應用小麥秸稈基質育苗對水稻幼苗形態指標和生理指標的影響

郝冰　郭哈倫　任蘭天　張祥　邵慶勤　張從軍

摘要? ? 為研究腐熟小麥秸稈制作水稻育苗基質的可行性和促進秸稈基質化應用，本試驗通過應用5種不同配比的腐熟小麥秸稈復合基質進行水稻育秧，研究了其對水稻幼苗形態指標和生理指標的影響，旨在篩選出適宜于水稻幼苗生長的最佳基質配比。結果表明，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。其最高株高為14.3 cm、最粗莖粗2.580 mm、最重地上部干重為0.87 g/50株、根干重0.79 g/50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%。其物理性狀良好，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的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。由此說明，腐熟小麥秸稈70%+蛭石15%+珍珠巖15%基質最好，此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? ? 水稻幼苗;小麥秸稈基質;形態指標;生理指標

中圖分類號? ? S511? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）03-0006-05

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Effect? of? Wheat? Straw? Substrate? on? Rice? Seedling? Morphological? and? Physiological? Indicators

HAO Bing 1，2? ? GUO Ha-lun 1? ? REN Lan-tian 1，2，3 *? ? ZHANG Xiang 1? ? SHAO Qing-qin 1? ? ZHANG Cong-jun 3

（1 Bengbu Lvdu Straw Biotechnology Co.，Ltd.，Bengbu Anhui 233400; 2 University of Science and Technology of Anhui;

3 Anhui Laimujia Biological Technology Co.，Ltd.）

Abstract? ? In order to study the feasibility of using decomposed wheat straw to make rice seedling substrate and promote the application of straw substrate，in this experiment，5 kinds of decomposed wheat straw composite substrates with different proportions were used to cultivate rice seedlings，and their effects on morphological and physiological indicators of rice seedling were studied to choose the best substrate ratio that was suitable for the growth of rice seedlings.The results showed that using decomposed wheat straw 70%+vermiculite 15%+perlite 15% as cultivation substrate，the plant height，stem diameter，dry weight of aboveground parts and root activity of rice seedlings were significantly different from other treatments.The maximum plant height was 14.3 cm，the maximum stem diameter was 2.580 mm，the maximum dry weight of the heaviest upper part was 0.87 g/50 plants，and the maximum dry weight of roots was 0.79 g/50 plants.When using decomposed wheat straw 70%+vermiculite 15%+perlite 15% as cultivation substrate，the volume-weight was 0.226 g/cm3，the total porosity was 92.7%，the water-holding porosity was 76.7% and the ventilation porosity was 18.4%.Its physical properties were good，and all indicators were within the range of ideal substrate indicators.When using decomposed wheat straw 70%+vermiculite 15%+perlite 15% as cultivation substrate，the root activity and chlorophyll content of rice seedlings were relatively higher，which was different from that of other treatments.It′s concluded that the substrate of 70% decomposed wheat straw+15% vermiculite+15% perlite was the best.This volume ratio of composite seedling substrate was more suitable for the growth and development of rice seedlings，which could be applied and promoted in practice.

Key words? ? rice seedling;wheat straw substrate;morphological indicator;physiological indicator

