不同調酸劑對水稻育秧基質調酸效果及對秧苗生長的影響

朱春權 徐青山 魏倩倩，2 汪瑋 汪根火 林軍 孫愛軍 洪小智 曹小闖朱練峰 孔亞麗 金千瑜 張均華*

（1 中國水稻研究所/水稻生物學國家重點實驗室，杭州 310006；2 安徽大學，合肥 230000；3 蕪湖青弋江種業(yè)有限公司，安徽 蕪湖 241300；4蚌埠市億豐生物肥有限公司，安徽 蚌埠 233300；第一作者：zhuchunquan@caas.cn；*通訊作者：zhangjunhua@caas.cn）

水稻是世界上的主要糧食作物，也是我國三大糧食作物之一，我國水稻產(chǎn)量為1.8～2.0億t，是總產(chǎn)量最高的國家[1]。水稻種植有直播和育秧移栽兩種方式，目前，育秧移栽是我國主要的水稻種植方式。但我國水稻種植全程機械化程度遠低于發(fā)達國家，而手工插秧效率低、勞動強度大、成本高，制約了我國水稻生產(chǎn)的發(fā)展。提高水稻機械化種植水平，不僅可以減少勞動力和節(jié)約成本，還能提高水稻產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)資源[2]。機插秧是水稻生產(chǎn)全程機械化的重要一環(huán)，而育秧是機插秧技術的關鍵環(huán)節(jié)，良好的育秧基質是其中的技術核心[3]。目前，我國主要使用營養(yǎng)土進行培育機插秧苗[4]，但隨著水稻種植面積擴大和水稻種植年限增加，營養(yǎng)土使用量不斷上升，取土變得日益困難，同時取土后還造成土壤表面破壞，引起環(huán)境問題[5]。開發(fā)以農(nóng)作物秸稈廢棄物為原料的無土或者少土營養(yǎng)基質，不僅可以解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中秸稈資源浪費問題，還能減少挖掘營養(yǎng)土層，保護環(huán)境資源。同時，基質育秧性質穩(wěn)定，操作方便快捷，重復性好，不僅可以培育高質量秧苗，還能減輕農(nóng)民負擔，提高生態(tài)效益[6－9]。

利用農(nóng)作物廢棄秸稈資源制作的育秧基質屬于生物質資源的育秧基質[8－10]，具有養(yǎng)分含量高、保水保肥能力強的優(yōu)點，但使用前均需要腐熟來穩(wěn)定其化學性質[11]。前人已經(jīng)用牛糞加稻草、草木灰等原料制作水稻育秧基質，取得良好效果[12－13]。育秧基質制作過程中，不僅需要為秧苗提供附著和通氣保水環(huán)境，還需要合適的酸堿度，從而確保稻種順利發(fā)芽和秧苗健康生長[14]。因此，本試驗選擇4 種不同的調酸劑，按不同的比例加入本課題組研制的發(fā)酵基質，通過測定基質的酸堿度和水稻秧苗生長狀況，以選擇合適的基質調酸劑。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

本試驗所用秧盤為9寸秧盤，育秧基質為本課題組研制的發(fā)酵基質，供試品種為秈型常規(guī)水稻中早39。發(fā)酵基質以水稻秸稈為原料，利用微生物發(fā)酵以后，添加不同的生物物質材料、保水劑和促根劑等制成。在制成的發(fā)酵基質中分別添加不同種類和不同濃度的調酸劑后，每個秧盤播種110 g谷芽。2021年3月30日播種后在中國水稻研究所溫室大棚中正常培養(yǎng)，12 d后取樣進行指標測定。試驗設4個生物學重復，每個處理重復3次（表1）。

表1 試驗設計方案

1.2 測定項目及方法

1.2.1 基質理化性質

育秧基質pH值和電導率采用梅特勒pH 計/電導率儀（S470－USP/EP）測定；基質的容重、總孔隙度、通氣孔隙、持水孔隙，速效氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀、有機質含量均參照相關文獻方法測定[15－16]。

1.2.2 秧苗素質和養(yǎng)分

培養(yǎng)后，選取代表性秧苗4 盤，每盤取代表性秧苗20 株，測定秧苗葉齡、株高、根長、根數(shù)、莖基寬（距秧苗生根處1 cm），每盤另取100 株秧苗測定百株地上部干物質量、百株根干物質量[4]。

