清淤河泥和草木灰渣作基质对水稻育秧效果的影响

谢昶琰，李青，陈川，董青君，张苗，章安康

(江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所，江苏 淮安 223001)

近年来，我国水环境治理工程大规模开展，国家加强农村河道的治理力度，在提高河道防洪、排涝和灌溉能力的同时减少河道内源污染，为河道水质改善提供保障[1-2]。淮安境内河流众多，其中农村河道就有6.7万条，这些河道清理的大量淤泥的处理一直是制约清淤工程的一大难题，河泥堆放后不仅占用耕地资源，影响土壤结构，而且随着雨水冲刷带来的地表径流也会对环境水体造成污染。高效资源化利用农村河道清淤河泥是一种行之有效且安全的资源化利用方式，现阶段河泥被用作建筑材料、填方材料、烧结制砖、烧制陶粒和水泥原料等[3-5]，但是部分农村清淤产生的河泥，不具备以上资源化利用途径。河泥含有丰富的营养成分，能够促进植物的生长，但其含水量过高、细颗粒含量高、黏性大、孔隙度低，很少直接应用于农田，根据河泥的理化特性开展河泥农业资源化利用研究，在生态、经济、安全等方面均具有广泛的实用意义。生物质发电是一种可再生能源的利用方式[6]，江苏省能源局在2021发展专项规划中指出推进生物质能源化利用，预计到2025年底，全省生物质发电装机达到300万kW。然而随着生物质发电的大面积推广利用势必会带来大量的草木灰渣，从而严重影响环境质量。草木灰渣具有孔隙度大、无菌无虫和富含活性炭等优良特性，直接施用于农田存在碱性强、盐分高、结构差等问题。如果根据两者的理化特点，经过科学加工应用于农业生产，不失为解决农村河道清淤河泥和电厂草木灰渣的一条有效途径。

水稻是我国主要粮食作物，江苏省常年水稻种植面积在227万hm2左右，据统计，2022年江苏省水稻机插面积超153万hm2，机插秧水平超过70%，位居全国前列。机插秧已成为水稻种植机械化主体方式，目前机插秧育苗仍以营养土为主，但随着水稻种植面积扩大，营养土存在用土量大、取土难、劳动强度大、对土壤耕层破坏严重、易发生土传病害等问题。研制无土育秧育苗基质可以有效避免这种情况发生，因此，本研究以淮安地区丰富易得的河泥和草木灰渣为资源，配制成不同比例的水稻育秧基质，进行育秧试验，筛选出适合水稻育秧的最适基质配比，实现河泥和灰渣的资源化利用，为河泥和灰渣利用新途径提供理论和实践基础，也为水稻育秧基质研究和栽培工作提供更多的途径与参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

河泥采自江苏淮安市李集村河道，自然晒干粉碎过5 mm筛备用，草木灰渣由江苏淮安国信生物质发电有限公司提供，以稻壳灰为主。河泥和灰渣的重金属含量相对较低(表1)，符合《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)中的一级标准，也符合《绿化用有机基质》(GB/T 33891—2017)对于绿化种植土壤中重金属含量的一级标准。河泥和灰渣的基本理化性状见表2。基于前期研究基础，本试验将灰渣的盐分淋洗至pH值小于8，电导率小于1.5 mS·cm-1，过5 mm筛后备用。供试水稻品种为南粳9108，供试育秧盘为30 cm×60 cm的硬盘，水稻浸种剂为稀效矬，拌种剂为3.5%咪鲜·甲霜灵，由江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所提供。

表1 重金属含量Table 1 Heavy metal content

表2 基本理化性状Table 2 Basic physicochemical properties

1.2 试验设计

水稻基质育秧试验于2022年5月在江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所实施。试验共设置7个处理(表3)，每个处理设置3盘重复。每育苗盘用基质3.5 L，用播种器播种120 g水稻种，然后用0.5 L基质覆盖，均匀喷洒自来水，水稻播种前先用烯效唑浸种24 h后用3.5%咪鲜·甲霜灵拌种剂与水稻种子按照1∶100的比例拌种，于5月5日落谷，4 d后暗化出苗，出苗后统一将育苗盘放置于温室，待秧苗秧龄达30 d后进行取样测定。

