趙立軍，陳海濤，蔡曉華，許春林，李 強(qiáng)，王金峰，何 堤

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密閉式立體育秧系統(tǒng)水稻育苗基質(zhì)配方研究

趙立軍1,2，陳海濤1，蔡曉華2，許春林1，李 強(qiáng)1，王金峰1，何 堤1※

（1. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030； 2. 黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱 150081）

針對(duì)水稻育苗用土資源日益減少、適用于密閉式水稻立體育秧基質(zhì)缺乏等制約水稻工廠化育苗技術(shù)發(fā)展的問題，該文以粉碎稻殼、粉碎玉米秸稈、珍珠巖、大田土為基質(zhì)材料，設(shè)計(jì)3種單一基質(zhì)CK1（100%大田土）、CK2（100%粉碎玉米秸稈）、CK3（100%粉碎稻殼）和按體積比配制的6種復(fù)合基質(zhì)S1（80%粉碎稻殼+10%大田土+10%珍珠巖）、S2（60%粉碎稻殼+20%大田土+20%珍珠巖）、S3（40%粉碎稻殼+40%大田土+20%珍珠巖）、T1（80%粉碎玉米秸稈+10%大田土+10%珍珠巖）、T2（60%粉碎玉米秸稈+20%大田土+20%珍珠巖）、T3（40%粉碎玉米秸稈+40%大田土+20%珍珠巖）進(jìn)行育苗試驗(yàn)，并分析9種基質(zhì)的理化指標(biāo)，結(jié)果表明，各處理的理化指標(biāo)含量差異顯著；添加粉碎稻殼、粉碎玉米秸稈復(fù)合基質(zhì)的秧苗品質(zhì)要優(yōu)于單一基質(zhì)；添加玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)（T1、T2、T3）秧苗品質(zhì)要優(yōu)于添加稻殼的復(fù)合基質(zhì)（S1、S2、S3）；粉碎稻殼、粉碎玉米秸稈的添加量對(duì)秧苗生長(zhǎng)影響較大，其添加量在60%（S2和T2）時(shí)，秧苗的各性狀表現(xiàn)最優(yōu)，其他2個(gè)處理差異不顯著。以秧苗的農(nóng)藝、生物量、力學(xué)性能作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，最佳的復(fù)合基質(zhì)配方為處理T2。田間栽培結(jié)果表明，與常規(guī)育苗模式（普通平面大棚+自然光+大田土）對(duì)比，經(jīng)T處理（密閉式立體+LED日光燈+T2基質(zhì)）的秧苗在穴數(shù)上沒有差異，株高平均值117.9 cm，低于對(duì)照的常規(guī)育苗平均值121.8 cm；千粒質(zhì)量平均值25.35 g；其他各項(xiàng)指標(biāo)平均值均高于常規(guī)育苗，實(shí)測(cè)增產(chǎn)5.9%。該研究結(jié)果可為密閉式水稻立體育秧系統(tǒng)高效穩(wěn)定生產(chǎn)提供參考。

基質(zhì)；物理特性；養(yǎng)分；水稻；密閉式；育秧；粉碎稻殼；粉碎秸稈

0 引 言

育秧是水稻生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，良好秧苗質(zhì)量是水稻高產(chǎn)的基礎(chǔ)和保證[1-2]。常規(guī)方式采用水稻大棚育秧，盡管技術(shù)較成熟、設(shè)施較完善，但存在土地、設(shè)備利用率低，大棚多在地表實(shí)施單層育秧，對(duì)育秧用地的需求較大，且大棚自動(dòng)化程度低，基本靠人工操作[3]；受東北氣候條件及種植模式等因素制約，育秧大棚閑置浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重、利用率比較低[4]；育秧用客土資源短缺、平面育秧占地面積大等已成為水稻育秧生產(chǎn)亟待解決的問題[5-6]。本田取土破壞植被，耗費(fèi)人力物力，不利于土壤資源的保護(hù)[7]，開發(fā)出適合育苗的基質(zhì)取代育苗土[8-9]，是解決這一系列問題的有效途徑。水稻密閉式立體育秧是新穎的育秧方式，在相對(duì)封閉的環(huán)境內(nèi)對(duì)秧苗生長(zhǎng)所需溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營(yíng)養(yǎng)液等環(huán)境條件進(jìn)行自動(dòng)控制，使秧苗生長(zhǎng)不受或很少受自然條件制約[10-11]，具有空間利用率高、客土用量少、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[12]。

