廢棄栽培基質(zhì)水稻育秧再利用及其稻田生產(chǎn)效應(yīng)

程月琴，王艷玲，金梅娟，呂志偉，陸長嬰，王海候*

(1.蘇州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 國家土壤質(zhì)量相城觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，江蘇 蘇州 215000；2.南京市耕地質(zhì)量保護(hù)站，江蘇 南京 210019；3.太倉市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江蘇 太倉 215400)

隨著我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的規(guī)?；c集約化發(fā)展，基質(zhì)栽培在反季節(jié)蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛[1]?；|(zhì)容易更新，可避免或減少土傳病害，有利于綠色無公害蔬菜的生產(chǎn)，基質(zhì)栽培已成為許多地方大棚蔬菜主要的栽培方式[2]。由于基質(zhì)在種植完一茬或幾茬蔬菜后，其理化性質(zhì)會(huì)發(fā)生很大變化，如EC(基質(zhì)中的可溶性鹽含量)值變高、病蟲害增多等，繼續(xù)使用會(huì)造成蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)嚴(yán)重下降[3-4]，目前，許多蔬菜集中種植區(qū)的大量廢棄基質(zhì)被無序堆放，成為農(nóng)業(yè)垃圾[5]。因此，廢棄栽培基質(zhì)的無害化處理及資源化再利用已成為影響蔬菜基質(zhì)栽培生產(chǎn)符合農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量及可持續(xù)發(fā)展的突出問題。

水稻是我國最重要的糧食作物之一，“秧好一半禾，苗好七分收”，秧苗的好壞直接關(guān)系到水稻是否豐收[6-7]。近年來，水稻工廠化基質(zhì)育秧技術(shù)顯著提升了我國水稻生產(chǎn)技術(shù)水平，并保障了水稻的穩(wěn)產(chǎn)性和豐產(chǎn)性[8-10]。由于水稻育秧基質(zhì)的質(zhì)量要求低于蔬菜育苗或栽培基質(zhì)，并且需求量巨大[11-12]，若采用草炭或椰糠為原料的商品基質(zhì)會(huì)顯著增加水稻生產(chǎn)的成本投入，若將廢棄栽培基質(zhì)經(jīng)無害化處理后，應(yīng)用于水稻基質(zhì)育秧，即可實(shí)現(xiàn)廢棄栽培基質(zhì)的資源化再利用，并減少對(duì)環(huán)境的次生污染風(fēng)險(xiǎn)，也為水稻育秧基質(zhì)的制備提供了一種成本較低的原料選擇，同時(shí)也是水稻-蔬菜產(chǎn)業(yè)生態(tài)循環(huán)模式的新探索[13-14]。目前，國內(nèi)外對(duì)廢棄基質(zhì)處理與再利用方面的研究鮮見報(bào)道，少量研究提出廢棄栽培基質(zhì)可應(yīng)用于土壤調(diào)理劑[15]，但關(guān)于水稻育秧基質(zhì)的應(yīng)用尚不多見。為此，本試驗(yàn)主要開展廢棄栽培基質(zhì)在水稻育秧上的再利用，及其稻田生產(chǎn)效應(yīng)研究，以期為實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用提供可參考的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試水稻品種為南粳46。試驗(yàn)材料主要包括商品基質(zhì)、營養(yǎng)土以及再生基質(zhì)。商品基質(zhì)購買自太倉市綠豐農(nóng)業(yè)科技有限公司，主要由酒糟的生產(chǎn)廢渣與秸稈混合生產(chǎn)堆置而成。營養(yǎng)土為自制，提前挖取菜園或相對(duì)肥沃的土壤，先進(jìn)行晾曬處理，再敲碎并過10目篩，每100 kg土壤中加入45%三元復(fù)合肥0.5 kg，混合均勻備用，使用前再進(jìn)行消毒處理。再生基質(zhì)采用條垛式堆肥法制備，以蔬菜栽培基質(zhì)為主要原料，以粉碎后的藤蔓、稻麥秸稈為輔料，廢棄基質(zhì)∶藤蔓秸稈∶稻麥秸稈體積比為5∶2∶1，控制混合堆肥體的含水率為65%左右，進(jìn)行45 d以上的好氧發(fā)酵，其間當(dāng)堆溫超過65 ℃或每隔7～10 d翻堆1次，直至堆制結(jié)束，再進(jìn)行集中堆置后熟60 d以上，備用。3種材料的基本性狀見表1。

表1 3種供試材料的基本理化性狀Table 1 The basic physical and chemical properties of the three test materials

