不同秸稈育苗基質對水稻幼苗生長和根際微環境的影響

趙穎 何志剛 曲航 劉慧嶼 肖勁松

摘要：以玉米秸稈和水稻秸稈為原料制備水稻育苗基質，通過對玉米秸稈和水稻秸稈進行堆肥試驗，將堆肥產物以不同比例配制成基質，研究基質對水稻苗期植株生理指標、形態指標的影響，選擇適合水稻幼苗生長的最佳基質配方。結果表明，腐熟玉米秸稈50%+腐殖酸25%+泥炭土25%基質（T1）所培育的水稻幼苗的地上部干質量、株高、葉綠素SPAD值與CK比較，差異達到顯著水平，水稻幼苗根干質量、根長、根數，與CK比較，差異達到顯著性水平。T1基質物理性狀良好，容重為0.78g/cm3，田間持水量55.85%。生物性狀顯示，腐熟玉米秸稈50%+腐殖酸25%+泥炭土25%基質（T1）與腐熟玉米秸稈30%+腐殖酸35%+泥炭土35%基質（T2）處理聚為一類，這一類群主要的菌群是假單胞菌屬、土地桿菌屬等；腐熟水稻秸稈50%+腐殖酸25%+泥炭土25%基質（T3）和腐熟水稻秸稈30%+腐殖酸35%+泥炭土35%基質（T4）處理聚為一類，主要菌群是假黃色單胞菌屬和寡養食單胞菌屬等，2個類群菌群豐度均高于CK。綜合比較，T1體積配比的復合育苗基質更適合水稻幼苗生長發育，可以在實踐中應用推廣。

關鍵詞：秸稈；基質化；水稻幼苗；最佳配比；根際微生物；生理指標；形態指標

中圖分類號：S511.06文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）10-0100-05

秸稈是極為豐富且能直接利用的可再生有機資源［1］。但秸稈大量丟棄或焚燒，不僅造成資源浪費，還加劇了大氣污染［2］。水稻是遼寧省種植面積僅次于玉米的第二大作物［3］。我國大部分地區機插秧水稻采用水稻土育苗和營養土基質育苗2種方式，長期存在取土量大、取土困難、容易發生土傳病害、除草劑殘留影響出苗等問題［4］。并嚴重破壞當地土壤資源，影響周邊植被的結構、打破生態平衡［5］。因此，利用農作物秸稈等有機廢棄物研制無土水稻育苗基質，是遼寧省乃至全國發展優質綠色稻米產業的首要任務之一［6-7］，不僅提高了廢棄資源利用率，還能改善水稻基質育苗品質，對水稻種植的可持續發展具有重要的現實意義。

秸稈栽培基質已在歐洲和北美等地得到廣泛應用［8］。我國對育苗基質的研究與應用較晚，起步于20世紀70年代溫床育苗技術的引入［9］。20世紀90年代后，國內諸多學者開始自主研發應用基于農作物秸稈的育苗基質。例如，周青等以秸稈等為主要原料制備的輕型有機基質可使水稻秧苗植株高大、葉片顏色深綠、葉綠素含量高、可溶性糖含量高等［10］。趙伯康等利用秸稈、牛糞等廢棄物經高溫發酵、腐熟處理后制成的基質育苗，能促進秧苗生長，但制作程序繁瑣、育苗成本高［11］。任蘭天等將小麥秸稈制備成育苗基質材料，在煙草育苗上取得了明顯成果［12］；徐明輝等對菌糠進行研究，制備的育苗基質在辣椒上育苗效果較好［13］。鞏芳娥等研究了玉米秸稈與牛糞發酵制備的育苗基質在辣椒上育苗的效果良好［14］。但是現階段育苗基質還存在應用效果不穩定、基質配制沒有統一標準等問題。鑒于此，筆者通過研究玉米秸稈和水稻秸稈不同配比育苗基質的微環境變化以及基質對水稻幼苗生長性狀的影響，以期為水稻育苗基質研究提供理論支撐。

1材料與方法

1.1試驗材料

2019年11月至2020年4月，玉米和水稻秸稈堆肥試驗及配比育苗試驗在遼寧省農業科學院室內試驗基地進行，復合微生物菌劑（遼寧省農業科學院研制），有效菌種為枯草芽孢桿菌、酵母等，有效菌數達到5×107CFU/g，菌劑添加量：復合微生物菌劑4kg/t。玉米秸稈和水稻秸稈均為2019年遼寧省農業科學院周邊種植基地利用秸稈收集打包機收集打包的產物，其中，玉米秸稈與水稻秸稈的理化性質見表1。碳氮調節劑：尿素（含N46%）。

