水稻育秧基质肥力特征、育秧效果及环境生态风险评价

邓　亮，卢碧林，*，王浩宇，李鹏辉，张志敏

(1. 主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心，湖北 荆州 434025；2. 长江大学 农学院，湖北 荆州 434025)



水稻育秧基质肥力特征、育秧效果及环境生态风险评价

邓亮1，2，卢碧林1，2，*，王浩宇1，2，李鹏辉1，2，张志敏1，2

(1. 主要粮食作物产业化湖北省协同创新中心，湖北 荆州 434025；2. 长江大学 农学院，湖北 荆州 434025)

以3种生产使用育秧基质为例，对其肥力特征进行检测，采用灰色分析方法评判育秧效果，并对其环境风险进行评估。结果表明，3种基质养分含量在26.63～32.77 g·kg-1之间，具有较好的肥力特征。其中，钟祥基质的养分均衡，pH值更适宜盘式育秧的需求。3种基质的育秧效果依次为钟祥基质>兴化基质>武汉基质。以盖籽土为营养土，底土为不同配比的基质时，育秧效果依次为100%基质>40%基质+60%自然土>30%基质+70%自然土>50%基质+50%自然土；以盖籽土为基质，底土为不同配比的基质时，育秧效果依次为100%基质>40%基质+60%自然土>50%基质+50%自然土>30%基质+70%自然土。3种基质的潜在生态风险指数处于中—强生态风险危害水平，重金属Hg，Cd为基质的主要污染因子。从节约成本和提高育秧效果角度考虑，在生产中推荐采用40%基质+60%自然土的底土配置方式。在基质的生产过程中需要考虑原料选择，减少或避免重金属污染带来的问题。

育秧基质；肥力；环境生态风险评价；秧苗素质

随着社会经济的发展，劳动力成本增加，农村劳动力老龄化现象严重，省工、省力的机械化种植技术成为当前水稻生产的主要方向[1-4]。在水稻机械化种植技术中，秧盘育秧是关键环节之一，而工厂化育秧是实现秧盘育秧的重要保障。传统机插秧采用营养土育秧，存在劳动强度大、工序复杂、取土量大、培肥要求高、易出现苗病和秧苗素质不高等问题[5-7]。育秧基质克服了田间取土带来的杂草、土传病害等问题，是实现规模化、集约化、产业化、机械化育秧的重要物质保障[8-9]。目前，国内外很多学者开展了水稻育秧基质方面的研究，通过将基质作为机插秧秧盘的底土使用来培育秧苗，明显提高了秧苗素质[9-15]，但这些基质多以稻壳、秸秆等通过生物发酵后配制而成，也有用腐殖土或蛭石、珍珠岩等制成的，利用这些基质育秧存在营养不足、不全，吸水、保水能力差，水稻出苗率下降、生长不旺、秧苗不匀等问题[16-17]，而且前人研究也未对基质的生态环境风险进行过评估。本研究以3种生产上使用的育秧基质为例，研究了其肥力特征、育秧效果，并对其环境风险进行评估，以期为水稻集中育秧大面积应用提供理论参考和技术支持。

1　材料与方法

1.1试验材料

试验水稻品种为早杂两优287，播前种子包衣处理，浸泡36 h，放置在30 ℃恒温箱中催芽至破胸后播种，每盘播种芽谷100 g。

试验基质为2014年本地生产上使用的基质，产地分别为江苏兴化(A1)、湖北武汉(A2)和湖北钟祥(A3)。

1.2试验设计

试验于2014年4月2日在长江大学农学院试验场育秧棚进行。基质和土壤肥力、重金属含量委托湖北天九科技有限公司检测分析。

采用塑料硬盘育秧，盘长58 cm、宽28 cm，秧盘底土基质配比设B1(30%基质+70%自然土，体积比，下同)、B2(40%基质+60%自然土)、B3(50%基质+50%自然土)和B4(100%基质)4个处理，盖籽土分为自然土和基质(不同来源的基质分别作为1个处理)，共24个组合，另以底土和盖籽土均为自然土处理为对照，每组合各播3盘，共计75盘。