育秧基質(zhì)是密閉式水稻育秧系統(tǒng)中秧苗生長(zhǎng)的依托和基礎(chǔ)，水稻種子精播到育秧基質(zhì)上，而不是直接利用土壤作為植物生長(zhǎng)的介質(zhì)。育秧基質(zhì)為秧苗提供穩(wěn)定的水、氣、肥等生長(zhǎng)介質(zhì)，同時(shí)能夠?qū)ρ砻缙鸬焦潭?、緩沖、支撐作用[13]。中國(guó)對(duì)育秧基質(zhì)研究起步較晚，傳統(tǒng)育秧基質(zhì)面臨不可再生、不可降解、污染環(huán)境、傳播病蟲害、后期需要添加營(yíng)養(yǎng)液等問題。因此，從黑土資源有效利用、水稻可持續(xù)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)角度考慮，可再生、降解農(nóng)業(yè)廢棄物的加工利用成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)[14]，基質(zhì)的種類和成分對(duì)工廠化育秧的幼苗質(zhì)量有至關(guān)重要的影響。宋鵬慧等[15]以粉碎的稻殼和玉米秸稈為原材料配制多種復(fù)合基質(zhì)進(jìn)行水稻育秧，發(fā)現(xiàn)玉米秸稈的持水能力最強(qiáng)，各種理化性質(zhì)最適合水稻秧苗生長(zhǎng)，表明玉米秸稈能夠代替普通大田取土育秧，有效解決目前水稻育秧客土困難問題。Khatun等[16]用鋸末作為栽培基質(zhì)成功應(yīng)用于番茄育苗試驗(yàn)中，結(jié)果表明鋸末具有耐分解、質(zhì)量穩(wěn)定均勻、通氣性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，能夠成為常用水培基質(zhì)。Yamauchi等[17]以沸石、稻殼灰、草炭為添加材料，按照不同體積比配成5個(gè)處理，以營(yíng)養(yǎng)土為對(duì)照進(jìn)行育秧試驗(yàn)，結(jié)果表明，有機(jī)質(zhì)基質(zhì)秧苗的各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于營(yíng)養(yǎng)土秧苗。魯耀雄等[18]以碳化稻殼、造紙?zhí)J葦殘?jiān)?、牛糞等農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物作復(fù)合基質(zhì)原材料，研究不同配比有機(jī)廢棄物作為育秧基質(zhì)對(duì)水稻秧苗素質(zhì)的影響，結(jié)果表明稻殼體積分?jǐn)?shù)在50%左右秧苗的綜合素質(zhì)最優(yōu)。周青等[19]以稻殼、秸稈為有機(jī)基質(zhì)添加材料，自然土、營(yíng)養(yǎng)土為對(duì)照，育秧結(jié)果表明，有機(jī)基質(zhì)秧苗各項(xiàng)素質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于自然土、營(yíng)養(yǎng)土。

已有研究結(jié)果表明，育秧基質(zhì)可用農(nóng)業(yè)生物質(zhì)的廢棄物作為原料，合理的配方促進(jìn)植物生長(zhǎng)，在園藝設(shè)施和水稻育秧溫室中已有成功應(yīng)用。密閉式水稻育秧系統(tǒng)在溫度控制、營(yíng)養(yǎng)成分供給、水分蒸發(fā)等方面不同于常規(guī)育秧棚室設(shè)施，因此所需育秧基質(zhì)不能直接使用現(xiàn)有的市售基質(zhì)。針對(duì)密閉式水稻立體育秧基質(zhì)操作簡(jiǎn)單、節(jié)省勞動(dòng)力、投入低、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源等特點(diǎn)，本文擬研究不同育秧基質(zhì)配方對(duì)水稻秧苗質(zhì)量的影響規(guī)律，優(yōu)化育秧基質(zhì)配方，為密閉式水稻立體育秧系統(tǒng)高效穩(wěn)定生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)稻種：東農(nóng)428，由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所提供。供試基質(zhì)材料：有機(jī)物料（稻殼、玉米秸稈用粉碎機(jī)粉碎后過2 mm篩孔）、大田土（取自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)）、珍珠巖。試驗(yàn)容器：日本硬質(zhì)塑料水稻育秧盤（58 cm ×28 cm×3 cm）。試驗(yàn)藥品：浸種劑、濃硫酸、壯秧劑、尿素?；|(zhì)育苗試驗(yàn)于2016年5月2日－5月20日在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻密閉育苗室內(nèi)進(jìn)行，所用光源選用長(zhǎng)度為1.2 m的宸華LED直管日光燈，立體育苗架為4層2列，每列每層上方分別安裝6支燈管且均勻分布，每個(gè)水盤里放置60 cm×30 cm×3 cm的育秧盤4個(gè)，共128個(gè)秧盤。田間產(chǎn)量分析試驗(yàn)于2016年5月24日在方正縣農(nóng)機(jī)推廣站試驗(yàn)田進(jìn)行，面積為0.15 hm2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 育苗試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)有水稻育秧基質(zhì)種類，設(shè)置3種單一基質(zhì)和按照不同體積比配制6種復(fù)合基質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，共9個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，取平均值。以CK1為對(duì)照，各處理配比見表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為保證育秧基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分達(dá)到預(yù)定要求（有效氮≥280 mg/kg，速效鉀≥260 mg/kg，有效磷≥70 mg/kg）[20-21]，需要在復(fù)合基質(zhì)中加入氮、磷、鉀，可以保證水稻育苗基質(zhì)中營(yíng)養(yǎng)充足，也能夠符合水稻育苗生長(zhǎng)的需要[22-23]。

