不同調(diào)酸劑對(duì)水稻育秧基質(zhì)調(diào)酸效果及對(duì)秧苗生長(zhǎng)的影響

朱春權(quán) 徐青山 魏倩倩，2 汪瑋 汪根火 林軍 孫愛(ài)軍 洪小智 曹小闖朱練峰 孔亞麗 金千瑜 張均華*

（1 中國(guó)水稻研究所/水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310006；2 安徽大學(xué)，合肥 230000；3 蕪湖青弋江種業(yè)有限公司，安徽 蕪湖 241300；4蚌埠市億豐生物肥有限公司，安徽 蚌埠 233300；第一作者：zhuchunquan@caas.cn；*通訊作者：zhangjunhua@caas.cn）

水稻是世界上的主要糧食作物，也是我國(guó)三大糧食作物之一，我國(guó)水稻產(chǎn)量為1.8～2.0億t，是總產(chǎn)量最高的國(guó)家[1]。水稻種植有直播和育秧移栽兩種方式，目前，育秧移栽是我國(guó)主要的水稻種植方式。但我國(guó)水稻種植全程機(jī)械化程度遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，而手工插秧效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高，制約了我國(guó)水稻生產(chǎn)的發(fā)展。提高水稻機(jī)械化種植水平，不僅可以減少勞動(dòng)力和節(jié)約成本，還能提高水稻產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)資源[2]。機(jī)插秧是水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化的重要一環(huán)，而育秧是機(jī)插秧技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，良好的育秧基質(zhì)是其中的技術(shù)核心[3]。目前，我國(guó)主要使用營(yíng)養(yǎng)土進(jìn)行培育機(jī)插秧苗[4]，但隨著水稻種植面積擴(kuò)大和水稻種植年限增加，營(yíng)養(yǎng)土使用量不斷上升，取土變得日益困難，同時(shí)取土后還造成土壤表面破壞，引起環(huán)境問(wèn)題[5]。開(kāi)發(fā)以農(nóng)作物秸稈廢棄物為原料的無(wú)土或者少土營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，不僅可以解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中秸稈資源浪費(fèi)問(wèn)題，還能減少挖掘營(yíng)養(yǎng)土層，保護(hù)環(huán)境資源。同時(shí)，基質(zhì)育秧性質(zhì)穩(wěn)定，操作方便快捷，重復(fù)性好，不僅可以培育高質(zhì)量秧苗，還能減輕農(nóng)民負(fù)擔(dān)，提高生態(tài)效益[6－9]。

利用農(nóng)作物廢棄秸稈資源制作的育秧基質(zhì)屬于生物質(zhì)資源的育秧基質(zhì)[8－10]，具有養(yǎng)分含量高、保水保肥能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但使用前均需要腐熟來(lái)穩(wěn)定其化學(xué)性質(zhì)[11]。前人已經(jīng)用牛糞加稻草、草木灰等原料制作水稻育秧基質(zhì)，取得良好效果[12－13]。育秧基質(zhì)制作過(guò)程中，不僅需要為秧苗提供附著和通氣保水環(huán)境，還需要合適的酸堿度，從而確保稻種順利發(fā)芽和秧苗健康生長(zhǎng)[14]。因此，本試驗(yàn)選擇4 種不同的調(diào)酸劑，按不同的比例加入本課題組研制的發(fā)酵基質(zhì)，通過(guò)測(cè)定基質(zhì)的酸堿度和水稻秧苗生長(zhǎng)狀況，以選擇合適的基質(zhì)調(diào)酸劑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)所用秧盤(pán)為9寸秧盤(pán)，育秧基質(zhì)為本課題組研制的發(fā)酵基質(zhì)，供試品種為秈型常規(guī)水稻中早39。發(fā)酵基質(zhì)以水稻秸稈為原料，利用微生物發(fā)酵以后，添加不同的生物物質(zhì)材料、保水劑和促根劑等制成。在制成的發(fā)酵基質(zhì)中分別添加不同種類和不同濃度的調(diào)酸劑后，每個(gè)秧盤(pán)播種110 g谷芽。2021年3月30日播種后在中國(guó)水稻研究所溫室大棚中正常培養(yǎng)，12 d后取樣進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)生物學(xué)重復(fù)，每個(gè)處理重復(fù)3次（表1）。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 基質(zhì)理化性質(zhì)

