等，與其他處理有顯著性差異。最高株高為14.3? cm、最粗莖粗2.580 mm、最重地上部干重為0.017 4 g/株、根干重0.015 8 g/株。 腐熟小麥秸稈70%+蛭石15%+珍珠巖15%基質處理的小麥秸稈基質的容重為0.226 g/ cm3，總孔隙度為92.7%，持水孔隙為76.7%，通氣孔隙為18.4%。物理性狀良好，各項指標均在理想基質的指標范圍內。腐熟小麥秸稈70%+蛭石15%+珍珠巖15%基質處理的小麥秸稈基質水稻幼苗的根系活力、葉綠素含量也較大，與其他處理間形成差異。[結論]腐熟小麥秸稈70%+蛭石15%+珍珠巖15%基質最好，該體積配比的復合育苗基質更適合于水稻幼苗生長發育，可以在實踐中應用推廣。

關鍵詞 小麥秸稈;基質化;水稻幼苗;最佳配比

Abstract [Objective]To study the feasibility of using decomposed wheat straw to make rice seedling substrate and to promote the application of straw substrate.[Method] Five kinds of decomposed wheat straw composite substrates with different proportions were used to raise rice seedlings， and their effects on morphological and physiological indicators of rice were studied， in order to choose the optimal substrate ratio suitable for the growth of rice seedlings from this experiment.[Result]The plant height， stem diameter， dry weight of aboveground parts and root activity of rice seedlings cultivated with decomposed wheat straw 70%+vermiculite 15%+perlite 15% substrate were significantly different from other treatments.The highest plant height was 14.3? cm， the thickest stem diameter was 2.580 mm， the dry weight of the heaviest upper part was 0.017 4 g/plant， and the dry weight of roots was 0.015 8 g/plant.The bulk density of wheat straw matrix treated with decomposed wheat straw 70%+vermiculite 15%+perlite 15% matrix was 0.226 g/cm3， with total porosity， waterholding porosity and ventilation porosity being? 92.7%， 76.7% and 18.4%， respectively.Its physical properties were good， and all indicators were within the range of ideal matrix indicators. The root activity and chlorophyll content of rice seedlings treated with decomposed wheat straw 70%+vermiculite 15%+perlite 15% substrate were also larger， which formed differences with other treatments.[Conclusion]70% decomposed wheat straw+15% vermiculite+15% perlite matrix was the best， and this volume ratio of composite seedling medium was more suitable for the growth and development of rice seedlings， which could be applied and promoted in practice.

Key words Wheat straw;Matrix;Rice seedlings;Optimal ratio

農業部數據顯示，我國農作物秸稈資源豐富，每年總量達10.4億t[1]，秸稈利用率從2010年的70%提高到了2015年的80%左右，由于農村農業管理水平和經濟狀況的制約，仍有19.9%的農作物秸稈被當地人廢棄或焚燒浪費[2]。秸稈應用于食用菌的栽培和各作物育苗生長，有固定植物和提供營養的作用[3]。我國是農業大國，水稻的種植面積很廣，是主要的糧食作物，據有關部門統計2017年我國的水稻種植面積將近3 015萬hm2，隨著現代農業的發展，我國水稻種植產業逐漸走向機械化、現代化和規?；姆较颉Ｖ挥胁粩嗟貏撔掠缁|，提高基質育苗的品質，完善水稻產業結構，改進工廠化育苗技術，才能促進我國水稻機械化水平不斷發展[4]。

我國大部分地區機插水稻采用的是帶土移栽和營養土育苗方式，雖然這種方式可以促進我國水稻機插秧水平的發展空間，但是長期會嚴重地破壞當地土壤資源，并影響周邊植被的結構、打破生態平衡。近年來育苗基質的開發利用迅速發展，其原因是新型育苗基質具有良好的通氣性、輕便的質量、可調控的理化性質以及節約成本和勞動力等優點[5]。將農業廢棄物秸稈回收利用作為基質資源，不僅能使農業的有機廢棄物變廢為寶，而且還能提高耕地的生產力，提高土壤的理化性質，提高農業的生產力，是農村以及工廠現階段改良育苗的一項有效措施。目前，水稻產業市場上的工廠化育苗技術多采用的是穴盤育苗，其主要應用的材料是由草炭、蛙石和珍珠巖等輕型材料，這種新型基質材料來替代土壤。精量播種是機械化的一大優勢，一次成苗的高密度集約化現代育苗生產體系，也稱穴盤育苗[6]。新型的工廠化育苗將現代智能溫室投入使用，精準地掌握環境變化以及科學的人工環境調控等高科技手段，通過科學的生產流程對水稻幼苗實現全程質量監測，優質高效的生產集約化模式[7]。這種高效高質量的生產技術逐步開始在農業生產中推行。工廠化的穴盤育苗的優勢非常明顯，其育苗質量高、周期短、種子成本降低、單位面積成苗率高、秧苗素質好、根系根系活力強、便于移栽、省工省力及可遠距離運輸等[8]。

