以秸稈沼渣為主料的水稻育苗基質(zhì)配方研究

丁偉 張?zhí)硪?李靖 孫京 黃超 李慧穎 陳文成 趙國(guó)明

(吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，吉林 長(zhǎng)春 130022)

引言

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，隨著農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，糧食產(chǎn)量不斷增產(chǎn)的同時(shí)，農(nóng)業(yè)廢棄物的產(chǎn)量也不斷提高，我國(guó)每一年農(nóng)作物秸稈的產(chǎn)量達(dá)到10億t[1]，這些農(nóng)作物秸稈處理和利用的現(xiàn)狀不好，秸稈的亂堆放會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的影響，為了備耕的需要，有些地方秸稈在田地中露天焚燒，不僅對(duì)空氣造成一定的污染，也會(huì)對(duì)公共安全造成一定的危害[2-4]。目前，秸稈的利用形式主要是秸稈的“五化”利用，包括秸稈的肥料化、飼料化、能源化、基料化和工業(yè)原料化[5-7]，無(wú)論采取哪種技術(shù)形式，秸稈綜合利用的經(jīng)濟(jì)效益都是限制技術(shù)推廣的關(guān)鍵。采取厭氧發(fā)酵技術(shù)處理農(nóng)作物秸稈，可實(shí)現(xiàn)秸稈的能源化、肥料化和基料化，產(chǎn)生清潔能源沼氣可以替代一次能源消費(fèi)，對(duì)減排特別有利[8，9]；秸稈沼渣中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，可作為一種主要的基質(zhì)原料，按一定比例添加不同的無(wú)機(jī)物配制成蔬菜栽培基質(zhì)或水稻育苗基質(zhì)[10，11]，滿足蔬菜和水稻秧苗生長(zhǎng)需要，既有很好的經(jīng)濟(jì)效益又符合國(guó)家雙碳目標(biāo)和環(huán)境保護(hù)的需求[11-13]。水稻是我國(guó)重要的糧食作物之一，我國(guó)水稻種植面積達(dá)到2992hm2，年產(chǎn)量2億t以上，穩(wěn)定的產(chǎn)量保障了國(guó)家口糧的安全[14，15]。水稻的栽培過(guò)程包括育苗、插秧、除草除蟲、施肥、灌排水、收成[16]。育苗是水稻種植環(huán)節(jié)中關(guān)鍵的部分之一，其中旱育秧技術(shù)具有秧苗素質(zhì)好，抗性強(qiáng)等特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用[17]。為了保證秧苗具有充足的生育期，傳統(tǒng)水稻旱育秧普遍采用育秧移栽的種植方式，水稻育秧過(guò)程中需要大量的育秧土為秧苗生長(zhǎng)提供養(yǎng)分，往往需要采集大量?jī)?yōu)質(zhì)泥炭土或田土作育苗床土，導(dǎo)致大面積土壤耕作層及生態(tài)環(huán)境受到破壞，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[18-20]。在土壤資源日益匱乏的今天，以秸稈沼渣為主要原料，開發(fā)一種合適配方的基質(zhì)，可以替代泥炭土進(jìn)行水稻育秧，具有重大的意義。

1 試驗(yàn)材料

秸稈沼渣：取自松原市乾安縣佳辰化工試驗(yàn)基地300m3厭氧發(fā)酵反應(yīng)器，該沼氣工程采用秸稈連續(xù)厭氧發(fā)酵工藝，通過(guò)對(duì)該反應(yīng)器溢流出的渣液進(jìn)行干濕分離處理，然后將分離后的秸稈沼渣進(jìn)行好氧堆肥2個(gè)月處理，經(jīng)晾曬粉碎后使用，粒徑小于4mm。

碳化稻殼：取自松原市乾安縣佳辰化工有限公司稻殼碳化車間。

珍珠巖：外購(gòu)，產(chǎn)自信陽(yáng)厚普礦業(yè)材料廠，規(guī)格2～4mm。

水稻育苗秧盤：外購(gòu)，機(jī)插水稻育秧盤，規(guī)格580cm×280cm×2cm。

稻種：供試品種為“吉農(nóng)大808”，發(fā)芽率不小于95%。

2 試驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)儀器見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)儀器設(shè)備列表