试验用自然土取自大田，肥力中上，晒后粉碎，按设计与基质混匀装盘。4月3日浸种，4月5日催芽，次日加25%咪鲜胺水稻专用包衣剂包衣播种。每盘称取等量的芽谷量，并用水稻精量播种器均匀播于装有上述不同配比底土的表面，播后覆盖盖籽土，播种盘标记后，码盘暗化处理2～3 d后摆盘，放在育秧棚中进行正常的育秧管理。

1.3测定方法

(1)基质和土壤重金属的测定：pH测定采用电位法(GB 7859—87)；Cd测定采用KI-MIBK萃取—火焰AAS法(GB/T 17141—1997)；Hg测定采用荧光AAS法(GB/T 17141—1997)；As测定采用硼氢化钾—分光光度法(GB/T 17136—1997)；Zn测定采用火焰AAS法(GB/T 17134—1997)；Pb测定采用KI-MIBK萃取—火焰AAS法(GB/T 17135—1997)；Cu测定采用火焰AAS法(GB/T 17138—1997)；Cr测定采用火焰AAS法(GB/T 17141—1997)。

(2)基质和土壤肥力的测定：速效磷测定采用碳酸氢钠提取—钼锑抗比色法(GB 7853—87)；速效钾测定采用NH4OAc浸提—火焰光度法(GB 7856—87)；碱解氮测定采用碱解扩散法(GB 7849—87)；有机质测定采用外加热法(GB 9834—88)；全氮测定采用半微量凯氏法(GB7173—87)；全磷测定采用钼锑抗分光光度法(GB 9837—88)；全钾测定采用NaOH熔融—火焰光度法(GB 9836—88)。

(3)秧苗素质调查：播后25 d每盘取40株考查秧苗素质，测定主茎叶龄及带蘖数、苗高、叶挺高、根数(5 mm以上不定根条数)。测定植株百株鲜重，烘干后测定植株百株干重。

(4)育秧效果分析：对不同基质底土及盖籽土处理的育秧效果的分析和排序采用灰色关联分析方法[18]。对秧苗素质各指标的平均值进行综合分析处理和排序分析时，对最长根长、根数、假茎宽、百株鲜重、百株干重，以各试验中相应指标的最大值作为参比，苗高、叶龄、叶长、叶宽、叶鞘长度以各试验中相应指标的平均值作为参比，根据经验法，各指标权重赋值同等。对秧苗素质各参考数列和比较数列进行无量纲化处理，求参考数列与比较数列的灰色关联系数，计算公式为：

(1)

式(1)中，ρ为分辨系数，一般在0～1之间，通常取0.5；Δmin是第二级最小差，Δmax是两级最大差。比较数列Xi曲线上的每一个点与参考数列X0曲线上的每一个点的绝对差值，记为Δoi(k)。

关联度ri计算公式如下：

(5)环境生态风险评价：环境风险评价采用潜在生态风险指数法[19]。其计算公式如下：

(2)

土壤重金属污染评价标准采用《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)的二级标准。根据臧世阳等[20]的研究，Hg，Cd，As，Pb，Cu，Cr，Zn的毒性系数分别为40，30，10，5，5，2，1。土壤重金属潜在风险程度评价指标与分级关系见表1。

1.4数据分析

所有试验数据采用Excel 2003和DPS 9.5软件进行数据处理与统计分析。

2　结果与分析

表1重金属潜在生态危害系数与污染程度的关系

Table 1Relationship between potential ecological risk coefficient and pollution degree of heavy metals

EirRI污染程度<40<150轻微生态危害40～80150～300中等生态危害80～160300～600强生态危害160～320≥600很强生态危害≥320极强生态危害