育秧基質(zhì)pH值和電導(dǎo)率采用梅特勒pH 計(jì)/電導(dǎo)率儀（S470－USP/EP）測(cè)定；基質(zhì)的容重、總孔隙度、通氣孔隙、持水孔隙，速效氮、速效磷、速效鉀、全氮、全磷、全鉀、有機(jī)質(zhì)含量均參照相關(guān)文獻(xiàn)方法測(cè)定[15－16]。

1.2.2 秧苗素質(zhì)和養(yǎng)分

培養(yǎng)后，選取代表性秧苗4 盤(pán)，每盤(pán)取代表性秧苗20 株，測(cè)定秧苗葉齡、株高、根長(zhǎng)、根數(shù)、莖基寬（距秧苗生根處1 cm），每盤(pán)另取100 株秧苗測(cè)定百株地上部干物質(zhì)量、百株根干物質(zhì)量[4]。

同時(shí)取水稻地上部，烘干至恒質(zhì)量后研磨，利用濃硫酸和過(guò)氧化氫消煮后測(cè)定總氮、總磷和總鉀含量[16]。葉綠素含量用SPAD 儀測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 21.0.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（單因素方差分析），均數(shù)采用圖基（Tukey）檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。圖、表中不同小寫(xiě)字母表示處理間均值在P＜0.05水平上有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 基質(zhì)理化性質(zhì)

基質(zhì)的速效養(yǎng)分含量決定了其對(duì)秧苗養(yǎng)分的供應(yīng)能力，影響秧苗生長(zhǎng)速率。經(jīng)測(cè)定，試驗(yàn)所用發(fā)酵基質(zhì)的堿解氮、速效磷、速效鉀、總氮、總磷、總鉀和有機(jī)質(zhì)含量分別為515.57±32.05 mg/kg、419.63±3.24 mg/kg、5174.07±45.93 mg/kg、10.35±0.57 g/kg、9.56±0.34 g/kg、13.26±0.41 g/kg和38.25%±0.74%，養(yǎng)分含量高，能滿足水稻秧苗機(jī)插前的養(yǎng)分需求。

基質(zhì)的理化性質(zhì)同樣決定水稻秧苗的長(zhǎng)勢(shì)。本次試驗(yàn)中發(fā)酵基質(zhì)的容重為0.64±0.03 g/cm3，既利于搬運(yùn)又適合水稻秧苗生長(zhǎng)；總孔隙度59.36%±0.24%，通氣孔隙度24.67%±0.85%，持水孔隙度34.69%±0.84%。

2.2 不同調(diào)酸劑處理對(duì)基質(zhì)pH值和EC值的影響

從表2可見(jiàn)，檸檬酸、稀硫酸、硫磺和磷酸二氫銨均能顯著降低基質(zhì)pH值，且pH值均隨著調(diào)酸劑添加量的增加而降低，使育秧基質(zhì)處于酸性條件。其中，N3處理可將育秧基質(zhì)的pH值調(diào)節(jié)至6.14±0.02，S3 處理可將pH值調(diào)節(jié)至5.56±0.03，H3 處理可將pH值調(diào)節(jié)至5.38±0.04，L3處理可將pH值調(diào)節(jié)至6.07±0.03。

從表2可見(jiàn)，水稻育秧基質(zhì)的EC值隨著調(diào)酸劑濃度的增加顯著增加。其中，添加檸檬酸和硫磺后，育秧基質(zhì)的EC值增幅最大，并且在添加量達(dá)到1.2%濃度后，其EC值均大于3.00 mS/cm（表4），對(duì)水稻育秧存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

表2 不同調(diào)酸劑處理育秧基質(zhì)的pH值和EC值

表4 不同調(diào)酸劑處理水稻秧苗地上部養(yǎng)分含量

2.3 不同調(diào)酸劑處理對(duì)秧苗生長(zhǎng)的影響

從表3可見(jiàn)，不同調(diào)酸劑處理對(duì)水稻葉齡和莖基寬均沒(méi)有顯著影響。磷酸二氫銨促進(jìn)水稻地上部生長(zhǎng)，其株高和百株地上部干物質(zhì)量均顯著大于其他3 種調(diào)酸劑處理，但不同濃度磷酸二氫銨處理對(duì)水稻秧苗地上部的長(zhǎng)勢(shì)沒(méi)有顯著差異。用檸檬酸調(diào)酸后，水稻株高隨著檸檬酸添加量的增加而增加，然而其百株地上部干物質(zhì)量卻是4 種調(diào)酸劑處理中最低的，可能原因是檸檬酸雖然對(duì)株高有促進(jìn)作用，但是卻沒(méi)有促進(jìn)葉片生長(zhǎng)。稀硫酸和硫磺調(diào)酸處理的百株地上部干物質(zhì)量沒(méi)有顯著差異，然而，隨著稀硫酸添加量的增加，其株高顯著下降，施用硫磺則呈現(xiàn)相反趨勢(shì)。