工廠化育秧產業的發展除了需要結合互聯網技術還離不開育苗基質的篩選，育苗基質的選擇直接關系到基質盤中幼苗的質量。自從西方發達國家實施了有關限制資源開采的法令后，無土栽培行業迅速發展起來，逐步走向經濟環保和技術創新的方向[7]。人類環境保護意識的逐步加強，各個國家都在積極地研究基質材料，開發土壤和草炭的替代物[9]。最先使用的替代土壤的材料是巖棉，底部鋪設不織布來供應營養液[10]。隨后科學家將目光放在了農業廢棄物秸稈身上，因為秸稈有著豐富的來源、便捷的取材、無競爭且最要的是達到環保要求。近年來，國內外諸多研究者相繼利用農作物秸稈作為育苗基質用于幼苗生長均取得良好效果。任蘭天等[11]、曾清華等[12]、劉濤等[13]將小麥秸稈粉碎生物降解后用于育苗基質材料并添加蛭石、珍珠巖等材料，對煙草、黃瓜、番茄的培育栽培上取得了明顯成果;徐明輝[14]、曹紅星[15]、李曉強[16]等對菇渣進行研究，作物復合基質在黃瓜、甜椒、番茄的育苗效果良好。鞏芳娥[17]、薛書浩[18]、劉振國[19]等研究了玉米秸稈與牛糞的混合基質在辣椒、番茄、黃瓜育苗上的效果。

育苗基質的研究目前仍然存在一些問題。例如用于的水稻幼苗生長的秸稈生物質育苗盤育苗效果不理想，其原因是營養土厚度不足，保水性能差，秧苗經常缺水影響秧苗生長。另外營養土的松散流動性易造成秧盤的厚度不均，甚至營養土偏向一側，造成種子接觸秸稈生物質底盤，造成頂蓋嚴重的現象。目前基質研究開發中基質材料的開發力度不夠大，商品化基質少，基質的基礎性研究環節薄弱。育苗基質仍在使用傳統的基質如草炭、珍珠巖、蛙石等[20]，有些剛開發的材料還有很多缺陷和不足，基質的使用效果不穩定在研究基質的性質上沒有統一標準，造成研究結果通用性差等缺憾[21]。鑒于此，筆者從水稻機插秧育秧基質的使用現狀著手，研究小麥秸稈配比的育苗基質的物理性狀以及水稻幼苗生長生物性狀，從而找出合理的水稻育苗基質配方。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 堆肥試驗及配比育苗試驗于2017年4—10月在安徽萊姆佳生物科技股份公司進行。腐熟小麥秸稈為附近收購共10 t ，粉碎至8～10 cm，每噸添加15 kg尿素和2 kg腐熟劑，腐熟劑為安徽萊姆佳生物科技股份公司產品（CFU≥108個/g，纖維素酶≥30 μ/g，淀粉酶≥10 μ/g），噴水后用抓草機充分攪拌至含水量65%～70%，5 t用腐熟專用黑白膜覆蓋進行室外堆腐，溫度升高至70 ℃翻堆，每7 d用抓草機翻堆1次，直至溫度降至40 ℃。另外運至機械翻堆槽中進行發酵，溫度升高至70 ℃時開始翻堆，每4 d機械翻堆1次，直至溫度降至30 ℃。放置30 d陳化備用。