表3 不同处理育秧基质配方Table 3 Substrate formulations for different treatments

1.3 测定指标与方法

1.3.1 秧苗素质调查

各育秧基质处理切取10 cm×10 cm大小长势均匀的秧苗带回实验室冲洗干净，剔除弱苗死苗，记录成苗率；每盘选取20株秧苗测定株高、茎基宽、叶长及叶龄，用便携式SPAD仪测定秧苗完全展开叶的叶片中部相对叶绿素含量。将上述秧苗105 ℃杀青30 min后65 ℃烘至恒重，测定其地上部、根系生物量。根冠比为根干重与地上部干重的比值，秧苗充实度为茎叶干重与株高的比值。

1.3.2 根系盘结力

用木板和强力夹固定秧苗毯两边，一端用铅丝固定，另一端用弹簧秤向水平方向拉动，观察记录秧苗毯在断裂时的最大拉力[7]。

1.3.3 水培发根力

选取10株秧苗，将根系由基部剪掉后放在去离子水中，7 d后调查水培发根数和水培根长。计算发根力，发根力为发根数与平均根长的乘积[8]。

1.3.4 基质生产性能的测定

基质的生产性能为秧苗鲜重与对应原基质体积的比值[9]。

1.3.5 综合评价

由于各处理的不同性状表现不会完全一致，只靠单一性状不能评判哪一个处理表现更优，所以本研究参考柯瑷[7]的隶属函数法评价秧苗的综合素质。

1.4 数据分析

所得结果为各处理平均值，采用Excel 2016进行数据的统计和图表处理，采用SPSS 20.0统计分析软件对数据进行单因素方差分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对地上部生长的影响

由表4可知，T3、T6处理与CK相比水稻秧苗的成苗率差异不大，其余处理相较对照成苗率略低，当河泥比例增大到85%和100%时(T1和T2处理)，成苗率最低。秧苗叶龄随着河泥比例的增大而增大，其中，T1、T2和T3处理秧苗叶龄显著高于对照和其他处理，T4、T5和T6处理叶龄与CK相比未达到显著差异，说明河泥+灰渣组合能够促进秧苗叶龄的增长。从株高来看，T2、T3、T4、T5、T6处理能够显著促进秧苗株高的增长，T2处理株高最高，T1处理株高最低。各配比基质处理茎基宽表现出明显的差异，T1、T2、T3、T4处理的茎基宽显著大于T5、T6和CK。各配比处理叶片相对叶绿素含量(SPAD值)相较对照均有不同程度的提高，其中T1处理下秧苗SPAD值最高，为29.10，其次是T2处理。以上数据可知，河泥+灰渣配比处理能够有效影响水稻秧苗地上部生长。

表4 不同处理对秧苗地上部生长的影响Table 4 Effects of different treatments on the aboveground growth of seedlings

2.2 不同处理对叶长的影响

由图1可知，添加不同原料配比的育秧基质对秧苗叶长具有不同的影响。除T1处理外，其余基质处理的1叶、2叶、3叶相比对照均有不同幅度的增加，各基质配比处理下的4叶叶长显著高于对照。其中1叶、3叶、4叶以T2处理秧苗叶长最好，T3、T4、T5、T6处理次之，2叶以T3、T4、T5秧苗叶长最好。

柱上无相同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。图1 不同基质对秧苗叶长的影响Fig.1 Effect of different substrates on leaf length of seedlings

2.3 不同处理对秧苗干物质积累的影响

由表5可知，T1、T2、T4、T5处理与对照没有显著差异，T3、T6处理的地上部干重显著增大，干物质积累表现最优。河泥和灰渣配比处理的植株根系单株干重与对照无显著差异。根冠比则除了T1处理高于对照，其余基质处理均低于对照。除T2和T5处理外，其余基质处理的秧苗充实度相较对照均有明显提高。除T5处理外，其余处理壮苗指数均高于对照。

表5 不同处理对秧苗干物质积累的影响Table 5 Effects of different treatments on dry matter accumulation of seedlings

2.4 不同处理对秧苗根系生长的影响

由表6可知，处理T1下根系盘结力、发根力、新发根数和最长根长均表现为最大。

表6 不同处理对秧苗根系生长的影响Table 6 Effects of different treatments on root growth of seedlings

2.5 不同基质的生产性能

从表7可以看出，不同育秧基质处理间单位体积基质生产秧苗鲜重和单位面积秧苗数均有显著差异，但无明显规律。单位体积基质生产秧苗鲜重以T5、T6、T1处理表现较大，单位面积秧苗数以T3处理最大，其次为CK、T6处理。