1.2.2 產(chǎn)量分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為進(jìn)一步驗(yàn)證不同基質(zhì)育苗試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行田間產(chǎn)量分析試驗(yàn)，設(shè)置2個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，處理分別為CK（普通平面大棚+自然光+大田土）培育的秧苗；T（密閉立體+LED日光+ T2基質(zhì)）培育的秧苗。對(duì)各處理基質(zhì)的秧苗于成熟期，在田間取樣做理論測(cè)產(chǎn)，及收獲測(cè)定實(shí)際產(chǎn)量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和分析方法

1.3.1 農(nóng)藝指標(biāo)測(cè)定

出苗率是種子破土出苗數(shù)和種子總數(shù)的百分比，待秧苗一葉一心期時(shí)，在每個(gè)育秧盤的中間部分取一塊方土（10 cm×10 cm），測(cè)量破土而出的水稻秧苗數(shù)，計(jì)算出破土秧苗數(shù)與種子總數(shù)的比值，重復(fù)3次取平均值。秧齡是指從播種到育秧結(jié)束所用的天數(shù)。

光照15 d后，分別在每個(gè)秧盤中隨機(jī)選取10株秧苗，進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定，重復(fù)3次，測(cè)定的指標(biāo)有：葉齡、葉長(zhǎng)、根數(shù)、最大根長(zhǎng)、假莖寬、株高。葉齡是指秧苗所抽出的葉片數(shù)（不包含不完全葉）。假莖寬：用游標(biāo)卡尺測(cè)量幼苗莖地上部分1/3處。最大根長(zhǎng)：是指秧苗最長(zhǎng)根根長(zhǎng)，游標(biāo)卡尺從根的基部開始測(cè)量。

1.3.2 生物量指標(biāo)測(cè)定

鮮質(zhì)量：光照15 d后，從每個(gè)秧盤隨機(jī)選取20株秧苗，洗凈后用濾紙擦干，在用電子天平（上海浦春計(jì)量?jī)x器有限公司）稱其質(zhì)量，重復(fù)3次取平均值。干質(zhì)量：光照15 d后，從每個(gè)秧盤隨機(jī)選取20株秧苗，洗凈后用濾紙擦拭干，將水稻秧苗放入干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）內(nèi)，105 ℃殺青20 min，75 ℃烘干至恒質(zhì)量（24 h）后，用電子分析天平（奧豪斯儀器公司）測(cè)量，重復(fù)3次取平均值。

1.3.3 力學(xué)性能指標(biāo)的測(cè)定

莖拉伸力的測(cè)定：光照15 d后，從每個(gè)秧盤上隨機(jī)選取10株秧苗，重復(fù)3次測(cè)定取平均值。在ZL-300擺錘式材料抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)（濟(jì)南德潤(rùn)克儀器有限公司）進(jìn)行莖拉伸力試驗(yàn)，該機(jī)主要性能指標(biāo)：測(cè)定力范圍0～500 N，測(cè)量精度為0.05 N。在進(jìn)行秧苗拉斷試驗(yàn)時(shí)，下夾頭夾持位置是秧苗的根部，上夾頭夾持位置是水稻秧苗莖部，為了防止夾傷秧苗，在上、下夾頭的內(nèi)測(cè)墊有5 mm厚的橡膠片。

莖剪切力的測(cè)定：光照15 d后，從每個(gè)秧盤上隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)良好的10株秧苗，重復(fù)3次測(cè)定取平均值。莖剪切力的測(cè)定試驗(yàn)通過WDW-100D萬能試驗(yàn)機(jī)（濟(jì)南時(shí)代試金試驗(yàn)機(jī)有限公司）完成，萬能試驗(yàn)機(jī)的下夾頭固定刀體部分、上夾頭固定力傳感器，力傳感器一端連接刀片、一端連接自制莖剪切力測(cè)試系統(tǒng)的板卡，通過計(jì)算機(jī)上安裝的自制力測(cè)試系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。為了減小裝置產(chǎn)生的誤差，進(jìn)行測(cè)量之前必須進(jìn)行對(duì)刀，保證刀片和刀體之間不能有相互作用力。

