西蘭花廢棄物堆肥對水稻秧苗素質及產量的影響

陳劍 齊文 蔣海凌 錢仲倉

（臺州市農業科學研究院，317000，浙江臨海）

浙江省臺州市自1989 年開始引進試種西蘭花，2003 年后西蘭花種植面積就穩定在6.7×103hm2左右，約占浙江省西蘭花種植面積的60%，占全國的25%，是全國最大的冬春西蘭花生產中心[1]。臺州市每年收獲的西蘭花中，有1/3 以上用于速凍加工，加工過程產生的莖葉和花球等廢棄物年均約50 000t，這部分廢棄物產生時間集中且數量巨大，對這些西蘭花廢棄物的處理已成為當地政府和企業面臨的重大難題。目前，關于西蘭花廢棄物的資源化利用研究，主要是針對收獲時殘留在田間的秸稈，且均以直接還田的方式開展；雖有少數企業可以生產西蘭花莖葉粉、西蘭花青貯料和葉蛋白等產品，但是由于環保和產能等因素的限制，僅能處理掉少量西蘭花廢棄物[2]。對于上市前加工處理過程中再次產生的大量西蘭花廢棄物，當地的處理方法主要是集中收集后傾倒在田間，但是過量還田不僅影響田塊來年的正常使用，還會帶來污水和臭氣等問題，同時也造成資源的嚴重浪費。生產堆肥是現階段我國關于蔬菜廢棄物資源化利用的一種有效途徑，也是國內關于蔬菜廢棄物處理的主要研究方向[3-5]。西蘭花廢棄物中養分含量豐富，其中含N 2.50%左右（烘干基），P2O50.50%左右（烘干基），K2O 4.60%左右（烘干基），其堆肥產品將成為制作有機肥、基質和土壤改良劑的理想原料。

隨著農機化進程的推進以及勞動力的短缺，水稻機械化插秧已成為我國大部分地區水稻種植的主要方式[6]。育秧是影響水稻機插效果的一個關鍵環節，也是水稻生產管理中的一個重要環節[7-8]。近年來，隨著農業技術的迅速發展和對生態環境的越發重視，水稻機插秧的育秧載體由傳統的營養土逐步被秸稈、稻殼、菌渣、酒糟等有機廢棄物取代，并且在實際生產中取得了較好的效果[9-11]。本文針對浙江沿海地區常見的“西蘭花―水稻”輪作生產模式，以稻殼和黃泥等廉價且易獲得的材料為輔料與西蘭花加工廢棄物混合后堆腐，將充分腐熟的堆肥產物與黃泥按照不同質量比混合后制成水稻育秧基質，以常規基質和黃泥為對照開展水稻育秧試驗，研究不同載體育秧對水稻秧苗素質、產量及其構成因素、水稻分蘗能力的影響，探索西蘭花加工廢棄物基質化應用的可行性，提高“西蘭花―水稻”輪作生產中的農業廢棄物利用率，減少不可再生基質的使用，提高水稻產量，為實現環境友好型生態循環農業生產模式提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2021 年3-7 月在浙江省臺州市農業科學研究院臨海市小溪村基地（121°25′15″ E，28°49′0.9″N）進行，試驗基地土層深厚、肥力均勻、地勢平坦，試驗地土壤基本狀況為pH 5.50、有機質37.30g/kg、水解性氮（堿解氮）164.10mg/kg、有效磷27.10mg/kg、速效鉀38.02mg/kg。試驗所用水稻品種為中國水稻研究所選育的超級早稻品種中早39。參試的堆肥由項目組前期堆制，堆肥輔料稻殼、黃泥分別占西蘭花加工廢棄物質量的15%和20%，堆肥物料經過粉碎攪拌擠壓處理后起堆發酵，高溫好氧堆肥過程共持續30d，充分腐熟后堆肥的主要理化性狀為含水率42.34%、pH 8.09、有機質56.33%、N 0.71%、P2O51.22%、K2O 2.13%。參試的常規育秧基質為“中錦”牌基質，其容重0.49g/cm3、含水率19.74%、pH 6.79、總養分含量≥5%、有機質含量≥20%，由杭州錦海農業科技有限公司生產。采用硬質塑料育秧盤育秧，規格為長58cm×寬28cm×高3cm。

