清淤河泥和草木灰渣作基質對水稻育秧效果的影響

謝昶琰，李青，陳川，董青君，張苗，章安康

(江蘇徐淮地區淮陰農業科學研究所，江蘇 淮安 223001)

近年來，我國水環境治理工程大規模開展，國家加強農村河道的治理力度，在提高河道防洪、排澇和灌溉能力的同時減少河道內源污染，為河道水質改善提供保障[1-2]。淮安境內河流眾多，其中農村河道就有6.7萬條，這些河道清理的大量淤泥的處理一直是制約清淤工程的一大難題，河泥堆放后不僅占用耕地資源，影響土壤結構，而且隨著雨水沖刷帶來的地表徑流也會對環境水體造成污染。高效資源化利用農村河道清淤河泥是一種行之有效且安全的資源化利用方式，現階段河泥被用作建筑材料、填方材料、燒結制磚、燒制陶粒和水泥原料等[3-5]，但是部分農村清淤產生的河泥，不具備以上資源化利用途徑。河泥含有豐富的營養成分，能夠促進植物的生長，但其含水量過高、細顆粒含量高、黏性大、孔隙度低，很少直接應用于農田，根據河泥的理化特性開展河泥農業資源化利用研究，在生態、經濟、安全等方面均具有廣泛的實用意義。生物質發電是一種可再生能源的利用方式[6]，江蘇省能源局在2021發展專項規劃中指出推進生物質能源化利用，預計到2025年底，全省生物質發電裝機達到300萬kW。然而隨著生物質發電的大面積推廣利用勢必會帶來大量的草木灰渣，從而嚴重影響環境質量。草木灰渣具有孔隙度大、無菌無蟲和富含活性炭等優良特性，直接施用于農田存在堿性強、鹽分高、結構差等問題。如果根據兩者的理化特點，經過科學加工應用于農業生產，不失為解決農村河道清淤河泥和電廠草木灰渣的一條有效途徑。

水稻是我國主要糧食作物，江蘇省常年水稻種植面積在227萬hm2左右，據統計，2022年江蘇省水稻機插面積超153萬hm2，機插秧水平超過70%，位居全國前列。機插秧已成為水稻種植機械化主體方式，目前機插秧育苗仍以營養土為主，但隨著水稻種植面積擴大，營養土存在用土量大、取土難、勞動強度大、對土壤耕層破壞嚴重、易發生土傳病害等問題。研制無土育秧育苗基質可以有效避免這種情況發生，因此，本研究以淮安地區豐富易得的河泥和草木灰渣為資源，配制成不同比例的水稻育秧基質，進行育秧試驗，篩選出適合水稻育秧的最適基質配比，實現河泥和灰渣的資源化利用，為河泥和灰渣利用新途徑提供理論和實踐基礎，也為水稻育秧基質研究和栽培工作提供更多的途徑與參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

河泥采自江蘇淮安市李集村河道，自然曬干粉碎過5 mm篩備用，草木灰渣由江蘇淮安國信生物質發電有限公司提供，以稻殼灰為主。河泥和灰渣的重金屬含量相對較低(表1)，符合《土壤環境質量標準》(GB 15618—1995)中的一級標準，也符合《綠化用有機基質》(GB/T 33891—2017)對于綠化種植土壤中重金屬含量的一級標準。河泥和灰渣的基本理化性狀見表2。基于前期研究基礎，本試驗將灰渣的鹽分淋洗至pH值小于8，電導率小于1.5 mS·cm-1，過5 mm篩后備用。供試水稻品種為南粳9108，供試育秧盤為30 cm×60 cm的硬盤，水稻浸種劑為稀效矬，拌種劑為3.5%咪鮮·甲霜靈，由江蘇徐淮地區淮陰農業科學研究所提供。

表1 重金屬含量Table 1 Heavy metal content

表2 基本理化性狀Table 2 Basic physicochemical properties

1.2 試驗設計

水稻基質育秧試驗于2022年5月在江蘇徐淮地區淮陰農業科學研究所實施。試驗共設置7個處理(表3)，每個處理設置3盤重復。每育苗盤用基質3.5 L，用播種器播種120 g水稻種，然后用0.5 L基質覆蓋，均勻噴灑自來水，水稻播種前先用烯效唑浸種24 h后用3.5%咪鮮·甲霜靈拌種劑與水稻種子按照1∶100的比例拌種，于5月5日落谷，4 d后暗化出苗，出苗后統一將育苗盤放置于溫室，待秧苗秧齡達30 d后進行取樣測定。

