清淤河泥和草木灰渣作基質(zhì)對水稻育秧效果的影響

謝昶琰，李青，陳川，董青君，張苗，章安康

(江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 淮安 223001)

近年來，我國水環(huán)境治理工程大規(guī)模開展，國家加強(qiáng)農(nóng)村河道的治理力度，在提高河道防洪、排澇和灌溉能力的同時(shí)減少河道內(nèi)源污染，為河道水質(zhì)改善提供保障[1-2]?；窗簿硟?nèi)河流眾多，其中農(nóng)村河道就有6.7萬條，這些河道清理的大量淤泥的處理一直是制約清淤工程的一大難題，河泥堆放后不僅占用耕地資源，影響土壤結(jié)構(gòu)，而且隨著雨水沖刷帶來的地表徑流也會對環(huán)境水體造成污染。高效資源化利用農(nóng)村河道清淤河泥是一種行之有效且安全的資源化利用方式，現(xiàn)階段河泥被用作建筑材料、填方材料、燒結(jié)制磚、燒制陶粒和水泥原料等[3-5]，但是部分農(nóng)村清淤產(chǎn)生的河泥，不具備以上資源化利用途徑。河泥含有豐富的營養(yǎng)成分，能夠促進(jìn)植物的生長，但其含水量過高、細(xì)顆粒含量高、黏性大、孔隙度低，很少直接應(yīng)用于農(nóng)田，根據(jù)河泥的理化特性開展河泥農(nóng)業(yè)資源化利用研究，在生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面均具有廣泛的實(shí)用意義。生物質(zhì)發(fā)電是一種可再生能源的利用方式[6]，江蘇省能源局在2021發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃中指出推進(jìn)生物質(zhì)能源化利用，預(yù)計(jì)到2025年底，全省生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)達(dá)到300萬kW。然而隨著生物質(zhì)發(fā)電的大面積推廣利用勢必會帶來大量的草木灰渣，從而嚴(yán)重影響環(huán)境質(zhì)量。草木灰渣具有孔隙度大、無菌無蟲和富含活性炭等優(yōu)良特性，直接施用于農(nóng)田存在堿性強(qiáng)、鹽分高、結(jié)構(gòu)差等問題。如果根據(jù)兩者的理化特點(diǎn)，經(jīng)過科學(xué)加工應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，不失為解決農(nóng)村河道清淤河泥和電廠草木灰渣的一條有效途徑。

水稻是我國主要糧食作物，江蘇省常年水稻種植面積在227萬hm2左右，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年江蘇省水稻機(jī)插面積超153萬hm2，機(jī)插秧水平超過70%，位居全國前列。機(jī)插秧已成為水稻種植機(jī)械化主體方式，目前機(jī)插秧育苗仍以營養(yǎng)土為主，但隨著水稻種植面積擴(kuò)大，營養(yǎng)土存在用土量大、取土難、勞動強(qiáng)度大、對土壤耕層破壞嚴(yán)重、易發(fā)生土傳病害等問題。研制無土育秧育苗基質(zhì)可以有效避免這種情況發(fā)生，因此，本研究以淮安地區(qū)豐富易得的河泥和草木灰渣為資源，配制成不同比例的水稻育秧基質(zhì)，進(jìn)行育秧試驗(yàn)，篩選出適合水稻育秧的最適基質(zhì)配比，實(shí)現(xiàn)河泥和灰渣的資源化利用，為河泥和灰渣利用新途徑提供理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，也為水稻育秧基質(zhì)研究和栽培工作提供更多的途徑與參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

河泥采自江蘇淮安市李集村河道，自然曬干粉碎過5 mm篩備用，草木灰渣由江蘇淮安國信生物質(zhì)發(fā)電有限公司提供，以稻殼灰為主。河泥和灰渣的重金屬含量相對較低(表1)，符合《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)中的一級標(biāo)準(zhǔn)，也符合《綠化用有機(jī)基質(zhì)》(GB/T 33891—2017)對于綠化種植土壤中重金屬含量的一級標(biāo)準(zhǔn)。河泥和灰渣的基本理化性狀見表2?；谇捌谘芯炕A(chǔ)，本試驗(yàn)將灰渣的鹽分淋洗至pH值小于8，電導(dǎo)率小于1.5 mS·cm-1，過5 mm篩后備用。供試水稻品種為南粳9108，供試育秧盤為30 cm×60 cm的硬盤，水稻浸種劑為稀效矬，拌種劑為3.5%咪鮮·甲霜靈，由江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。