1.2 試驗設計

試驗共設置6 個處理，分別為常規基質（CK1）、黃泥（CK2）、黃泥與堆肥質量比2:1（T1）、3:2（T2）、1:1（T3）、1:2（T4），配制好的不同基質分別采樣進行理化性狀檢測。每個處理9 盤，3 次重復，采用隨機區組設計置于田間，與大田育秧保持一致，于25d 秧齡時取樣測定秧苗素質。3月19 日播種，每個秧盤基質或黃泥填充至2.5cm高度后，按120g/盤的播種量將芽谷均勻播于表面，再覆蓋對應的基質，澆透水1 次。4 月18 日移栽，采用模擬機插密度的人工栽插，每個小區面積40m2，移栽行株距均為25cm×12cm，每個處理3次重復，隨機區組排布。施氮、磷、鉀肥分別為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀，純氮用量180kg/hm2，其中基肥:蘗肥=7:3；磷肥用量60kg/hm2，作基肥一次性施用；鉀肥用量120kg/hm2，作蘗肥一次性施用。試驗期間管理措施與大田相同，收獲時各小區單獨測產。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 有機質和養分含量 參照農業行業標準NY 525-2021 檢測有機質和養分含量。

1.3.2 出苗率 齊苗后在秧盤上取10cm×10cm 的樣品，將出苗和未出苗的種子分開測定出苗率，3次重復。

1.3.3 秧苗素質調查 分別從每個處理的每個重復中各取有代表性的秧苗50 株，分別測定株高、整齊度、葉齡、莖基寬、根長、白根數、葉綠素含量、生物量和壯苗指數。根據50 株水稻測定的株高，計算其變異系數，“100%–變異系數”即為整齊度；采用SPAD 測定儀測定葉綠素含量；采用烘干法測定生物量，并計算根冠比；壯苗指數=（地下部分干重/地上部分干重+莖基寬/株高）×整株生物量。

1.3.4 抗旱能力 測定完秧苗素質相關指標后，進行基質的保水抗旱能力測定[12-13]。從每個處理的每個重復中隨機選取2 盤，將剩余的秧苗塊連同育秧盤置于水泥地板上，于第1 天對基質足量澆水（從基質表面均勻澆水至基質底部有水流出），將此時秧苗成活率定義為100%，之后不再澆水，放在玻璃溫室中培育（試驗期間溫室內白天最高溫度為35℃～40℃）。從第2 天開始連續5d 測定秧苗成活率（未枯死秧苗的面積占育秧盤面積百分比，秧苗葉枯卷、基部干枯判斷為枯死）。

1.3.5 分蘗動態調查 選取各小區具有代表性植株30 穴定點，及時調查落田苗、最高苗和有效穗數。

1.3.6 產量 水稻成熟期各小區單獨測產，收割前采集有代表性的10 蔸水稻進行考種。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2007 進行數據處理和圖表制作，采用SPSS 16.0 軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同物料配比對基質性狀的影響

2.1.1 對基質理化性狀的影響 由表1 可知，用西蘭花廢棄物堆肥產物配制的4 種育秧基質容重為0.37～0.89g/cm3，孔隙度為51.76%～85.31%，pH 為6.15～7.61，有機質含量為6.14%～38.71%，總養分含量為1.02%～3.18%。隨基質中堆肥占比的增加，基質的孔隙度、pH、有機質及總養分含量均呈上升趨勢，容重呈下降趨勢；各處理間容重、有機質和總養分含量均差異顯著；除T4 處理外，其余處理間孔隙度均差異顯著，pH 均無顯著差異。