1.3.4 基質(zhì)理化性質(zhì)測(cè)定

容重、孔隙度測(cè)定：首先利用帶孔鋁盒，體積為，裝滿基質(zhì)，將鋁盒口用紗布包住，稱其質(zhì)量為1，其次將的鋁盒放入水中，在水中浸泡24 h（水必須沒過鋁盒，不能將鋁盒暴露在空氣中），再次將裝滿基質(zhì)鋁盒拿出，這時(shí)重力作用使水自然流出，稱其質(zhì)量為2，再將鋁盒倒置6 min，將基質(zhì)中空隙間的水分全部流出，稱其質(zhì)量為3，最后將基質(zhì)放入烘箱中烘干稱其質(zhì)量為4，紗布吸飽水稱其質(zhì)量為5，干紗布稱質(zhì)量為6。

（2）

（3）

pH值測(cè)定：用錐形瓶取其中200 mL的待測(cè)水稻育秧基質(zhì)，在其中加入1 000 mL的去離子水，然后把試驗(yàn)樣品放在HY-5A型回旋式振蕩器（金塔市白塔新寶儀器廠）上，往復(fù)震蕩60 min，育秧基質(zhì)與去離子水充分混合，然后用PHS-25 pH計(jì)（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）測(cè)量育秧基質(zhì)的pH值。

營(yíng)養(yǎng)成分N、P、K及有機(jī)質(zhì)的測(cè)定：先對(duì)水稻育秧基質(zhì)試樣烘干、稱質(zhì)量、粉碎預(yù)處理，制成待測(cè)試樣，經(jīng)濃H2SO4和氧化劑H2O2消煮后，采用釩鉬酸比色法進(jìn)行測(cè)定基質(zhì)磷（P）含量，采用連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定基質(zhì)中氮含量（N），采用火焰光度法測(cè)定基質(zhì)中鉀（K）含量[24]。

1.3.5 產(chǎn)量性狀指標(biāo)測(cè)定

在水稻收獲前7 d，按株距15 cm、行距30 cm計(jì)算每平方米水稻穴數(shù)，每個(gè)處理按3點(diǎn)取樣法，每點(diǎn)數(shù)3穴，重復(fù)3次；測(cè)定每穴穗數(shù)，折合平方米穗數(shù)；取10穴稻穗人工脫粒并曬干，用人工法分出實(shí)粒和空秕粒，計(jì)算結(jié)實(shí)率；穗粒數(shù)=10穴穗總粒數(shù)/10穴總穗數(shù)；在實(shí)粒中數(shù)3份1 000粒，烘干至含水率15%時(shí)測(cè)定千粒質(zhì)量。每平方米產(chǎn)量=每平方米穗數(shù)×穗粒數(shù)×結(jié)實(shí)率×千粒質(zhì)量/ 1 000。水稻成熟期收獲時(shí)，各處理內(nèi)連續(xù)收獲22穴成熟度相對(duì)一致的水稻，進(jìn)行單獨(dú)脫粒晾曬，計(jì)算實(shí)產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 基質(zhì)理化指標(biāo)分析

基質(zhì)是密閉式水稻立體育苗的重要因素之一，優(yōu)質(zhì)基質(zhì)能為秧苗提供生長(zhǎng)所必需各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，基質(zhì)優(yōu)劣的評(píng)價(jià)不能單看能否育出壯秧，還要看基質(zhì)理化性質(zhì)是否符合秧苗生長(zhǎng)需要的環(huán)境與營(yíng)養(yǎng)元素，如基質(zhì)的容重、基質(zhì)的總孔隙度、基質(zhì)的pH值等。對(duì)9種不同配比基質(zhì)進(jìn)行理化性質(zhì)分析，由表2可知，不同處理的容重都低于對(duì)照組CK1，其中S2、T2分別為0.81、0.72 g/cm3，適合于密閉式水稻立體育秧操作簡(jiǎn)單、便于運(yùn)輸、有利于秧苗生長(zhǎng)及根系發(fā)育的特點(diǎn)。基質(zhì)的孔隙度對(duì)秧苗的水分吸收有重要作用，T1的總孔隙度最大，為79.1%，添加玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)（T1、T2、T3）的孔隙度大于添加稻殼的復(fù)合基質(zhì)（S1、S2、S3）的孔隙度；CK3的pH值最大，為5.17，添加玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)（T1、T2、T3）的pH值要小于添加稻殼的復(fù)合基質(zhì)（S1、S2、S3），其他處理pH值都符合水稻育秧基質(zhì)對(duì)pH值的要求（4.5～5.5）[25]；添加有機(jī)物料的復(fù)合基質(zhì)較單一基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)、全營(yíng)養(yǎng)元素、速效營(yíng)養(yǎng)元素含量存在顯著性差異（<0.05），有機(jī)質(zhì)含量對(duì)秧苗生長(zhǎng)及根系發(fā)育起到促進(jìn)作用，營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)水稻秧苗生長(zhǎng)的至關(guān)重要。不同處理基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)、全營(yíng)養(yǎng)元素、速效營(yíng)養(yǎng)元素含量均高于對(duì)照組CK1。單一基質(zhì)（CK2、CK3）大體上較添加玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)（T1、T2、T3）及添加稻殼的復(fù)合基質(zhì)（S1、S2、S3）的有機(jī)質(zhì)、全營(yíng)養(yǎng)元素、速效營(yíng)養(yǎng)元素含量高。

