城市污水處理廠污泥堆肥產(chǎn)物復(fù)配水稻育苗基質(zhì)的研究

侯 磊，楊 陽，王鵬鷂，高 山，張景志，王 碩，袁飛航，李然然

（1.北京京鷂環(huán)境科技有限公司，北京市 100027；2.鵬鷂環(huán)保股份有限公司，江蘇宜興 214214；3.吉林省鵬鷂生物科技有限公司，鵬鷂環(huán)保有機(jī)固廢處置及資源化利用中心，吉林長春 130218）

0 引言

水稻是我國主要的糧食作物，我國是世界上生產(chǎn)稻米最多的國家，截至2020年，我國水稻種植面積約0.3億hm2，產(chǎn)量約2.1億t[1]。東北地區(qū)是我國主要的水稻種植區(qū)之一，水稻育苗多采用旱育苗技術(shù)，育苗過程對(duì)苗床土有非常嚴(yán)格的要求，土壤的質(zhì)量直接影響水稻生長發(fā)育和產(chǎn)量。隨著東北地區(qū)水稻育苗的規(guī)模化發(fā)展，苗床土用量十分巨大。旱田土壤和水稻本田土壤因除草劑、農(nóng)藥殘留等問題，無法取用?，F(xiàn)有的農(nóng)田優(yōu)質(zhì)表土、河塘、沼澤地、山坡、林地等取土方式會(huì)對(duì)農(nóng)田耕層土壤和山地植被造成破壞[1]。

采用特制的基質(zhì)育苗，是面對(duì)當(dāng)前取土難和耕層土壤破壞問題的有效措施，是水稻幼苗健康生長的保障，原材料廉價(jià)易得、養(yǎng)分配比適宜、理化性質(zhì)適宜的育苗基質(zhì)是近年來主要發(fā)展的方向。草炭土是應(yīng)用廣泛的育苗基質(zhì)材料[2]，其中含有沒有徹底分解的植物殘?bào)w、腐殖質(zhì)和礦物質(zhì)，具有有機(jī)質(zhì)含量較高，質(zhì)地松軟，屬酸性等特點(diǎn)。水稻育苗規(guī)?；|(zhì)用量大，然而草炭土儲(chǔ)量有限，價(jià)格較高，短期內(nèi)不可再生，過度開采會(huì)破壞環(huán)境。

市政污泥、秸稈、菌棒等的堆肥產(chǎn)物，具有疏松土壤、提高土壤透氣性、降低土壤容重、提高土壤的微生物活性、增強(qiáng)土壤肥水滲透力等特點(diǎn)[3]，能夠提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)，陳同斌[4]等發(fā)現(xiàn)污泥堆肥產(chǎn)物能促進(jìn)小麥的生長發(fā)育，邵蕾等[5]將污泥堆肥產(chǎn)物用于油菜種植，增產(chǎn)效果顯著，土壤和產(chǎn)品質(zhì)量均在安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。污泥堆肥產(chǎn)物不僅具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，而且堆肥產(chǎn)物經(jīng)過處理后使用是安全的，將其用于水稻育苗基質(zhì)的研究少有報(bào)道。

本研究利用污泥堆肥產(chǎn)物作為主要材料，復(fù)配出水稻育苗基質(zhì)，研究其對(duì)水稻幼苗生長發(fā)育過程的影響，篩選出最佳基質(zhì)，為開發(fā)合適的水稻育苗基質(zhì)和污泥堆肥產(chǎn)物資源化利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用堆肥產(chǎn)物，以城鎮(zhèn)污水處理廠污泥為原料加工而成，采用好氧堆肥處理工藝，堆肥輔料添加秸稈30%～40%，菌棒5%～10%，經(jīng)過為期30天的好氧堆肥，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物無害化處置、資源化利用。得到堆肥產(chǎn)物技術(shù)規(guī)格：有機(jī)質(zhì)含量25.2%、pH 7.08、含水率≤30%，物料粒徑≤10 mm。

將堆肥產(chǎn)物與草炭土、蛭石、珍珠巖、化肥等進(jìn)行復(fù)配后得到育苗基質(zhì)，試驗(yàn)共設(shè)置四個(gè)處理組（T1～T4），一個(gè)對(duì)照組（CK），每組設(shè)置三個(gè)重復(fù)，具體處理見表1。

采取育苗盤栽培模式（長540 mm，寬280 mm，深度53 mm），育苗生長過程不再噴灑和施加任何肥料，僅以基質(zhì)本身的營養(yǎng)成分供幼苗生長。

