鸡粪堆肥替代泥炭用于配制水稻育苗基质的研究

刘铮，刘欣宇，李思怡，刘松青

（1.辽宁省农业科学院，辽宁沈阳 110161；
2.中国农业大学有机循环研究院（苏州），江苏苏州 215100；
3.辽宁奉天生态环境有限公司，辽宁沈阳 100400；
4.辽宁省农业发展服务中心，辽宁沈阳 110031）

水稻是我国最为重要的粮食作物之一，2021 年我国水稻的种植面积约为2.99×107hm2，产量约为2.13×108t[1]。根据国家统计局的数据显示，自2015 年起，我国水稻种植面积呈现小幅度下降趋势，但水稻产量仍然保持一定程度的增长，这在很大程度上应归功于合理的肥料投入、农药施用与品种改良等科学农业技术的应用。而在众多农业技术中，育苗基质在水稻生产过程中所发挥的积极效果往往容易被忽视。育苗基质的应用可以明显提高水稻的秧苗质量并缩短水稻整体生育期，对于秧苗的干物质积累和养分吸收均具有显著的促进作用[2]。同时，相对于田间取土用于水稻育苗，育苗基质的应用可以在一定程度上克服杂草丛生、土传病害等问题的发生，极大提升了水稻的生产效率[3]。

当前市售的包括水稻在内的作物育苗基质大多仍以泥炭作为主要组成部分。泥炭作为一种不可再生资源，过度地开采泥炭对自然环境的安全造成极大的破坏。当前普遍认为椰糠是对泥炭具有较好替代效果的可再生能源之一[4]，但相对而言椰糠的价格较高，对于育苗基质的相关企业来说并非是最佳的选择。如何寻找一种高效且价廉的可再生资源对育苗基质中的泥炭进行替代，是摆在众多学者面前的一项重要课题。经过多年的探索，部分堆肥化产物已被筛选出认为具有替代部分泥炭用于育苗基质配制的潜力，如餐厨废弃物堆肥[5]、秸秆堆肥[6]等。在众多有机废弃物堆肥中，鸡粪堆肥常被应用于蔬菜育苗基质的配制，并取得了良好的育苗效果[7]。但关于鸡粪堆肥应用于水稻育苗基质的配制则鲜有相关报道。为此，该试验采用室内苗盘育苗的方式，以20%体积比重为替代梯度，探索鸡粪堆肥在水稻育苗基质配制过程中的应用效果，旨在获得适宜的基质配方，为促进水稻的科学生产提供新的理论依据。

1.1 试验材料

试验于2022 年7 月25 日至8 月9 日在中国农业大学有机循环研究院（苏州）水稻生产基地开展。供试水稻品种为南粳46 号；
供试鸡粪堆肥及蛭石购自当地农资经销商；
供试泥炭购自绿源美家农业科技有限公司；
基质采用新鲜原材料进行配比，其主要理化性质见表1。

表1 供试材料的基本理化性质

1.2 试验方法

试验共设置5 个处理，每个处理进行3 次重复，各处理所对应的基质材料体积比重见表2。

表2 各处理育苗基质中原材料的体积比重%

1.2.1 育苗基质制备。按照表2 中所述的各处理设计，于2022 年7 月25 日将经过风干的育苗基质原材料按比例装入60 cm×48 cm×20 cm 的塑料盆中，混合均匀，各处理采集样品500 g 以备检测。

1.2.2 播种与管理。将各处理育苗基质于水稻育苗盘（30 cm×10 cm×1 cm）中进行育苗，每盘点播经浸种催芽后的水稻种子50 粒，播种于距离基质表层0.2 cm 处。各处理统一进行浇水，每育苗盘浇水1 000 mL，试验期间每2 d 补水500 mL，置于人工气候室在28℃、80%湿度条件下培养14 d。

1.2.3 育苗基质理化性质的测定。参考农业行业标准《NY/T2118-2012》中的规定[8]对样品基质的容重、通气孔隙度进行测定：选取体积为200 mL 的带底盖环刀，称取环刀质量记为M0；
将新鲜基质样品均匀装入环刀中，称取环刀和基质质量记为M1；
将风干基质样品以育苗时的基质紧实状态装入环刀并扣上带孔的顶盖，将环刀置于清水中浸泡24 h，称取质量记为M2；
将环刀置于铺有滤纸的漏斗上自然沥干3 h，称取质量记为M3。测定指标的具体计算方式如下：