表2 育秧基質(zhì)的理化指標(biāo)

注：表中同一列不同的字母代表不同基質(zhì)間理化指標(biāo)存在顯著性差異（<0.05），下同。

Note: Different letters in same column represent different substrate exist significant differences between the physical and chemical indicators (<0.05), the same below.

2.2 育秧基質(zhì)對(duì)秧苗素質(zhì)的影響

播種后15 d，通過對(duì)秧苗素質(zhì)指標(biāo)測(cè)定分析，不同處理對(duì)秧苗的株高、假莖寬、根數(shù)、最大根長(zhǎng)、百株干質(zhì)量等指標(biāo)影響如表3所示。

表3 不同育秧基質(zhì)水稻秧苗的素質(zhì)指標(biāo)分析

2.2.1 基質(zhì)對(duì)出苗率的影響

由表3可知，不同復(fù)合基質(zhì)對(duì)出苗率的影響不顯著（>0.05），各處理基質(zhì)的出苗率基本都在90%左右。土壤的pH值、EC、水分含量以及空氣溫濕度等是影響秧苗出苗率的主要因素[26]，本試驗(yàn)采用SK-K800CN育秧播種機(jī)（久保田農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司生產(chǎn)）完成的播種、覆土、澆水、調(diào)酸等工序，避免了人工操作產(chǎn)生的誤差，采用密閉式育秧模式，溫度、水分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在出苗期內(nèi)溫度、水分穩(wěn)定適宜，所以出苗率基本相同。

2.2.2 基質(zhì)對(duì)秧苗葉齡的影響

由表3可知，添加稻殼、玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)與對(duì)照基質(zhì)相比對(duì)秧苗葉齡的影響差異顯著（<0.05）。添加玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)（T1、T2、T3）、添加稻殼的復(fù)合基質(zhì)（S1、S2、S3）比單一基質(zhì)（CK1、CK2、CK3）的葉片生長(zhǎng)速度要快，其原因可能是添加稻殼、玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)元素含量較高有關(guān)（表2）。稻殼添加體積分?jǐn)?shù)在60%（S2）時(shí)，秧苗的葉片生長(zhǎng)速度最快，葉片數(shù)平均值分別為3.60。

2.2.3 基質(zhì)對(duì)秧苗株高的影響

由表3可知，添加稻殼、玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)較單一基質(zhì)對(duì)秧苗株高的影響差異顯著（<0.05），添加玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)（T1、T2、T3）的秧苗株高明顯高于添加稻殼的復(fù)合基質(zhì)（S1、S2、S3）、單一基質(zhì)（CK1、CK2、CK3），玉米秸稈添加體積分?jǐn)?shù)在60%（T3）時(shí)，秧苗的株高最大，為145.31 mm。

2.2.4 基質(zhì)對(duì)秧苗假莖寬的影響

假莖寬是評(píng)價(jià)水稻秧苗品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，假莖寬大是壯苗特征，且干物質(zhì)質(zhì)量大、莖拉力和莖剪切力相對(duì)也比較大。由表3可知，添加稻殼、玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)較單一基質(zhì)對(duì)秧苗假莖寬的影響差異顯著（<0.05），添加玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)（T1、T2、T3）、添加稻殼的復(fù)合基質(zhì)（S1、S2、S3）的假莖寬高于單一基質(zhì)（CK1、CK2、CK3）的相應(yīng)值，玉米秸稈添加體積分?jǐn)?shù)在60%（T2）時(shí)，秧苗的假莖寬最大，為2.24 mm。

2.2.5 基質(zhì)對(duì)秧苗根數(shù)的影響

由表3可知，添加稻殼、玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)較單一基質(zhì)對(duì)秧苗根數(shù)的影響差異顯著（<0.05）。添加玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)（T1、T2、T3）較添加稻殼的復(fù)合基質(zhì)（S1、S2、S3）及單一基質(zhì)（CK1、CK2、CK3）的根數(shù)多。玉米秸稈添加體積分?jǐn)?shù)在60%（T2）時(shí)，秧苗的根數(shù)最多，為13.2條。