同時取水稻地上部，烘干至恒質量后研磨，利用濃硫酸和過氧化氫消煮后測定總氮、總磷和總鉀含量[16]。葉綠素含量用SPAD 儀測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 21.0.0 軟件進行統(tǒng)計分析（單因素方差分析），均數(shù)采用圖基（Tukey）檢驗統(tǒng)計學差異。圖、表中不同小寫字母表示處理間均值在P＜0.05水平上有統(tǒng)計學差異。

2 結果與分析

2.1 基質理化性質

基質的速效養(yǎng)分含量決定了其對秧苗養(yǎng)分的供應能力，影響秧苗生長速率。經(jīng)測定，試驗所用發(fā)酵基質的堿解氮、速效磷、速效鉀、總氮、總磷、總鉀和有機質含量分別為515.57±32.05 mg/kg、419.63±3.24 mg/kg、5174.07±45.93 mg/kg、10.35±0.57 g/kg、9.56±0.34 g/kg、13.26±0.41 g/kg和38.25%±0.74%，養(yǎng)分含量高，能滿足水稻秧苗機插前的養(yǎng)分需求。

基質的理化性質同樣決定水稻秧苗的長勢。本次試驗中發(fā)酵基質的容重為0.64±0.03 g/cm3，既利于搬運又適合水稻秧苗生長；總孔隙度59.36%±0.24%，通氣孔隙度24.67%±0.85%，持水孔隙度34.69%±0.84%。

2.2 不同調酸劑處理對基質pH值和EC值的影響

從表2可見，檸檬酸、稀硫酸、硫磺和磷酸二氫銨均能顯著降低基質pH值，且pH值均隨著調酸劑添加量的增加而降低，使育秧基質處于酸性條件。其中，N3處理可將育秧基質的pH值調節(jié)至6.14±0.02，S3 處理可將pH值調節(jié)至5.56±0.03，H3 處理可將pH值調節(jié)至5.38±0.04，L3處理可將pH值調節(jié)至6.07±0.03。

從表2可見，水稻育秧基質的EC值隨著調酸劑濃度的增加顯著增加。其中，添加檸檬酸和硫磺后，育秧基質的EC值增幅最大，并且在添加量達到1.2%濃度后，其EC值均大于3.00 mS/cm（表4），對水稻育秧存在一定風險。

表2 不同調酸劑處理育秧基質的pH值和EC值

表4 不同調酸劑處理水稻秧苗地上部養(yǎng)分含量

2.3 不同調酸劑處理對秧苗生長的影響

從表3可見，不同調酸劑處理對水稻葉齡和莖基寬均沒有顯著影響。磷酸二氫銨促進水稻地上部生長，其株高和百株地上部干物質量均顯著大于其他3 種調酸劑處理，但不同濃度磷酸二氫銨處理對水稻秧苗地上部的長勢沒有顯著差異。用檸檬酸調酸后，水稻株高隨著檸檬酸添加量的增加而增加，然而其百株地上部干物質量卻是4 種調酸劑處理中最低的，可能原因是檸檬酸雖然對株高有促進作用，但是卻沒有促進葉片生長。稀硫酸和硫磺調酸處理的百株地上部干物質量沒有顯著差異，然而，隨著稀硫酸添加量的增加，其株高顯著下降，施用硫磺則呈現(xiàn)相反趨勢。

水稻育秧過程中，秧苗的根系生長至關重要，不僅影響插秧效率，還影響插秧后的返青。從表3可見，檸檬酸顯著抑制水稻根系生長，并且隨著添加量的增加作用更大，在最低添加量0.8%處理下，其根長僅為1.82±0.07 cm，顯著低于稀硫酸25%、硫磺0.8%和磷酸二氫銨0.8%的處理。同時，用檸檬酸調酸后，秧苗的根條數(shù)和百株根系干物質量均顯著小于其他調酸劑處理。用磷酸二氫銨調酸后，在1.0%濃度下，其根系長度最長，達到6.59±0.07 cm，然而，當磷酸二氫銨的濃度增加至1.2%，其根長顯著下降，說明過量磷酸二氫銨對水稻根系伸長存在抑制作用。磷酸二氫銨雖然促進水稻秧苗主根的伸長，但是對根條數(shù)卻沒有顯著促進作用，在0.8%濃度下僅5.20±0.12條，顯著低于稀硫酸0.8%和硫磺0.8%的處理，并且磷酸二氫銨處理組的根條數(shù)隨其添加量的增加而顯著降低。相反，硫磺處理后，雖然其根系長度顯著低于稀硫酸和磷酸二氫銨處理，但是因為其擁有更多的根條數(shù)，導致其百株根系干物質量與稀硫酸和磷酸二氫銨處理相比并沒有顯著下降。稀硫酸和硫磺處理后，水稻根長和根條數(shù)均顯著下降。上述結果說明調酸劑對水稻根伸長具有劑量效應，超過一定量就會對根長產(chǎn)生負面作用。