1.2 試驗設計

該試驗設5組處理，將小麥秸稈堆肥產品與珍珠巖、蛙石按一定比例進行混配，詳細配比見表1。試驗前期準備籽粒飽滿、種子活力強且整齊的水稻種子，之后進行浸種和催芽后穴盤播種。育苗盤使用的是由72孔穴，每穴播2粒種子，定苗1棵，每盤重復3次，隨機區組排列。整個試驗階段，各處理不增施肥料，僅澆清水。

在播種后4、8、12、16、20 d選擇代表性秧苗3盤，每盤取代表性秧苗5穴，共10株，測定秧苗葉齡、株高、根長、根數、莖基寬（距秧苗生根處1? cm ），在20 d時，測定葉綠素、50株地上部干重、50株株根質量、根冠比等。

1.3 測定方法

1.3.1 基質物理性質的測定方法。

制作基質前收集取樣部分，置于通風口等風干后的基質加入300 mL（8 cm×6 cm）體積的鋁盒（重40 g），然后稱重為Q1;之后將其浸泡在水中24 h，再稱重為Q2;燒杯中的水分自由瀝干后再稱重量為Q3。計算容重、通氣孔隙度、總孔隙度、持水孔隙度。

1.3.2 水稻幼苗素質及生物量的測定。

用刻度尺測量水稻幼苗前期生長的株高、根長;用千分尺測水稻前期的莖粗;用SPAD-502葉綠素儀測定水稻幼苗后期的葉綠素相對含量。

取秧苗若干棵，把根系上的殘留基質洗去，用吸水紙吸干后立刻測定地上及地下部鮮重，然后把其放入烘箱后調到105 ℃烤2 h，最后75 ℃烘干至恒重。計算水稻幼苗的半百株干重。

1.4 數據處理 采用Excel和DPS 15.10高級版進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 不同處理小麥秸稈混配基質理化性狀的比較 郭世榮[22]、周靜等[23]研究認為，育苗基質的容重一般范圍在0.1～0.8 g/cm3，總孔隙度在54%～96%時較理想。由表2可知，4個處理及CK的容重均滿足育苗基質行業標準，符合上述育苗基質的理論適用范圍，在添加蛭石、珍珠巖后各處理容重呈下降趨勢，除T1與T2處理差異不顯著外，其他各處理間均存在顯著差異。總孔隙度偏高說明植物根系固定性差，從而影響生長。各處理的總孔隙度為92.7%～94.6%，在合理的范圍之中，符合前人研究結果。添加蛙石和珍珠巖后總孔隙度顯著降低。水稻幼苗正常能生長的通氣孔隙度為15%～20%，各處理（除CK）均在此范圍。各處理持水孔隙度呈下降趨勢并有顯著差異。有關理論認為，EC值過高會影響種子萌發與生長，甚至會損傷根和根毛以及灼傷葉片，試驗中5個處理EC大小順序為CK處理>T1處理>T2處理>T3處理>T4處理，均在植物生長適宜的EC范圍。一般認為高產水稻生長的環境pH接近7。各處理的pH均呈偏弱堿性，表現為CK處理>T1處理>T2處理>T3處理>T4處理。該基質在播種前需要調酸，T3、T4處理需要添加的酸比其他處理少。通過觀察小麥秸稈基質理化性質可以看出小麥秸稈量的減少，基質的總孔隙度、持水孔隙度、容重、EC和pH都在減少，而通氣孔隙度是在上升。電導率是測出基質中含有鹽的濃度，一般認為可溶性鹽含量過高會影響滲透壓，導致根系失水變褐，甚至干枯至死。

