育苗基质及水稻用基质概述

江志阳 邵玉飞 陈 欣 尹 微 薛 冰

中国科学院沈阳应用生态研究所 沈阳 110016

常规生产育苗采用土壤育苗，针对土壤育苗所面临的问题，基质育苗成为近年来发展的主要方向[1]。

土地资源是我国农业发展的基本保障，然而，我国作为目前世界上人口最多的国家，可利用土地却成为世界上极为稀缺的国家之一[2]。由于人类长期不合理利用、过度开采与破坏土壤，造成的土壤污染已超过其自身的自净与修复能力，导致土壤质量下降。农业上化肥、农药的大量使用，尤其污灌造成的土壤污染尤为突出[3]。张勇[4]和韩晋仙等[5]研究发现，长期利用低浓度污水灌溉，污灌区土壤发生不同程度的重金属污染。长期污灌还会造成次生盐碱化、理化性能降低等一系列的问题[6，7]。研究表明，我国土壤遭受到不同程度的污染，并且面积在逐年扩大[8]。目前，虽然土壤修复的方法很多，但因修复技术周期长、二次污染风险或其他限制条件而不适宜在污染土壤中使用[9]。因此，可利用的优质土壤较少。

常规土壤育苗中，由于土壤质量的不同需要根据植物幼苗的需求进行前处理，且容重较大，不利于运输。受土壤农药残留的影响，育苗过程也出现了难以获得合格苗床土、苗床土前处理过程中药量大的问题[10]。随着我国规模化育苗的发展，对优质育苗床土的需求剧增。减少育苗过程中耕作土壤的使用，摆脱育苗过程对耕作土壤的依赖，是规模化育苗亟待解决的现实问题。

1 育苗基质概况

1.1 育苗基质概念及发展意义

育苗基质是根据植物幼苗生长的需求，利用有机、无机材料和生物、化学制剂配制而成的优质土壤或无土栽培基质[11]。育苗基质在一定程度上代替土壤，减少了对土地资源的开采与破坏。与土壤育苗相比，基质育苗高效、经济、环保、生产的可控性强，可避免土传病害，便于远距离运输和移栽，便于机械化管理[12]。

1.2 育苗基质发展历程

育苗基质源于无土栽培，传统无土栽培是指利用营养液代替天然土壤提供作物正常生长及完成整个生命周期所需的养分、水分和氧气等[13]。育苗基质的应用打破了无土栽培必须使用营养液的传统模式，且基质育苗与土壤栽培有许多相似之处，弥补了营养液栽培方式应用非环保、成本高、操作难度大等缺点[14]。

育苗基质应用最早追溯到19世纪中期，国外学者在涂蜡或纯蜡容器中用砂砾或活性炭作基质培育燕麦[15]。20世纪50年代，一些国家开始对育苗基质进行研究，经过一段时间的探索，发现育苗的理想基质即泥炭和蛭石混合物[16]。70年代中期，以岩棉、酚醛塑料及聚酯塑料为主的育苗基质在北美被广泛推广及应用；同时在北欧一些国家也逐渐出现了工厂化基质育苗，如在丹麦利用工厂化育苗生产水芹。随后，其他国家也相继开展了育苗基质的研究及应用，还发现了具有商业意义的泥炭田，这将工厂化基质育苗逐步推向一个相对独立的产业[17]。

我国虽然是最早加入育苗技术应用行列的国家之一，但对育苗基质的应用较晚。20世纪70年代，温床育苗技术的引入促进了育苗技术的发展，我国正式进行育苗基质的研究，但一直没有形成规模化；直至1986年，育苗基质成为原农业部的重点科研课题、国家重点攻关项目；1986—1990年这5年我国育苗基质处于引进与吸收阶段，许多研究者致力于引进、比较与消化吸收国外发达国家各种育苗基质技术和系统；90年代以后我国进入自主研发阶段，中国农业科学院蔬菜花卉研究所研制出有机生态型无土栽培技术[18]，推动了我国育苗基质的迅速发展。