表3 不同處理育秧基質配方Table 3 Substrate formulations for different treatments

1.3 測定指標與方法

1.3.1 秧苗素質調查

各育秧基質處理切取10 cm×10 cm大小長勢均勻的秧苗帶回實驗室沖洗干凈，剔除弱苗死苗，記錄成苗率；每盤選取20株秧苗測定株高、莖基寬、葉長及葉齡，用便攜式SPAD儀測定秧苗完全展開葉的葉片中部相對葉綠素含量。將上述秧苗105 ℃殺青30 min后65 ℃烘至恒重，測定其地上部、根系生物量。根冠比為根干重與地上部干重的比值，秧苗充實度為莖葉干重與株高的比值。

1.3.2 根系盤結力

用木板和強力夾固定秧苗毯兩邊，一端用鉛絲固定，另一端用彈簧秤向水平方向拉動，觀察記錄秧苗毯在斷裂時的最大拉力[7]。

1.3.3 水培發根力

選取10株秧苗，將根系由基部剪掉后放在去離子水中，7 d后調查水培發根數和水培根長。計算發根力，發根力為發根數與平均根長的乘積[8]。

1.3.4 基質生產性能的測定

基質的生產性能為秧苗鮮重與對應原基質體積的比值[9]。

1.3.5 綜合評價

由于各處理的不同性狀表現不會完全一致，只靠單一性狀不能評判哪一個處理表現更優，所以本研究參考柯璦[7]的隸屬函數法評價秧苗的綜合素質。

1.4 數據分析

所得結果為各處理平均值，采用Excel 2016進行數據的統計和圖表處理，采用SPSS 20.0統計分析軟件對數據進行單因素方差分析和顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同處理對地上部生長的影響

由表4可知，T3、T6處理與CK相比水稻秧苗的成苗率差異不大，其余處理相較對照成苗率略低，當河泥比例增大到85%和100%時(T1和T2處理)，成苗率最低。秧苗葉齡隨著河泥比例的增大而增大，其中，T1、T2和T3處理秧苗葉齡顯著高于對照和其他處理，T4、T5和T6處理葉齡與CK相比未達到顯著差異，說明河泥+灰渣組合能夠促進秧苗葉齡的增長。從株高來看，T2、T3、T4、T5、T6處理能夠顯著促進秧苗株高的增長，T2處理株高最高，T1處理株高最低。各配比基質處理莖基寬表現出明顯的差異，T1、T2、T3、T4處理的莖基寬顯著大于T5、T6和CK。各配比處理葉片相對葉綠素含量(SPAD值)相較對照均有不同程度的提高，其中T1處理下秧苗SPAD值最高，為29.10，其次是T2處理。以上數據可知，河泥+灰渣配比處理能夠有效影響水稻秧苗地上部生長。

表4 不同處理對秧苗地上部生長的影響Table 4 Effects of different treatments on the aboveground growth of seedlings

2.2 不同處理對葉長的影響

由圖1可知，添加不同原料配比的育秧基質對秧苗葉長具有不同的影響。除T1處理外，其余基質處理的1葉、2葉、3葉相比對照均有不同幅度的增加，各基質配比處理下的4葉葉長顯著高于對照。其中1葉、3葉、4葉以T2處理秧苗葉長最好，T3、T4、T5、T6處理次之，2葉以T3、T4、T5秧苗葉長最好。

柱上無相同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖1 不同基質對秧苗葉長的影響Fig.1 Effect of different substrates on leaf length of seedlings

2.3 不同處理對秧苗干物質積累的影響

由表5可知，T1、T2、T4、T5處理與對照沒有顯著差異，T3、T6處理的地上部干重顯著增大，干物質積累表現最優。河泥和灰渣配比處理的植株根系單株干重與對照無顯著差異。根冠比則除了T1處理高于對照，其余基質處理均低于對照。除T2和T5處理外，其余基質處理的秧苗充實度相較對照均有明顯提高。除T5處理外，其余處理壯苗指數均高于對照。

表5 不同處理對秧苗干物質積累的影響Table 5 Effects of different treatments on dry matter accumulation of seedlings

2.4 不同處理對秧苗根系生長的影響

由表6可知，處理T1下根系盤結力、發根力、新發根數和最長根長均表現為最大。

表6 不同處理對秧苗根系生長的影響Table 6 Effects of different treatments on root growth of seedlings