2.2 不同配比基質對水稻幼苗地上部分生長特征的影響

2.2.1 對水稻幼苗的株高的影響。機插秧要求水稻整齊一致且秧苗素質良好，便于機械化的種植。株高是反映水稻整齊度的1個特征，過高和過低都會對水稻插秧有影響。由于所用的水稻育秧盤空間和營養物質的有限，因此株高呈先快后慢的增長曲線模式。從圖1可以看出，不同體積配比處理的水稻秧苗株高呈上升趨勢，在播種前期對水稻幼苗株高的影響不大。到中期，不同配比基質育秧的株高開始有明顯差異，從圖1可以看出在水稻幼苗的8 d后，T3處理的配比基質在營養元素與理化性質方面的優勢逐漸顯現出來，添加珍珠巖和蛭石的配比基質要明顯優于單一的秸稈基質（CK）。珍珠巖和蛭石不同比例添加量對育苗的株高也有影響，T3處理（70%+15%珍珠巖+15%蛭石）優于其他處理，秧苗的株高最優。2.2.2 對水稻幼苗的莖粗的影響。莖粗是評價水稻秧苗品質的重要指標之一[24]，一般說的壯苗，首先必須保證莖粗足夠粗。莖粗比較大的水稻秧苗一般干物質也相對比較大。從圖2可以看出，不同處理在秧苗前期對莖粗的影響不大，但到中后期秧苗莖粗開始有明顯差異，在播種后10 d的兩葉期以后，單一基質和添加蛭石和珍珠巖的復合基質處理在理化性狀與營養元素方面的優勢逐漸顯現出來，添加蛭石和珍珠巖的復合基質（T1、T2、T3、T4處理）的莖粗比單一基質（CK）粗很多。由于育秧盤的營養物質和環境空間等方面的限制，后期的秧苗的莖粗變化不明顯。但T3處理（秸稈70%+15%珍珠巖+15%蛭石）、T4處理（秸稈60%+20%珍珠巖+20%蛭石）的莖粗優于其他處理。

2.3 不同處理對水稻秧苗根系生長特征的影響

2.3.1 對水稻秧苗根長的影響。水稻的根系不僅是養分水分的吸收器官，而且是氨基酸和生理物質合成的重要場所，其形態和生理特性與水稻地上部生長發育有密切聯系，對秧苗盤根性也有較大影響，并影響大田機插質量[25]。該試驗中的水稻幼苗在5種不同體積配比處理的基質生長的根長、根數均呈前期快速增長，后期緩慢增長趨勢。從圖3可以看出，在水稻秧苗后期的數據分析中，添加了珍珠巖和蛭石的育秧基質的根長與對照純秸稈的差異性顯著。秧苗在前期不同配比的基質上最長根長的差異性不大，到中后期看，T3處理（秸稈70%+15%珍珠巖+15%蛭石）基質育秧的最長根根長優勢逐漸顯現出來。播種后單一基質和添加不同配比的復合比例基質在理化性狀與營養元素方面的優勢逐漸顯現出來。添加珍珠巖和蛭石的復合配比的基質（T1、T2、T3、T4處理）要比單一基質（CK）的根長要長。T2、T3、T4處理的根長比較長，說明添加不同比例的珍珠巖和蛭石適宜水稻幼苗根系生長環境。在T1、T2、T3、T4處理中，T3處理的配比方案變化趨勢優于其他處理。2.3.2 對水稻幼苗根數的影響。水稻發根力的強弱是衡量秧苗健壯與否的主要標志。發根力強的秧苗移栽后是壯苗，反之是弱苗[26]。由表4可知，在育秧前期，不同育秧基質的根數差異性不是很大，其他處理的根數相差不大;到中期，5種不同配比方案的育秧基質中，T2、T3、T4處理的水稻根數有差異但不明顯，與單一的純秸稈（CK）和添加少量的珍珠巖和蛭石的配比（T1）處理相比較有明顯的差異。在后期，5個處理的發根數無差異。在前中期秧苗生長旺盛，后期可能由于生長空間及養分供應潛能等原因，秧苗生長速度有減緩趨勢，但綜合變化趨勢可以看出T3處理（秸稈70%+15%珍珠巖+15%蛭石）、T4處理（秸稈60%+20%珍珠巖+20%蛭石）的所育秧苗根系生長特征總體優于其他處理。

2.4 不同處理對水稻幼苗農藝性狀的影響

水稻幼苗的葉綠素含量反映其光合作用的強弱，直接影響到水稻后期的產量。表3是秧苗生長20 d時水稻幼苗試驗的農藝性狀。試驗中對水稻幼苗葉片中葉綠素進行測定，結果顯示T3處理的葉綠素總量與其他各處理均存在顯著差異，CK處理葉綠素SPAD值在株高指標中最低。T3、T4處理株高相對較高且差異不顯著。各處理中葉齡均接近三葉。莖粗以T4處理最大，其次是T3處理，而CK、T1處理間區別不大。葉面寬度以T4、T3處理較大，其次為 T2處理。結果表明，小麥秸稈腐熟后在添加適當的比例珍珠巖和蛭石調節基質的理化性質下依舊適于水稻幼苗的生長。且T3、T4處理基質效果最好，可以作為基礎配方加以優化。