2.2.6 基質(zhì)對(duì)秧苗干物質(zhì)積累的影響

由表3可知，添加稻殼、玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)較單一基質(zhì)對(duì)秧苗百株干物質(zhì)質(zhì)量的影響差異顯著（<0.05），添加玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)（T1、T2、T3）較添加稻殼的復(fù)合基質(zhì)（S1、S2、S3）及單一基質(zhì)（CK1、CK2、CK3）的干物質(zhì)質(zhì)量大。玉米秸稈添加體積分?jǐn)?shù)在60%（T2）時(shí)，秧苗百株干物質(zhì)質(zhì)量最大，為3.06 g。

2.2.7 基質(zhì)對(duì)秧苗最大根長(zhǎng)的影響

水稻秧苗的根長(zhǎng)最大值也是評(píng)價(jià)水稻秧苗品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，直接影響到毯狀苗的盤根情況。由表3可知，添加稻殼、玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)較單一基質(zhì)對(duì)秧苗最大根長(zhǎng)的影響差異顯著（<0.05），添加玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)（T1、T2、T3）較添加稻殼的復(fù)合基質(zhì)（S1、S3）及單一基質(zhì)（CK1、CK2、CK3）的最大根長(zhǎng)值高。玉米秸稈添加體積分?jǐn)?shù)在60%（T2）時(shí)，秧苗的根長(zhǎng)為最大值，為90.16 mm。各處理基質(zhì)對(duì)最大根長(zhǎng)的影響與對(duì)株高、假莖寬、葉齡等影響規(guī)律基本一致。

2.2.8 基質(zhì)對(duì)水稻秧苗莖基生物力學(xué)性能的影響

工廠化水稻育苗后進(jìn)行機(jī)械插秧，為保證秧苗在移栽過程中不被機(jī)械作用力破壞，本研究運(yùn)用力學(xué)基本原理和基本方法，采用理論分析與試驗(yàn)觀察結(jié)合方法，研究水稻秧苗抗拉、抗剪切的力學(xué)性能。采用萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)秧苗莖基的拉斷力、剪切力進(jìn)行測(cè)量，精確定量的評(píng)價(jià)不同基質(zhì)秧苗力學(xué)性能的差異。為確定水稻秧苗插秧后在一定范圍內(nèi)能經(jīng)受自然風(fēng)力、暴雨沖擊等自然因素的能力，為培育具有較強(qiáng)抗力的優(yōu)質(zhì)水稻秧苗的提供相關(guān)力學(xué)數(shù)據(jù)[27-30]。本試驗(yàn)對(duì)秧苗的盤接力分析是根據(jù)水稻盤育苗盤根狀況和生產(chǎn)性試驗(yàn)效果做出定性的判定。試驗(yàn)表明，采用水稻密閉式立體育苗方式，用基質(zhì)育出的秧苗卷苗時(shí)苗片成卷不散，將苗片提起且甩動(dòng)，苗片不散不斷，能夠滿足水稻機(jī)械插秧的要求。

1）基質(zhì)對(duì)秧苗莖拉斷力的影響

由表3可知，除CK1與CK2、T1與T3外，其他各處理之間對(duì)莖拉斷力的影響差異性顯著（<0.05），添加稻殼、玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)（S1、S2、S3、T1、T2、T3）比單一基質(zhì)（CK1、CK2、CK3）的莖拉斷力大，玉米秸稈添加體積分?jǐn)?shù)在60%（T2）時(shí)，秧苗的莖拉斷力最大，為10.89 N。如圖1所示，秧苗的假莖寬與莖拉力成正相關(guān)（2=0.951），在一定范圍內(nèi)，秧苗的假莖寬越大，莖拉斷力越大；假莖寬越大，纖維含量越高，承受的拉力越大，為此秧苗在移栽過程中，取苗時(shí)，苗不易被拉斷。

2）基質(zhì)對(duì)秧苗莖剪切力的影響

由表3可知，除CK1與CK3、S2與T1外，其他各處理之間對(duì)莖剪切力的影響差異性顯著（<0.05），添加玉米秸稈的復(fù)合基質(zhì)（T1、T2、T3）較添加稻殼的復(fù)合基質(zhì)（S1、S2、S3）及單一基質(zhì)（CK1、CK2、CK3）的莖剪切力大。稻殼、玉米秸稈的添加量對(duì)秧苗的莖剪切力也有影響，稻殼添加體積分?jǐn)?shù)在60%（S2）時(shí)，秧苗的莖剪切力最大，為2.96N。如圖2所示，秧苗的百株干質(zhì)量與莖剪切力成正相關(guān)（2=0.953 7），在一定范圍內(nèi)，秧苗的百株干質(zhì)量越大，莖剪切力越大；秧苗的百株干質(zhì)量大，有機(jī)物和纖維素含量高，水分含量少，所以剪切力大，為此秧苗在移栽過程中，夾持秧苗時(shí)，苗不易被夾斷。