表1 重金屬含量Table 1 Heavy metal content

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

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

水稻基質(zhì)育秧試驗(yàn)于2022年5月在江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所實(shí)施。試驗(yàn)共設(shè)置7個(gè)處理(表3)，每個(gè)處理設(shè)置3盤重復(fù)。每育苗盤用基質(zhì)3.5 L，用播種器播種120 g水稻種，然后用0.5 L基質(zhì)覆蓋，均勻噴灑自來水，水稻播種前先用烯效唑浸種24 h后用3.5%咪鮮·甲霜靈拌種劑與水稻種子按照1∶100的比例拌種，于5月5日落谷，4 d后暗化出苗，出苗后統(tǒng)一將育苗盤放置于溫室，待秧苗秧齡達(dá)30 d后進(jìn)行取樣測定。

表3 不同處理育秧基質(zhì)配方Table 3 Substrate formulations for different treatments

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 秧苗素質(zhì)調(diào)查

各育秧基質(zhì)處理切取10 cm×10 cm大小長勢均勻的秧苗帶回實(shí)驗(yàn)室沖洗干凈，剔除弱苗死苗，記錄成苗率；每盤選取20株秧苗測定株高、莖基寬、葉長及葉齡，用便攜式SPAD儀測定秧苗完全展開葉的葉片中部相對葉綠素含量。將上述秧苗105 ℃殺青30 min后65 ℃烘至恒重，測定其地上部、根系生物量。根冠比為根干重與地上部干重的比值，秧苗充實(shí)度為莖葉干重與株高的比值。

1.3.2 根系盤結(jié)力

用木板和強(qiáng)力夾固定秧苗毯兩邊，一端用鉛絲固定，另一端用彈簧秤向水平方向拉動，觀察記錄秧苗毯在斷裂時(shí)的最大拉力[7]。

1.3.3 水培發(fā)根力

選取10株秧苗，將根系由基部剪掉后放在去離子水中，7 d后調(diào)查水培發(fā)根數(shù)和水培根長。計(jì)算發(fā)根力，發(fā)根力為發(fā)根數(shù)與平均根長的乘積[8]。

1.3.4 基質(zhì)生產(chǎn)性能的測定

基質(zhì)的生產(chǎn)性能為秧苗鮮重與對應(yīng)原基質(zhì)體積的比值[9]。

1.3.5 綜合評價(jià)

由于各處理的不同性狀表現(xiàn)不會完全一致，只靠單一性狀不能評判哪一個(gè)處理表現(xiàn)更優(yōu)，所以本研究參考柯璦[7]的隸屬函數(shù)法評價(jià)秧苗的綜合素質(zhì)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所得結(jié)果為各處理平均值，采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和圖表處理，采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對地上部生長的影響

由表4可知，T3、T6處理與CK相比水稻秧苗的成苗率差異不大，其余處理相較對照成苗率略低，當(dāng)河泥比例增大到85%和100%時(shí)(T1和T2處理)，成苗率最低。秧苗葉齡隨著河泥比例的增大而增大，其中，T1、T2和T3處理秧苗葉齡顯著高于對照和其他處理，T4、T5和T6處理葉齡與CK相比未達(dá)到顯著差異，說明河泥+灰渣組合能夠促進(jìn)秧苗葉齡的增長。從株高來看，T2、T3、T4、T5、T6處理能夠顯著促進(jìn)秧苗株高的增長，T2處理株高最高，T1處理株高最低。各配比基質(zhì)處理莖基寬表現(xiàn)出明顯的差異，T1、T2、T3、T4處理的莖基寬顯著大于T5、T6和CK。各配比處理葉片相對葉綠素含量(SPAD值)相較對照均有不同程度的提高，其中T1處理下秧苗SPAD值最高，為29.10，其次是T2處理。以上數(shù)據(jù)可知，河泥+灰渣配比處理能夠有效影響水稻秧苗地上部生長。