1.2秸稈堆肥試驗

試驗地點：遼寧省農業科學院西地試驗基地（123°55′43.16″E，41°82′17.74″N）。

本研究設置2個處理：

（1）處理A：1t玉米秸稈，添加復合微生物菌劑4kg/t、碳氮調節劑8kg。

（2）處理B：1t水稻秸稈，添加復合微生物菌劑4kg/t、碳氮調節劑8kg。

流程：將粉碎的玉米秸稈、水稻秸稈（長度≤10cm）均勻鋪于地表，分別撒復合微生物菌劑和碳氮調節劑，踩實，直到堆肥高度達到1.4m。試驗重復3次，共堆積45d。試驗開始時間：2019年3月13日至2019年4月29日。

1.3秸稈堆肥產物基質試驗

試驗共設5個處理，詳細配比見表2。

試驗地點：遼寧省農業科學院西地試驗基地（123°55′43.16″E，41°82′17.74″N）。

試驗前期秸稈發酵產物粉碎后過40目篩，水稻種子（遼粳401），2019年5月5日整地作床，5月7日浸種，5月9日穴盤播種。育苗盤使用72穴，每穴2粒水稻種子，定植1株，每盤重復3次，隨機區組排列。整個試驗階段，溫度（25℃左右）、濕度（80%左右）及其他管理同當地水稻育苗［12］。腐殖酸和泥炭土采購自遼寧先豐農業科技有限公司。

1.4測定方法

1.4.1堆肥測定項目與方法

測定堆肥過程的溫度變化。堆肥結束后應用國標NY525—2012《有機肥料標準》［15］采樣并分析堆肥后秸稈中氮（N）、五氧化二磷（P2O5）、氧化鉀（K2O）及有機質含量和酸堿度（pH值）。

1.4.2基質物理性質的測定測定容重、田間持水量等［12］。

1.4.3水稻幼苗生理指標的測定在播種后20d選擇有代表性的幼苗30株，測定水稻地上部生理指標及地上部干質量、根干質量等，葉綠素儀測定水稻葉綠素SPAD值。

1.4.4微生物群落樣品采集與測定采用多點取樣法采集水稻育苗基質根部樣品，采集的樣品用冰盒保存送至北京百邁客生物科技有限公司應用Illumina平臺的HiSeq進行測序［1］。

1.5數據分析和處理

微生物種群測序結果通過北京百邁客生物科技有限公司百邁云平臺進行數據分析。常規數據采用Excel進行分析作圖，SPSS22.0軟件統計分析［16］。

2結果與分析

2.1秸稈堆肥理化性質變化

2.1.1溫度變化

由圖1可見，在外界溫度為2℃條件下進行的秸稈堆肥，處理A表現為升溫快，持續時間長，在處理后2d達到54.0℃，處理后8d達到最高峰75.9℃，持續高溫50℃以上達到36d；處理B在處理后4d達到48.5℃，發酵過程中翻堆對處理B影響較大，溫度下降后上升，呈現波峰-波谷趨勢，處理后9d達到最高峰71.5℃，持續高溫50℃以上達到22d。

2.1.2秸稈養分變化

在堆肥過程中，隨堆肥體積和質量的不斷減少，發生養分的“濃縮效應”［17］。在第45天時，處理A物料中的氮、磷、鉀含量分別達到1.51%、0.34%和0.99%。處理B物料第45天的氮、磷、鉀含量分別達到0.98%、0.24%和0.72%，可能是由于2種不同秸稈原料發酵所致（表3）。

2.2不同處理基質理化性質變化

育苗基質較理想的容重范圍為0.1～0.8g/cm3，總孔隙度為50%～96%［12］。從表4中可以觀察到，容重為CK>T2>T4>T1>T3，田間持水量為T3>T1>T4>T2>CK，處理間差異顯著，酸堿度T1>T2>CK>T4>T3。與CK比較，在添加作物秸稈后各處理容重隨添加比例升高呈下降趨勢，田間持水量呈上升趨勢。

2.3不同處理基質水稻育苗生育性質變化

2.3.1不同處理基質水稻育苗對地上部生長特征影響

株高是反映水稻整齊度的特征，過高和過低都會對水稻插秧有影響［12］。從表5中可以觀察到株高為CK>T1>T4>T2>T3，各處理與CK之間差異顯著。葉綠素含量反映其光合作用的強弱，直接影響水稻后期的產量［5］。葉綠素SPAD值表現為T4>T3>T1>T2>CK，各處理與CK之間差異顯著。莖基寬為T1=T4>T3>T2>CK，T1、T3、T4處理與CK之間差異顯著。葉齡為T4>T1>T2>T3>CK，T1、T4處理與CK之間差異顯著。地上部干質量為T4>T1>CK>T2>T3，T4、T1與CK之間差異顯著。