2.5 不同基質的生產性能

從表7可以看出，不同育秧基質處理間單位體積基質生產秧苗鮮重和單位面積秧苗數均有顯著差異，但無明顯規律。單位體積基質生產秧苗鮮重以T5、T6、T1處理表現較大，單位面積秧苗數以T3處理最大，其次為CK、T6處理。

表7 不同基質的生產性能Table 7 Productivity of different matrices

2.6 不同配比育秧基質綜合評價

由于不同基質配比下各性狀的表現存在差異，單一性狀很難界定哪一種基質配比更適合，為了評估最優基質配比，本研究引入了隸屬函數法對不同基質配比進行綜合評價。不同性狀會得到相應的隸屬函數值，最后計算平均值作為綜合評價指數，F值越大，代表水稻秧苗綜合素質越高。由圖2可知，不同配比基質綜合評價指數大小為：T3>T1≈T2>T5>T4>CK≈T6，表明60%河泥+40%灰渣處理更有利于培育符合機插要求的壯苗。

圖2 不同處理秧苗素質的綜合評價Fig.2 Comprehensive evaluation of seedling quality under different treatments

3 討論

機插秧技術是一項省工省種、節本增效的先進技術[10]。隨著水稻機械化程度的不斷提高，機插秧技術成為水稻高效栽培技術的主要發展方向[11]。針對純營養土育秧存在的取土困難、破壞耕層、運輸成本高等問題，以及基質育秧面臨的保水保肥性能、品質良莠不齊等問題[12]，本研究結合當地實際情況，將農村河道清淤河泥和生物質發電廠固廢草木灰渣相結合，利用草木灰渣具有通透性和富含活性炭的吸附作用等優勢，解決河泥易板結、黏度大、通氣孔隙度小等問題，利用河泥豐富的營養元素和較強的緩沖能力，解決草木灰渣堿性強、鹽分高對植物生長不利的問題，將兩者優勢互補，復配制作不同配比的育秧基質試驗，分析了不同基質處理對秧苗素質的影響，既解決了營養土育秧存在的用土量大、取土難、對土壤耕層破壞嚴重及易發生土傳病害等問題，又實現了河泥和草木灰渣的資源化高效利用。

秧苗素質是水稻高產栽培的基礎，生產中機插秧苗品質通常以株高、葉齡、莖基寬、植株干重、盤根力和發根力等指標來衡量。孟凌霄等[12]以城市污水淤泥生物質為基質培育的幼苗成苗率高，在莖粗、百株重、重高比、壯苗指數等幼苗素質方面均顯著優于營養土，鐘平等[13]將生活污泥和草木灰混合制作水稻基質，研究發現，隨著污泥比例的提高，成苗率和株高及1、2葉的葉鞘和葉長有下降趨勢，葉綠素含量、莖基寬、地上干重、地下根重和總干重隨著污泥比例的加大有增加的趨勢。本研究表明，不同配比育秧基質處理相比對照在秧苗地上部生長、葉長生長、干物質積累、根系生長和基質生產性能上均達到不同程度的差異，其中當河泥的比例達到85%和100%時，秧苗的葉齡、4葉長、莖基寬、SPAD值、根系盤結力、發根力和新生根數高于對照和其他基質處理，但秧苗的成苗率最低，2葉長和干物質積累也有明顯下降。這是由于隨著河泥比例的增大，育秧基質黏結性較大，通氣孔隙度小，因此，在生產上易形成苗數不足，插秧率不高等問題。而T3處理，即體積比60%河泥+40%灰渣在成苗率、單位面積秧苗數指標上表現最優，葉齡、株高、莖基寬、地上部干重積累量、根長和秧苗充實度等指標上也均表現出較好的效果，壯苗指數則略低于T1處理(100%河泥)，但高于其他處理。從綜合評價指數也可看出，T3處理更有利于培育出符合機插要求的壯苗。這可能是由于T3處理基質疏松度適中，水氣環境適宜，同時具有較強的保水保肥能力，有利于秧苗根系生長和對養分的吸收利用，促進了秧苗地上部生長，使得秧苗在生長指標、干物質積累方面表現良好。

綜上所述，利用農村河道清淤河泥和生物質發電廠產生的草木灰渣制成不同配比的水稻育秧基質進行水稻育秧可行，其中T3處理所育秧苗的綜合素質優于其他基質配方處理和常規營養土，可作為水稻育秧基質的原料。下步將對已試驗的不同基質配方結合養分含量的調制在田間育秧中進行優化，以期確定最優育秧基質配方，用于水稻機插秧生產，為農村河道清淤河泥和電廠草木灰渣的綠色基質化利用提供新途徑。