表4 不同處理對秧苗地上部生長的影響Table 4 Effects of different treatments on the aboveground growth of seedlings

2.2 不同處理對葉長的影響

由圖1可知，添加不同原料配比的育秧基質(zhì)對秧苗葉長具有不同的影響。除T1處理外，其余基質(zhì)處理的1葉、2葉、3葉相比對照均有不同幅度的增加，各基質(zhì)配比處理下的4葉葉長顯著高于對照。其中1葉、3葉、4葉以T2處理秧苗葉長最好，T3、T4、T5、T6處理次之，2葉以T3、T4、T5秧苗葉長最好。

柱上無相同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖1 不同基質(zhì)對秧苗葉長的影響Fig.1 Effect of different substrates on leaf length of seedlings

2.3 不同處理對秧苗干物質(zhì)積累的影響

由表5可知，T1、T2、T4、T5處理與對照沒有顯著差異，T3、T6處理的地上部干重顯著增大，干物質(zhì)積累表現(xiàn)最優(yōu)。河泥和灰渣配比處理的植株根系單株干重與對照無顯著差異。根冠比則除了T1處理高于對照，其余基質(zhì)處理均低于對照。除T2和T5處理外，其余基質(zhì)處理的秧苗充實(shí)度相較對照均有明顯提高。除T5處理外，其余處理壯苗指數(shù)均高于對照。

表5 不同處理對秧苗干物質(zhì)積累的影響Table 5 Effects of different treatments on dry matter accumulation of seedlings

2.4 不同處理對秧苗根系生長的影響

由表6可知，處理T1下根系盤結(jié)力、發(fā)根力、新發(fā)根數(shù)和最長根長均表現(xiàn)為最大。

表6 不同處理對秧苗根系生長的影響Table 6 Effects of different treatments on root growth of seedlings

2.5 不同基質(zhì)的生產(chǎn)性能

從表7可以看出，不同育秧基質(zhì)處理間單位體積基質(zhì)生產(chǎn)秧苗鮮重和單位面積秧苗數(shù)均有顯著差異，但無明顯規(guī)律。單位體積基質(zhì)生產(chǎn)秧苗鮮重以T5、T6、T1處理表現(xiàn)較大，單位面積秧苗數(shù)以T3處理最大，其次為CK、T6處理。

表7 不同基質(zhì)的生產(chǎn)性能Table 7 Productivity of different matrices

2.6 不同配比育秧基質(zhì)綜合評價(jià)

由于不同基質(zhì)配比下各性狀的表現(xiàn)存在差異，單一性狀很難界定哪一種基質(zhì)配比更適合，為了評估最優(yōu)基質(zhì)配比，本研究引入了隸屬函數(shù)法對不同基質(zhì)配比進(jìn)行綜合評價(jià)。不同性狀會得到相應(yīng)的隸屬函數(shù)值，最后計(jì)算平均值作為綜合評價(jià)指數(shù)，F(xiàn)值越大，代表水稻秧苗綜合素質(zhì)越高。由圖2可知，不同配比基質(zhì)綜合評價(jià)指數(shù)大小為：T3>T1≈T2>T5>T4>CK≈T6，表明60%河泥+40%灰渣處理更有利于培育符合機(jī)插要求的壯苗。

圖2 不同處理秧苗素質(zhì)的綜合評價(jià)Fig.2 Comprehensive evaluation of seedling quality under different treatments