表1 水稻育苗基質(zhì)配方（v/v）%

1.2 樣品采集和項(xiàng)目檢測(cè)方法

基質(zhì)物理性質(zhì)的測(cè)定：基質(zhì)容重、持水孔隙度用環(huán)刀法測(cè)定，密度采用密度瓶法測(cè)定；總孔隙度=1-容重/密度；通氣孔隙度=總孔隙度-持水孔隙度。

基質(zhì)pH和EC值的測(cè)定：取10 g基質(zhì)用100 mL去離子水浸泡24 h，浸提液用DDS-307電導(dǎo)儀測(cè)定EC值，用PB-21pH計(jì)測(cè)定pH。

出芽勢(shì)/%=（3天內(nèi)出芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%，出芽率/%=（7天內(nèi)出芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)）×100%。

株高：育苗盤表面到生長點(diǎn)的高度。莖粗：用游標(biāo)卡尺測(cè)定，以第一節(jié)位下偏上部為準(zhǔn)。干質(zhì)量：將幼苗放入稱量瓶中，置于101～105℃干燥箱中干燥4 h后，放入干燥器內(nèi)冷卻0.5 h后，用0.0001 g天平稱量。

1.3 育苗過程管理

將育苗基質(zhì)裝入秧盤、刮平，噴水輕澆直至澆透。種子保持0.5粒/cm2，精播均勻，不可漏播和重復(fù)播種，播種后再輕撒草炭土蓋好種子，刮平并去除多余草炭土，蓋籽厚度0.8～1.0 cm。出苗前注意溫度管理，白天溫度控制在25～28℃，夜晚溫度控制在20℃左右。播種直至出苗，基部不用噴水，如有缺水的情況適當(dāng)噴水，酌情而定。

1.4 計(jì)算方法與數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析：所有數(shù)據(jù)采用Spss20.0和Origin9.0軟件分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配比的育苗基質(zhì)的性質(zhì)

水稻育苗過程受基質(zhì)的理化性質(zhì)和養(yǎng)分含量的影響。從檢測(cè)結(jié)果中可以看出（表2），基質(zhì)的pH介于5～6之間。電導(dǎo)率均小于2.5 mS/cm，處于水稻幼苗生長的理想范圍之內(nèi)。T1、T2和CK的容重較小，T3和T4堆肥產(chǎn)物的含量增加后，基質(zhì)的容重升高，由于蛭石和珍珠巖的添加，各實(shí)驗(yàn)組基質(zhì)的容重?zé)o顯著性的差異。土壤孔隙度呈現(xiàn)類似現(xiàn)象，堆肥產(chǎn)物的含量增加，總孔隙度降低，孔隙度最高的是T1，孔隙度最低的是實(shí)驗(yàn)組CK。持水孔隙度的順序?yàn)門1＞T2＞T4＞T3＞CK，持水孔隙度最高的T1為59.22%，隨著堆肥產(chǎn)物添加量的增加，基質(zhì)的持水孔隙度降低。

表2 水稻育苗基質(zhì)主要物理性質(zhì)

T1、T2、T3、T4中的有機(jī)質(zhì)含量均低于CK，其中T3和T4的有機(jī)質(zhì)含量最低，分別為22.28%和21.83%。與有機(jī)質(zhì)的變化規(guī)律一致，四個(gè)處理組的總氮含量低于CK組，隨著堆肥產(chǎn)物含量的增加，總氮的含量降低。四組配方的總磷、總鉀的含量高于CK組，并且T4的含量最高，分別為0.21%和0.48%（表3）。

表3 水稻育苗基質(zhì)主要化學(xué)養(yǎng)分含量（%）

2.2 不同配方對(duì)水稻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

由圖1可見，在基質(zhì)育苗過程中，出芽勢(shì)的順序?yàn)?，T3＞T2＞T1＞T4＞CK，出芽率從高到低依次為，T1＞T3＞T2＞CK＞T4，在本試驗(yàn)設(shè)定的配方范圍內(nèi)，幼苗的發(fā)芽率均在80%以上，堆肥產(chǎn)物的添加比例為30%時(shí)（T1），出芽率最高為89.98%，有機(jī)堆肥產(chǎn)物的添加對(duì)水稻種子出芽有一定的促進(jìn)作用，但各組間出芽率的差異不顯著。

