一种复合水稻育苗基质及其制备方法

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一种复合水稻育苗基质及其制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种水稻育苗基质的有机组成及其制备的方法，属于固体有机废弃物生物消解与资源化利用技术领域。\n背景技术\n[0002] 基质栽培是指在一定的场所或容器内通过基质固定植物根系并吸收营养液和氧气的植物栽培方法。据统计，世界上90%的无土栽培形式都是基质栽培。无土栽培基质是能为植物提供稳定协调的水、气、肥结构的生长介质，它除了支持、固定植株外，更重要的是充当养分和水分的载体，使来自营养液的养分和水分得以中转，植物根系从中按需选择吸收。\n[0003] 育苗基质是基质中专用于育苗的基质。基质能否持续提供养分以保证幼苗在整个生育期的吸收需要是培育壮苗的关键。随着育苗水平和要求的不断提高，对育苗基质的品质要求也在不断提高。但是因为人力和经费等方面的原因，目前的育苗基质都趋向于广谱型的，针对不同植物的生理特点及对基质的要求设计专门的育苗基质的研究及成果开发相对很少，尤其是在水稻机械化工厂化育苗基质方面。\n[0004] 1、常用传统基质的发展瓶颈\n[0005] 目前最常用的栽培基质主要是蛭石和岩棉等无机基质，以及泥炭（又称草炭）等有机基质。膨胀蛭石的高持水性能和片状结构使其拥有使基质中的空气和水分达到平衡协调的能力，起着固定支持植物、供应少量矿质养分、保肥、保水和改良基质物理性状等多种作用。其颗粒表面的许多空洞为保持水分和营养成分提供了巨大的表面积，同时也提供了极为适合的宜导液和通气条件。岩棉是当今世界上许多国家广泛应用的栽培基质，已形成一套完整的应用技术体系。泥炭由于纤维含量丰富，疏松多孔，通气透水性好，比表面积大，吸附螯合能力强，有较强的离子交换和盐分平衡控制能力，又兼有增强植物抗旱、抗病、抗低温、抗盐渍的性能，更是被广泛使用。这些基质可以单独使用，也可以按照一定的比例混合使用。\n[0006] 以上基质虽然有不少优点，但又有其各自的缺点。如岩棉栽培需添加营养液，而泥炭是数量有限而且短期不可再生的资源等。而且因为这些基质本身都不能够提供水稻生长发育所需的各种营养物质，无论是单独使用还是几种搭配使用，都需要额外的营养物质补充。这会导致很多环境问题，并且也极大的增加了水稻机械化插秧育苗工作的难度和成本。\n[0007] 另外，自上世纪80年代后期以来，欧美国家相继颁布实施了有关环保法规，如禁止营养液的排放以免污染地下或地表水源，禁止泥炭资源的开采等，这促使无土栽培逐步向环保型、经济型、技术型的方向转变。\n[0008] 2、新型育苗基质的研究现状\n[0009] 基于以上各种传统育苗基质与生俱来的缺点和不足，各种有机育苗基质应运而生，有机基质是指既不用天然土壤也不使用传统的营养液灌溉植物根系，而是采用各种有机废弃物等经腐熟发酵积制和消毒等方法途径生产而成的有机固态基质。国内比较成熟的有机基质产品数量并不多，主要有椰衣纤维、树皮、蔗渣、稻壳、锯末屑、芦苇末、秸秆。\n[0010] 其它有机基质：主要来自于各种有机固体废弃物，包括工农业废弃物和城市垃圾。\n如污泥和垃圾堆肥可部分的代替泥炭，食品工业废料葡萄渣、苹果渣等在国外用于山茱萸等植物的栽培。另外，中药渣、花生壳、咖啡加工的废渣都有报道应用于无土栽培。通常这些有机基质都是与蛭石等无机基质或泥炭等其它有机基质按一定比例混合使用才能取得较好的效果。\n[0011] 目前市场上专门针对于水稻育苗基质的研究尚处于零星阶段，而且关于水稻育苗基质研发成果很少。机插秧的发展现已成星火燎原之势，推广机插秧是当前水稻生产的发展方向。