2.1肥力特征

不同育秧基质的肥力含量检测结果见表2。各基质的总养分含量在26.63～32.77 g·kg-1之间，远远高于自然土壤养分含量(15.28 g·kg-1)和《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质标准》(GB/T 24600—2009)(CK1)要求的养分含量(≥10 g·kg-1)，与《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质标准》(GJ/T 309—2009)(CK2)要求的养分含量(≥30 g·kg-1)接近，但低于《有机肥料标准》(NY 525—2012)(CK3)的养分要求(≥50 g·kg-1)。其中，武汉基质养分含量最高，兴化基质养分含量最低。各基质间全磷、全钾、速效磷、速效钾含量差异达极显著水平(P<0.01)，总养分、全氮、碱解氮、有机质含量差异达显著水平(P<0.05)。从养分构成来看，兴化、武汉、钟祥基质中总氮、总磷、总钾含量的比例分别为1.6∶1.0∶1.5，2.4∶1.2∶1.0和3.1∶1.1∶1.0，速效氮、磷、钾含量的比例分别为1.5∶1.0∶21，2.2∶1.0∶21和6∶1∶3.3。从养分比例来看，钟祥基质的养分含量构成更有利于水稻秧苗生长。3种基质有机质含量均较高，在310.70～352.6 g·kg-1之间，以钟祥基质最高。3种基质的pH在5.73～7.13之间，一般水稻旱育秧苗生长适宜的pH在4.5～5.5，在不调酸的情况下，钟祥基质更接近这一范围。

2.2育秧效果

2.2.1不同基质作底土及盖籽土处理的育秧效果

秧苗经暗化处理后观察出苗率，各处理均出苗整齐，出苗率无明显差异。各处理育苗至栽插时，秧苗素质表现出明显差异。采用不同基质作底土及盖籽土育秧，秧苗的苗高、叶长、最长根长、百株鲜重、干重差异较大，差异达显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平。其中苗高的平均值在9.06～13.37 cm之间，叶长的平均值在5.56～7.34 cm之间，最长根长的平均值在6.70～8.01cm之间，百株鲜重的平均值在10.06～12.42 g之间，百株干重的平均值在1.89～2.41 g之间。

表2不同育秧基质的养分含量

Table 2Nutrient contents of different seedling raising matrixes

基质/标准pH总养分/(g·kg-1)全氮/(g·kg-1)全磷/(g·kg-1)全钾/(g·kg-1)碱解氮/(g·kg-1)速效磷/(g·kg-1)速效钾/(g·kg-1)有机质/(g·kg-1)主要原料兴化基质6.7026.63b10.34b6.49B9.80A323.1b217.2A4558.1A310.7b植物秸秆、养殖废弃物武汉基质7.1332.77a17.15a8.45A7.16B569.4a256.3A5353.5A314.6b植物秸秆、菇渣等钟祥基质5.7327.37b16.46a5.63B5.28C587.3a97.6B325.0B352.6a植物秸秆、污泥等自然土壤6.5615.281.852.0711.3641.16.463.17.71—CK1≥10≥100CK2≥30≥200CK3≥50≥450

注：同列数据后无相同小写字母的表示差异显著(P<0.05)，无相同大写字母的表示差异极显著(P<0.01)。下同。

由于反映秧苗素质的株高、叶长、最长根长、根数、假茎宽、百株鲜重、干重以及地上部、地下部干重等诸多形态指标相差较大，导致试验灰度较大，方差分析等分析方法只能对单一指标进行分析，很难对整体做出较客观的评价，为此本试验采用灰色关联分析方法对各处理秧苗指标的平均值进行综合分析处理和排序分析(表3)。总体来看，采用基质作为盖籽土，育秧效果优于营养土。以底土为基质时，不论盖籽土为营养土还是基质，育秧效果均表现为：钟祥基质>兴化基质>武汉基质。

表3不同育秧基质处理的秧苗素质灰色关联分析结果

Table 3Grey correlation analysis on seedling quality under different seedling raising matrixes

底土盖籽土位次关联度苗高叶龄叶长叶宽叶鞘长最长根长根数假茎宽百株鲜重百株干重武汉基质营养土60.4560.3900.4740.4520.3960.6560.4330.5810.3330.3970.447兴化基质营养土50.4940.3990.5190.5880.4630.7760.4980.5210.4040.4030.365钟祥基质营养土40.6310.5820.6010.9860.6910.6740.5870.6070.5130.6000.473武汉基质基质30.6830.5780.7750.6060.6910.7710.6171.0000.7040.5790.514兴化基质基质20.7660.7150.7670.7580.6440.8510.5890.8700.5760.9380.947钟祥基质基质10.8470.4741.0000.5100.9050.8281.0000.8890.8640.9971.000