表3 不同調酸劑處理水稻秧苗的生理指標

2.4 不同調酸劑處理對秧苗養(yǎng)分吸收的影響

不同調酸劑對水稻養(yǎng)分的吸收也存在調節(jié)作用。從表4可見，用磷酸二氫銨調酸后，秧苗地上部氮含量顯著高于其他3種調酸劑處理，并且隨著添加量的增加而增加，最高達到34.36±0.24 g/kg，其主要原因可能在于磷酸二氫銨本身含有氮源；用硫磺調酸后，水稻地上部的氮含量隨著添加量的增加顯著增加，并且顯著高于稀硫酸和檸檬酸處理；用不同濃度的稀硫酸調酸后，秧苗地上部的氮含量沒有顯著變化；用檸檬酸調酸后，秧苗地上部的氮含量顯著低于其他調酸劑處理。

從表4可見，用磷酸二氫銨調酸后，秧苗地上部的磷含量顯著高于其他3 種調酸劑處理，并隨添加量的增加而增加，其主要原因可能在于磷酸二氫銨本身含有磷源；用稀硫酸、硫磺和檸檬酸調酸后，秧苗地上部的磷含量同樣隨著添加量的增加而增加，其主要原因可能在于隨著pH的下降，育秧基質中一些結合態(tài)的磷被釋放出來，從而被水稻吸收利用；用檸檬酸調酸劑處理后，秧苗地上部的磷含量顯著低于其他3 種調酸劑處理。

從表4可見，除了N1處理，其余處理水稻地上部的鉀含量沒有顯著差異，均在53.00 g/kg左右，說明調酸劑處理基質后，不會顯著影響水稻對鉀的吸收。

2.5 不同調酸劑處理對秧苗葉綠素含量（SPAD值）的影響

從圖1可見，不同調酸劑對水稻SPAD值也存在調節(jié)作用。其中，用稀硫酸調酸后，水稻葉片的SPAD值最大，并且隨著添加量的增加而增加，S3 處理SPAD值達44左右；磷酸二氫銨和硫磺處理組的水稻葉片SPAD值沒有顯著差異，并且隨添加量的改變其差異較小，均在35 左右；檸檬酸處理組的SPAD值最低，顯著低于其他3 種調酸劑處理，N1處理的SPAD值僅為28左右。

圖1 不同調酸劑處理后水稻秧苗的SPAD值

3 討論

3.1 發(fā)酵基質理化性質

育秧基質的理化性質需滿足一定條件才能保證水稻秧苗的正常發(fā)芽和生長。育秧基質育秧不僅需保證秧苗的正常扎根生長，也需考慮育秧基質的搬運問題，因此，水稻育秧基質的合理容重為0.1～0.8 g/cm3[14]，我們此次使用的發(fā)酵基質，其容重為0.64±0.03 g/cm3，在適宜范圍區(qū)間內。孔隙度對基質的通氣和持水性能起決定性作用，通氣孔隙度25%～40%對秧苗根系生長較好[14,17]，我們使用的發(fā)酵基質，其通氣孔隙度為24.67%±0.85%，適宜水稻根系生長（表3）。

基質的養(yǎng)分供應能力直接影響水稻秧苗的生長，而其中速效氮、速效磷、速效鉀含量是其供應養(yǎng)分能力的重要指標[18]。一般認為，育秧基質適宜的速效氮含量為250～300 mg/kg、有效磷濃度大于10 mg/kg、有效鉀濃度大于47 mg/kg，水稻秧苗的生長才不會受到影響[17,19]。本試驗所用的發(fā)酵基質，其速效氮、有效磷、有效鉀的含量均顯著高于最低要求濃度，從而保證水稻秧苗生長過程中養(yǎng)分的供應。育秧基質中的有機質在養(yǎng)分循環(huán)和保水保肥能力中發(fā)揮重大作用[20]，本試驗所用發(fā)酵基質的有機質含量為38.25%±0.74%，含量較高，能滿足水稻秧苗的正常生長。