采用水稻专用育秧基质育秧，是近年来探索机插育秧的一条新途径。机插水稻对秧苗素质的要求较高，要发挥机插优势，使水稻高产稳产，必须培育符合机插要求的标准壮秧。虽然目前生产已出现了与机械栽插秧相配套的软盘育秧、双膜育秧等技术，但育秧介质仍然是以营养土为主。采用营养土育秧虽然成本较低，但育秧时需要从大田中取走大量的土壤作为营养土，这将带走大量的熟土层土壤，如果连续多年进行取土作业，土壤中的熟土层将越来越薄，而且整地取土和营养土的制备过程中需要大量的劳动力，再加上农村劳动力大量转移，农业劳动力素质普遍下降，且农村劳动力价格普遍较高，导致育秧时用工荒和用工成本不断增加。另外，营养土的培肥和配制常常达不到壮秧的要求，而且存在育秧、起秧用工多、工序复杂、占用耕地以及秧块重、机械作业负荷和损耗大等一系列问题。\n发明内容\n[0012] 本发明的目的就是针对上述现有育苗基质性质不稳定，需补充营养成分等缺陷，结合水稻育苗特点和各种原料的优缺点，提供一种能避免泥炭等不可再生资源使用，提高养分含量，利用有机废弃物开发的性质稳定的水稻育苗基质及其制备方法，使用该育苗基质后能培育出根系发达、苗茎粗壮、移栽成活率高、适应性强和壮苗指数高的水稻秧苗。\n[0013] 本发明所述的复合水稻育苗基质，包括由蚓粪、蛭石和营养土构成的基质，其中所述蚓粪、蛭石、营养土的体积百分比为：蚓粪60%、蛭石30%、营养土10%，每立方基质中含有七水硫酸亚铁7.5kg。\n[0014] 上述水稻育苗基质的制备方法，包括如下步骤：\n[0015] 1）将体积百分比为：蚓粪60%、蛭石30%和营养土10%，进行充分混合均匀制成初制水稻育苗基质。\n[0016] 2)育秧时，再添加7.5kg/m3左右的七水硫酸亚铁(体积忽略不计)，现拌现用。\n[0017] 所述蚓粪可通过下述得到：以畜禽粪便(牛粪)作为蚯蚓食料，提供适宜蚯蚓生长的环境，将经过蚯蚓处理产生的蚓粪破碎过筛成1-4mm粒径的蚓粪；蚓粪来自于江苏省农业环境安全技术服务中心有机固废生物消解基地，由“大平二号”蚯蚓消解牛粪得到。蚓粪中含解碱氮911.3mg/kg，速效磷412.0mg/kg，速效钾3798.3mg/kg，有机质396.4g/kg，腐殖酸155g/kg，施用时蚓粪含水量为168g/kg。\n[0018] 所述蛭石、营养土和七水硫酸亚铁的粒径均为3-5㎜；\n[0019] 本发明中所说的营养土，也称为菜园土或菜园细土，就是指在当地经过培肥的土壤就可以了，如从种植过蔬菜的田地里取土过筛后的土。\n[0020] 本发明的优点：\n[0021] ①可用资源丰富，用料廉价。在我国经济社会高速发展的同时，畜禽养殖业也迅猛发展，养殖规模越来越大，逐步发展成为一个独立的产业。随着畜禽养殖业集约化、规模化、工厂化的快速发展，畜禽养殖业粪便废弃物的产生量也急剧增加，目前已成为我国农业有机固体废弃物的主要生产源。利用畜禽粪便生产水稻秧苗栽培基质，可用资源十分丰富，用料价格也非常低廉。\n[0022] ②变废为宝，减少环境污染。畜禽养殖生产的高度集约化，使畜禽粪便的产生量大大超过其周围环境的消纳、处理和合理使用的能力。畜禽粪便含有大量未被消化吸收的有机物、无机物、病源和有害生物等，能造成大气、水体、土壤、生物等多方面的复合污染。迄今为止，在我国广大农村地区畜禽粪便大多未经处理直接排放，对农业环境与生态安全带来了极大的威胁。畜禽粪便的无害化、资源化处理已经成为当前解决农业面源污染的热点问题。采用畜禽粪便生产栽培基质，不但解决了农业固体废弃物的环境污染问题，而且完全变废为宝，有效地利用废弃物创造出经济效益和社会效益。\n[0023] ③养分充足，性质稳定。蚯蚓通过对有机物质的分解转化，促进C、N、P等养分循环，增加有机物料养分供应和通过对其结构的改善、协调，使蚓粪能更好地满足植物生长的各种要求。