2.2.2不同配比的基质作底土处理的育秧效果

不同配比的基质作底土处理对秧苗株高、叶长、最长根长、根数、假茎宽、百株鲜重、干重等产生不同的影响。其中，秧苗的苗高、叶长、最长根长、根数、百株鲜重、干重差异较大，差异达显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平。苗高的平均值在10.24～13.00 cm之间，叶长的平均值在5.85～8.04 cm之间，最长根长的平均值在6.21～ 8.61 cm之间，根数的平均值在7.1～9.3之间，百株鲜重的平均值在9.55～14.88 g之间，百株干重的平均值在1.79～2.45 g之间。

不同配比的基质作底土处理的秧苗素质灰色关联分析结果见表4。当盖籽土为营养土，底土为不同配比的基质时，育秧效果依次为B4(100%基质)>B2(40%基质+60%自然土)>B1(30%基质+70%自然土)>B3(50%基质+50%自然土)；当盖籽土为基质，底土为不同配比的基质时，育秧效果依次为B4(100%基质)>B2(40%基质+60%自然土)>B3(50%基质+50%自然土)>B1(30%基质+70%自然土)。

2.3生态环境风险

3种基质中重金属的含量检测结果见表5。各基质包括本地所取土壤的重金属，除Pb以外，均在《有机肥料标准》(NY 525—2012)规定范围内；Cd，Hg含量超过国家二级标准，其他重金属含量均值都未超过国家二级标准。3种基质的Cr，Cd，Pb，Zn含量都高于所取土壤相应重金属含量值，Hg，As含量除兴化基质外，其他两种也高于土壤相应重金素含量；土壤中的Cu含量高于兴化、武汉基质，但低于钟祥基质。

表4不同配比的基质作底土处理的秧苗素质灰色关联分析结果

Table 4Grey correlation analysis on seedling quality under different ratios of seedling raising matrix

底土盖籽土位次关联度苗高叶龄叶长叶宽叶鞘长最长根长根数假茎宽百株鲜重百株干重B1营养土70.5790.7460.7330.5450.6200.6850.7680.4350.5180.3330.403B2营养土60.6120.7260.6310.8990.4890.9350.4720.4520.5180.4050.591B3营养土80.5280.6790.5770.7140.5220.6270.4230.4740.4980.3510.415B4营养土10.8140.7480.9900.9490.9480.7610.6490.7120.9630.6690.753B1基质50.6780.9850.8120.9140.4400.8090.3920.5950.4570.5590.821B2基质30.7060.8410.8120.7650.8200.8690.5380.5560.8290.4640.567B3基质40.6960.8180.8160.9420.6020.7800.3710.6250.9060.5740.524B4基质20.7810.5250.8390.5160.7060.5870.9981.0000.6381.0000.999

3种基质的生态环境风险评价结果见图1。总体来看，重金属Hg，Cd为基质的主要污染因子。3种基质Cd含量的ECd值分别达到了161.8，193.8，170.0，潜在生态风险指数均处于很强生态风险危害(160～320)的污染程度；Hg含量的EHg值分别达到了85.6，102.6，114.6，潜在生态风险指数均处于强生态风险危害(80～160)的污染程度；其余重金属生态风险程度均处于轻微生态危害程度(<40)。3种基质中，兴化基质和钟祥基质多种重金属的潜在生态风险指数处于中等生态风险危害程度，武汉基质的多种重金属潜在生态风险指数处于强生态风险危害程度。

表5不同基质重金属含量特征(单位：mg·kg-1)

Table 5Contents and characteristics of heavy metals in seedling raising matrixes (Unit: mg·kg-1)

基质/标准CrCdPbHgAsCuZn土壤9.071.42153.10.7030.21118.8997.7976兴化基质15.96B1.62b178.9a0.642b0.201a5.34C101.4b武汉基质25.44A1.94a219.7a0.770ab0.263a15.42B130.0a钟祥基质15.56B1.70b192.1a0.856a0.274a22.06A99.8b国标二级临界指标1500.32500.34050200有机肥料标准150350215

图1　不同基质的生态环境风险评价结果Fig.1　Ecological risk assessment results of heavy metals in soil and matrix samples

