应用小麦秸秆基质育苗对水稻幼苗形态指标和生理指标的影响

郝冰　郭哈伦　任兰天　张祥　邵庆勤　张从军

摘要    為研究腐熟小麦秸秆制作水稻育苗基质的可行性和促进秸秆基质化应用，本试验通过应用5种不同配比的腐熟小麦秸秆复合基质进行水稻育秧，研究了其对水稻幼苗形态指标和生理指标的影响，旨在筛选出适宜于水稻幼苗生长的最佳基质配比。结果表明，腐熟小麦秸秆70%+蛭石15%+珍珠岩15%基质所培育的水稻幼苗的株高、茎粗、地上部干重和根系活力等，与其他处理有显著性差异。其最高株高为14.3 cm、最粗茎粗2.580 mm、最重地上部干重为0.87 g/50株、根干重0.79 g/50株;腐熟小麦秸秆70%+蛭石15%+珍珠岩15%基质处理的小麦秸秆基质的容重为0.226 g/cm3，总孔隙度为92.7%，持水孔隙为76.7%，通气孔隙为18.4%。其物理性状良好，各项指标均在理想基质的指标范围内;腐熟小麦秸秆70%+蛭石15%+珍珠岩15%基质处理的小麦秸秆基质的水稻幼苗的根系活力、叶绿素含量也较大，与其他处理间形成差异。由此说明，腐熟小麦秸秆70%+蛭石15%+珍珠岩15%基质最好，此体积配比的复合育苗基质更适合于水稻幼苗生长发育，可以在实践中应用推广。

关键词    水稻幼苗;小麦秸秆基质;形态指标;生理指标

中图分类号    S511        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）03-0006-05

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Effect  of  Wheat  Straw  Substrate  on  Rice  Seedling  Morphological  and  Physiological  Indicators

HAO Bing 1，2    GUO Ha-lun 1    REN Lan-tian 1，2，3 *    ZHANG Xiang 1    SHAO Qing-qin 1    ZHANG Cong-jun 3

（1 Bengbu Lvdu Straw Biotechnology Co.，Ltd.，Bengbu Anhui 233400; 2 University of Science and Technology of Anhui;

3 Anhui Laimujia Biological Technology Co.，Ltd.）

Abstract    In order to study the feasibility of using decomposed wheat straw to make rice seedling substrate and promote the application of straw substrate，in this experiment，5 kinds of decomposed wheat straw composite substrates with different proportions were used to cultivate rice seedlings，and their effects on morphological and physiological indicators of rice seedling were studied to choose the best substrate ratio that was suitable for the growth of rice seedlings.The results showed that using decomposed wheat straw 70%+vermiculite 15%+perlite 15% as cultivation substrate，the plant height，stem diameter，dry weight of aboveground parts and root activity of rice seedlings were significantly different from other treatments.The maximum plant height was 14.3 cm，the maximum stem diameter was 2.580 mm，the maximum dry weight of the heaviest upper part was 0.87 g/50 plants，and the maximum dry weight of roots was 0.79 g/50 plants.When using decomposed wheat straw 70%+vermiculite 15%+perlite 15% as cultivation substrate，the volume-weight was 0.226 g/cm3，the total porosity was 92.7%，the water-holding porosity was 76.7% and the ventilation porosity was 18.4%.Its physical properties were good，and all indicators were within the range of ideal substrate indicators.When using decomposed wheat straw 70%+vermiculite 15%+perlite 15% as cultivation substrate，the root activity and chlorophyll content of rice seedlings were relatively higher，which was different from that of other treatments.It′s concluded that the substrate of 70% decomposed wheat straw+15% vermiculite+15% perlite was the best.This volume ratio of composite seedling substrate was more suitable for the growth and development of rice seedlings，which could be applied and promoted in practice.