1.3 育苗基质的选材

1.3.1 育苗基质原料的探索

在基质育苗中，基质的原料是研究的核心[19]。砂砾是人们最早使用的育苗基质原料，李谦盛等[20]研究通过利用砂砾培育的作物对养分吸收及生理的影响。1964年发现兰花的培育基质原料蛭石[17]；20世纪60年代，美国康奈尔大学研制了以岩棉为主的复合基质，还开启了泥炭和蛭石在育苗基质上的广泛应用[21]；70年代，在基质研究中发现了具有良好种植效果的泥炭，之后研究发现泥炭与蛭石、珍珠岩配制的混合基质育苗效果更好[22]。随后，基质原料很快扩展到椰壳发酵物、树叶堆积物、陶粒、海绵、硅胶等，国际上的育苗技术得到大幅度提高。

我国传统的育苗基质是有机肥和田园土当量混合的营养土，价格低廉，但育苗效果非常不理想[23]。对于基质原料的研发起步较晚，初期多依赖进口，最早研制的基质原料是煤渣和沙粒[24，25]。1987年江苏省农业科学院与南京玻璃纤维研究设计院合作研制开发了用于培育蔬菜、花卉具有良好效果的农用岩棉，但未能普及；1998年，南京农业大学与江苏大学合作，发现具有良好育苗效果的纸厂下脚料芦苇沫可制成育苗基质，但芦苇沫需要进行生物发酵；近年来，研究者利用各种工农业固体废弃物（药渣、醋渣、豆渣、稻壳等）制成育苗基质，在育苗中取得一定的效果[26]。

1.3.2 育苗基质原料的类型

目前常用育苗基质原料的类型主要有两类：有机类和无机类（粗团聚体）。有机类主要是泥炭、秸秆、树皮、锯末和堆肥等，具有团聚或成粒作用，颗粒间有较大的孔隙度，保水保肥性能好，但质量缺乏稳定性，各批次间质量不均；另一类无机物主要是蛭石、珍珠岩、炉渣、农用岩棉和塑料颗粒物等，其质量稳定均匀，耐分解，有较大的孔隙度，但缓冲性能差且阳离子交换量较少[27，28]。国内外根据基质原料的性质及组成，把基质分为无机基质、有机基质和混合基质[29]。虽然基质材料种类多种多样，但备受大家青睐的是泥炭或椰糠有机材料为主，添加少量蛭石、珍珠岩无机材料的混合基质[30]。

1.3.3 常用的基质原料

目前，被大家广泛应用的基质原料主要为泥炭和椰糠，这两种原料有适合作为基质材料独特的优点，但也存在不足。

泥炭是沼泽植物的残体，在厌氧多水条件下，不完全分解堆积而成的天然有机物质，是目前公认的效果良好且应用最广泛的育苗基质材料[31，32]。泥炭之所以被广泛应用主要是其具有适宜植物生长所需的理化和生物特性，富含有机质、腐植酸，含有植物生长所需的氮、磷、钾和微量元素，疏松多孔，通气透水性好，吸附能力强，无菌、杂草种子等[33]；另外泥炭腐植酸有既能氧化为醌，又能还原为酚的半醌结构自由基，在植物体氧化还原中起着至关重要的作用，使植物具备较强的抗盐渍、抗病、抗低温、抗旱能力[34]。然而泥炭的形成和积累是一个极缓慢的过程，世界泥炭的积累量为0.2～0.8 mm/a，几乎为不可再生资源且储量有限[35，36]。我国的泥炭具有开采限制性，虽然已发现的泥炭储量较大，为129 亿立方米，但有一半以上分布在难以开采、生态较敏感的西南、西北高原地区[37]。我国可开采、利用泥炭较少，多集中在东北、云南和内蒙古地区，但由于人们的过度开采也成为了稀缺资源。随着国家对泥炭资源的保护、限制开采，目前我国的泥炭以进口为主，这使得泥炭的成本增加；并且由于近百年来大家对泥炭的广泛使用，使得全球的泥炭储量和质量不断下降，高质量的泥炭成本相当高，受环境影响开采量有限，寻找泥炭的替代原料势在必行[36]。经过研究者的不断探索，发现了与泥炭基本理化性状极为相似的替代物椰糠。

