我国水稻机插秧育秧基质研究进展.doc

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1、我国水稻机插秧育秧基质研究进展林育炯 张均华 胡志华 朱练峰 禹盛苗 金千瑜（中国水稻研究所“ 水稻生物学国家重点 实验 室，杭州 ，2013 年）摘 要：我国从 2% 世 纪 4% 年代开始水稻育秧基质研究。合理利用水稻育秧基质，培育健壮秧苗，提高机插质量，是提升水稻机械化种植技术的关键，对我国水稻全程机械化发展具有重要意义。本文重点介绍了我国水稻育秧基质发展历程主要基质类型及特征，分析了基质研究过程中出现的问题与发展趋势，以期为研究和推广水稻育秧基质，提升我国水稻种植机械化水平提供参考。关键词：水稻；机插秧；育秧基质；类型；性质水稻是我国最主要的粮食作物，2012 年种植面积 3013.7

2、 万hm2 ,产量达 20423.6 万 t。水稻种植业的 现代化、规模化、专业化和商品化生产的发展，对保障我国粮食供给安全起着至关重要的作用。目前欧美、日韩等国家水稻种植基本实现了全程机械化，我国虽然在水稻耕作和收获环节基本实现了机械化作业，但机械化种植是我国水稻生产全程机械化的瓶颈，至 2012 年底水稻种植机械化水平不足 28.96%。我国水稻种植机械化取得较大发展必须依赖于标准化育秧技术的发展。提高基质育秧质量，提升育秧基质与水稻机插技术的兼容性，改善水稻工厂化育秧技术，降低育秧成本，对我国水稻种植机械化水平的长远发展具有重要推动作用。目前机插水稻主要采用营养土育秧和带土移栽，虽然一定

3、程度上促进了我国水稻机插秧的发展，但严重破坏了我国土壤资源并对周围生态环境造成一定负面影响，不利于水稻机插秧的大面积推广。为解决统一育秧中营养土取土难、取土破坏植被与环境等问题，利用自然资源及工农业废弃物等开发水稻无土育秧基质成为目前的研究热点。无土育秧基质不仅解决了营养土取土难的问题，且具有质量轻、通透性强、不板结、省工节本等优点，是未来解决机插育秧问题的关键所在。因此，研究不同类型水稻育秧基质在水稻种植中的应用适应性与广泛性，对推广水稻工厂化育秧，提高水稻现代化种植水平具有重要作用。本文对我国水稻育秧基质发展历史、研究现状进行综述，分析目前研究和应用中存在的问题和发展趋势，以期为推广应用水

4、稻育秧基质、提高水稻种植机械化水平提供参考。1 水稻育秧基质发展历程水稻栽培在我国已有 7000 多年历史，最早采用直播方式，东汉末期开始采用大田育秧移栽的种植方式，目前大田育秧技术由宋元时期定型并流传至今。传统水稻育秧由于技术条件落后，大田土壤成为育秧的唯一介质。水稻旱育秧技术和盘育机插水稻技术的出现改变了传统的大田育秧形式，水稻育秧逐渐从大田土育秧转向室内和工厂化基质育秧。20 世纪 70 年代末，我国从日本引 进了盘育机插水稻种植技术和水稻工厂化育苗技术，开始了我国育秧基质的研究。营养土由于养分全面、操作简单、育成秧苗素质高而得到大力推广。随着我国水稻机插种植面积的不断扩大，传统营养土取

5、土困难、运输不便等缺点显现，阻碍了工厂化育秧的推广，无土基质研究开始得到重视。1981 年水稻脲醛泡沫塑料育苗试验成功，这是我国首次使用合成方法制得的无土育秧基质。脲醛泡沫塑料育秧提高了水稻出苗率，具有秧苗粗壮、根系发达、移植方便、植伤较少、机插后早生快发的优点，但价格较高，只得到小范围推广。20 世纪 90 年代初期免疫育苗出现，它以岩棉作基质，以营养液供应养分，所育秧苗根数多，机插后无明显缓苗期，并且控制了水稻苗期病害，减少了化学肥料用量，一定范围内取得了较好的推广效果。虽然采用岩棉育秧可以有效降低成本，但岩棉育秧需利用营养液提供养分，且在土壤中较难分解，易对稻田生态环境造成污染，因此需要