水稻育秧過(guò)程中，秧苗的根系生長(zhǎng)至關(guān)重要，不僅影響插秧效率，還影響插秧后的返青。從表3可見(jiàn)，檸檬酸顯著抑制水稻根系生長(zhǎng)，并且隨著添加量的增加作用更大，在最低添加量0.8%處理下，其根長(zhǎng)僅為1.82±0.07 cm，顯著低于稀硫酸25%、硫磺0.8%和磷酸二氫銨0.8%的處理。同時(shí)，用檸檬酸調(diào)酸后，秧苗的根條數(shù)和百株根系干物質(zhì)量均顯著小于其他調(diào)酸劑處理。用磷酸二氫銨調(diào)酸后，在1.0%濃度下，其根系長(zhǎng)度最長(zhǎng)，達(dá)到6.59±0.07 cm，然而，當(dāng)磷酸二氫銨的濃度增加至1.2%，其根長(zhǎng)顯著下降，說(shuō)明過(guò)量磷酸二氫銨對(duì)水稻根系伸長(zhǎng)存在抑制作用。磷酸二氫銨雖然促進(jìn)水稻秧苗主根的伸長(zhǎng)，但是對(duì)根條數(shù)卻沒(méi)有顯著促進(jìn)作用，在0.8%濃度下僅5.20±0.12條，顯著低于稀硫酸0.8%和硫磺0.8%的處理，并且磷酸二氫銨處理組的根條數(shù)隨其添加量的增加而顯著降低。相反，硫磺處理后，雖然其根系長(zhǎng)度顯著低于稀硫酸和磷酸二氫銨處理，但是因?yàn)槠鋼碛懈嗟母鶙l數(shù)，導(dǎo)致其百株根系干物質(zhì)量與稀硫酸和磷酸二氫銨處理相比并沒(méi)有顯著下降。稀硫酸和硫磺處理后，水稻根長(zhǎng)和根條數(shù)均顯著下降。上述結(jié)果說(shuō)明調(diào)酸劑對(duì)水稻根伸長(zhǎng)具有劑量效應(yīng)，超過(guò)一定量就會(huì)對(duì)根長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面作用。

表3 不同調(diào)酸劑處理水稻秧苗的生理指標(biāo)

2.4 不同調(diào)酸劑處理對(duì)秧苗養(yǎng)分吸收的影響

不同調(diào)酸劑對(duì)水稻養(yǎng)分的吸收也存在調(diào)節(jié)作用。從表4可見(jiàn)，用磷酸二氫銨調(diào)酸后，秧苗地上部氮含量顯著高于其他3種調(diào)酸劑處理，并且隨著添加量的增加而增加，最高達(dá)到34.36±0.24 g/kg，其主要原因可能在于磷酸二氫銨本身含有氮源；用硫磺調(diào)酸后，水稻地上部的氮含量隨著添加量的增加顯著增加，并且顯著高于稀硫酸和檸檬酸處理；用不同濃度的稀硫酸調(diào)酸后，秧苗地上部的氮含量沒(méi)有顯著變化；用檸檬酸調(diào)酸后，秧苗地上部的氮含量顯著低于其他調(diào)酸劑處理。

從表4可見(jiàn)，用磷酸二氫銨調(diào)酸后，秧苗地上部的磷含量顯著高于其他3 種調(diào)酸劑處理，并隨添加量的增加而增加，其主要原因可能在于磷酸二氫銨本身含有磷源；用稀硫酸、硫磺和檸檬酸調(diào)酸后，秧苗地上部的磷含量同樣隨著添加量的增加而增加，其主要原因可能在于隨著pH的下降，育秧基質(zhì)中一些結(jié)合態(tài)的磷被釋放出來(lái)，從而被水稻吸收利用；用檸檬酸調(diào)酸劑處理后，秧苗地上部的磷含量顯著低于其他3 種調(diào)酸劑處理。