椰糠是指椰子外壳纤维加工过程当中掉落下的一种纯天然的有机物质[38]。我国是椰子的主要生产国之一，椰子在加工过程中产生大量的椰糠，椰糠的降解速率较为缓慢且为可再生资源[39]。由于椰糠具有良好的孔隙结构，因此保水保肥能力较强、透气性较好，亲水性能良好[40]；具有与泥炭相近的物理、化学形态，且符合环保产品的特点，使其成为了替代泥炭的首选原料[41]。但是椰糠作为育苗基质原料最突出的问题是含盐量高、离子交换能力差；并且椰子的产地主要在海南等热带地区，椰糠作为基质材料运输过程为保证适宜的回弹，压缩时含水率应在70%左右，重量增大，导致运输成本大大增加，这使椰糠的应用受到了限制[42]。因此，如何有效减少基质中泥炭或椰糠的用量或进行替代是育苗基质产业可持续发展的前提。

2 水稻育苗基质概况

水稻是我国主粮作物品种，水稻育苗作为水稻生产的基础尤为重要。随着工厂化育苗发展的需求，基质育苗成为水稻育苗的主要方向。

2.1 水稻育苗简介

2.1.1 水稻育苗方式

截至2016年，我国水稻种植面积为3016万公顷，产量20693万吨，是世界上水稻产量最多的国家[43]。在我国，水稻栽培已有七千多年的历史，随着科技的发展和人类需求的不断提升，水稻栽培技术也在不断提高[44]。我国最传统的水稻栽培方式是直播，虽然直播方式简单、成本低，但是存在产量低、生长周期较长、根系分布浅、易于倒伏、早衰、草害严重等问题[45]。水稻育苗移栽在宋元时期开始盛行，虽然工序繁杂，但生长周期短，还可以充分利用季节提前播种避开后期不利气候，以提高水稻产量[46]。目前，我国采用的水稻种植方式为育苗移栽，水稻育苗技术作为水稻栽培的基础主要以水育苗、湿润育苗和旱育苗为主。旱育苗具有苗壮、分孽旺、根系发达、移栽后根部生长快、吸收能力强、缓苗快的特点，成为现在尤其北方最普遍的育苗技术[47]；而水稻旱育苗技术需要挖掘大量的耕层土壤进行水稻育苗，对耕地造成严重破坏。

2.1.2 水稻基质育苗的意义

随着水稻种植面积的不断增加，对育苗床土的需求与日俱增，而我国的耕地土壤也面临巨大的挑战，基质育苗的应用摆脱了水稻育苗对土壤的依赖。利用基质育苗首先解决了取土难的问题，减少对土层的破坏；苗床杂草和药害的问题得以解决，避免土传病害的发生；出苗速度快，一般会提前2天左右，而且均匀、整齐；基质育苗秧苗生长速度快，15天左右达到插秧标准，可以调节播种期避开灰飞虱的迫害，有效防治水稻条纹叶枯病；秧苗素质好，出叶速度快、总根数多、生物量大、发根力前慢后快、无立枯青枯病害、抗逆性强。由于秧苗根系发达、发根力强、移栽后无缓苗期，基质与土壤相比，容重小、与机械插秧的兼容性强，因此具有“播下种，浇上水”技术简单、成功率高、成本低等优点[48～50]。

2.2 水稻育苗基质

2.2.1 育苗基质的要求

为保证植物健康生长，育苗基质的性能应满足物理、化学和生物3方面的要求。

（1）物理特性：首先能够固定和支持植物，使植物根系固着于基质中，不倒伏[51]。容重代表基质的质量，过小容易出现翻种的情况，过大阻碍秧苗出苗。容重与基质的粒径、总孔隙度有关，容重大、粒径小、总孔隙度小，容重过大则透气性降低、不利于运输；容重小、粒径大、总孔隙度大，容重过小则缺乏黏力、植物根系不易固着、不利于保水保肥[52，53]；适宜孔隙度，能保证基质良好的透气、持水性能，为植物根系生长提供良好的环境[54，55]。