蚯蚓消化道可分泌蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、甲壳素酶、淀粉酶等多种酶类，这些酶对绝大多数有机废弃物的分解有较强的生物催化作用。蚯蚓粪是一种黑色、均一、有自然泥土味的细碎类物质，具有很好的孔性、通气性、排水性和高的持水量，蚯蚓粪有很大的表面积，使得许多有益微生物得以生存并具有良好的吸收和保持营养物质的能力，早期的研究表明蚯蚓粪中富含多种植物激素。蚯蚓粪同时富含腐殖酸类物质，而腐殖酸能影响植物营养吸收和蛋白质合成。使土壤的保水保肥能力大幅度提高。\n[0024] 以畜禽粪便作为蚯蚓食料，以蚓粪作为基质的主要原料，再配加蛭石、营养土和七水硫酸亚铁制成新型水稻育秧基质。该基质营养成分丰富，性质稳定，有机质含量高，使水稻整个育苗期间都能得到充分的营养供应。利用本新型水稻育苗基质育出的水稻苗，根系发达，苗茎粗壮，移栽后成活率高，适应性强，生长健壮。\n[0025] ④基质制备简化，容重较轻，易于产业化发展。由于基质容重较轻，便于运输，对插秧机械负荷小，因而机械磨损轻，栽插速度快，稻田缺株率低。该配方简化了基质制备的过程，减少施肥等育苗步骤，降低了成本。便于工厂化、专业化育秧，促进水稻机插秧的产业化发展，推进生态村镇和新农村建设。\n附图说明\n[0026] 图1不同铁含量的复合基质对秧苗根冠比的影响。\n[0027] 图2不同铁含量的复合基质对秧苗壮苗指数的影响。\n具体实施方式\n[0028] 实施例1\n[0029] 将各组分按体积百分比为：蚓粪60%、蛭石30%和营养土10%充分混合均匀制成初\n3\n制型水稻育苗基质，使用时再添加7.5kg/m 七水硫酸亚铁(体积忽略不计)，现拌现用。\n[0030] 1、试验材料\n[0031] 试验于2012年扬州大学农学院实验农牧场进行。供试水稻品种为淮稻5号。蚓粪：来自于江苏省农业环境安全技术服务中心有机固体废弃生物消解基地，由“大平二号”蚯蚓消解牛粪得到。蚓粪中含解碱氮911.3mg/kg，速效磷412.0mg/kg，速效钾3798.3mg/kg，有机质396.4g/kg和腐殖酸155g/kg，粒径1-4mm。蛭石：来自于镇江培蕾有机肥有限公司，实施例中营养土：来自于扬州大学农牧场前茬菜园地，为取土破碎过筛的细土，蛭石和营养土的粒径为3-5㎜。七水硫酸亚铁是国药集团化学试剂有限公司生产的。对照(CK)基质为江苏常州市科力农业资源有限公司研制的(市售)。苗盘为塑料硬盘，规格为28厘米×58厘米×3厘米，底部平坦、孔稀少（底孔数70~80，孔径2~3毫米）。\n[0032] 2、试验设计\n[0033] 2.1基质配比处理：用体积比分别为蚓粪60%、蛭石30%和营养土10%配制成初制水稻育秧基质，然后设计各处理添加不同质量的七水硫酸亚铁。每处理重复3次。具体设计组成如下：\n[0034] 表1不同铁含量的复合基质具体材料组成\n[0035] \n[0036] 根据硬塑盘长58厘米、宽28厘米和高3厘米的规格，计算塑盘可装基质体积约\n3\n4000cm，从而推算出每立方基质需加多少七水硫酸亚铁，详情如表2：\n[0037] 表2.基质中添加七水硫酸亚铁明细表\n[0038] \n[0039] 2.2种子处理：按照每亩大田3.5～4kg的种子备好淮稻5号稻种，浸种前扬晒1-2天；用盐（比重1.08～1.12）选种后，用清水淘洗干净；药剂浸种，浸种后不再用清水淘洗，直接催芽，破胸露白即可。\n[0040] 2.3播种与管理：播种后，结合喷水用1000倍立枯净进行基质消毒，再用拌匀的复合基质覆盖，以不露籽为宜。在秧板上平铺塑盘，为了充分利用秧板和便于起秧，每块塑盘横排两行，依次平铺，紧密排齐，盘底与床面紧密贴合。