基于秧苗農(nóng)藝、生物量、力學(xué)性能指標(biāo)方面的測(cè)定與分析，處理T2：玉米秸稈（60%）+大田土（20%）+珍珠巖（20%）育秧基質(zhì)表現(xiàn)最優(yōu)。

2.3 產(chǎn)量性狀分析

各產(chǎn)量性狀指標(biāo)對(duì)比分析見表4，處理T與CK對(duì)比，穴數(shù)沒有差異；株高平均值為117.9 cm，低于對(duì)照CK平均值121.8 cm；千粒質(zhì)量平均值25.35 g略低于對(duì)照CK千粒質(zhì)量25.42g；其他各項(xiàng)指標(biāo)平均值均高于CK，實(shí)測(cè)增產(chǎn)5.9%。

表4 不同基質(zhì)、不同育苗方式秧苗的成熟期產(chǎn)量性狀分析

注：表中T代表密閉式立體育苗系統(tǒng)+LED日光燈+T2基質(zhì)育苗方式；CK代表普通平面大棚+自然光+大田土育苗方式。

Note: T treatment represents closed stereo seedling system + LED fluorescent lamp + T2 substrate seedling cultivation model; CK treatment represent ordinary plane greenhouses + natural light + field soil seedling cultivation model.

3 結(jié) 論

本文通過對(duì)3種單一基質(zhì)CK2（100%粉碎玉米秸稈）、CK3（100%粉碎稻殼）和按體積比配制的復(fù)合基質(zhì)S1（80%粉碎稻殼+10%大田土+10%珍珠巖）、S2（60%粉碎稻殼+20%大田土+20%珍珠巖）、S3（40%粉碎稻殼+40%大田土+20%珍珠巖）、T1（80%粉碎玉米秸稈+10%大田土+10%珍珠巖）、T2（60%粉碎玉米秸稈+20%大田土+20%珍珠巖）、T3（40%粉碎玉米秸稈+40%大田土+20%珍珠巖）的理化指標(biāo)進(jìn)行分析，與對(duì)照CK1（100%大田土）相比，各處理基質(zhì)的容重、總孔隙度、pH值（除S3外）、有機(jī)質(zhì)含量（除S2外）、營(yíng)養(yǎng)元素含量存在顯著差異（<0.05）；無論單一種類基質(zhì)，還是復(fù)合基質(zhì)，其營(yíng)養(yǎng)成分含量均不能滿足秧苗整個(gè)生長(zhǎng)周期需要，在復(fù)合基質(zhì)中加入適量氮、磷、鉀元素，使之在基質(zhì)的容重、總孔隙度等理化特性指標(biāo)滿足水稻秧苗生長(zhǎng)需要的基礎(chǔ)上，能夠保證水稻育苗基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分充足。

以粉碎玉米秸稈和粉碎稻殼為主材料，與珍珠巖、大田土按照不同體積比進(jìn)行調(diào)配制作的基質(zhì)，能夠滿足水稻育壯苗的需要。育秧試驗(yàn)結(jié)果表明，按玉米秸稈（60%）+黑土（20%）+珍珠巖（20%）配置的育秧基質(zhì)在秧苗農(nóng)藝指標(biāo)、生物量指標(biāo)、力學(xué)指標(biāo)等方面表現(xiàn)最優(yōu)。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，與常規(guī)育苗模式（普通平面大棚+自然光+大田土）對(duì)比，經(jīng)T處理（密閉式立體+LED日光燈+T2基質(zhì)）的秧苗在分蘗數(shù)方面沒有差異，株高、千粒質(zhì)量略低于對(duì)照的常規(guī)育苗；穗數(shù)、結(jié)實(shí)率等其他各項(xiàng)指標(biāo)平均值均高于常規(guī)育苗，實(shí)測(cè)增產(chǎn)5.9%。

密閉式水稻立體育秧可以解決目前寒地水稻面臨的客土資源短缺、平面育秧占地面積大等問題。密閉式水稻立體育秧基質(zhì)大多以農(nóng)產(chǎn)品廢棄有機(jī)物為材料，不僅避免本田、客田取土，破壞耕地，還能有效緩解焚燒農(nóng)作物有機(jī)廢棄物造成的環(huán)境污染問題，為水稻工廠化育秧進(jìn)一步推廣提供技術(shù)支持。

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Research on matrix formula of substrate for seedling in rice closed stereo seedling system

Zhao Lijun1,2, Chen Haitao1, Cai Xiaohua2, Xu Chunlin1, Li Qiang1, Wang Jinfeng1, He Di1※