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年5月在太倉市城廂鎮(zhèn)東林農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行，以再生基質(zhì)為主要研究對(duì)象，以商品基質(zhì)、營養(yǎng)土為對(duì)照，設(shè)計(jì)3個(gè)處理，分別為再生基質(zhì)、商品基質(zhì)、營養(yǎng)土處理。先將3種處理的基質(zhì)育秧進(jìn)入工廠化育秧系統(tǒng)進(jìn)行集中育秧，育秧20 d后分別進(jìn)行大田機(jī)械化插秧，各處理均3次重復(fù)。稻田田塊整理、施肥及肥料運(yùn)籌、水漿管理以及病蟲草害防治均與大田常規(guī)生產(chǎn)操作一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與檢測(cè)方法

水稻秧苗素質(zhì)[16]。育秧20 d后，先選擇有代表性秧盤，將盤內(nèi)秧苗毯切塊成15 cm×15 cm秧塊，計(jì)數(shù)秧塊中秧苗數(shù)量，計(jì)算秧苗密度。取秧盤中基質(zhì)，采用烘干后質(zhì)量差法測(cè)定秧盤基質(zhì)的含水率。再選取不同處理秧苗100根，用直尺測(cè)定苗高、苗長、最大單葉長、最大單葉寬、假莖粗、最長不定根，計(jì)數(shù)水稻秧苗秧齡、≥5 mm的不定根數(shù)，最后將100根秧苗分成地上部與地下部，烘干后用天平稱重，3次重復(fù)，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。

水稻秧苗倒秧率與活棵率。秧苗機(jī)械化移栽后，隨機(jī)選取2行水稻，每行50 m，先計(jì)數(shù)總穴數(shù)，再計(jì)數(shù)倒秧的穴數(shù)，進(jìn)一步計(jì)算倒秧率；栽插4 d后，設(shè)點(diǎn)方法與調(diào)查倒秧率相同，計(jì)數(shù)活棵數(shù)量，再進(jìn)一步計(jì)算活棵率。上述測(cè)定內(nèi)容，均重復(fù)3次。

水稻發(fā)根與分蘗成穗。在水稻栽插后4、12 d，分別調(diào)查一行中連續(xù)的20穴水稻秧苗，調(diào)查地下部的不定根數(shù)、地上部分蘗數(shù)；在分蘗盛期調(diào)查水稻分蘗數(shù)、成熟期調(diào)查穗數(shù)，進(jìn)一步計(jì)算成穗率。3個(gè)處理均3次重復(fù)。

水稻產(chǎn)量及構(gòu)成。水稻成熟后，根據(jù)調(diào)查的單穴穗數(shù)平均值，采集水稻植株樣品5穴，測(cè)定水稻每穗飽粒數(shù)與癟粒數(shù)，計(jì)算每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率，并測(cè)定千粒重。另外，測(cè)定水稻實(shí)際產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)方法

數(shù)據(jù)采用Excel 2021進(jìn)行整理，采用SPSS 26.0進(jìn)行方差分析，Duucan法檢驗(yàn)處理組間的均值差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 再生基質(zhì)對(duì)水稻秧苗素質(zhì)的影響

2.1.1 對(duì)秧苗莖葉性狀的影響

表2為不同育秧基質(zhì)處理下水稻育秧20 d的秧苗莖葉性狀測(cè)定結(jié)果，由表2可知，再生基質(zhì)處理的水稻秧苗苗高、苗長、葉齡、最大單葉長、假莖粗均顯著小于商品基質(zhì)處理，營養(yǎng)土處理的水稻秧苗相關(guān)莖葉性狀也均劣于商品基質(zhì)處理，而再生基質(zhì)與營養(yǎng)土處理之間的莖葉性狀測(cè)定值較為接近。

表2 不同育秧基質(zhì)處理對(duì)水稻秧苗莖葉性狀的影響Table 2 Effects of different seedling substrate treatments on stem and leaf traits of rice seedlings

2.1.2 對(duì)秧苗不定根數(shù)及干物質(zhì)重的影響

由表3可知，再生基質(zhì)與商品基質(zhì)處理的秧苗大于5 mm不定根數(shù)無顯著差異，但均顯著大于營養(yǎng)土處理；不同處理的秧苗最長不定根長由大到小依次為營養(yǎng)土、商品基質(zhì)、再生基質(zhì)處理，再生基質(zhì)與商品基質(zhì)處理的最長不定根長顯著小于營養(yǎng)土處理；再生基質(zhì)處理的地上部干物質(zhì)重顯著小于商品基質(zhì)處理，但地下部干物質(zhì)重顯著大于商品基質(zhì)與營養(yǎng)土處理，而3個(gè)處理的總干物質(zhì)重?zé)o顯著差異。

表3 不同育秧基質(zhì)處理對(duì)水稻秧苗不定根數(shù)及干物質(zhì)重的影響Table 3 Effects of different seedling substrate treatments on the number of adventitious roots and dry matter weight of rice seedlings