Key words    rice seedling;wheat straw substrate;morphological indicator;physiological indicator

农业部数据显示，我国农作物秸秆资源相当丰富，其每年总量为10.4亿t[1]，从2010年秸秆利用率的70%提高到了2015年的80%左右，由于农村农业管理水平和经济状况的制约，仍有19.9%的农作物秸秆被当地人废弃或焚烧浪费[2]。无土栽培上也应用了秸秆基料化，目前许多无土栽培生产上以秸秆为原材料，再添加一些辅助材料，不同的生产要求制作成不同的盘穴，应用于食用菌的栽培和各作物育苗生长，有固定植物和提供营养的作用[3]。我国是农业大国，水稻是主要的粮食作物，其种植面积很大，据有关部门统计，2017年我国的水稻种植面积将近3 015万hm2。随着现代农业的发展，我国水稻种植产业逐渐走向规模化、现代化和机械化的方向。水稻从种到收全程机械化的生产方式推动农业技术飞速发展。由于农村经济发展落后和环境地形限制，我国水稻种植的机械化程度相对较低且发展速度慢。我国的水稻机械化生产技术与西方发达国家相差非常大。据国外网站报道，西方发达国家的水稻种植已经基本上达到了全程机械化水平，可见我国的水稻机械化发展仍然具备很大的潜力。只有不断地创新育苗基质、改进工厂化育苗技术、完善水稻产业结构、提高基质育苗的品质，才能促进我国水稻机械化水平不断发展[4]。

我国大部分地区机插水稻采用的是带土移栽和营养土育苗方式，虽然这种方式可以提高我国水稻机插秧水平，但是长期采用这种方式会严重破坏当地土壤资源。因此，用土是当前水稻育苗工作亟待解决的问题。常规的取土育秧技术很难满足高质量、高要求的机插育秧需要。合理开发自然资源和创新利用农作物秸秆等方法研制出新型的育苗基质来解决取土难和取土破坏环境等问题。近年来，育苗基质的开发利用迅速发展，其原因是这种新型育苗基质具有良好的通气性、轻便的质量、可调控的理化性质以及节约成本和劳动力等很多优点[5]。目前，我国水稻机械化的快速发展与机插秧育秧基质不配套的体制，农民只能通过自制的营养土基质来满足机插秧秧苗的要求。为提高机插秧秧苗的质量，商业育苗基质开始逐步发展起来，草炭是基质中的主要成分含量。草炭中的腐植酸含有许多的酸性基团物质，能够为微生物提供很好的环境，调节植物生长的氮素营养条件。市场上的无土育苗基质不能迅速普及推广，根本原因在于其价格昂贵，还有些商用基质存在不稳定、保肥保水效果不佳等问题。

将农业废弃物秸秆回收利用作为基质资源，不仅能使农业的有机废弃物变废为宝，而且能提高耕地的生产力，是农村以及工厂现阶段改良育苗的一项有效措施。目前水稻产业市场上的工厂化育苗多采用穴盘育苗技术，其主要应用的材料是由草炭、蛭石和珍珠岩等轻型材料来替代土壤进行育苗。一次成苗的高密度集约化现代育苗生产体系，也称穴盘育苗[6]，精量播种是机械化的一大优势。新型的工厂化育苗将现代智能温室投入使用，精准地掌握环境变化以及科学的人工环境调控等高科技手段，通过科学的生产流程，对水稻幼苗实现全程质量监测，是优质高效的生产集约化模式[7]。这种高效高质量的生产技术逐步开始在农业生产中推行。工厂化穴盘育苗的优势相当明显，如育苗质量高、周期短、种子成本降低、单位面积成苗率高、秧苗素质好、根系活力强、便于移栽、省工省力及可远距离运输等[8]。

工厂化育秧产业的发展除了需要结合互联网技术还离不开育苗基质的筛选，育苗基质的选择直接关系到基质盘中幼苗的质量。自从西方发达国家实施了有关限制资源开采的法令后，无土栽培行业迅速发展起来，逐步走向经济环保和技术创新的方向[9]。随着人类环境保护意识的逐步加强，各个国家都在积极地研究基质材料，开发土壤和草炭的替代物[10]。最先使用的替代土壤的材料是岩棉，底部铺设无纺布来供应营养液[11]。随后科学家将目光放在了农业废弃物秸秆身上，因为秸秆来源丰富、取材便捷、无竞争且能达到环保要求。近年来，国内外诸多研究者相继利用农作物秸秆作为育苗基质用于幼苗生长均取得了良好效果。任兰天等[12]、曾清华[13]、刘  涛等[14]将小麦秸秆粉碎生物降解后用于育苗基质材料并添加蛭石、珍珠岩等材料，在烟草、黄瓜、番茄的培育栽培上取得了明显成果;徐明辉等[15]、曹红星等[16]、李晓强等[17]对菇渣进行研究，作物復合基质在黄瓜、甜椒、番茄上的育苗效果良好。巩芳娥[18]、薛书浩[19]、刘振国[20]等研究了玉米秸秆与牛粪的混合基质在辣椒、番茄、黄瓜育苗上的效果。