参考刘欣宇等的方法[5]测定样品基质的pH、EC、碱解氮、有效磷、速效钾及有机质含量。

1.2.4 水稻幼苗生长指标的测定。播种5 d 后（2022 年7月30 日）统计水稻种子出苗数，计算出苗率；
播种后14 d（2022 年8 月9 日），每育苗盘随机选取幼苗15 株，用直尺测定幼苗株高，用游标卡尺测定幼苗茎粗。利用电子天平测定各处理水稻幼苗的地上部、地下部鲜重，然后90℃杀酶，60℃烘干至恒重，测定相应干重并计算壮苗指数。利用隶属函数法求出不同处理下各生长指标的隶属值，隶属值越大表示水稻秧苗在此配比基质下生长越好，从而对水稻秧苗生长指标进行综合评价。隶属值及壮苗指数计算公式如下：

壮苗指数=[（茎粗/株高）+（地下部干重/地上部干重）]×（地上部干重+地下部干重）

式中，i 表示处理，j 表示幼苗生长指标；
Xij表示i 处理下j 指标的测定值；
Ximax表示j 指标在各处理中的最大值；
Xjmin表示j 指标在各处理中的最小值。

1.3 数据处理

用Excel2019 软件对原始数据进行统计，采用DPS 18.1 软件对数据进行方差分析，利用Origin 2021Pro 软件进行图片的绘制。

2.1 不同处理水稻育苗基质的理化性质

育苗基质的物理性质对水稻的生长有着至关重要的影响。当前关于水稻育苗基质尚无明确的国家标准或行业标准，该研究以苏州市农业地方标准《DB3205/T 212-2014 水稻工厂化基质育秧技术规程》[9]中规定的技术指标对不同处理水稻育苗基质的理化性质进行对比评价。根据《DB3205/T 212-2014》中的规定，水稻育苗基质的理化性质应符合：0.10 g/cm3≤容重≤0.80 g/cm3、10%≤通气孔隙度≤40%、6.5≤pH≤7.5、EC≤1.3 mS/cm。由图1 可知，各个处理中仅T1 处理完全符合《DB3205/T 212-2014》的要求。CK 处理仅在pH 方面表现低于该标准的要求，但根据前人的研究，pH 在5.5～6.5 的范围内同样能够为水稻幼苗生长提供较为合适的酸碱环境。

随着有鸡粪堆肥对泥炭替代比例的增加，水稻育苗基质的pH、容重、通气孔隙度和EC 值均呈现明显的上升趋势。当鸡粪堆肥对泥炭的替代比例达到60%时（T3处理），该处理下的水稻育苗基质的pH 为7.51，已超出了《DB3205/T 212-2014》的规定。当鸡粪堆肥对泥炭的替代比例达到40%时（T2 处理），该处理下的水稻育苗基质的EC 值为1.42 mS/cm，同样超出了《DB3205/T 212-2014》的规定。在水稻育苗基质的养分指标方面，《DB3205/T 212-2014》未对其进行详细的规定，但根据图2 可知，随着鸡粪堆肥对泥炭替代比例的加大，各个处理的有机质、有效磷及速效钾含量呈现了较为显著的提升，而碱解氮含量呈显著下降趋势（P＜0.05）。

图1 不同处理水稻育苗基质的理化性质

图2 不同处理水稻育苗基质的养分含量

2.2 不同处理水稻幼苗的生长指标

在实际的水稻生产过程中，最直观的生长指标是影响农户对基质育苗效果评价最重要的因素，如出苗率、株高、茎粗等。该研究发现（表3），当鸡粪堆肥对泥炭的替代比例达到100%时，水稻的出苗率才会出现显著的下降，但仍高达86.67%。当鸡粪堆肥对泥炭的替代比例为20%时，水稻幼苗株高显著高于其他处理（P＜0.05）。然而随着这一比例的上升，水稻幼苗株高逐渐呈下降趋势，至替代比例为100%时，水稻幼苗株高为8.70 cm，相对于T1 处理降低了39.03%。根据《DB3205/T 212-2014》中的规定，育苗12～14 d 时，幼苗株高应达到12～17 cm，出苗率不低于85%。可以看出鸡粪堆肥替代泥炭量为20%时的水稻育苗基质符合该标准的规定。在幼苗茎粗方面，各个处理均未表现出显著的差异。在地上部生物量方面，鸡粪堆肥替代泥炭量为20%时实现了幼苗地上部生物量的最大值，但并未与CK 形成显著性差异。随着鸡粪堆肥用量的增加，水稻幼苗株高呈现明显的下降趋势。在水稻幼苗的地下部生长指标方面（表4），鸡粪堆肥替代泥炭量为20%时，水稻幼苗的地下部生物量均显著高于其他处理（P＜0.05），且随着鸡粪堆肥用量的提升，水稻幼苗地下部鲜重及干重均呈现明显的下降趋势。在根长方面，T1 处理达到最大值，但并未与CK及T2 处理表现出显著性差异。在根面积方面，T1 处理达到最大值，并显著高于除T2 以外的其他处理。