2.2 再生基質(zhì)對(duì)水稻栽插效果及分蘗成穗的影響

2.2.1 對(duì)秧盤含水率、秧苗密度的影響

育秧20 d后，再生基質(zhì)處理的秧盤含水率為30.39%，與營養(yǎng)土處理無顯著差異，但顯著低于商品基質(zhì)處理(表4)；另外，再生基質(zhì)的秧苗密度為18.57 苗·cm-2，略高于商品基質(zhì)處理，顯著高于營養(yǎng)土處理。

表4 不同育秧基質(zhì)處理對(duì)秧盤含水率、秧苗密度及栽插后倒秧率與活棵率的影響Table 4 Effects of different seedling substrate treatments on water content of seedling tray，seedling density，and rate of seedling inverted rate and seedling survival rate after transplanting

2.2.2 對(duì)倒秧率、活棵率的影響

不同育秧基質(zhì)處理的秧苗栽插后倒秧率與活棵率測(cè)定結(jié)果見表4。再生基質(zhì)處理的秧苗栽插當(dāng)天的倒秧率為7.62%，商品基質(zhì)處理栽插當(dāng)天的倒秧率為28.72%，營養(yǎng)土處理栽插當(dāng)天的倒秧率為7.07%，再生基質(zhì)和營養(yǎng)土處理栽插當(dāng)天的倒秧率顯著低于商品基質(zhì)處理(表4)；再生基質(zhì)與營養(yǎng)土處理栽插后4 d的活棵率均在97%以上，而商品基質(zhì)處理栽插后4 d的活棵率僅為86.40%，可能與其倒秧率較高有關(guān)。

2.2.3 對(duì)秧苗發(fā)根數(shù)與分蘗數(shù)的影響

表5為不同基質(zhì)處理下水稻秧苗發(fā)根數(shù)、分蘗數(shù)及成穗率測(cè)定結(jié)果。栽后4 d，不同處理的單穴發(fā)根數(shù)無明顯差異，栽后12 d，再生基質(zhì)處理的單穴發(fā)根數(shù)明顯高于其他處理；在栽后4 d，3個(gè)處理的單穴分蘗數(shù)無顯著差異，栽后12 d，再生基質(zhì)與商品基質(zhì)處理之間單穴分蘗數(shù)無顯著差異；另外，再生基質(zhì)處理的水稻成穗率顯著高于商品基質(zhì)及營養(yǎng)土處理。

表5 不同育秧基質(zhì)處理對(duì)水稻分蘗及成穗的影響Table 5 Effects of different seedling substrate treatments on tillering and panicle formation of rice

2.3 再生基質(zhì)育秧對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

表6為不同育秧基質(zhì)處理下水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的測(cè)定結(jié)果。再生基質(zhì)處理的穗數(shù)最多，商品基質(zhì)處理其次，且差異達(dá)顯著水平；不同處理的結(jié)實(shí)率、千粒重均無顯著差異；再生基質(zhì)處理的水稻產(chǎn)量最高，顯著高于商品基質(zhì)處理，增產(chǎn)率為14.79%。

表6 不同育秧基質(zhì)處理對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響Table 6 Effects of different seedling substrate treatments on rice yield and its components

3 結(jié)論與討論

廢棄栽培基質(zhì)主要來源于蔬果設(shè)施栽培后的殘余物[13]，經(jīng)無害化處理后，再生基質(zhì)的pH值、有機(jī)質(zhì)含量、容重、總孔隙度、持水孔隙度、相對(duì)含水量等農(nóng)藝性狀指標(biāo)均達(dá)到了蔬菜育苗基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(NYT 2118—2012)。

再生基質(zhì)的EC值高于商品基質(zhì)，適應(yīng)用于對(duì)EC值不敏感的作物生產(chǎn)[13-14]。

與商品基質(zhì)相比，將再生基質(zhì)應(yīng)用于水稻育秧，對(duì)水稻秧苗的苗高、苗長、葉齡、最大單葉長與寬、假莖粗無促進(jìn)作用，但顯著提高了秧苗地下部干物質(zhì)重，推測(cè)原因?yàn)樵偕|(zhì)來源于蔬菜生產(chǎn)后的廢棄栽培基質(zhì)，基質(zhì)物料不僅是蔬果的定植載體，也是微生物生長繁殖的載體[14]，基質(zhì)物料泥質(zhì)化程度更強(qiáng)，有利于提高基質(zhì)容重，從而顯著降低水稻秧苗栽插當(dāng)天的倒秧率、提高了栽插后4 d的活棵率，另外，再生基質(zhì)使水稻秧苗栽后12 d的發(fā)根數(shù)顯著增加，成穗率顯著提高，顯著增加了水稻成熟期的穗數(shù)，從而促進(jìn)了水稻增產(chǎn)，增產(chǎn)率為14.79%。