農業部數據顯示，我國農作物秸稈資源相當豐富，其每年總量為10.4億t[1]，從2010年秸稈利用率的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]。無土栽培上也應用了秸稈基料化，目前許多無土栽培生產上以秸稈為原材料，再添加一些輔助材料，不同的生產要求制作成不同的盤穴，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，水稻是主要的糧食作物，其種植面積很大，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規模化、現代化和機械化的方向。水稻從種到收全程機械化的生產方式推動農業技術飛速發展。由于農村經濟發展落后和環境地形限制，我國水稻種植的機械化程度相對較低且發展速度慢。我國的水稻機械化生產技術與西方發達國家相差非常大。據國外網站報道，西方發達國家的水稻種植已經基本上達到了全程機械化水平，可見我國的水稻機械化發展仍然具備很大的潛力。只有不斷地創新育苗基質、改進工廠化育苗技術、完善水稻產業結構、提高基質育苗的品質，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，雖然這種方式可以提高我國水稻機插秧水平，但是長期采用這種方式會嚴重破壞當地土壤資源。因此，用土是當前水稻育苗工作亟待解決的問題。常規的取土育秧技術很難滿足高質量、高要求的機插育秧需要。合理開發自然資源和創新利用農作物秸稈等方法研制出新型的育苗基質來解決取土難和取土破壞環境等問題。近年來，育苗基質的開發利用迅速發展，其原因是這種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很多優點[5]。目前，我國水稻機械化的快速發展與機插秧育秧基質不配套的體制，農民只能通過自制的營養土基質來滿足機插秧秧苗的要求。為提高機插秧秧苗的質量，商業育苗基質開始逐步發展起來，草炭是基質中的主要成分含量。草炭中的腐植酸含有許多的酸性基團物質，能夠為微生物提供很好的環境，調節植物生長的氮素營養條件。市場上的無土育苗基質不能迅速普及推廣，根本原因在于其價格昂貴，還有些商用基質存在不穩定、保肥保水效果不佳等問題。

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，而且能提高耕地的生產力，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多采用穴盤育苗技術，其主要應用的材料是由草炭、蛭石和珍珠巖等輕型材料來替代土壤進行育苗。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]，精量播種是機械化的一大優勢。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，是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。工廠化穴盤育苗的優勢相當明顯，如育苗質量高、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[9]。隨著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[10]。最先使用的替代土壤的材料是巖棉，底部鋪設無紡布來供應營養液[11]。隨后科學家將目光放在了農業廢棄物秸稈身上，因為秸稈來源豐富、取材便捷、無競爭且能達到環保要求。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了良好效果。任蘭天等[12]、曾清華[13]、劉? 濤等[14]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，在煙草、黃瓜、番茄的培育栽培上取得了明顯成果;徐明輝等[15]、曹紅星等[16]、李曉強等[17]對菇渣進行研究，作物復合基質在黃瓜、甜椒、番茄上的育苗效果良好。鞏芳娥[18]、薛書浩[19]、劉振國[20]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，如用于水稻幼苗生長的秸稈生物質育苗盤育苗效果不理想。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、蛭石等[21]，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缺乏統一標準，造成研究結果通用性差等缺憾[22]。

以秸稈為基質的這一理念正向著標準化、工廠化的目標前進著。因此，本文通過研究不同小麥秸稈配比的育苗基質對水稻幼苗生長性狀的影響，以期篩選出合理的水稻育苗基質配方。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗材料

堆肥及基質不同配比育苗試驗于2017年4—10月在安徽萊姆佳生物科技股份公司進行。小麥秸稈為附近收購共10 t，粉碎至8～10 cm長，每1 t秸稈添加尿素15 kg和腐熟劑2 kg，腐熟劑為安徽萊姆佳生物科技股份公司產品（微生物數≥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小麥秸稈用腐熟專用黑白膜覆蓋進行室外堆腐，溫度升高至70 ℃翻堆，每周用抓草機翻堆1次，直至溫度降至40 ℃;另外5 t小麥秸稈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1個月陳化備用。

1.2? ? 試驗設計

試驗設5個基質處理，各處理詳細配比見表1。3次重復，隨機區組排列。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。采用72孔育苗盤，每穴播2粒種子，定苗1株，整個試驗階段各處理不增施肥料，僅澆清水。

1.3? ? 測定內容與方法

1.3.1? ? 基質物理性質的測定。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體積的鋁盒（重40 g），然后稱重;之后將其浸泡在水中24 h，再次稱重;燒杯中的水分自由瀝干后再稱重量，并計算容重、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。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，測定葉綠素含量、50株地上部干重、50株根質量、根冠比等。用刻度尺測量水稻幼苗前期生長的株高、根長。用千分尺來測定水稻前期的莖粗。用SPAD-502葉綠素儀測定水稻幼苗后期的葉綠素相對含量。

取秧苗若干株，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 ℃烘2 h，最后75 ℃烘干至恒重。計算水稻幼苗的50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? ? 小麥秸稈混配基質理化性狀分析

