水稻基质化育秧技术

邢占强

(黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨 150081)

0 引言

水稻是我国重要的粮食作物之一，黑龙江省的水稻种植方式以机械插秧为主，优质插秧首要条件是在插秧前培育好合适的秧苗，在水稻秧苗的培育过程中，农户需要储备大量优质田土、林土作为育苗床土,导致很多地区土壤耕作层及生态环境遭受了严重的破坏。我国需要以不足世界10%的耕地养活超世界20%的人口，耕地保护利用问题是当前农业面临的重大挑战。探索无土或少土育苗基质盘代替苗土是具有深远意义的工作。育苗基质指利用无机原料、有机原料、微生物制剂等原料，经过科学配比调整制作而成的符合作物生长特性的类土壤基质，是能够让作物茁壮成长的载体。应利用现代工业技术与现有农艺种植技术相结合的产品替代传统育苗土,减少不可再生资源土壤的开采，最大程度降低取土、碎土、筛土、消毒、摆盘等一系类繁琐的劳动。最终可实现操作简便,省工省力,降低水稻种植户育秧成本。

1 基质土配置技术的研究

秸秆作为粮食生产终端的废弃物，在我国的产量非常巨大，居世界首位。2020年国务院提出了全国近10亿t秸秆综合利用率达85%的目标。秸秆和畜禽粪便等农业废弃物中含有丰富的有机质，如图1所示，将这些农业废弃物进行合理的资源化利用制作成为基质，能产生巨大的经济效益和社会效益[1-3]。

图1 基质配置技术路线

1.1 有利于发酵的物质配比方案

农作物半数以上的光合作用产物存在于秸秆中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机物质[4]。水稻育苗基质在水稻幼苗期起到提供营养和调节生长的作用。多数自然界生长的作物茎秆如杂木、麦秸、玉米芯的碳氮比都比较高，豆秸的碳氮比相对较小，碳氮比大的有机物发酵分解矿化的速度相对缓慢。常用发酵基质碳氮比，如表1所示。在微生物分解有机物的过程中同化5份碳大约需要1份氮来构成自身细胞体，即微生物细胞体碳氮比约为5∶1。与此同时在同化1份碳需要消耗掉4份碳用于获取所需能量，所以在微生物发酵过程中，微生物转化1份氮的过程需要消耗掉25份有机碳，为了满足合适的碳氮比例关系常用方法为加入适量的动物粪便进行调节[5]。只有适当满足这个比例关系才能很好地完成微生物发酵过程，才能高效获得发酵后所形成能被作物生长直接利用的有机质肥料。利用现代化生产工艺将废弃物秸秆制作成为育苗基质，可实现资源循环利用。这也有利于行业形成产业化，为水稻种植育苗环节提供充足的育秧床土。

表1 常用微生物发酵基质原料

1.2 配置基质应具备的物理特性

作为育苗基质应具备与自然界中土壤相类似的结构和功能，基质是幼苗生长所依附的媒介，应提供水稻苗期生长所必要的营养物质[6]。所以其物理结构特点应具有透气性及水分吸附性，为水稻幼苗生长供给所需的水分及养料。基质材料孔隙度较大,空气含量高,更有利于水稻秧苗地下根系发育,地上部分控制的也比较好,容易培育出壮苗,而且基质材料具备轻质特点,在运苗移栽过程中比较方便[7-9]。同时还具有适宜的化学稳定性及合理的酸碱度，为水稻幼苗根系吸收必要的营养成分提供便利条件。水稻育苗适宜土壤条件，如表2所示。

表2 水稻育苗适宜的土壤条件

基质的孔隙度是体现其能容纳水分及空气的能力，是反应能否适宜作物生长的重要指标[10]。

选取体积为V，重量为W1的容器，把基质充分干燥后均匀地装入容器内并称重为W2，浸泡在水中24 h后，称重为W3，等待容器内水分沥干后称重为W4，则通过计算可得以下参数。

保水孔隙度=总孔隙度-通气孔隙度

在通常情况下通气孔隙度与保中孔隙度比例(即气水比)越小，基质保水力越强，越不容易干躁；气水比越大，基质空气容量越大，通透性越好[6]。一般认为气水比在1∶1.5～1∶4范围内比较适宜，不但有利于作物生长，而且便于苗期管理。