從表4可見(jiàn)，除了N1處理，其余處理水稻地上部的鉀含量沒(méi)有顯著差異，均在53.00 g/kg左右，說(shuō)明調(diào)酸劑處理基質(zhì)后，不會(huì)顯著影響水稻對(duì)鉀的吸收。

2.5 不同調(diào)酸劑處理對(duì)秧苗葉綠素含量（SPAD值）的影響

從圖1可見(jiàn)，不同調(diào)酸劑對(duì)水稻SPAD值也存在調(diào)節(jié)作用。其中，用稀硫酸調(diào)酸后，水稻葉片的SPAD值最大，并且隨著添加量的增加而增加，S3 處理SPAD值達(dá)44左右；磷酸二氫銨和硫磺處理組的水稻葉片SPAD值沒(méi)有顯著差異，并且隨添加量的改變其差異較小，均在35 左右；檸檬酸處理組的SPAD值最低，顯著低于其他3 種調(diào)酸劑處理，N1處理的SPAD值僅為28左右。

圖1 不同調(diào)酸劑處理后水稻秧苗的SPAD值

3 討論

3.1 發(fā)酵基質(zhì)理化性質(zhì)

育秧基質(zhì)的理化性質(zhì)需滿足一定條件才能保證水稻秧苗的正常發(fā)芽和生長(zhǎng)。育秧基質(zhì)育秧不僅需保證秧苗的正常扎根生長(zhǎng)，也需考慮育秧基質(zhì)的搬運(yùn)問(wèn)題，因此，水稻育秧基質(zhì)的合理容重為0.1～0.8 g/cm3[14]，我們此次使用的發(fā)酵基質(zhì)，其容重為0.64±0.03 g/cm3，在適宜范圍區(qū)間內(nèi)?？紫抖葘?duì)基質(zhì)的通氣和持水性能起決定性作用，通氣孔隙度25%～40%對(duì)秧苗根系生長(zhǎng)較好[14,17]，我們使用的發(fā)酵基質(zhì)，其通氣孔隙度為24.67%±0.85%，適宜水稻根系生長(zhǎng)（表3）。

基質(zhì)的養(yǎng)分供應(yīng)能力直接影響水稻秧苗的生長(zhǎng)，而其中速效氮、速效磷、速效鉀含量是其供應(yīng)養(yǎng)分能力的重要指標(biāo)[18]。一般認(rèn)為，育秧基質(zhì)適宜的速效氮含量為250～300 mg/kg、有效磷濃度大于10 mg/kg、有效鉀濃度大于47 mg/kg，水稻秧苗的生長(zhǎng)才不會(huì)受到影響[17,19]。本試驗(yàn)所用的發(fā)酵基質(zhì)，其速效氮、有效磷、有效鉀的含量均顯著高于最低要求濃度，從而保證水稻秧苗生長(zhǎng)過(guò)程中養(yǎng)分的供應(yīng)。育秧基質(zhì)中的有機(jī)質(zhì)在養(yǎng)分循環(huán)和保水保肥能力中發(fā)揮重大作用[20]，本試驗(yàn)所用發(fā)酵基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量為38.25%±0.74%，含量較高，能滿足水稻秧苗的正常生長(zhǎng)。

3.2 不同調(diào)酸劑對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響

一般認(rèn)為，水稻育秧基質(zhì)的pH在5.0～6.5 之間可確保水稻秧苗正常生長(zhǎng)，在此pH范圍內(nèi)生長(zhǎng)的秧苗養(yǎng)分吸收能力和光合作用強(qiáng)、生理代謝旺盛[21－22]。同時(shí)，育秧基質(zhì)在不同的pH條件下，其含有的養(yǎng)分形態(tài)以及有效含量均會(huì)發(fā)生變化。比如，pH介于5～6 時(shí)銅、鋅、鐵和錳的有效性最高，pH 在6 左右時(shí)大量元素的有效性最大，而當(dāng)pH 大于7 時(shí)，有許多元素會(huì)因?yàn)樾纬蓺溲趸锍恋矶兂蔁o(wú)效狀態(tài)，不利于作物吸收[17]。因此，利用調(diào)酸劑將水稻育秧基質(zhì)調(diào)至適宜范圍，不僅有利于水稻正常生長(zhǎng)，還有利于釋放基質(zhì)中的養(yǎng)分，利于水稻秧苗對(duì)養(yǎng)分的吸收。