3　结论与讨论

本研究对市售的3种基质进行了分析与测定，结果表明，3种基质均含有秧苗生长所需的氮磷钾等养分，总体来看，养分含量高，具有较好的肥力特征。其中，兴化基质总养分含量较低，但速效养分含量较高，有利于培育机插小苗；武汉基质总养分含量高，但pH值偏高，使用时需添加壮秧剂进行调酸处理；钟祥基质有机质含量高，养分均衡，更有利于水稻秧苗生长，且其pH值为5.73，更接近水稻旱育秧苗生长适宜的pH值(4.5～5.5)，在不调酸的情况下，即可满足盘式育秧的需求，有利于秧苗的生长。

从育秧效果来看，采用基质作为盖籽土，育秧效果优于营养土。以底土为基质时，不论盖籽土为营养土还是基质，育秧效果均表现为钟祥基质>兴化基质>武汉基质。当盖籽土为营养土，底土为不同配比的基质时，育秧效果依次为B4(100%基质)>B2(40%基质+60%自然土)>B1(30%基质+70%自然土)>B3(50%基质+50%自然土)；当盖籽土为基质，底土为不同配比的基质时，育秧效果依次为B4(100%基质)>B2(40%基质+60%自然土)>B3(50%基质+50%自然土)>B1(30%基质+70%自然土)。从节约成本和提高育秧效果的角度考虑，在生产中推荐采用40%基质+60%自然土的底土配置方式。

3种基质的重金属含量基本符合有机肥料标准，但潜在生态风险指数处于中—强生态风险危害水平，其中，Hg，Cd为基质的主要污染因子。因此，在基质的生产过程中需要充分考虑原料选择，以减少或避免重金属污染可能带来的环境风险。

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(责任编辑高峻)

Fertility characteristics， seedling-raising effects and environmental ecological risk evaluation of seedling raising matrixes

DENG Liang1，2， LU Bi-lin1，2，*， WANG Hao-yu1，2， LI Peng-hui1，2， ZHANG Zhi-min1，2

(1.HubeiCollaborativeInnovationCenterforGrainIndustry，Jingzhou434025，China; 2.CollegeofAgriculture，YangtzeUniversity，Jingzhou434025，China)

In the present study， the seedling-nursery effects of 3 seedling raising matrixes were evaluated through gray analysis method， along with their fertility characteristics and potential environmental ecological risk being assessed. The results showed that the nutrients contents of 3 seedling raising matrixes were within 26.63-32.77 g·kg-1. Among 3 tested matrixes， Zhongxiang matrix exhibited a balanced nutritional composition and suitable pH range for disc seedling-nursery. The seedling raising effects decreased as Zhongxiang matrix > Xinghua matrix > Wuhan matrix. When nutritional soil was used as seed-cover soil and different ratios of matrixes were used as subsoil， the seedling raising effects decreased as 100% matrix > 40% matrix+60% natural soil > 30% matrix+70% natural soil > 50% matrix+50% natural soil. When matrix was used as seed-cover soil and different ratios of matrixes were used as subsoil， the seedling raising effects decreased as 100% matrix > 40% matrix+60% natural soil > 50% matrix+50% natural soil > 30% matrix+70% natural soil. The potential ecological risk index was in middle to strong ecological risk level， and Hg and Cd were the main pollution factors. Considering cost and seedling-raising effect， 40% matrix+60% natural soil was recommended for agricultural production. Meanwhile， raw material should be carefully selected for matrix production， in order to reduce or avoid heavy metal pollution.

seedling raising matrix; fertility; environmental ecological risk evaluation; seedling quality

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.02.22

2015-07-27

湖北省支撑计划项目(2015BHE023)；公益性行业(农业)专项(201203032)；湖北省新农村发展研究院(长江大学)开放基金(2014CXJ01)

邓亮(1989—)，女，四川南充人，在读硕士研究生，主要从事作物机械化栽培技术研究。E-mail：1602048020@qq.com

，卢碧林，E-mail：blin9921@sina.com

S504.3

A

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邓亮，卢碧林，王浩宇，等. 水稻育秧基质肥力特征、育秧效果及环境生态风险评价[J]. 浙江农业学报，2016，28(2)： 312-317.