表7 不同基质的生产性能Table 7 Productivity of different matrices

2.6 不同配比育秧基质综合评价

由于不同基质配比下各性状的表现存在差异，单一性状很难界定哪一种基质配比更适合，为了评估最优基质配比，本研究引入了隶属函数法对不同基质配比进行综合评价。不同性状会得到相应的隶属函数值，最后计算平均值作为综合评价指数，F值越大，代表水稻秧苗综合素质越高。由图2可知，不同配比基质综合评价指数大小为：T3>T1≈T2>T5>T4>CK≈T6，表明60%河泥+40%灰渣处理更有利于培育符合机插要求的壮苗。

图2 不同处理秧苗素质的综合评价Fig.2 Comprehensive evaluation of seedling quality under different treatments

3 讨论

机插秧技术是一项省工省种、节本增效的先进技术[10]。随着水稻机械化程度的不断提高，机插秧技术成为水稻高效栽培技术的主要发展方向[11]。针对纯营养土育秧存在的取土困难、破坏耕层、运输成本高等问题，以及基质育秧面临的保水保肥性能、品质良莠不齐等问题[12]，本研究结合当地实际情况，将农村河道清淤河泥和生物质发电厂固废草木灰渣相结合，利用草木灰渣具有通透性和富含活性炭的吸附作用等优势，解决河泥易板结、黏度大、通气孔隙度小等问题，利用河泥丰富的营养元素和较强的缓冲能力，解决草木灰渣碱性强、盐分高对植物生长不利的问题，将两者优势互补，复配制作不同配比的育秧基质试验，分析了不同基质处理对秧苗素质的影响，既解决了营养土育秧存在的用土量大、取土难、对土壤耕层破坏严重及易发生土传病害等问题，又实现了河泥和草木灰渣的资源化高效利用。

秧苗素质是水稻高产栽培的基础，生产中机插秧苗品质通常以株高、叶龄、茎基宽、植株干重、盘根力和发根力等指标来衡量。孟凌霄等[12]以城市污水淤泥生物质为基质培育的幼苗成苗率高，在茎粗、百株重、重高比、壮苗指数等幼苗素质方面均显著优于营养土，钟平等[13]将生活污泥和草木灰混合制作水稻基质，研究发现，随着污泥比例的提高，成苗率和株高及1、2叶的叶鞘和叶长有下降趋势，叶绿素含量、茎基宽、地上干重、地下根重和总干重随着污泥比例的加大有增加的趋势。本研究表明，不同配比育秧基质处理相比对照在秧苗地上部生长、叶长生长、干物质积累、根系生长和基质生产性能上均达到不同程度的差异，其中当河泥的比例达到85%和100%时，秧苗的叶龄、4叶长、茎基宽、SPAD值、根系盘结力、发根力和新生根数高于对照和其他基质处理，但秧苗的成苗率最低，2叶长和干物质积累也有明显下降。这是由于随着河泥比例的增大，育秧基质黏结性较大，通气孔隙度小，因此，在生产上易形成苗数不足，插秧率不高等问题。而T3处理，即体积比60%河泥+40%灰渣在成苗率、单位面积秧苗数指标上表现最优，叶龄、株高、茎基宽、地上部干重积累量、根长和秧苗充实度等指标上也均表现出较好的效果，壮苗指数则略低于T1处理(100%河泥)，但高于其他处理。从综合评价指数也可看出，T3处理更有利于培育出符合机插要求的壮苗。这可能是由于T3处理基质疏松度适中，水气环境适宜，同时具有较强的保水保肥能力，有利于秧苗根系生长和对养分的吸收利用，促进了秧苗地上部生长，使得秧苗在生长指标、干物质积累方面表现良好。

综上所述，利用农村河道清淤河泥和生物质发电厂产生的草木灰渣制成不同配比的水稻育秧基质进行水稻育秧可行，其中T3处理所育秧苗的综合素质优于其他基质配方处理和常规营养土，可作为水稻育秧基质的原料。下步将对已试验的不同基质配方结合养分含量的调制在田间育秧中进行优化，以期确定最优育秧基质配方，用于水稻机插秧生产，为农村河道清淤河泥和电厂草木灰渣的绿色基质化利用提供新途径。