6、寻求新的替代基质材料。90 年代中后期，利用农业废弃物研制的有机基质开始用于水稻基质育秧，并获得较好的育秧效果，但由于有机基质的稳定性较差，基质原料中的养分未能充分利用，因此未能得到大面积推广。2004 年开始，我国对农机进行补贴，全国插秧机数量快速增多，对 机插秧苗素质要求日益提高，盘育秧苗市场迅速壮大，水稻育秧基质逐渐成为研究热点。在基质原料选择上，除了土壤、炭化谷壳和菌渣，研制出了以粉碎秸秆、蔗渣、粉煤灰、草炭、木屑、椰壳、沼渣、水葫芦、蛭石、珍珠岩、有机肥等多种原料的育秧基质，降低了基质成本。基质的理化性质逐渐得到改善，特别是保水保肥性能的提高，解决了基质养分供应问题，简化了基质育秧环

7、节，并开发出较多商品化的基质。商品化育秧基质的出现，促进了基质研究、应用与推广。研究层面上，从原料来源深入到基质的理化特性研究，并开始关注基质生物性能和基质对水稻生理、生化特性的调控作用。近年来，育秧基质在功能上有所突破，开发出富硒基质、微生物基质等产品，丰富了育秧基质的性能，进一步促进了育秧基质的发展。2 育秧基质类型目前我国育秧基质主要有营养土、无土基质和混合基质三种类型。 营养土虽然不属于严格定义的基质范围，但目前营养土育秧仍是我国最常用的育秧方式，因此加入本文讨论。2.1 营养土营养土一般采用自然土经风干过筛后，加入肥料、壮秧剂和调酸剂拌匀堆闷而成，或直接加入营养土母剂拌匀制得，具有养

8、分齐全、通透性良好、制备简单、成本低等优点，是目前我国使用最多的育秧方式。营养土在碱解氮、速效磷、速效钾等养分指标上均高于自然土，培育的秧苗地上部素质较好，叶龄、苗高、叶面积、地上部干重等均显著高于自然土育秧，但营养土养分过高抑制根系生长，导致秧苗根长、根系盘结力显著小于自然土所育秧苗。虽 然加入壮秧剂可显著改善营养土育秧的根系生长状况，促进秧苗根系盘结，但农户自配营养土难以保证合理养分水平，且营养土取土难、破坏耕层、容重大、运输成本高、增大机械作业负荷等缺点不利于规模化、标准化的机插秧技术推广。2.2 无土基质无土育秧基质主要指采用自然资源、农业废弃物等加工制得的基质，按原料来源可分为无机基

9、质和有机基质。无机育秧基质主要有珍珠岩、沸石和蛭石等。珍珠岩和蛭石具有孔隙多、通透性强、保水保肥性好等特性，在园艺基质育苗中具有重要地位。沸石虽然不具备上述特性，但天然沸石具有较高的阳离子交换量和小孔吸附性，可提高基质肥效持久性，在育苗上也有重要优势。刘华招将珍珠岩用于水稻育苗，发现珍珠岩育苗促进根系生长，有利于形成毯状秧苗。李睿等研究表明，沸石基质培育的秧苗叶龄、株高适宜，叶绿素含量高，不定根数多，根长较长，地上部干质量和根干质量大，符合机插秧对秧苗的要求；而珍珠岩基质和蛭石基质秧苗的根系发育优势不明显。虽然珍珠岩、蛭石、沸石等无机材料在园艺育苗有一定效果，但用于水稻育秧的研究较少，对秧苗素

10、质的影响不确定，且成本较高，不利于单独作为水稻育苗基质推广。有机育秧基质采用醋糟、秸秆、谷壳、菌渣、木屑、沼渣等农业废弃物发酵而成，因其具有容重小、缓冲能力强、设备简单、投资少、技术容易掌握等优点，而成为目前我国农业推广应用最多的一种无土栽培形式。张忠臣使用谷壳基质育秧，秧苗根长比土壤基质长 0.78CM，根数多 1.5条，机插秧后，发根数也比土壤基质多 1.5 条，表明采用稻壳基质育秧有利于秧苗移栽后迅速缓苗。张根贤采用木屑谷壳菌渣等农业废弃物混合试验，均发现秧苗大部分地上部指标，如叶龄、株高、地上部干质量等低于常规土壤，但秧苗的茎基宽和地下部根质量、根长、白根数等优于常规土壤，可育出适合机

11、插的壮苗。有机基质对秧苗的影响主要在于对根系的促进，但由于其养分释放不如营养土快速、高效、故秧苗地上部发育略差于营养土。中国是世界上农业废弃物产出量最大的国家，每年产量约 40 多亿 t，其中农 作物秸秆 7.0 亿 t，林 业废弃物 0.5 亿 t。利用农业废弃物开展水稻无土有机基质研究，可有效解决水稻机械化生产和农业废弃物处理的矛盾，促进水稻种植生态环境的协调发展，降低生产成本，增加水稻生产的经济社会和生态效益，是目前水稻基质育秧的一个重要发展趋势。2.3 混合基质混合基质为无机基质与有机基质以一定比例混合或者土壤与基质以一定比例混合的育秧基质，可以改变单一栽培基质的缺陷，调 控育秧基质的