2.3.2不同處理基質水稻育苗對地下部生長特征影響

水稻的根系不僅是養分水分的吸收器官，對秧苗盤根性也有較大影響，并影響大田機插質量［14］。從表5中可以觀察到根長為T1>T4>T2>T3>CK，處理與CK之間差異顯著。從表5中可以觀察到根數T1>T3>T4>T2>CK，除T2處理外，其他與CK之間差異顯著。根干質量為T1>T3>T4>T2>CK，與根數變化趨勢相同。

2.4不同處理根際細菌群落生物多樣性的變化

2.4.1根際細菌物種種群豐度的變化

從表6可以觀察到腐熟秸稈處理均可以增加育苗基質根際細菌生物多樣性，OTU數量均有所增加，其中T1、T4處理比CK分別提高了78.66、110.33個；種群豐度結果表明，T1和T4處理的ACE指數均有所增高，分別提高了64.74和98.18，與CK相比差異顯著；Shannon指數也有所增加，T1和T4處理分別提高了0.75和0.69，與CK相比差異顯著。以上結果說明，在水稻育苗中，腐熟秸稈作為基本原料配合其他基質可以增加細菌的多樣性和豐富度。

2.4.2根際細菌種群種屬成分分析

觀察不同處理Venn圖（圖2）可見，5個處理優勢屬數量共有2467個，其中共同存在優勢種屬有298個；T4優勢屬種類達到511個，在各處理中最多；T2優勢屬種類達到476個，在各處理中最少。

進一步觀察圖3柱狀圖5個處理中，CK處理菌群豐度較差，T1處理菌群分布較為均勻，其次是T2處理，這一類群主要的菌群是假單胞菌屬、土地桿菌屬、短波單胞菌屬、根瘤菌屬；T3和T4處理主要菌群是假黃色單胞菌屬、寡養食單胞菌屬、根瘤菌屬、短波單胞菌屬。

2.4.3根際細菌種群種屬趨勢分布特征

如圖4所示，不同處理細菌群落變化差異明顯。各處理分為三大類群，CK為一類；處理T1和T2聚為一類，位于第2象限，分布在PC2軸正向；處理T3和T4聚為一類，位于第3象限，分布在PC2軸反向。CK位于第1象限分布在PC1軸正向。

進一步對不同處理UPGMA聚類熱圖進行分析，如圖5所示，不同處理微生物群落結構差異變化顯著，與主成分分析圖結論一致。

2.5基質理化性質與細菌群落綱水平的關系

由圖6結果表明，容重和田間持水量對土壤細菌群落結構有顯著影響，并可以解釋細菌群落結構總變異度的32.47%。容重主要影響T1、T3、T4處理。田間持水量影響的主要是CK和T2處理；進一步發現影響的菌群不同，其中假黃單胞菌、黃桿菌、短波單孢桿菌與容重所處同一象限，表現顯著正相關；藤黃色桿菌、雙孢菌與田間持水量所處同一象限，表現顯著正相關。

3討論

目前，水稻育苗一直都是水稻生產環節中重要的環節之一。將秸稈進行堆腐處理后作為育苗基質進行水稻育苗，不僅可以有效降低對環境的污染、減少對耕地資源的破壞，也可為水稻生產提供優良的育苗基質［12］。

由本試驗結果可知，50%腐熟的玉米秸稈替代草炭后，基質的物理指標等均符合行業標準，鄭愛軍等研究表明，作物秸稈制備的水稻育苗基質，使水稻苗根系發達、植株挺拔［18-20］。本研究結果顯示，T1基質所培育的水稻幼苗的地上部干質量、株高、葉綠素SPAD值與CK比較，差異達到顯著水平，與以上研究結果相似，張瓊芬等研究結果表明，利用60%的玉米秸稈替代草炭可節約284.5元/hm2［21］，本研究結果與之相似，遼寧省玉米秸稈資源豐富，價格低廉，取代草炭符合現代農業發展要求，具有較好的經濟效益與社會效益。

4結論

本研究結果表明，T1腐熟玉米秸稈50%+腐殖酸25%+泥炭土25%基質所培育的水稻幼苗的地上部干質量、株高、葉綠素SPAD值與CK比較，差異達到顯著水平，水稻幼苗根干質量、根長、根數，與CK比較，差異顯著，其中株高為15.12cm、地上部干質量為0.22g/株、根干質量0.11g/株。T1基質物理性狀良好，容重為0.78g/cm3，田間持水量55.85%。生物性狀顯示，T1與T2處理聚為一類，這一類群主要的菌群是假單胞菌屬、土地桿菌屬等；T3和T4處理聚為一類，主要菌群是假黃色單胞菌屬和寡養食單胞菌屬等，2個類群菌群數量均高于CK。該體積配比的復合育苗基質更適合水稻幼苗生長發育，可以在實踐中應用推廣。

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