以秸秆沼渣为主料的水稻育苗基质配方研究

2024-02-21丁伟张添一李靖孙京黄超李慧颖陈文成赵国明

农业与技术 2024年3期

丁伟张添一李靖孙京黄超李慧颖陈文成赵国明

(吉林省农业机械研究院，吉林长春 130022)

引言

我国是农业大国，随着农业的不断发展，粮食产量不断增产的同时，农业废弃物的产量也不断提高，我国每一年农作物秸秆的产量达到10亿t[1]，这些农作物秸秆处理和利用的现状不好，秸秆的乱堆放会对环境造成一定的影响，为了备耕的需要，有些地方秸秆在田地中露天焚烧，不仅对空气造成一定的污染，也会对公共安全造成一定的危害[2-4]。目前，秸秆的利用形式主要是秸秆的“五化”利用，包括秸秆的肥料化、饲料化、能源化、基料化和工业原料化[5-7]，无论采取哪种技术形式，秸秆综合利用的经济效益都是限制技术推广的关键。采取厌氧发酵技术处理农作物秸秆，可实现秸秆的能源化、肥料化和基料化，产生清洁能源沼气可以替代一次能源消费，对减排特别有利[8，9]；秸秆沼渣中含有丰富的营养成分，可作为一种主要的基质原料，按一定比例添加不同的无机物配制成蔬菜栽培基质或水稻育苗基质[10，11]，满足蔬菜和水稻秧苗生长需要，既有很好的经济效益又符合国家双碳目标和环境保护的需求[11-13]。水稻是我国重要的粮食作物之一，我国水稻种植面积达到2992hm2，年产量2亿t以上，稳定的产量保障了国家口粮的安全[14，15]。水稻的栽培过程包括育苗、插秧、除草除虫、施肥、灌排水、收成[16]。育苗是水稻种植环节中关键的部分之一，其中旱育秧技术具有秧苗素质好，抗性强等特点，得到了广泛的应用[17]。为了保证秧苗具有充足的生育期，传统水稻旱育秧普遍采用育秧移栽的种植方式，水稻育秧过程中需要大量的育秧土为秧苗生长提供养分，往往需要采集大量优质泥炭土或田土作育苗床土，导致大面积土壤耕作层及生态环境受到破坏，严重影响农业可持续发展[18-20]。在土壤资源日益匮乏的今天，以秸秆沼渣为主要原料，开发一种合适配方的基质，可以替代泥炭土进行水稻育秧，具有重大的意义。

1 试验材料

秸秆沼渣：取自松原市乾安县佳辰化工试验基地300m3厌氧发酵反应器，该沼气工程采用秸秆连续厌氧发酵工艺，通过对该反应器溢流出的渣液进行干湿分离处理，然后将分离后的秸秆沼渣进行好氧堆肥2个月处理，经晾晒粉碎后使用，粒径小于4mm。

碳化稻壳：取自松原市乾安县佳辰化工有限公司稻壳碳化车间。

珍珠岩：外购，产自信阳厚普矿业材料厂，规格2～4mm。

水稻育苗秧盘：外购，机插水稻育秧盘，规格580cm×280cm×2cm。

稻种：供试品种为“吉农大808”，发芽率不小于95%。

2 试验仪器

实验仪器见表1。

表1 试验仪器设备列表

3 试验装置

采用RGX-400P型人工气候箱进行水稻育苗基质种植试验，人工气候箱可调节温度、湿度、光照强度等种植环境参数，本次试验参数调节模拟水稻育苗自然情况的环境条件，具体情况如表2所示，人工气候箱如图1所示。

图1 人工气候箱

表2 人工气候箱参数设置

4 试验设计

为探究不同配方水稻育苗基质对水稻育苗的影响，现以秸秆沼渣、碳化稻壳、珍珠岩为原料进行不同质量配比的试验设计。根据表3、表4中各原料理化指标的测量结果以及NY/T 3838-2021标准中对水稻育苗的养分要求≥1.5%，测算出秸秆沼渣∶碳化稻壳∶珍珠岩质量比为70∶23∶7时接近标准要求，根据这个比值选取秸秆沼渣含量为50%～80%、梯度为5%，进行试验设计，以商品化水稻育苗基质为对照组CK(主要原料为草炭土)，进行水稻育苗试验，根据水稻育苗效果确定基质配方的合理配比。具体试验设计如表5所示。