在21天的試驗(yàn)過程中，檢測(cè)了幼苗的株高、葉齡、莖粗、根長和干物質(zhì)積累量來表征不同基質(zhì)的配比對(duì)育苗過程的影響。從表4中可以看出，在第21天，T1、T2的株高要顯著高于T3、T4，T3、T4顯著高于CK，T1最高為168.70 mm，高于最低值（CK，株高141.30 mm）19.39%。葉齡呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)，T1最高為2.93，CK最低為2.59。水稻幼苗的莖粗，T1、T2明顯高于其他三組，T1和T2之間并無顯著性差異，其余三組莖粗T3＞T4＞CK，T3、T4和CK之間并無顯著性差異。五組試驗(yàn)中根長的順序?yàn)門1＞T2＞T3＞CK＞T4，T1根長最長為78.30 mm，T4根長最短為65.30 mm，T4與CK之間無顯著性差異。

圖1 基質(zhì)對(duì)水稻種子萌發(fā)的影響

表4 幼苗外觀形態(tài)（第21天）

圖2 不同基質(zhì)水稻幼苗干物質(zhì)積累情況

干物質(zhì)積累量是表征幼苗生長狀況的重要指標(biāo)。由圖2可見，在第21天，T1和T2在水稻干物質(zhì)積累方面處于較高水平，地上部分和總的干物質(zhì)積累量從高到低依次為T1＞T2＞T3＞T4＞CK，根的干物質(zhì)積累量順序?yàn)門2＞T1＞T3＞T4＞CK。T3和T4總的干物質(zhì)積累量與CK差異不顯著，T1和T2的總的干物質(zhì)積累量顯著高于CK，其中T1最高，高于CK組19.35%，其中根的干物質(zhì)積累量高于CK組14.47%，地上部干物質(zhì)積累量高于CK組20.82%。以上結(jié)果表明，不同基質(zhì)對(duì)水稻幼苗生長的影響存在明顯差異，綜合來看，T1最適宜水稻幼苗生長。

3 結(jié)論與討論

本論文采用污泥堆肥產(chǎn)物、草炭土、珍珠巖、蛭石等混合配制不同性質(zhì)的水稻育苗基質(zhì)，研究了不同基質(zhì)對(duì)水稻幼苗的出芽率、生長狀況、根系、干物質(zhì)積累量等的影響。

水稻幼苗適宜生長的pH約為5.5，基質(zhì)經(jīng)過配制后，基質(zhì)的EC和pH值范圍分別為1.0～2.0 mS/cm和5.0～6.0，符合郭世榮[6]等人研究結(jié)果，有利于秧苗的出苗和生長，秧苗的出苗率、成活率較好，處理組和對(duì)照組出苗率均大于80%。

污泥堆肥產(chǎn)物部分替代草炭土?xí)档突|(zhì)中的有機(jī)質(zhì)和總氮含量、提高基質(zhì)磷鉀含量、增加基質(zhì)的容重、降低總孔隙、提高保水性能、降低通氣性。處理組基質(zhì)的容重處在0.5～0.8 g/cm3、總孔隙度在70～80%，這與顏旺等[7]研究結(jié)果一致，在此范圍內(nèi)有利于秧苗的生長，秧苗素質(zhì)更好。試驗(yàn)中T1組植株生長較好，幼苗株高、葉齡、莖粗、根長和干物質(zhì)積累量，較對(duì)照組分別增加了19.39%、13.13%、8.76%、22.84%和19.35%。根的干物質(zhì)積累量較CK組增加了14.47%，地上部干物質(zhì)積累量較CK組增加了20.82%。

這可能由于T1基質(zhì)疏松和緊實(shí)度適中，水氣環(huán)境適宜，同時(shí)具有較強(qiáng)的保水保肥能力，有利于秧苗根系生長和對(duì)養(yǎng)分的吸收利用，促進(jìn)了秧苗地上部生長，使得秧苗在形態(tài)指標(biāo)、干物質(zhì)積累方面表現(xiàn)良好。

隨著堆肥產(chǎn)物含量增加，T3和T4基質(zhì)的容重增加，不利于根系的生長，容重過大，則基質(zhì)太過緊實(shí)，透氣透水性差，因而植株的生長受到抑制，干物質(zhì)積累量較低[8]。

利用污泥堆肥產(chǎn)物進(jìn)行水稻育苗可行，可以作為水稻育苗基質(zhì)的原料。將腐熟好的污泥堆肥產(chǎn)物配合珍珠巖、蛭石，制成不同配比的水稻育苗基質(zhì)，以T1處理即草炭土40%+污泥堆肥產(chǎn)物30%+蛭石20%+珍珠巖10%，對(duì)水稻幼苗的株高、葉齡、莖粗、根長、地上部干重和根干重效果最佳。利用污泥堆肥產(chǎn)物制備水稻育苗基質(zhì)所育秧苗的綜合素質(zhì)優(yōu)于常規(guī)草炭土育苗基質(zhì)，該配比參數(shù)及方法對(duì)水稻工廠化、規(guī)?；缇哂兄匾饬x。