表3 不同处理水稻幼苗的地上部生长指标

表4 不同处理水稻幼苗的地下部生长指标

2.3 不同处理育苗效果的综合评价

运用隶属函数法对表3 及表4 中不同处理育苗基质水稻幼苗的生长指标数据进行分析，计算出各处理对不同生长指标的隶属值，并计算各处理育苗基质的壮苗指数（表5）。在平均隶属度方面，T1 处理为0.88，是所有处理中的最高值，代表水稻幼苗在鸡粪堆肥替代泥炭量为20%的育苗基质中生长最好，其次为CK，平均隶属度为0.74。在壮苗指数方面，同样是T1 处理表现最佳，显著高于其他处理。T2 处理的壮苗指数高于CK，但二者之间并未形成显著性差异。综合来看，当鸡粪堆肥替代泥炭量为20%时能够实现水稻幼苗的最佳生长评价，但随着鸡粪堆肥用量的提升，水稻幼苗的生长将受到明显的抑制。

表5 不同处理育苗效果的综合评价

在当前关于育苗基质的研究中，如何降低泥炭的使用量是最为重要的课题之一。该文作者曾对142 项育苗基质发明专利的配方进行统计分析，发现畜禽粪便堆肥、菌菇渣与椰糠是当前用于替代泥炭的3 种热门有机废弃物。而在市场层面，泥炭在育苗基质中的使用量仍不可小视。除了泥炭之外，东北地区的黑土近些年也逐渐成为了育苗基质相关生产方的用料选择之一，相关产业链严重威胁了东北地区的粮食生产安全[10]。为此，如何寻找一种可以为市场所接受的泥炭替代品，是众多学者最终所要面对的问题。该研究以鸡粪堆肥为主要原料对水稻育苗基质中的泥炭进行替代，并结合蛭石配制水稻育苗基质。结果显示，使用鸡粪堆肥对泥炭进行替代会导致水稻育苗基质的理化性质发生明显的变化。在植株生长方面，当鸡粪堆肥对泥炭的替代量为20%时，能够取得最高的壮苗指数。随着餐厨堆肥用量的提升，相应的水稻幼苗生长指标呈逐渐恶化趋势。可见鸡粪堆肥并不能对泥炭实现完全的替代，其最佳替代比重为20%。出现这种现象的主要原因在于泥炭与鸡粪堆肥的原始理化性质存在较大的差别，例如鸡粪堆肥的pH 及EC 值相对于泥炭分别高出了53.06%和536.73%，而pH 与EC 值是影响幼苗生长最关键的基质内环境因素。笔者在关于蔬菜育苗基质的相关研究中发现，通过添加硫磺的方式能够显著降低蔬菜育苗基质的pH，同时使得作物的叶面积及叶绿素等生长指标均表现更佳，而在水稻育苗基质中是否适宜采取同样的手段以降低pH，则需进一步研究。

猜你喜欢泥炭鸡粪壮苗冬小麦“科技壮苗”专项行动启动今日农业(2022年2期)2022-11-16污泥炭的制备及其在典型行业废水处理中的应用云南化工(2020年11期)2021-01-14超微粉碎泥炭发酵产生物甲烷的研究化学与生物工程(2020年1期)2020-04-14鸡粪喂猪注意事项养殖与饲料(2020年2期)2020-02-17泥炭产业发展的观察与思考中国化肥信息(2018年3期)2018-08-23温室辣椒高效嫁接及培育壮苗农民致富之友(2017年2期)2017-03-23长春壮苗泥炭科技有限公司蔬菜(2016年10期)2016-10-25因鸡粪争吵老汉突发脑溢血当事人被判部分担责公民与法治(2016年2期)2016-05-17越冬期油菜壮苗防冻四措施农家科技中旬版(2016年12期)2016-04-16主流媒体聚焦泥炭产业发展腐植酸(2015年4期)2015-12-26