3.2 不同調酸劑對水稻生長的影響

一般認為，水稻育秧基質的pH在5.0～6.5 之間可確保水稻秧苗正常生長，在此pH范圍內生長的秧苗養(yǎng)分吸收能力和光合作用強、生理代謝旺盛[21－22]。同時，育秧基質在不同的pH條件下，其含有的養(yǎng)分形態(tài)以及有效含量均會發(fā)生變化。比如，pH介于5～6 時銅、鋅、鐵和錳的有效性最高，pH 在6 左右時大量元素的有效性最大，而當pH 大于7 時，有許多元素會因為形成氫氧化物沉淀而變成無效狀態(tài)，不利于作物吸收[17]。因此，利用調酸劑將水稻育秧基質調至適宜范圍，不僅有利于水稻正常生長，還有利于釋放基質中的養(yǎng)分，利于水稻秧苗對養(yǎng)分的吸收。

本試驗選擇的4 種調酸劑，在較低濃度（0.8%）下即可將基質調成酸性（表2），說明均有較強的調酸能力。用檸檬酸調酸后，雖然水稻秧苗地上部生長較好，但其根系生長卻受到顯著抑制，根長只有其他調酸劑處理的1/3 左右（表3），造成秧苗盤根困難，插秧后返青困難。同時，用檸檬酸調酸后，其植株養(yǎng)分含量（氮、磷）和葉綠素含量均顯著小于其他調酸劑處理（表4和圖1）。說明檸檬酸抑制水稻根系生長后，同時會影響水稻對養(yǎng)分的吸收，從而影響葉綠素含量，降低光合能力。因此，本試驗中，檸檬酸不適合作為基質調酸劑。

合適濃度的磷酸二氫銨（0.8%～1.0%）調節(jié)育秧基質pH 后，其地上部和根部的生長均顯著好于其他3 種調酸劑（表3），且水稻秧苗的氮和磷含量均顯著高于其他處理（表4），其原因可能在于磷酸二氫銨不僅作為調酸劑存在，而且本身含有氮、磷，因此促進植物生長。除此之外，添加磷酸二氫銨后，基質的EC值并沒有顯著增加，即使在1.2%的濃度下，其EC值仍然沒有超過2.00 mS/cm（表2），顯著低于其他調酸劑處理。EC值反映了基質中可溶性鹽分的總量，可體現(xiàn)其養(yǎng)分供應潛力，同時反映土壤鹽漬化程度。EC值過高的話，則會顯著影響發(fā)芽和根系生長，抑制植物生長，基質EC值的適宜范圍為0.75～3.00 mS/cm[23－24]。因此，EC值維持在較低水平也是添加磷酸二氫銨調酸后水稻根長較長的原因。然而，磷酸二氫銨作為調酸劑，存在根系數(shù)目生長少，以及過量調酸（1.2%）容易引起根系生長抑制的弊端（表3）。

用低濃度稀硫酸（25%）和硫磺（0.8%）調酸，不僅對基質有良好的調酸效果，而且還不影響根系生長，但隨著添加濃度的增加，秧苗根系生長受到顯著抑制（表2和表3），但對氮、磷的吸收上升（表4）。其主要原因可能在于，在較低的pH 下，育秧基質中的養(yǎng)分，特別是磷，能以有效態(tài)形式溶解出來，從而促進水稻的吸收。同時，用稀硫酸調節(jié)的育秧基質，秧苗葉綠素含量顯著高于其他處理組，其可能原因在于稀硫酸中含有能被植物直接吸收的有效態(tài)硫，從而通過增加硫肥促進水稻葉綠素合成。因此，稀硫酸和硫磺也可以作為備選調酸劑，但需要注意量的把握。

4 結論

綜上所述，本試驗選擇的4 種調酸劑均能顯著降低水稻育秧基質的pH值，具有良好的調酸效果。然而，檸檬酸對水稻根生長有抑制作用，不應被選擇作為水稻育秧基質的調酸劑。稀硫酸、硫磺和磷酸二氫銨作為調酸劑，均存在不同的優(yōu)缺點，在后期試驗中，可將其進行復配，尋找最優(yōu)的調酸劑組合。