水稻基質(zhì)化育秧技術(shù)

邢占強

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

水稻是我國重要的糧食作物之一，黑龍江省的水稻種植方式以機械插秧為主，優(yōu)質(zhì)插秧首要條件是在插秧前培育好合適的秧苗，在水稻秧苗的培育過程中，農(nóng)戶需要儲備大量優(yōu)質(zhì)田土、林土作為育苗床土,導致很多地區(qū)土壤耕作層及生態(tài)環(huán)境遭受了嚴重的破壞。我國需要以不足世界10%的耕地養(yǎng)活超世界20%的人口，耕地保護利用問題是當前農(nóng)業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)。探索無土或少土育苗基質(zhì)盤代替苗土是具有深遠意義的工作。育苗基質(zhì)指利用無機原料、有機原料、微生物制劑等原料，經(jīng)過科學配比調(diào)整制作而成的符合作物生長特性的類土壤基質(zhì)，是能夠讓作物茁壯成長的載體。應利用現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)與現(xiàn)有農(nóng)藝種植技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品替代傳統(tǒng)育苗土,減少不可再生資源土壤的開采，最大程度降低取土、碎土、篩土、消毒、擺盤等一系類繁瑣的勞動。最終可實現(xiàn)操作簡便,省工省力,降低水稻種植戶育秧成本。

1 基質(zhì)土配置技術(shù)的研究

秸稈作為糧食生產(chǎn)終端的廢棄物，在我國的產(chǎn)量非常巨大，居世界首位。2020年國務院提出了全國近10億t秸稈綜合利用率達85%的目標。秸稈和畜禽糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物中含有豐富的有機質(zhì)，如圖1所示，將這些農(nóng)業(yè)廢棄物進行合理的資源化利用制作成為基質(zhì)，能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益[1-3]。

圖1 基質(zhì)配置技術(shù)路線

1.1 有利于發(fā)酵的物質(zhì)配比方案

農(nóng)作物半數(shù)以上的光合作用產(chǎn)物存在于秸稈中，秸稈富含氮、磷、鉀、鈣、鎂和有機物質(zhì)[4]。水稻育苗基質(zhì)在水稻幼苗期起到提供營養(yǎng)和調(diào)節(jié)生長的作用。多數(shù)自然界生長的作物莖稈如雜木、麥秸、玉米芯的碳氮比都比較高，豆秸的碳氮比相對較小，碳氮比大的有機物發(fā)酵分解礦化的速度相對緩慢。常用發(fā)酵基質(zhì)碳氮比，如表1所示。在微生物分解有機物的過程中同化5份碳大約需要1份氮來構(gòu)成自身細胞體，即微生物細胞體碳氮比約為5∶1。與此同時在同化1份碳需要消耗掉4份碳用于獲取所需能量，所以在微生物發(fā)酵過程中，微生物轉(zhuǎn)化1份氮的過程需要消耗掉25份有機碳，為了滿足合適的碳氮比例關(guān)系常用方法為加入適量的動物糞便進行調(diào)節(jié)[5]。只有適當滿足這個比例關(guān)系才能很好地完成微生物發(fā)酵過程，才能高效獲得發(fā)酵后所形成能被作物生長直接利用的有機質(zhì)肥料。利用現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝將廢棄物秸稈制作成為育苗基質(zhì)，可實現(xiàn)資源循環(huán)利用。這也有利于行業(yè)形成產(chǎn)業(yè)化，為水稻種植育苗環(huán)節(jié)提供充足的育秧床土。

表1 常用微生物發(fā)酵基質(zhì)原料

1.2 配置基質(zhì)應具備的物理特性

作為育苗基質(zhì)應具備與自然界中土壤相類似的結(jié)構(gòu)和功能，基質(zhì)是幼苗生長所依附的媒介，應提供水稻苗期生長所必要的營養(yǎng)物質(zhì)[6]。所以其物理結(jié)構(gòu)特點應具有透氣性及水分吸附性，為水稻幼苗生長供給所需的水分及養(yǎng)料。基質(zhì)材料孔隙度較大,空氣含量高,更有利于水稻秧苗地下根系發(fā)育,地上部分控制的也比較好,容易培育出壯苗,而且基質(zhì)材料具備輕質(zhì)特點,在運苗移栽過程中比較方便[7-9]。同時還具有適宜的化學穩(wěn)定性及合理的酸堿度，為水稻幼苗根系吸收必要的營養(yǎng)成分提供便利條件。水稻育苗適宜土壤條件，如表2所示。

表2 水稻育苗適宜的土壤條件

基質(zhì)的孔隙度是體現(xiàn)其能容納水分及空氣的能力，是反應能否適宜作物生長的重要指標[10]。

選取體積為V，重量為W1的容器，把基質(zhì)充分干燥后均勻地裝入容器內(nèi)并稱重為W2，浸泡在水中24 h后，稱重為W3，等待容器內(nèi)水分瀝干后稱重為W4，則通過計算可得以下參數(shù)。

保水孔隙度=總孔隙度-通氣孔隙度

在通常情況下通氣孔隙度與保中孔隙度比例(即氣水比)越小，基質(zhì)保水力越強，越不容易干躁；氣水比越大，基質(zhì)空氣容量越大，通透性越好[6]。一般認為氣水比在1∶1.5～1∶4范圍內(nèi)比較適宜，不但有利于作物生長，而且便于苗期管理。