郭世榮[23]、周? 靜等[24]研究認為，育苗基質的容重一般范圍為0.1～0.8 g/cm3，總孔隙度應在54%～96%之間較為理想。由表2可知，各處理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、珍珠巖后容重呈下降趨勢，除處理T1與處理T2差異不顯著外，其他各組間均存在顯著差異。總孔隙度如果偏高說明植物根系固定性差，影響生長。各處理組的總孔隙度在92.7%～94.6%之間，在合理的范圍之中符合前人研究結果。其中添加蛭石和珍珠巖后總孔隙度顯著降低。水稻幼苗能正常生長的通氣孔隙度為15%～20%，各處理（除CK外）均在此范圍。各處理持水孔隙度呈現下降趨勢并有顯著差異。各處理EC值表現為CK>處理T1>處理T2>處理T3>處理T4，均在植物生長適宜的EC值范圍。各處理的pH值均呈偏弱堿性，表現為CK>處理T1>處理T2>處理T3>處理T4。該基質在播種前是需要調酸的，處理T3、T4需要添加的酸量較其他處理少。通過觀察小麥秸稈基質理化性質可以看出，隨著小麥秸稈量的減少，基質的總孔隙度、持水孔隙度、容重、EC值和pH值都在減少，而通氣孔隙度則上升。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? ? 不同配比基質處理對水稻幼苗地上部分生長的影響

2.2.1? ? 幼苗株高。機插秧所要求的水稻是整齊一致且秧苗素質良好，便于機械化種植。株高是反映水稻整齊度的一個特征，過高和過低都會對水稻插秧有影響。因為所用的水稻育秧盤空間和營養物質有限，株高呈現先快后慢的增長曲線模式。從圖1可以看出，不同配比基質處理的水稻秧苗株高均呈上升趨勢，在播種前期對水稻幼苗株高的影響不大，表現不明顯。到中期，不同配比基質處理水稻幼苗株高開始有明顯差異，在水稻幼苗8 d后，處理T3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幼苗的株高也有影響，處理T3（秸稈70%+珍珠巖15%+蛭石15%）優于其他配比基質處理，秧苗的株高最優。

2.2.2? ? 水稻幼苗莖粗。莖粗是評價水稻秧苗品質的重要指標之一[25]。莖粗比較大的水稻秧苗，一般情況下干物質也相對比較大。從圖2可以看出，在前期不同配比基質處理對秧苗莖粗的影響不大;到中后期，不同配比基質處理的秧苗莖粗開始有明顯差異，在播種后10 d，二葉期以后，添加蛭石和珍珠巖的復合基質（處理T1、T2、T3、T4）較單一基質（CK）的莖粗增加很多。由于育秧盤的營養物質和環境空間等方面的限制，后期秧苗的莖粗變化不明顯。從圖2可以看出，處理T3（秸稈70%+珍珠巖15%+蛭石15%）、T4（秸稈60%+珍珠巖20%+蛭石20%）莖粗優于其他配比基質處理。

2.3? ? 不同配比基質處理對水稻幼苗根系生長的影響

2.3.1? ? 水稻幼苗根長。水稻的根系不僅是養分和水分的吸收器官，而且是氨基酸和生理物質合成的重要場所[26]。本試驗中，5種不同配比基質處理水稻幼苗的根長、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，在前期，不同配比基質處理對秧苗最長根根長的差異性較小;到中后期，處理T3（秸稈70%+珍珠巖15%+蛭石15%）秧苗的最長根根長優勢逐漸顯現出來。添加珍珠巖和蛭石的復合基質（處理T1、T2、T3、T4）較單一基質（CK）的根長要長。處理T2、T3、T4的根長比較長，說明添加不同比例的珍珠巖和蛭石是適宜水稻幼苗根系生長環境。在處理T1、T2、T3、T4中，處理T3的配比方案變化趨勢優于其他處理。