3 試驗(yàn)裝置

采用RGX-400P型人工氣候箱進(jìn)行水稻育苗基質(zhì)種植試驗(yàn)，人工氣候箱可調(diào)節(jié)溫度、濕度、光照強(qiáng)度等種植環(huán)境參數(shù)，本次試驗(yàn)參數(shù)調(diào)節(jié)模擬水稻育苗自然情況的環(huán)境條件，具體情況如表2所示，人工氣候箱如圖1所示。

圖1 人工氣候箱

表2 人工氣候箱參數(shù)設(shè)置

4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探究不同配方水稻育苗基質(zhì)對(duì)水稻育苗的影響，現(xiàn)以秸稈沼渣、碳化稻殼、珍珠巖為原料進(jìn)行不同質(zhì)量配比的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。根據(jù)表3、表4中各原料理化指標(biāo)的測(cè)量結(jié)果以及NY/T 3838-2021標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)水稻育苗的養(yǎng)分要求≥1.5%，測(cè)算出秸稈沼渣∶碳化稻殼∶珍珠巖質(zhì)量比為70∶23∶7時(shí)接近標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)這個(gè)比值選取秸稈沼渣含量為50%～80%、梯度為5%，進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以商品化水稻育苗基質(zhì)為對(duì)照組CK(主要原料為草炭土)，進(jìn)行水稻育苗試驗(yàn)，根據(jù)水稻育苗效果確定基質(zhì)配方的合理配比。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表5所示。

表3 基質(zhì)原料理化指標(biāo)

表4 NY/T 3838-2021標(biāo)準(zhǔn)-水稻育苗無(wú)土基質(zhì)理化指標(biāo)

表5 不同配方水稻育苗基質(zhì)對(duì)水稻育苗影響試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)前進(jìn)行不同配方水稻育苗基質(zhì)稻種發(fā)芽率測(cè)定。按照表5進(jìn)行不同配方水稻育苗基質(zhì)的制備，對(duì)基質(zhì)進(jìn)行調(diào)酸處理，利用4%硫酸將其pH值調(diào)節(jié)至6.0左右。取制備好的水稻育苗基質(zhì)與去離子水按照1∶5比例進(jìn)行混合，攪拌均勻后靜置4h；吸取5mL過(guò)濾液加入到鋪有兩層濾紙的9cm培養(yǎng)皿內(nèi)，每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)點(diǎn)播浸種處理12h的飽滿稻種50粒，將培養(yǎng)皿放入30℃恒溫培養(yǎng)箱，避光培養(yǎng)2d，測(cè)量各配方浸提液處理下的稻種發(fā)芽率[21]。根據(jù)NY/T 3838-2021標(biāo)準(zhǔn)要求，稻種發(fā)芽率均大于85%，符合種植要求。

對(duì)符合種植要求的配方進(jìn)行水稻育苗種植試驗(yàn)。在育苗盤內(nèi)均勻鋪撒制備好的水稻育苗基質(zhì)1.5cm，將經(jīng)過(guò)浸種催芽的水稻種子均勻撒播在育苗盤上，覆蓋對(duì)應(yīng)處理組基質(zhì)0.5cm，保證種子不外露，每2d定期澆水1次。對(duì)種植前的T1～T7處理組的理化性質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)秧苗生長(zhǎng)至第20天時(shí)的生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，分析不同配方水稻育苗基質(zhì)對(duì)水稻育苗的影響。

5 試驗(yàn)參數(shù)測(cè)定

5.1 容重測(cè)定

取體積為V的燒杯，將過(guò)2mm篩網(wǎng)自然風(fēng)干后的水稻育苗基質(zhì)裝至燒杯滿刻度，稱取基質(zhì)質(zhì)量為M。按公式計(jì)算基質(zhì)容重：

(1)