育苗基质的研究目前仍然存在一些问题，如用于水稻幼苗生长的秸秆生物质育苗盘育苗效果不理想。目前，基质研究开发中基质材料的开发力度不够大，商品化基质少，基质的基础性研究环节薄弱。育苗基质仍在使用传统的基质如草炭、珍珠岩、蛭石等[21]，有些刚开发的材料还有很多缺陷和不足，基质的使用效果不稳定在研究基质的性质上缺乏统一标准，造成研究结果通用性差等缺憾[22]。

以秸秆为基质的这一理念正向着标准化、工厂化的目标前进着。因此，本文通过研究不同小麦秸秆配比的育苗基质对水稻幼苗生长性状的影响，以期筛选出合理的水稻育苗基质配方。

1    材料与方法

1.1    试验材料

堆肥及基质不同配比育苗试验于2017年4—10月在安徽莱姆佳生物科技股份公司进行。小麦秸秆为附近收购共10 t，粉碎至8～10 cm长，每1 t秸秆添加尿素15 kg和腐熟剂2 kg，腐熟剂为安徽莱姆佳生物科技股份公司产品（微生物数≥108个/g，纤维素酶≥30 μ/g，淀粉酶≥10 μ/g），喷水后用抓草机充分搅拌至含水量65%～70%。5 t小麦秸秆用腐熟专用黑白膜覆盖进行室外堆腐，温度升高至70 ℃翻堆，每周用抓草机翻堆1次，直至温度降至40 ℃;另外5 t小麦秸秆运至机械翻堆槽中进行发酵，温度升高至70 ℃时开始翻堆，每4 d机械翻堆1次，直至温度降至30 ℃。放置1个月陈化备用。

1.2    试验设计

试验设5个基质处理，各处理详细配比见表1。3次重复，随机区组排列。试验前期准备籽粒饱满、种子活力强且整齐的水稻种子，之后进行浸种和催芽后穴盘播种。采用72孔育苗盘，每穴播2粒种子，定苗1株，整个试验阶段各处理不增施肥料，仅浇清水。

1.3    测定内容与方法

1.3.1    基质物理性质的测定。制作基质前收集取样部分，置于通风口等风干后的基质加入300 mL体积的铝盒（重40 g），然后称重;之后将其浸泡在水中24 h，再次称重;烧杯中的水分自由沥干后再称重量，并计算容重、通气孔隙度、总孔隙度、持水孔隙度。

1.3.2    水稻幼苗素质及生物量的测定。在播种后4、8、12、16、20 d选择代表性秧苗3盘，每盘取代表性秧苗5穴共10株，测定秧苗叶龄、株高、根长、根数、茎基宽（距秧苗生根处1 cm）;在20 d时，测定叶绿素含量、50株地上部干重、50株根质量、根冠比等。用刻度尺测量水稻幼苗前期生长的株高、根长。用千分尺来测定水稻前期的茎粗。用SPAD-502叶绿素仪测定水稻幼苗后期的叶绿素相对含量。

取秧苗若干株，把根系上的残留基质洗去，用吸水纸吸干后立刻测定地上及地下部鲜重，然后把其放入烘箱后调到105 ℃烘2 h，最后75 ℃烘干至恒重。计算水稻幼苗的50株干重。

1.4    数据处理

采用Excel和DPS 15.10高级版进行数据处理。

2    结果与分析

2.1    小麦秸秆混配基质理化性状分析

郭世荣[23]、周  静等[24]研究认为，育苗基质的容重一般范围为0.1～0.8 g/cm3，总孔隙度应在54%～96%之间较为理想。由表2可知，各处理的容重均满足育苗基质行业标准，符合上述育苗基质的理论适用范围。在添加蛭石、珍珠岩后容重呈下降趋势，除处理T1与处理T2差异不显著外，其他各组间均存在显著差异。总孔隙度如果偏高说明植物根系固定性差，影响生长。各处理组的总孔隙度在92.7%～94.6%之间，在合理的范围之中符合前人研究结果。其中添加蛭石和珍珠岩后总孔隙度显著降低。水稻幼苗能正常生长的通气孔隙度为15%～20%，各处理（除CK外）均在此范围。各处理持水孔隙度呈现下降趋势并有显著差异。各处理EC值表现为CK>处理T1>处理T2>处理T3>处理T4，均在植物生长适宜的EC值范围。各处理的pH值均呈偏弱碱性，表现为CK>处理T1>处理T2>处理T3>处理T4。该基质在播种前是需要调酸的，处理T3、T4需要添加的酸量较其他处理少。通过观察小麦秸秆基质理化性质可以看出，随着小麦秸秆量的减少，基质的总孔隙度、持水孔隙度、容重、EC值和pH值都在减少，而通气孔隙度则上升。电导率是测出基质中含有盐的浓度，一般认为可溶性盐含量过高会影响渗透压，导致根系失水变褐，甚至干枯至死。