本試驗(yàn)選擇的4 種調(diào)酸劑，在較低濃度（0.8%）下即可將基質(zhì)調(diào)成酸性（表2），說(shuō)明均有較強(qiáng)的調(diào)酸能力。用檸檬酸調(diào)酸后，雖然水稻秧苗地上部生長(zhǎng)較好，但其根系生長(zhǎng)卻受到顯著抑制，根長(zhǎng)只有其他調(diào)酸劑處理的1/3 左右（表3），造成秧苗盤(pán)根困難，插秧后返青困難。同時(shí)，用檸檬酸調(diào)酸后，其植株養(yǎng)分含量（氮、磷）和葉綠素含量均顯著小于其他調(diào)酸劑處理（表4和圖1）。說(shuō)明檸檬酸抑制水稻根系生長(zhǎng)后，同時(shí)會(huì)影響水稻對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而影響葉綠素含量，降低光合能力。因此，本試驗(yàn)中，檸檬酸不適合作為基質(zhì)調(diào)酸劑。

合適濃度的磷酸二氫銨（0.8%～1.0%）調(diào)節(jié)育秧基質(zhì)pH 后，其地上部和根部的生長(zhǎng)均顯著好于其他3 種調(diào)酸劑（表3），且水稻秧苗的氮和磷含量均顯著高于其他處理（表4），其原因可能在于磷酸二氫銨不僅作為調(diào)酸劑存在，而且本身含有氮、磷，因此促進(jìn)植物生長(zhǎng)。除此之外，添加磷酸二氫銨后，基質(zhì)的EC值并沒(méi)有顯著增加，即使在1.2%的濃度下，其EC值仍然沒(méi)有超過(guò)2.00 mS/cm（表2），顯著低于其他調(diào)酸劑處理。EC值反映了基質(zhì)中可溶性鹽分的總量，可體現(xiàn)其養(yǎng)分供應(yīng)潛力，同時(shí)反映土壤鹽漬化程度。EC值過(guò)高的話，則會(huì)顯著影響發(fā)芽和根系生長(zhǎng)，抑制植物生長(zhǎng)，基質(zhì)EC值的適宜范圍為0.75～3.00 mS/cm[23－24]。因此，EC值維持在較低水平也是添加磷酸二氫銨調(diào)酸后水稻根長(zhǎng)較長(zhǎng)的原因。然而，磷酸二氫銨作為調(diào)酸劑，存在根系數(shù)目生長(zhǎng)少，以及過(guò)量調(diào)酸（1.2%）容易引起根系生長(zhǎng)抑制的弊端（表3）。

用低濃度稀硫酸（25%）和硫磺（0.8%）調(diào)酸，不僅對(duì)基質(zhì)有良好的調(diào)酸效果，而且還不影響根系生長(zhǎng)，但隨著添加濃度的增加，秧苗根系生長(zhǎng)受到顯著抑制（表2和表3），但對(duì)氮、磷的吸收上升（表4）。其主要原因可能在于，在較低的pH 下，育秧基質(zhì)中的養(yǎng)分，特別是磷，能以有效態(tài)形式溶解出來(lái)，從而促進(jìn)水稻的吸收。同時(shí)，用稀硫酸調(diào)節(jié)的育秧基質(zhì)，秧苗葉綠素含量顯著高于其他處理組，其可能原因在于稀硫酸中含有能被植物直接吸收的有效態(tài)硫，從而通過(guò)增加硫肥促進(jìn)水稻葉綠素合成。因此，稀硫酸和硫磺也可以作為備選調(diào)酸劑，但需要注意量的把握。

4 結(jié)論

綜上所述，本試驗(yàn)選擇的4 種調(diào)酸劑均能顯著降低水稻育秧基質(zhì)的pH值，具有良好的調(diào)酸效果。然而，檸檬酸對(duì)水稻根生長(zhǎng)有抑制作用，不應(yīng)被選擇作為水稻育秧基質(zhì)的調(diào)酸劑。稀硫酸、硫磺和磷酸二氫銨作為調(diào)酸劑，均存在不同的優(yōu)缺點(diǎn)，在后期試驗(yàn)中，可將其進(jìn)行復(fù)配，尋找最優(yōu)的調(diào)酸劑組合。