2.3.2? ? 水稻幼苗根數。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[27]。由圖4可以看出，在育秧前期，不同配比基質處理的根數差異性不是很大;到中期，5種不同配比基質中，處理T2、T3、T4水稻根數相比有差異但不明顯，與單一的純秸稈基質（CK）和添加少量的珍珠巖和蛭石的配比基質（處理T1）相比有較明顯的差異。在后期，5種不同配比基質處理中發根數相比較無差異。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，處理T3（秸稈70%+珍珠巖15%+蛭石15%）、T4（秸稈60%+珍珠巖20%+蛭石20%）所育秧苗根系生長總體優于其他處理。

2.4? ? 不同配比基質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。從表3可以看出，處理T3水稻幼苗的葉綠素總量與其他各處理相比均存在顯著差異，CK葉綠素含量（SPAD值）、株高在各處理中最低。處理T3、T4的株高差異不顯著且相對較高。各處理組中葉齡均接近3葉。莖粗以處理T4最大，其次是處理T3，而CK、處理T1之間區別不大。葉面寬度以處理T3、T4較大，其次為處理T2。由此表明，小麥秸稈腐熟后添加適當比例的珍珠巖和蛭石調節基質理化性質，其依舊適于水稻幼苗的生長。且處理T3、T4配方作為基質效果最好，可以作為基礎配方加以優化。

2.5? ? 不同配比基質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，處理T3的根系活力最大，達1.35 mg/（g·h），較CK高40.63%，與其他各處理均呈現顯著差異。其中處理T3 50株地上部干重最大;其次是處理T4，與其他處理間存在顯著性差異，且秧苗長勢較為一致;單獨使用堆肥秸稈（CK）處理以及少量配比處理（T1）地上部較小。而根重最高的為處理T4，高于其他處理。相應的，根冠比以處理T4、T3為最高，且前者較后者偏差更小。

3? ? 結論與討論

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。將小麥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，也可為水稻育苗提供可再生、廉價的育苗基質，優化水稻生產結構。

當前，隨著水稻育苗技術的發展，育苗基質逐步受到了許多的專家學者的關注。鄭愛軍等[28]研究表明，利用農作物秸稈等可再生性植物資源作為水稻育苗基質的材料，可使稻苗的根系發達、秧苗矮壯。梁啟全等[29]研究出的基質配方（秸稈60%+蛭石15%+珍珠巖5%+草炭20%），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。楊振東等研究表明，采用基質板培育秧苗，提高了水稻秧苗素質。本試驗結果表明，在其他條件相同的情況下，不同體積配比的基質中，秸稈70%+珍珠巖15%+蛭石15%處理秧苗的莖粗、根長、根數、干重、葉綠素以及根系活力達到了壯苗的標準，并且優于其他配比基質處理。但不同配比基質處理對水稻秧苗的根數無明顯的作用，還需進一步研究。

本試驗結果表明，在水稻秧苗株高、莖粗方面，秸稈70%+珍珠巖15%+蛭石15%處理的水稻秧苗的株高、莖粗最大，其次為秸稈60%+珍珠巖20%+蛭石20%處理，最差的為100%秸稈對照。在根長方面，在二葉期時秸稈70%+珍珠巖15%+蛭石15%處理的水稻秧苗根長最長。在水稻秧苗發根力方面，秸稈70%+珍珠巖15%+蛭石15%處理、秸稈60%+珍珠巖20%+蛭石20%處理基質盤中秧苗的根數最多。在水稻幼苗干重方面，秸稈70%+珍珠巖15%+蛭石15%處理水稻秧苗的干重的數據在各個不同體積配比處理基質中變現最好，對照100%秸稈的水稻幼苗的干重數據最小。在水稻幼苗葉綠素SPAD值方面，5種育秧基質中，秸稈70%+珍珠巖15%+蛭石15%處理的葉綠素含量最高。由此表明，小麥秸稈70%+珍珠巖15%+蛭石15%處理水稻秧苗的綜合素質最優，可以代替育秧土進行水稻育秧。節約土壤資源的同時，可有效提高勞動效率。

本文將不同體積配比的基質材料、營養液及秧盤進行配套組合研究，用發酵的小麥秸稈基質、珍珠巖、蛭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。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。建議基質板生產企業進一步研究生產出缽形基質板秧盤。

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