2.2    不同配比基质处理对水稻幼苗地上部分生长的影响

2.2.1    幼苗株高。机插秧所要求的水稻是整齐一致且秧苗素质良好，便于机械化种植。株高是反映水稻整齐度的一个特征，过高和过低都会对水稻插秧有影响。因为所用的水稻育秧盘空间和营养物质有限，株高呈现先快后慢的增长曲线模式。从图1可以看出，不同配比基質处理的水稻秧苗株高均呈上升趋势，在播种前期对水稻幼苗株高的影响不大，表现不明显。到中期，不同配比基质处理水稻幼苗株高开始有明显差异，在水稻幼苗8 d后，处理T3的配比基质在营养元素与理化性质方面的优势逐渐显现出来，添加珍珠岩和蛭石的配比基质明显优于单一的秸秆基质（CK）。珍珠岩和蛭石不同比例添加量对幼苗的株高也有影响，处理T3（秸秆70%+珍珠岩15%+蛭石15%）优于其他配比基质处理，秧苗的株高最优。

2.2.2    水稻幼苗茎粗。茎粗是评价水稻秧苗品质的重要指标之一[25]。茎粗比较大的水稻秧苗，一般情况下干物质也相对比较大。从图2可以看出，在前期不同配比基质处理对秧苗茎粗的影响不大;到中后期，不同配比基质处理的秧苗茎粗开始有明显差异，在播种后10 d，二叶期以后，添加蛭石和珍珠岩的复合基质（处理T1、T2、T3、T4）较单一基质（CK）的茎粗增加很多。由于育秧盘的营养物质和环境空间等方面的限制，后期秧苗的茎粗变化不明显。从图2可以看出，处理T3（秸秆70%+珍珠岩15%+蛭石15%）、T4（秸秆60%+珍珠岩20%+蛭石20%）茎粗优于其他配比基质处理。

2.3    不同配比基质处理对水稻幼苗根系生长的影响

2.3.1    水稻幼苗根长。水稻的根系不仅是养分和水分的吸收器官，而且是氨基酸和生理物质合成的重要场所[26]。本试验中，5种不同配比基质处理水稻幼苗的根长、根数均呈前期快速增长、后期缓慢增长趋势。从图3可以看出，在前期，不同配比基质处理对秧苗最长根根长的差异性较小;到中后期，处理T3（秸秆70%+珍珠岩15%+蛭石15%）秧苗的最长根根长优势逐渐显现出来。添加珍珠岩和蛭石的复合基质（处理T1、T2、T3、T4）较单一基质（CK）的根长要长。处理T2、T3、T4的根长比较长，说明添加不同比例的珍珠岩和蛭石是适宜水稻幼苗根系生长环境。在处理T1、T2、T3、T4中，处理T3的配比方案变化趋势优于其他处理。

2.3.2    水稻幼苗根数。水稻发根力的强弱是衡量秧苗健壮与否的主要标志。发根力强的秧苗移栽后是壮苗，反之是弱苗[27]。由图4可以看出，在育秧前期，不同配比基质处理的根数差异性不是很大;到中期，5种不同配比基质中，处理T2、T3、T4水稻根数相比有差异但不明显，与单一的纯秸秆基质（CK）和添加少量的珍珠岩和蛭石的配比基质（处理T1）相比有较明显的差异。在后期，5种不同配比基质处理中发根数相比较无差异。在前中期秧苗生长旺盛，后期可能由于生长空间及养分供应潜能等原因，秧苗生长速度有减缓趋势，但综合变化趋势可以看出，处理T3（秸秆70%+珍珠岩15%+蛭石15%）、T4（秸秆60%+珍珠岩20%+蛭石20%）所育秧苗根系生长总体优于其他处理。