5.2 pH值測(cè)定

將過(guò)2mm篩子風(fēng)干樣品按照水土比10∶1比例配置，攪拌均勻，靜置30min用pH計(jì)測(cè)量。

5.3 電導(dǎo)率(EC)測(cè)定

將過(guò)2mm篩子風(fēng)干樣品按照水土比10∶1比例配置，搖勻后放入恒溫震蕩器25℃震蕩30min，利用電導(dǎo)儀進(jìn)行測(cè)量。

5.4 堿解氮測(cè)定

利用擴(kuò)散皿，采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定。

5.5 速效磷測(cè)定

采用碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗紫外分光光度計(jì)法測(cè)定。

5.6 速效鉀測(cè)定

采用醋酸銨浸提，火焰光度計(jì)法測(cè)定。

5.7 稻種發(fā)芽率測(cè)定

發(fā)芽率計(jì)算公式如下：

(2)

5.8 全氮

濃硫酸雙氧水消煮后，采用凱氏定氮法測(cè)定。

5.9 有機(jī)碳

利用硫酸、重鉻酸鉀氧化，硫酸亞鐵滴定法測(cè)定。

5.10 有機(jī)質(zhì)

有機(jī)質(zhì)=有機(jī)碳含量×1.742

5.11 秧苗生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

播種20d后，對(duì)每個(gè)處理組別進(jìn)行10株秧苗隨機(jī)取樣，各指標(biāo)重復(fù)測(cè)定3次，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。用直尺測(cè)定秧苗的株高和根長(zhǎng)，游標(biāo)卡尺測(cè)定秧苗的徑粗，萬(wàn)分之一天平測(cè)定秧苗的地上鮮重和地下鮮重，然后將鮮樣放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)105℃殺青20min，80℃烘至恒重測(cè)量地上干重和地下干重。

6 試驗(yàn)結(jié)果與分析

由表6可知，不同配方水稻育苗基質(zhì)容重、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)均符合NY/T 3838-2021標(biāo)準(zhǔn)要求，T1～T7試驗(yàn)組容重、電導(dǎo)率均隨著秸稈沼渣含量的減少而下降，這是由于秸稈沼渣容重及電導(dǎo)率較高，對(duì)基質(zhì)容重及電導(dǎo)率的影響起主導(dǎo)作用；秧苗生長(zhǎng)指標(biāo)如表7所示，秧苗的長(zhǎng)勢(shì)情況如圖2所示，T4試驗(yàn)組秧苗的株高、徑粗、根長(zhǎng)均高于其他組，與CK處理基本相同。通過(guò)對(duì)比各處理的地上及地下干、鮮重，可以看出，各指標(biāo)在T4試驗(yàn)組達(dá)到最大。因?yàn)門1～T4試驗(yàn)組總養(yǎng)分含量符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)總養(yǎng)分≥1.5%的要求，而且T4最接近標(biāo)準(zhǔn)，T1～T3試驗(yàn)組總營(yíng)養(yǎng)高于標(biāo)準(zhǔn)造成肥害，T5～T7總營(yíng)養(yǎng)未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，養(yǎng)分含量不足，秧苗長(zhǎng)勢(shì)差，出現(xiàn)黃尖現(xiàn)象。因此，選用秸稈沼渣含量為65%的T4試驗(yàn)組即秸稈沼渣、碳化稻殼和珍珠巖的質(zhì)量比為65∶27∶8為較優(yōu)的水稻育苗基質(zhì)配方。

圖2 秧苗生長(zhǎng)狀況

表6 不同配方水稻育苗基質(zhì)理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果

表7 不同配方水稻育苗基質(zhì)秧苗生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

7 結(jié)論

以厭氧發(fā)酵后的秸稈沼渣作為主要原料，經(jīng)過(guò)充分好氧發(fā)酵后，與碳化稻殼、珍珠巖進(jìn)行合理配比，經(jīng)過(guò)對(duì)基質(zhì)理化性質(zhì)與秧苗生理指標(biāo)進(jìn)行分析，最終確定配方為秸稈沼渣、碳化稻殼、珍珠巖質(zhì)量比為65∶27∶8的基質(zhì)，水稻育苗效果較好，且符合國(guó)家規(guī)范，可推廣使用。