铺好盘后，插好竹弓，盖好农膜，1周后揭膜，再改用遮阳网覆盖，主要是防鸟。秧苗从1叶1心至2叶1心是管理的重点，每天观察秧苗的变化，如发现秧苗无吐水或卷叶现象及时补水。\n[0041] 2.4测定项目与方法\n[0042] 按照机插秧对秧苗的要求进行秧苗素质的考察。本试验在播后20d，每秧盘取有代表性的植株10株测定其叶龄、株高(用直尺测量)、单株茎基宽(用直尺测量)、单株根数(人工计数法)、最长根长(直尺测量法，以根纵向最大垂直长度为准)。另外每盘再取代表性秧苗50株，冲洗干净，分别将地上部和地下部分开，将植株置于可调温鼓风干燥箱105℃下杀青30min，再在80℃下烘至恒重，分别将地上部和地下部干物质称重。\n[0043] 2.5数据分析\n[0044] 本实验所有数据均以Excel进行处理，SPSS进行统计分析，SigmaPlot画图。\n[0045] 3、结果与分析\n[0046] 3.1不同铁含量的复合基质对秧苗素质的影响\n[0047] 由表3中可以看出，T1、T2、T3、T4、T5处理的秧苗叶龄分别较对照(CK)增加\n29.1%、25.6%、22.7%、31.1%和23.9%，差异均达显著水平，但处理之间差异不显著。T3处理的株高最高，较对照增加59.7%，其次是T4，但两者差异不显著，再次为T2处理，T1和T5株高表现较矮，且彼此之间差异不显著。由表3还可以看出，随着基质中铁含量的增加，叶片的SPAD值也随之增加，各处理均较对照显著增加。T2处理的秧苗不定根数最多，其次为T4、T1和T3处理，它们分别比CK显著增加34.4%、19.0%、18.1%和13.3%；T2处理的最长根长最长，其次为T1和T4处理，T2、T1和T4分别比CK显著增加19.5%、17.4%和9.2%，其余处理较对照差异不显著。综上所述，不同铁含量复合基质培育的秧苗叶龄和株高均较对照显著增加，且随着施铁量的增加，叶绿素含量增加，不定根数和最长根长以T2处理表现较优。\n总体而言，加铁元素的复合基质培育出的水稻秧苗各项素质明显优于对照。\n[0048] 表3不同铁含量的复合基质对水稻秧苗素质的影响\n[0049] \n[0050] 不同字母表示p<0.05差异显著水平，数据含有相同字母者差异不显著。\n[0051] 3.2不同铁含量的复合基质对秧苗根冠比的影响\n[0052] 根冠比是指植物地下部分与地上部分的鲜重或干重的比值,是植物的生长状况以及环境条件对作物地上、地下部不同影响的反映，一般来说，温度较高，水分、氮肥供应充足，磷肥较少，光照较弱时会促进植物地上部生长，降低根冠比，相反情况下则促进地下部生长，增加根冠比。由图1可以看出，T2处理的根冠比最大，其次为T4和T1处理，它们分别比CK增加35.3%、31.2%和减少17.6%，T5处理的根冠比最小，比CK减少17.6%。\n[0053] 3.3不同铁含量的复合基质对秧苗壮苗指数的影响\n[0054] 壮苗指数是评价幼苗质量的重要指标之一。壮苗指数=（茎粗/株高+根干重/地上部干重）×全株干重。由图2可以看出，T2处理的壮苗指数最高，其次为T1和T4处理，它们分别比CK增加81.3%、75.7%和53.3%，T5处理的壮苗指数表现较小，初制的复合基质中加入铁元素培育的秧苗壮苗指数均显著高于CK，秧苗质量明显变优。\n[0055] 因此，本试验得出结论：将各组分体积比为：蚓粪60%，蛭石30%和营养土10%混合均匀制成初制复合基质，育秧时添加7.5kg/m3左右的七水硫酸亚铁制成复合基质，对应于试验中T2处理的水稻育秧基质配方。该基质配方培育出的水稻秧苗无论是不定根数、最长根长、根冠比，还是壮苗指数均较其它处理和对照培育的秧苗素质好，生长健壮。