（2）化学特性：由于不同植物对酸碱的喜好程度不同，所以对pH值的要求有所差异[56]；电导率（EC）不同程度地反映基质中的盐分、水分、有机质含量、基质质地结构和孔隙率等参数的大小，会影响到幼苗的生长情况[57]；阳离子交换性能关系到养分及供给与保持能力和缓冲性能，缓冲性能可以使植物根系具有相对稳定的生长环境，提供一定的有机、无机营养，保障植物的健康生长，有机基质的阳离子交换性能一般要优于无机基质。

（3）生物特性：基质的生物特性一般要求无草籽、病原体、昆虫、腐败微生物即可[58～60]。

2.2.2 育苗基质的评价指标

根据现阶段对育苗基质的研究，育苗基质的评价指标主要涉及以下5个方面，见表1。

表1 育苗基质的评价指标Tab.1 Evaluation indexes of seedling matrix

2.2.3 水稻育苗基质的要求及其评价

水稻育苗基质在符合水稻生长所需基本理化性状要求的同时，还需对其培育秧苗的质量进行评价，达到壮秧标准[61]。壮秧的形态特征如下：首先秧苗的成苗率高，一般在90%以上；秧苗的秧龄25～30天、叶龄3.5～4.0、株高15～20 cm，苗壮整齐，叶片深绿、黄枯叶少，苗体有弹性、无虫病；根系发达、根数12～15，根粗、短、白，无黑根，盘根要好。壮秧的生理特征如下：光合能力强，体内积累养分多，单位长度内干物质量多；秧苗中自由水相比束缚水含量要低，这样有利于移栽后水分平衡。水稻育苗基质的要求见表2。

表2 水稻育苗基质的要求Tab.2 The requirements of rice seedling matrix

2.3 水稻育苗基质研究现状

对水稻育苗基质的研究主要集中在对基质原料的探索与改良上，现已开发的基质原料种类繁多、来源较广。概括来讲主要分为三大类：矿物质资源、生物质资源、矿物质资源与生物质资源按一定比例混配[62，63]。

（1）矿物质资源（如前文介绍的泥炭、蛭石、珍珠岩、岩棉等）作为育苗基质：刘华招[61]利用珍珠岩外加化肥、壮秧剂和生根粉作为育苗基质，培育秧苗质量指标高、叶绿素含量适宜；王晶英等[64]利用岩棉作为育苗基质，以育苗专用肥供给养分，发现完全可以培育出符合壮秧标准的秧苗。但利用矿物质资源存在最大的问题是秧苗的盘根性差，根易断裂，机械插秧时易散架等[65]。

（2）生物质资源（经发酵、堆腐和焚烧成的产物）作为育苗基质：稻壳的应用最为广泛，将稻壳粉碎后炭化作为育苗基质，所育秧苗可达到壮秧标准；还有利用发酵、腐熟的秸秆、菇渣等，树枝、山草、禾杆等燃烧后的草木灰作为育苗基质，处理过程较为复杂，本身也存在电导率、容重、养分等不稳定的问题[66]。

（3）矿物质和生物质资源混合作为育苗基质：可以使两者的基本理化性状得到互补，所以两者混合使用，育苗效果更好。在应用中仍然存在诸多问题，岩棉难降解对环境造成破坏；泥炭应用最广泛，但几乎为不可再生资源且优质泥炭成本较高；稻壳、秸秆等均需前处理，工艺较为繁琐，产业化低，生产成本高，在推广中被农户接受的仍然较少。

3 结论

育苗是蔬菜、花卉、水稻等农作物种植中的必备环节，基质育苗作为近年来发展的主要方向，已取得一定成效，但多种基质原材料在制作基质过程中存在许多问题，并未普及应用，在育苗基质中被广泛应用的依然为泥炭。我国是基质使用大国，在原料选择的基础上应合理组配，同时重视标准建设、生产设备建设等方面的工作，从而满足我国育苗对优质基质产品的大量需求。