2.4    不同配比基质处理对水稻幼苗农艺性状的影响

水稻幼苗的叶绿素含量反映其光合作用的强弱，直接影响到水稻后期的产量。从表3可以看出，处理T3水稻幼苗的叶绿素总量与其他各处理相比均存在显著差异，CK叶绿素含量（SPAD值）、株高在各处理中最低。处理T3、T4的株高差异不显著且相对较高。各处理组中叶龄均接近3叶。茎粗以处理T4最大，其次是处理T3，而CK、处理T1之间区别不大。叶面宽度以处理T3、T4较大，其次为处理T2。由此表明，小麦秸秆腐熟后添加适当比例的珍珠岩和蛭石调节基质理化性质，其依旧适于水稻幼苗的生长。且处理T3、T4配方作为基质效果最好，可以作为基础配方加以优化。

2.5    不同配比基质处理对水稻幼苗根系活力的影响

水稻根系是评价水稻生产潜力的重要指标之一。从表4可以看出，处理T3的根系活力最大，达1.35 mg/（g·h），较CK高40.63%，与其他各处理均呈现显著差异。其中处理T3 50株地上部干重最大;其次是处理T4，与其他处理间存在显著性差异，且秧苗长势较为一致;单独使用堆肥秸秆（CK）处理以及少量配比处理（T1）地上部较小。而根重最高的为处理T4，高于其他处理。相应的，根冠比以处理T4、T3为最高，且前者较后者偏差更小。

3    结论与讨论

目前，我国作物秸秆资源化利用率相对较低，每年大量的秸秆作为废弃物被丢弃焚烧，不但污染环境还浪费资源。将小麦秸秆进行堆腐处理后作为育苗基质进行水稻育苗，不仅可以有效降低对环境的污染，也可为水稻育苗提供可再生、廉价的育苗基质，优化水稻生产结构。

当前，随着水稻育苗技术的发展，育苗基质逐步受到了许多的专家学者的关注。郑爱军等[28]研究表明，利用农作物秸秆等可再生性植物资源作为水稻育苗基质的材料，可使稻苗的根系发达、秧苗矮壮。梁启全等[29]研究出的基质配方（秸秆60%+蛭石15%+珍珠岩5%+草炭20%），可使水稻秧苗根长、根多、叶挺，提高了水稻秧苗的素质，可以替代床土培育稻苗。杨振东等研究表明，采用基质板培育秧苗，提高了水稻秧苗素质。本试验结果表明，在其他条件相同的情况下，不同体积配比的基质中，秸秆70%+珍珠岩15%+蛭石15%处理秧苗的茎粗、根长、根数、干重、叶绿素以及根系活力达到了壮苗的标准，并且优于其他配比基质处理。但不同配比基质处理对水稻秧苗的根数无明显的作用，还需进一步研究。

本试验结果表明，在水稻秧苗株高、茎粗方面，秸秆70%+珍珠岩15%+蛭石15%处理的水稻秧苗的株高、茎粗最大，其次为秸秆60%+珍珠岩20%+蛭石20%处理，最差的为100%秸秆对照。在根长方面，在二叶期时秸秆70%+珍珠岩15%+蛭石15%处理的水稻秧苗根长最长。在水稻秧苗发根力方面，秸秆70%+珍珠岩15%+蛭石15%处理、秸秆60%+珍珠岩20%+蛭石20%处理基质盘中秧苗的根数最多。在水稻幼苗干重方面，秸秆70%+珍珠岩15%+蛭石15%处理水稻秧苗的干重的数据在各个不同体积配比处理基质中变现最好，对照100%秸秆的水稻幼苗的干重数据最小。在水稻幼苗叶绿素SPAD值方面，5种育秧基质中，秸秆70%+珍珠岩15%+蛭石15%处理的叶绿素含量最高。由此表明，小麦秸秆70%+珍珠岩15%+蛭石15%处理水稻秧苗的综合素质最优，可以代替育秧土进行水稻育秧。节约土壤资源的同时，可有效提高劳动效率。

本文将不同体积配比的基质材料、营养液及秧盘进行配套组合研究，用发酵的小麦秸秆基质、珍珠岩、蛭石为主要原料配制成的复合基质育苗前后理化性状在合理指标范围内。改变了以往只注重研究不同基质或营养筛选或秧盘类型对秧苗素质影响的单一研究，可以更快地筛选出最佳基质组合，在生产中可操作性更强。建议基质板生产企业进一步研究生产出钵形基质板秧盘。

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