2.5 不同處理對水稻幼苗根系活力的影響

水稻根系是評價水稻生產潛力的重要指標之一。從表4可以看出，T3處理的根系活力最大，達1.35 mg/（g·h），比CK高28.89%，與其他各處理均呈顯著差異。其中T3處理百株地上部干重最大，其次是T4處理，與其他處理間存在顯著性差異，且秧苗長勢較一致;單獨使用堆肥秸稈的CK處理，以及少量配比的T1處理地上部較小。T4處理根重最重，高于其他處理。相應地，T4及T3處理根冠比最高，且前者較后者偏差更小。

3 討論

目前，我國作物秸稈資源化利用率相對較低，每年大量的秸稈作為廢棄物被丟棄焚燒，不但污染環境還浪費資源。將麥秸進行堆腐處理后作為育苗基質進行水稻育苗，不僅可以有效地降低對環境污染、減少草炭開發中環境的破壞，同時也可為水稻育苗提供可再生、廉價的育苗基質。因此，應發展水稻工廠化育秧技術，優化水稻生產結構。

在栽培上壯苗的培育一直都是水稻生產環節中重要的目標之一。當前，隨著水稻育苗技術的發展，育苗基質逐步受到了許多專家學者的關注。鄭愛軍等[27]研究表明，利用農作物秸稈可再生性植物資源等作為水稻育苗基質的材料，可使稻苗的根系發達，秧苗矮壯，也可增加秧苗的莖基寬。梁啟全等[28]研究出的基質配方（60%秸稈+15%蛭石+5%珍珠巖+20%草炭）可使水稻秧苗根長、根多、葉挺，提高了水稻秧苗的素質，可以替代床土培育稻苗。也有學者研究有機質、無機基質等按照一定比例與客土混合配制基質，培育的秧苗根系健壯、莖基寬增粗、干物質積累量增大。有研究表明，采用基質板培育秧苗，可使秧苗高、根數多、根系長，提高了水稻的秧苗素質。該研究結果表明，在其他條件相同的情況下，基質的體積配比不同，T3處理（70%麥秸+15%珍珠巖+15蛭石%）的秧苗的莖粗、根長、根數、干重、葉綠素以及根系活力達到了壯苗的標準，并且優于其他的處理。但不同體積配比基質的處理對水稻秧苗的根數無明顯的作用，還需進一步研究。

該試驗結果還表明，將不同的體積配比的基質材料、營養液及秧盤進行配套組合研究，改變了以往只注重研究不同基質或營養篩選或秧盤類型對秧苗素質影響的單一研究，可以更快地篩選出最佳基質組合，在生產中可操作性更強，從而為加速推廣應用奠定了良好的基礎。建議基質板生產企業進一步研究生產出缽形基質板秧盤。

4 結論

（1）在水稻秧苗株高、莖粗方面，T3處理的水稻秧苗的株高、莖粗最大，其次為T4處理，秧苗株高、莖粗最差的為CK。在根長方面，二葉期時T3處理的基質盤中的水稻秧苗根長最長，其次是T4、T2處理。在水稻秧苗發根力方面，T3、T4處理的根數最多。

（2）在水稻幼苗干重方面，T3處理水稻秧苗最重，而CK的水稻幼苗的干重最小。

（3）在水稻幼苗葉綠素SPAD值方面，T3處理的葉綠素含量含量最高，其次是T2、T4處理，而T1、CK處理最低。

綜合分析顯示，用發酵的小麥秸稈基質、珍珠巖、蛙石為主要原料配制成的復合基質育苗前后理化性狀在合理指標范圍內。小麥秸稈基質添加珍珠巖和蛭石可有效改善小麥秸稈基質的理化性質，使復合基質理化性質符合育苗要求。其中T3處理培育的水稻幼苗生長旺盛，干物質積累量大，根系活力和葉綠素含量顯著高于其他處理。T3處理（小麥秸稈70%+15%珍珠巖+15%蛭石）基質盤中水稻秧苗的綜合素質最優，可以代替育秧土進行水稻育秧，在節約土壤資源的同時，可有效提高勞動效率。

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