1.3 基質(zhì)盤技術(shù)應用注意事項

育秧基質(zhì)秧盤成型質(zhì)量是能否實現(xiàn)批量化生產(chǎn)的重要因素之一，只有育秧基質(zhì)調(diào)配在成型過程中具備適宜的機械性能才能用于實際生產(chǎn)。其中黏合劑的選用及使用量非常關(guān)鍵。育秧基質(zhì)主材料本身具備類似于土壤性狀的粘合效果，但不足以滿足基質(zhì)盤成型條件，需要根據(jù)具體物料成分按比例加入適量黏合劑進行調(diào)配滿足最終的強度性能，如表3所示，育秧基質(zhì)板基質(zhì)之間防破損作用力應在10～20 N之間，雙手提起不散開為宜。從育秧基質(zhì)板強度性能和價格綜合分析，以玉米氧化淀粉和木薯氧化淀粉作為純天然的黏合劑是很理想的材料。

表3 各種黏合劑選用參考數(shù)值

2 基質(zhì)盤加工方案

生物炭與腐熟有機質(zhì)肥料按1∶4 的質(zhì)量比進行配比，調(diào)節(jié)育苗基質(zhì)的pH值、EC值等理化性質(zhì)并適當補充氮、磷、鉀等養(yǎng)分用以滿足水稻育苗期生長所需[11]。再用蛭石、珍珠巖、黏合劑等進行調(diào)配，使基質(zhì)盤的原料既具備自然界中土壤的優(yōu)良結(jié)構(gòu)特性，同時又便于基質(zhì)盤成型。

傳統(tǒng)的水稻機質(zhì)盤成型機制備基質(zhì)盤的過程為：將配置好的基質(zhì)盤原料混合攪拌均勻，取適量物料放入成型機上下模之間，在液壓油缸的作用力下，配置好的基質(zhì)土被擠壓成與上下模具相互耦合的形態(tài)，通過操作控制柜完成整個基質(zhì)盤的成型工作。將物料壓制成型后脫模，再對成型基質(zhì)盤進行烘干定型處理，在使用時對基質(zhì)盤進行復水處理即可進行水稻育苗操作。水稻基質(zhì)盤成型機主體結(jié)構(gòu)，如圖2所示。此項技術(shù)成型效果較為理想，但是工作效率仍有很大提升空間，要實現(xiàn)大批量生產(chǎn)基質(zhì)秧盤用于實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍存在不足，應進行進一步技術(shù)升級。

1.基質(zhì)盤成型上模;2.基質(zhì)盤成型下模;3.控制柜

為解決基質(zhì)秧盤生產(chǎn)效率不高、產(chǎn)能不足的問題，黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院農(nóng)產(chǎn)品加工機械化研究所嘗試采用了一種全新方案進行基質(zhì)盤的成型加工，設計的連續(xù)擠壓式基礎盤成型機，如圖3所示，該機工作過程是將基質(zhì)盤主料生物炭與腐熟有機質(zhì)肥料進行混合，利用蛭石、珍珠巖進行基質(zhì)盤原料的孔隙度調(diào)節(jié)，以玉米氧化淀粉作為黏合劑調(diào)整物料以滿足物料流動性及強度性能，也有利于節(jié)省成本，最后進行原料營養(yǎng)成分及物理性質(zhì)測定并加入適量壯秧劑以保證水稻育秧幼苗生長期營養(yǎng)成分的要求，理化性質(zhì)配比為N≥280 mg·kg-1，K≥260 g·kg-1, P≥70 mg·kg-1，以及調(diào)酸處理保證秧苗培養(yǎng)過程中處于良好弱酸環(huán)境[9]。

圖3 連續(xù)擠壓式基礎盤成型機

3 總結(jié)

基質(zhì)盤育秧技術(shù)是農(nóng)業(yè)發(fā)展到一定歷史階段的必然產(chǎn)物，國內(nèi)對育苗基質(zhì)的研究和運用已隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程進入了繁榮期。草炭等育秧用土是植物殘體在沼澤、濕地環(huán)境下因長久堆積、未完全分解而形成的有機物，該物質(zhì)通氣、透水、環(huán)保無毒，雖然在當前使用廣泛、效果最穩(wěn)定，但是受到我國的優(yōu)質(zhì)土壤資源限至，難以長期應用[12]。在今后的工作中，應加強對不同原料的優(yōu)勢互補研究，盡早脫離對草炭的依賴。基質(zhì)土本身具備以下優(yōu)勢：一是采用秸稈基質(zhì)盤育秧所獲得的秧苗素質(zhì)好，秸稈基質(zhì)盤采用科學手段配置透氣性好、養(yǎng)分均衡、出苗整齊、生長一致、移栽返青速度快；二是利用秸稈取代傳統(tǒng)土壤育苗，解決了大面積取土難的問題；三是有利于環(huán)境保護，利用秸稈基質(zhì)盤育苗取代塑料硬盤育苗，很大程度上解決了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中白色污染問題；四是具備可持續(xù)發(fā)展性，經(jīng)濟效益非常可觀，應用前景廣闊。我國是水稻育秧基質(zhì)需求大國, 在原料選擇的基礎上應合理組配, 同時重視標準建設、生產(chǎn)設備建設等方面的工作, 更好滿足我國育苗對優(yōu)質(zhì)基質(zhì)產(chǎn)品的大量需求[13]。