12、容重、孔隙度、养分含量、保水性、通气性、C/N 比 等性状更符合水稻 发育需求。鲁 耀雄使用碳化稻壳、牛粪、草炭、芦苇渣和蛭石为原料配比基质时，三个不同配比基质所育秧苗在苗高、茎基宽、叶面积、地上部干质量、地下部干质量、根数指标上均高于水稻土对照，其中以造纸芦苇残渣 45%，牛粪、碳化稻壳和泥炭各 15%,，蛭石 10%的配比效果最好，与对照相比 6 个指标均达到显著差异水平。张卫星等以谷壳和土按 1:3或 1:2 配比 时，秧苗的地上部和地下部干质量显著高于普通土和纯谷壳基质。徐红以商品基质和土壤 1:1 混合作基质，结果客土基质在叶龄、株高、茎基宽等指标上与原商品基质相当，但盘根效果显著好

13、于原基质。混合基质作为稳定、缓冲性强、具有良好根系生长环境的系统，是未来水稻育秧基质研究的一个主要方向。3 水稻育秧基质特性基质特性包括基质物理性质、化学性质和生物性质。基质作为水稻秧苗生长的介质，除具备固定水稻秧苗、供水、供肥和供气等功能，还要求基质所育秧苗生长整齐、盘根性能好、根冠比适中、对秧苗生长有调控作用，并能兼容机械化播种、育秧流水线，因而对基质性能有更高要求。3.1 物理性质3.1.1 水分基质水分特性包括含水量、吸水性和持水性。基质含水量影响基质生产、储存和使用，吸水性影响基质在机械化播种流水线的吸水速度。蒋红刚等研究表明适宜运输和贮存的基质含水量上限为 32%,，适宜机械化流水

14、线播种作业的基质含水量为 28%-32%。基质水分含量低于 26%，由于部分基质有机材料表面蜡质等疏水性基团的存在造成其具有斥水性，从而降低基质吸水性能。基质含水量还会影响种子萌芽，且基质含水量对水稻秧苗光合性能和呼吸强度有显著影响，如基质含水量 60%条件下水稻呼吸强度显著高于 72%和 80%。基质持水性指基质保持水分的能力，持水性强的基质可有效减少育秧过程的浇水次数和管理难度。不同基质持水性差异较大，无土基质和营养土吸水 24h 后，无土基质的含水量达到 120%，而营养土的含水量仅为 38%。对于部分持水性较差的基质可使用强亲水型表面活性剂或湿润剂作为添加剂，以降低水分子的表面张力来改

15、善其亲水性能和吸水性能，或通过不同持水性基质混合，进而改善基质的总体水分特性。3.1.2 疏松性基质容重反映基质紧实度，水稻适宜生长的基质容重范围为 0.1g/cm3-0.8g/cm3。容重影响基质通透性，不同容重基质对水稻根系的机械阻力存在差异，影响水稻根系的生长和分布，从而影响水稻发育和产量形成。基质容重较小，质地比较疏松，利于水稻秧苗根系生长，但缺乏黏结力，可能不利于根系盘结；基质容重较大，不便于运输，且基质比较紧实，不利于根系生长。总孔隙度、通气孔隙和大小孔隙是基质的通气性状参数。一般认为，基质的总孔隙度在 54%-96%范围内较好，适宜的基 质孔隙状况是同时能提供 20%的空气和 2

16、0%-30%易利用水，大小孔隙比在 1:2-1:4 范围内为宜。基质粒径直接影响基质容重、总孔隙度和大小孔隙比，随基质颗粒粒径的降低，基质总孔隙度逐渐减小，容重逐渐增大。Torabinejad 研究发现，基质粒径在 0.001MM-0.8MM 之间，毛管孔隙占主要优势，此时基质能保持较多水分；基质粒径大于 6MM，基 质中非毛管孔隙占支配地位，基 质的通气状况较好。育秧营养土常采用粒径小于 5mm,2-4mm 粒径床土占 60%以上土壤混合而成，此时土质较为疏松、通透性和保水性较好，有利于秧苗根系生长和养分吸收。一般基质粒径处于 0.5-5mm 较为合适。基质粒径过大，有利于基质的透气，但不利

