鸡粪堆肥替代泥炭用于配制水稻育苗基质的研究.pdf

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 10 7 hm 2 产量约为2 13 10 8 t 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 刘铮 1 刘欣宇 2 李思怡 3 刘松青 4 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 摘 要 目的 探索鸡粪堆肥在水稻育苗基质配制过程中的应用效果 方法 采用室内苗盘育苗的方式 以餐厨堆 肥 泥炭及蛭石为原料 按照体积比重分别配制50 泥炭 50 蛭石 CK 10 鸡粪堆肥 40 泥炭 50 蛭石 T1 20 鸡粪堆肥 30 泥炭 50 蛭石 T2 30 鸡粪堆肥 20 泥炭 50 蛭石 T3 40 鸡粪堆肥 10 泥炭 50 蛭 石 T4 及50 鸡粪堆肥 50 蛭石 T5 等6种育苗基质 以水稻为靶标作物开展育苗试验 参照苏州市农业地方标 准 DB3205 T212 2014水稻工厂化基质育秧技术规程 中规定的技术指标对不同处理水稻育苗基质的育苗效果进行 分析 并运用隶属函数法与壮苗指数进行综合评价 结果 随着鸡粪堆肥替代量的提升 育苗基质的理化性质及水稻 幼苗的生长指标均出现明显的变化 T1处理的水稻育苗基质的理化性质及水稻幼苗的生长指标均能够完全符合 DB3205 T212 2014 中的要求 随着鸡粪堆肥用量的提升 各处理水稻育苗基质的pH EC值 容重 通气孔隙度等 关键理化指标呈现逐步上升的态势 出苗率 株高 茎粗等生长指标呈现逐步下降的态势 结论 结合隶属函数法与 壮苗指数的综合评价结果 可以确定10 鸡粪堆肥 40 泥炭 50 蛭石配制形成的育苗基质的理化性质较为适宜 水稻幼苗的生长 关键词 鸡粪堆肥 泥炭 水稻 育苗基质 中图分类号 X705 文献标识码 A 文章编号 2095 0896 2023 05 078 04 LIU Zheng et al Liaoning Academy of Agricultural Sciences Shenyang Liaoning 110161 Abstract Objective To investigate the impact of composted chicken manure in the creation of rice seedling substrates Method The target crop for seedling trials was grown on the substrates 50 peat 50 vermiculite CK 10 composted chicken manure 40 peat 50 vermiculite T1 30 composted chicken manure 20 peat 50 vermiculite T3 40 composted chicken manure 10 peat 50 vermiculite T4 and 50 composted chicken manure 50 vermiculite T5 The Suzhou agricultural local standard DB 3205 T 212 2014 Technical Regulations for Rice Industrialized Substrate Seedling Cultivation were used to analyze the seedling effects of the various treatments of rice seedling substrates and the strong seedling index and subordinate function method were both used to conduct a thorough evaluation Result The amount of chicken manure compost substitution had a significant impact on the physical and chemical characteristics of the seedling substrate and the growth index of the rice seedlings and that the physical and chemical characteristics of the substrate treated with T1 and the growth index of the seedlings could fully satisfy the requirements of DB3205 T 212 2014 Key physicochemical indicators like pH EC value bulkiness and aeration porosity of the rice seedling substrate in each treatment showed a gradual increase with the addition of more composted chicken manure whereas growth indicators like seedling emergence rate plant height and stem thickness showed a gradual decrease Conclusion When the results of the subordinate function method and the seedling strength index are combined it is possible to conclude that the physicochemical characteristics of the seedling substrate made up of 10 composted chicken manure 40 peat and 50 vermiculite are better suited for the growth of rice seedlings Key words Chicken manure compost Peat Rice Seedling substrate S tudy on the Replacement of Peat by Chicken Manure Compost for the Formulation of Rice Seedling Substrate 鸡粪堆肥替代泥炭用于配制水稻育苗基质的研究 园艺与种苗 Horticulture Seed2023 43 05 78 81 doi 10 16530 21 1574 s 2023 05 027 基金项目 国家重点研发计划项目 2018YFD1100601 03 2016YFD0800605 江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金 BM2022006 苏州市农业科技创新项目 SNG2021012 苏州市科技计划项目 SS202001 作者简介 刘铮 1987 男 辽宁沈阳人 博士 助理研究员 从事有机废弃物资源化利用和农业经济研究 通讯作者 刘欣宇 1995 男 辽宁沈阳人 助理研究员 从事有机废弃物资源化利用和农业经济研究 收稿日期 2022 10 17 5期 表 1 供试材料的基本理化性质 指标 泥炭 蛭石 鸡粪堆肥 pH 4 58 6 66 7 01 EC mS cm 0 49 0 13 3 72 容重 g cm 3 0 27 0 12 0 34 通气孔隙度 16 72 22 44 18 76 有机质 36 69 0 07 25 60 全氮 1 24 0 00 3 07 全磷 0 79 0 00 1 17 全钾 0 87 0 00 2 14 表 2 各处理育苗基质中原材料的体积比重 处理 鸡粪堆肥 泥炭 蛭石 替代泥炭比例 CK 0 50 50 0 T1 10 40 50 20 T2 20 30 50 40 T3 30 20 50 60 T4 40 10 50 80 T5 50 0 50 100 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 