(1.,,150030,; 2.,150081,)

Greenhouse seedling is the valuable mode to solve the problem of insufficient accumulated temperature for the rice production to realize the stable and high yield in Heilongjiang Province, China. However, the shortage of soil resources limits the application of seedlings field. Vegetation degradation and costly manpower are unfavorable for the protection of soil resources. Therefore, development of seedlings substrate to replace the soil is an effective way to solve these problems. Closed stereo seedlings of rice is a new way to improve the rice seedling, which may realize the automatic control of the environment to meet the requirement of the growth of seedlings in a relatively enclosed environment including temperature, humidity, light, CO2concentration and nutrient solution. Natural conditions have little effect on the rice seedling growth in these enclosed environments. This seedling style has advantages of high space utilization, less dosage of field soil and strong adaptability, which helps to cope with frequent extreme weather and cold ground and cover a big area. Seedling substrate of closed stereo rice comes from the agricultural waste materials. It can not only avoid the destruction of farmland and reduce the transportation cost, but also solve the environmental pollution problem caused by the burning of agricultural waste to promote the development of circular agriculture. In this study, corn straw and rice husk were selected as grinding material and blended with perlite and field soil at different volume ratio. Seedling tests were carried out with 3 kinds of single substrate i.e. CK1 (100% field soil), CK2 (100% crushed corn stalks), and CK3 (100% crushed rice husk) and 6 kinds of composite matrix i.e. S1 (80% crushed rice husk + 10% field soil + 10% perlite), S2 (60% crushed rice husk + 20% field soil + 20% perlite), S3 (40% crushed rice husk + 40% field soil + 20% perlite), T1 (80% crushed corn stalks + 10% field soil + 10% perlite), T2 (60% crushed corn stalks + 20% field soil + 20% perlite), and T3 (40% corn stalks + 40% field soil + 20% perlite). The results showed that there were significant differences on bulk density, total porosity, pH value (except S3), organic matter content (except S2), and nutritive element content between CK1 and the other 8 treatments (<0.05). The later seedling stage showed that compared to the field soil (CK1), the comprehensive quality of seedlings under other 8 matrix treatments was higher. Composite matrix with the addition of the crushed rice husk (S1, S2, S3) and crushed corn straw (T1, T2, T3) had more significant improvement to seedling growth than single matrix (CK1, CK2, CK3). Composite matrix with corn straw (T1, T2, T3) had higher effect than rice hull (S1, S3). Amount of rice husk and corn straw had significant effect on the seedling growth. Each characteristic of the seedling was the optimal when the addition amount of rice husk or corn straw was 60% (S2 and T2), while no significant difference was found for the other 2 treatments (<0.05). Eventually, T2 treatment with corn straw of 60%, field soil of 20%, and perlite of 20% had the optimal result in terms of seedling agronomic index, biomass index and mechanical properties. Based on the results from the field experiment, rice yield characteristics in the mature period were analyzed in the different light source, substrate and method of raising seedling. The results showed that the light source, substrate and ways of raising seedlings had significant effect on the rice yield. Under the different conditions of substrate and method of raising seedling, the T treatment (with closed stereo, LED (light emitting diode) fluorescent lamp, T2 substrate) had lower average plant height and thousand seed weight compared with the CK treatment, while tiller number had no obvious difference. The other 5 indicators were higher than the CK. Real yield was 5.9% higher than that of CK. The results provide efficient and stable production technical basis for the closed stereo rice seedling system.

substrates; physical properties; nutrients; rice; closed type; seedling; smashed rice husk; smashed straw

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.026

S604+.7; S317

A

1002-6819(2017)-09-0204-07

2016-10-21

2017-04-05

國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（51205056）；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生科技創(chuàng)新基金（yjscx14021）

趙立軍，男，黑龍江省克山人，高級(jí)工程師，博士，主要從事田間機(jī)械與設(shè)施農(nóng)業(yè)工廠化研究。哈爾濱 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，150030。Email：zhlj555@163.com

何 堤，男，黑龍江省哈爾濱人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事田間機(jī)械與設(shè)施農(nóng)業(yè)工廠化研究。哈爾濱 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，150030。Email：hedi04511558@souhu.com

趙立軍，陳海濤，蔡曉華，許春林，李 強(qiáng)，王金峰，何 堤. 密閉式立體育秧系統(tǒng)水稻育苗基質(zhì)配方研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(9)：204－210. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.026 http://www.tcsae.org

Zhao Lijun, Chen Haitao, Cai Xiaohua, Xu Chunlin, Li Qiang, Wang Jinfeng, He Di. Research on matrix formula of substrate for seedling in rice closed stereo seedling system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(9): 204－210. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.09.026 http://www.tcsae.org