17、于基质保持水分；基质粒径过小，有利于基质的保水，却不利于基质的通透性，且影响种子发芽率。3.2 化学性质3.2.1 组成和养分含量基质组成决定着基质的化学稳定性。一般无机基质的化学性质比较稳定，如沸石和珍珠岩，这些无机矿物的主要成分为 sio2，蛭石的化学组成是复杂的硅酸盐矿物，用作基质的蛭石通常是经高温处理形成的膨胀蛭石，其化学性质比较稳定。有机基质原料如秸秆、谷壳和菇渣、发酵畜禽粪便等的组成成分较复杂，因此其稳定性变化较大，养分含量也有很大差异。水稻秧苗自 1 叶 1 心期即表现出较明显的净光合作用和养分吸收能力，水稻育秧基质适宜的养分供应强度可显著提高根系生长和干物质积累速度，有利于培育

18、水稻健壮秧苗。育秧基质适宜的速效氮含量为 250-300mg/kg，此时秧苗株高适宜，根系生长优良，根冠比适中，秧苗形态适于机插。适宜的施氮量能有效提高秧苗根系活力和秧苗氮素含量，促进秧苗移栽后早生快发。育秧基质氮素含量过低，秧苗苗高和干物质量在生长后期增加缓慢，导致生长受到抑制；育秧基质氮素含量过高抑制水稻根系生长，不利于根系盘结，影响机插效果。陈阳等研究认为，育秧中施用磷肥促进秧苗根系生长，且磷肥促进作用大于钾肥。基质有效磷浓度应大于 10mg/kg。磷浓度过低抑制水稻地上部生 长，造成植株矮小；秧苗适宜生长的钾浓度应大于 1.2mmol/L，缺钾条件水稻幼苗生长受到明显的抑制，表现为生长

19、缓慢，生物量减少，根系生长受到抑制&水稻育秧基 质的养分有效性还受基质内可溶性盐含量影响，适宜的可溶性盐含量能促进水稻秧苗生长，但可溶性盐浓度不宜过高，一般为 500-1000mg/kg。3.2.2 酸碱性与阳离子交换量不同水稻育秧基质 ph 值存在一定差异，大部分基质 ph 值在 4.5-7.0 之间 .ph 值对 水稻叶龄、根长、白根率、发生新根的根长均有显著影响。水稻秧苗生长的适宜 ph 值为 4.5-5.5，在 ph 值2.5-5.5 范围 内，随 ph 值增加水稻叶龄有增大趋势，ph 值达到 5.5以后则呈降低趋势，大体呈现明显的单峰曲线。水稻育秧基质酸碱性还影响水稻对养分的吸收，当

20、 ph 值过低时，硅、钙、镁容易被淋溶，造成这些元素的缺乏或潜在缺乏；当 ph 值过高时，水稻秧苗不易吸收基质中的铁元素，造成秧苗生长矮小、叶片偏黄。因此生产上合理利用酸碱调节剂调节育秧基质的 ph 值 4.5-7.0有利于水稻秧苗生长。阳离子交换量是指基质内胶体颗粒所能吸附的各种阳离子总量。阳离子交换量的大小，是基质缓冲性能的主要标志，可作为基质保肥能力的指标。阳离子交换量过大，容易造成盐分离子积累，从而对水稻秧苗造成危害；阳离子交换量偏小，基质养分易在育秧喷水过程中淋失，降低基质养分含量，不利于秧苗后期的养分吸收。基质的阳离子交换量一般为 10-400cmol/kg 之间，无基质如蛭石、岩

21、棉、石英砂的阳离子交换性能较弱，阳离子交换量小于 10cmol/kg，石英砂的阳离子交换量几乎为 0；有机基质如草炭、木屑、堆肥等的阳离子交换能力较强，阳离子交换量大于 10cmol/kg，但也有人认为，蛭石的阳离子交换量比有机基质高，这可能和蛭石的风化程度不同有关。3.3 生物性质3.3.1 微生物和酶活性微生物是水稻育秧基质的重要组成部分，也是最活跃的部分，不同类型基质中微生物的种类和数量差异很大，其种类和活性极易受基质环境因子的影响。微生物活性变化对有机态和无机态养分转化都有十分重要的意义。基质微生物通过硝化作用、氨化作用等产生硝态氮和铵态氮，或死亡后分解出自身的 C、N、K、S等营养元素，加快了微环境中的营养循环，从而促进水稻生长；一些有益的基质微生物，如植物根际促生菌还能提高水稻的抗病性、产 量和品质。水稻育秧基质所含的酶主要由基质微生物或水稻根系分泌，根际酶活性高低可在一定程度上表明基质养分状况。水稻育秧基质内常见的酶类有蔗糖酶、磷酸酶、转化酶、脲酶、纤维素酶和过氧化氢酶等水解酶和氧化还原酶类。蔗糖酶、多酚氧化酶和纤维