3 討論

機(jī)插秧技術(shù)是一項(xiàng)省工省種、節(jié)本增效的先進(jìn)技術(shù)[10]。隨著水稻機(jī)械化程度的不斷提高，機(jī)插秧技術(shù)成為水稻高效栽培技術(shù)的主要發(fā)展方向[11]。針對純營養(yǎng)土育秧存在的取土困難、破壞耕層、運(yùn)輸成本高等問題，以及基質(zhì)育秧面臨的保水保肥性能、品質(zhì)良莠不齊等問題[12]，本研究結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，將農(nóng)村河道清淤河泥和生物質(zhì)發(fā)電廠固廢草木灰渣相結(jié)合，利用草木灰渣具有通透性和富含活性炭的吸附作用等優(yōu)勢，解決河泥易板結(jié)、黏度大、通氣孔隙度小等問題，利用河泥豐富的營養(yǎng)元素和較強(qiáng)的緩沖能力，解決草木灰渣堿性強(qiáng)、鹽分高對植物生長不利的問題，將兩者優(yōu)勢互補(bǔ)，復(fù)配制作不同配比的育秧基質(zhì)試驗(yàn)，分析了不同基質(zhì)處理對秧苗素質(zhì)的影響，既解決了營養(yǎng)土育秧存在的用土量大、取土難、對土壤耕層破壞嚴(yán)重及易發(fā)生土傳病害等問題，又實(shí)現(xiàn)了河泥和草木灰渣的資源化高效利用。

秧苗素質(zhì)是水稻高產(chǎn)栽培的基礎(chǔ)，生產(chǎn)中機(jī)插秧苗品質(zhì)通常以株高、葉齡、莖基寬、植株干重、盤根力和發(fā)根力等指標(biāo)來衡量。孟凌霄等[12]以城市污水淤泥生物質(zhì)為基質(zhì)培育的幼苗成苗率高，在莖粗、百株重、重高比、壯苗指數(shù)等幼苗素質(zhì)方面均顯著優(yōu)于營養(yǎng)土，鐘平等[13]將生活污泥和草木灰混合制作水稻基質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)，隨著污泥比例的提高，成苗率和株高及1、2葉的葉鞘和葉長有下降趨勢，葉綠素含量、莖基寬、地上干重、地下根重和總干重隨著污泥比例的加大有增加的趨勢。本研究表明，不同配比育秧基質(zhì)處理相比對照在秧苗地上部生長、葉長生長、干物質(zhì)積累、根系生長和基質(zhì)生產(chǎn)性能上均達(dá)到不同程度的差異，其中當(dāng)河泥的比例達(dá)到85%和100%時(shí)，秧苗的葉齡、4葉長、莖基寬、SPAD值、根系盤結(jié)力、發(fā)根力和新生根數(shù)高于對照和其他基質(zhì)處理，但秧苗的成苗率最低，2葉長和干物質(zhì)積累也有明顯下降。這是由于隨著河泥比例的增大，育秧基質(zhì)黏結(jié)性較大，通氣孔隙度小，因此，在生產(chǎn)上易形成苗數(shù)不足，插秧率不高等問題。而T3處理，即體積比60%河泥+40%灰渣在成苗率、單位面積秧苗數(shù)指標(biāo)上表現(xiàn)最優(yōu)，葉齡、株高、莖基寬、地上部干重積累量、根長和秧苗充實(shí)度等指標(biāo)上也均表現(xiàn)出較好的效果，壯苗指數(shù)則略低于T1處理(100%河泥)，但高于其他處理。從綜合評價(jià)指數(shù)也可看出，T3處理更有利于培育出符合機(jī)插要求的壯苗。這可能是由于T3處理基質(zhì)疏松度適中，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養(yǎng)分的吸收利用，促進(jìn)了秧苗地上部生長，使得秧苗在生長指標(biāo)、干物質(zhì)積累方面表現(xiàn)良好。

綜上所述，利用農(nóng)村河道清淤河泥和生物質(zhì)發(fā)電廠產(chǎn)生的草木灰渣制成不同配比的水稻育秧基質(zhì)進(jìn)行水稻育秧可行，其中T3處理所育秧苗的綜合素質(zhì)優(yōu)于其他基質(zhì)配方處理和常規(guī)營養(yǎng)土，可作為水稻育秧基質(zhì)的原料。下步將對已試驗(yàn)的不同基質(zhì)配方結(jié)合養(yǎng)分含量的調(diào)制在田間育秧中進(jìn)行優(yōu)化，以期確定最優(yōu)育秧基質(zhì)配方，用于水稻機(jī)插秧生產(chǎn)，為農(nóng)村河道清淤河泥和電廠草木灰渣的綠色基質(zhì)化利用提供新途徑。