1.3 基质盘技术应用注意事项

育秧基质秧盘成型质量是能否实现批量化生产的重要因素之一，只有育秧基质调配在成型过程中具备适宜的机械性能才能用于实际生产。其中黏合剂的选用及使用量非常关键。育秧基质主材料本身具备类似于土壤性状的粘合效果，但不足以满足基质盘成型条件，需要根据具体物料成分按比例加入适量黏合剂进行调配满足最终的强度性能，如表3所示，育秧基质板基质之间防破损作用力应在10～20 N之间，双手提起不散开为宜。从育秧基质板强度性能和价格综合分析，以玉米氧化淀粉和木薯氧化淀粉作为纯天然的黏合剂是很理想的材料。

表3 各种黏合剂选用参考数值

2 基质盘加工方案

生物炭与腐熟有机质肥料按1∶4 的质量比进行配比，调节育苗基质的pH值、EC值等理化性质并适当补充氮、磷、钾等养分用以满足水稻育苗期生长所需[11]。再用蛭石、珍珠岩、黏合剂等进行调配，使基质盘的原料既具备自然界中土壤的优良结构特性，同时又便于基质盘成型。

传统的水稻机质盘成型机制备基质盘的过程为：将配置好的基质盘原料混合搅拌均匀，取适量物料放入成型机上下模之间，在液压油缸的作用力下，配置好的基质土被挤压成与上下模具相互耦合的形态，通过操作控制柜完成整个基质盘的成型工作。将物料压制成型后脱模，再对成型基质盘进行烘干定型处理，在使用时对基质盘进行复水处理即可进行水稻育苗操作。水稻基质盘成型机主体结构，如图2所示。此项技术成型效果较为理想，但是工作效率仍有很大提升空间，要实现大批量生产基质秧盘用于实际农业生产仍存在不足，应进行进一步技术升级。

1.基质盘成型上模;2.基质盘成型下模;3.控制柜

为解决基质秧盘生产效率不高、产能不足的问题，黑龙江省农业机械工程科学研究院农产品加工机械化研究所尝试采用了一种全新方案进行基质盘的成型加工，设计的连续挤压式基础盘成型机，如图3所示，该机工作过程是将基质盘主料生物炭与腐熟有机质肥料进行混合，利用蛭石、珍珠岩进行基质盘原料的孔隙度调节，以玉米氧化淀粉作为黏合剂调整物料以满足物料流动性及强度性能，也有利于节省成本，最后进行原料营养成分及物理性质测定并加入适量壮秧剂以保证水稻育秧幼苗生长期营养成分的要求，理化性质配比为N≥280 mg·kg-1，K≥260 g·kg-1, P≥70 mg·kg-1，以及调酸处理保证秧苗培养过程中处于良好弱酸环境[9]。

图3 连续挤压式基础盘成型机

3 总结

基质盘育秧技术是农业发展到一定历史阶段的必然产物，国内对育苗基质的研究和运用已随着农业现代化的进程进入了繁荣期。草炭等育秧用土是植物残体在沼泽、湿地环境下因长久堆积、未完全分解而形成的有机物，该物质通气、透水、环保无毒，虽然在当前使用广泛、效果最稳定，但是受到我国的优质土壤资源限至，难以长期应用[12]。在今后的工作中，应加强对不同原料的优势互补研究，尽早脱离对草炭的依赖。基质土本身具备以下优势：一是采用秸秆基质盘育秧所获得的秧苗素质好，秸秆基质盘采用科学手段配置透气性好、养分均衡、出苗整齐、生长一致、移栽返青速度快；二是利用秸秆取代传统土壤育苗，解决了大面积取土难的问题；三是有利于环境保护，利用秸秆基质盘育苗取代塑料硬盘育苗，很大程度上解决了农业生产过程中白色污染问题；四是具备可持续发展性，经济效益非常可观，应用前景广阔。我国是水稻育秧基质需求大国, 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, 更好满足我国育苗对优质基质产品的大量需求[13]。