材料与方法 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 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 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60cm 48cm 20cm的塑料盆中 混合均匀 各处 理采集样品500g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 30cm 10cm 1cm 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 2cm处 各 处理统一进行浇水 每育苗盘浇水1000mL 试验期间每 2d补水500mL 置于人工气候室在28 80 湿度条件 下培养14d 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200mL的带底盖环刀 称取 环刀质量记为M 0 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M 1 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24h 称取质量记为M 2 将环刀置于铺有滤纸的 漏斗上自然沥干3h 称取质量记为M 3 测定指标的具体 计算方式如下 容重 M 1 M 0 200 通气孔隙 AP M 2 M 3 200 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5d后 2022年7 月30日 统计水稻种子出苗数 计算出苗率 播种后14d 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 U X i X ij X jmin X imax X jmin 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 X ij 表示i处理 下j指标的测定值 X imax 表示j指标在各处理中的最大值 X jmin 表示j指标在各处理中的最小值 刘铮等 鸡粪堆肥替代泥炭用于配制水稻育苗基质的研究 79 园艺与种苗 2023年 注 不同小写字母代表显著性差异 P 0 05 下同 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 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 结果与分析 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 T212 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 T212 2014 中的规定 水稻育苗基质的理化性质应符合 0 10 g cm 3 容重 0 80g cm 3 10 通气孔隙度 40 6 5 pH 7 5 EC 1 3mS cm 由图1可知 各个处 理中仅T1处理完全符合 DB3205 T212 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 T212 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 T212 2014 的规定 在水稻育苗基质的养 分指标方面 DB3205 T212 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 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 70cm 相对于T1处理降低了 39 03 根据 DB3205 T212 2014 中的规定 育苗 12 14d时 幼苗株高应达到12 17cm 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 80 5期 表 3 不同处理水稻幼苗的地上部生长指标 处理 出苗率 株高 cm 茎粗 mm 地上部鲜重 mg 地上部干重 mg CK 100 00 0 00 a 13 47 0 18 ab 0 65 0 03 a 51 52 3 62 ab 20 73 0 15 a T1 96 67 3 33 a 14 27 0 67 a 0 67 0 05 a 53 56 3 78 a 21 43 0 82 a T2 96 67 3 33 a 11 67 0 87 c 0 69 0 01 a 48 28 7 59 ab 17 73 0 24 b T3 93 33 3 33 ab 12 53 0 55 bc 0 67 0 06 a 46 17 2 60 ab 15 90 0 17 c T4 100 00 0 00 a 9 29 0 20 d 0 72 0 01 a 38 15 3 56 bc 14 23 0 09 d T5 86 67 3 33 b 8 70 0 12 d 0 74 0 06 a 31 67 3 85 c 12 17 0 12 e 注 同列不同小写字母表示差异显著 P 0 05 下同 表 4 不同处理水稻幼苗的地下部生长指标 处理 根长 cm 根面积 地下部鲜重 mg 地下部干重 mg CK 95 92 1 15 a 7 00 0 09 bc 104 33 2 03 a 4 50 0 17 bc T1 104 32 8 09 a 8 26 0 63 a 127 83 4 15 b 5 87 0 18 a T2 91 31 2 14 a 7 53 0 04 ab 69 49 8 05 c 4 67 0 18 b T3 73 40 1 97 b 6 19 0 14 cd 69 17 5 58 c 4 10 0 06 c T4 58 29 3 93 c 5 34 0 18 d 64 68 6 87 c 3 13 0 20 d T5 42 82 5 69 d 5 19 0 64 d 64 53 5 50 c 2 50 0 12 e 表 5 不同处理育苗效果的综合评价 处理 平均隶属度 位次 壮苗指数 位次 CK 0 74 2 6 69 0 30 bc 3 T1 0 88 1 8 75 0 20 a 1 T2 0 56 3 7 22 0 38 b 2 T3 0 42 4 6 23 0 16 c 4 T4 0 30 5 5 17 0 34 d 5 T5 0 11 6 4 27 0 24 e 6 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 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 3 结论与讨论 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 参考文献 1 刘欣宇 田培聪 卢江 等 餐厨废弃物作堆肥在水稻生产中的应用 及对土壤环境的影响 J 中国稻米 2022 28 3 58 61 65 2 赵立军 陈海涛 蔡晓华 等 密闭式立体育秧系统水稻育苗基质配 方研究 J 农业工程学报 2017 33 9 204 210 3 文中华 刘喜雨 孟军 等 生物炭和腐熟秸秆组配基质对水稻幼苗 生长的影响 J 沈阳农业大学学报 2020 51 1 10 17 4 鲁兵 王旭峰 何珂 等 椰糠基质有效氮近红外检测仪设计与试验 J 农业机械学报 2022 53 5 316 324 5 刘欣宇 宋鹏 林永锋 等 餐厨堆肥与泥炭配比用于黄瓜育苗基质 的研究 J 山西农业大学学报 自然科学版 2022 42 1 35 42 6 刘德军 周艳吉 刘坤 等 玉米秸秆育苗种坨成型工艺试验研究 J 农业工程学报 2020 36 5 241 248 7 王轶 不同畜禽废弃物配施对郁金香生长的影响 J 园艺与种苗 2012 16 10 6 8 8 NY T 2118 2012 蔬菜育苗基质 S 北京 中国标准出版社 2012 9 DB3205 T 212 2014 水稻工厂化基质育秧技术规程 S 北京 中国 标准出版社 2013 10 李保国 王健 依法建立我国黑土地保护治理体系 J 中国土地 2022 7 19 21 责任编辑 成丽娜 刘铮等 鸡粪堆肥替代泥炭用于配制水稻育苗基质的研究 81