表3 基质原料理化指标

表4 NY/T 3838-2021标准-水稻育苗无土基质理化指标

表5 不同配方水稻育苗基质对水稻育苗影响试验设计

本次试验前进行不同配方水稻育苗基质稻种发芽率测定。按照表5进行不同配方水稻育苗基质的制备，对基质进行调酸处理，利用4%硫酸将其pH值调节至6.0左右。取制备好的水稻育苗基质与去离子水按照1∶5比例进行混合，搅拌均匀后静置4h；吸取5mL过滤液加入到铺有两层滤纸的9cm培养皿内，每个培养皿内点播浸种处理12h的饱满稻种50粒，将培养皿放入30℃恒温培养箱，避光培养2d，测量各配方浸提液处理下的稻种发芽率[21]。根据NY/T 3838-2021标准要求，稻种发芽率均大于85%，符合种植要求。

对符合种植要求的配方进行水稻育苗种植试验。在育苗盘内均匀铺撒制备好的水稻育苗基质1.5cm，将经过浸种催芽的水稻种子均匀撒播在育苗盘上，覆盖对应处理组基质0.5cm，保证种子不外露，每2d定期浇水1次。对种植前的T1～T7处理组的理化性质、营养成分进行测定，并对秧苗生长至第20天时的生长指标进行测定，分析不同配方水稻育苗基质对水稻育苗的影响。

5 试验参数测定

5.1 容重测定

取体积为V的烧杯，将过2mm筛网自然风干后的水稻育苗基质装至烧杯满刻度，称取基质质量为M。按公式计算基质容重：

(1)

5.2 pH值测定

将过2mm筛子风干样品按照水土比10∶1比例配置，搅拌均匀，静置30min用pH计测量。

5.3 电导率(EC)测定

将过2mm筛子风干样品按照水土比10∶1比例配置，摇匀后放入恒温震荡器25℃震荡30min，利用电导仪进行测量。

5.4 碱解氮测定

利用扩散皿，采用碱解扩散法测定。

5.5 速效磷测定

采用碳酸氢钠浸提，钼锑抗紫外分光光度计法测定。

5.6 速效钾测定

采用醋酸铵浸提，火焰光度计法测定。

5.7 稻种发芽率测定

发芽率计算公式如下：

(2)

5.8 全氮

浓硫酸双氧水消煮后，采用凯氏定氮法测定。

5.9 有机碳

利用硫酸、重铬酸钾氧化，硫酸亚铁滴定法测定。

5.10 有机质

有机质=有机碳含量×1.742

5.11 秧苗生长指标测定

播种20d后，对每个处理组别进行10株秧苗随机取样，各指标重复测定3次，取平均值作为试验结果。用直尺测定秧苗的株高和根长，游标卡尺测定秧苗的径粗，万分之一天平测定秧苗的地上鲜重和地下鲜重，然后将鲜样放入鼓风干燥箱内105℃杀青20min，80℃烘至恒重测量地上干重和地下干重。

6 试验结果与分析

由表6可知，不同配方水稻育苗基质容重、电导率、有机质均符合NY/T 3838-2021标准要求，T1～T7试验组容重、电导率均随着秸秆沼渣含量的减少而下降，这是由于秸秆沼渣容重及电导率较高，对基质容重及电导率的影响起主导作用；秧苗生长指标如表7所示，秧苗的长势情况如图2所示，T4试验组秧苗的株高、径粗、根长均高于其他组，与CK处理基本相同。通过对比各处理的地上及地下干、鲜重，可以看出，各指标在T4试验组达到最大。因为T1～T4试验组总养分含量符合标准对总养分≥1.5%的要求，而且T4最接近标准，T1～T3试验组总营养高于标准造成肥害，T5～T7总营养未达到标准要求，养分含量不足，秧苗长势差，出现黄尖现象。因此，选用秸秆沼渣含量为65%的T4试验组即秸秆沼渣、碳化稻壳和珍珠岩的质量比为65∶27∶8为较优的水稻育苗基质配方。