表1 不同物料配比基質的理化性狀Table 1 Physical and chemical properties of substrates with different material proportion

2.1.2 對基質保水抗旱能力的影響 由表2 可知，堆肥配制的4 個基質保水抗旱能力隨著堆肥占比的提高而上升。試驗第2 天，部分處理秧苗的存活率開始下降，處理間均無顯著差異；試驗第3～5 天，不同基質處理間秧苗的存活率存在顯著差異，隨基質中堆肥占比的增加，秧苗的保水抗旱能力顯著增加，CK2的秧苗存活率最低，T3、T4 處理與CK1間秧苗的存活率均無顯著差異且顯著高于其余處理；第6 天時，各處理秧苗的存活率均降至0.00%。

表2 不同基質處理秧苗的存活率Table 2 Survival rate of seedlings treated with different substrates%

2.2 不同基質對水稻秧苗素質及生物量的影響

2.2.1 對秧苗素質的影響 由表3 可知，不同基質育秧對水稻的秧苗素質存在一定影響。堆肥與黃泥配比的4 種基質處理中，隨著堆肥添加比例的提高，水稻秧苗素質呈先增后降趨勢，其中T3 處理表現最好，葉齡、SPAD、株高、莖基寬以及根長等指標均為最高。與CK1相比，各處理的出苗率、葉片SPAD、莖基寬、根長和單株白根數均有不同程度下降，但對葉齡和整齊度均無顯著影響；其中，CK2、T1 和T2 的出苗率分別降低32.43%、24.56%和8.90%（P＜0.05）；CK2、T1、T2 和T4 的SPAD分別降低28.66%、26.46%、14.35%和17.21%（P＜0.05）；CK2和T1 的莖基寬均降低15.79%（P＜0.05），單株白根數分別降低13.97%和11.47%（P＜0.05）；CK2、T1、T2、T3 和T4 的根長分別降低37.51%、30.00%、26.85%、13.21%和15.35%（P＜0.05）。與CK2相比，各處理的秧苗素質相關指標均有所提高。

表3 不同基質對水稻秧苗素質的影響Table 3 Effects of different substrates on quality of rice seedlings

2.2.2 對秧苗干物質的影響 由表4 可知，不同基質育秧下水稻秧苗的干物質積累存在一定差異。與CK1相比，T2、T3 和T4 處理的地上部和全株干重均無顯著差異，T3 和T4 處理的地下部干重和壯苗指數均無顯著差異；各處理間的根冠比均無顯著差異。與CK2相比，堆肥配制的4 個基質處理秧苗干物質積累的相關指標均有所提高，其中T3 和T4處理的地上部干重分別提高了16.67%和13.33%，全株干重分別提高了17.56%和14.15%；T2、T3 和T4 處理的壯苗指數分別提高了11.54%、20.51%和16.67%，上述3 項指標的差異均達顯著水平。

表4 不同基質對水稻秧苗干物質積累的影響Table 4 Effects of different substrates on dry matter accumulation of rice seedlings

2.3 不同基質育秧對水稻生長及產量的影響

2.3.1 對水稻生育期的影響 由表5 可知，各處理水稻生育期未產生大幅變化，播種至齊穗天數為85～87d，全生育期為115～117d。T3 處理與CK1生育期一致，播種至齊穗天數、全生育期均最短；T1處理與CK2各生育期一致，播種至齊穗天數和全生育期均最長。

表5 不同處理對水稻生育期的影響Table 5 Effects of different treatments on growth stages

2.3.2 對水稻產量及其構成因素的影響 由表6 可知，堆肥配制的基質處理中，T3 處理產量最高，隨著堆肥添加比例的升高，水稻產量、有效穗數及穗粒數均呈現先升高后降低的趨勢，不同基質育秧對水稻產量及其構成因素產生了一定影響。各處理中產量最高為CK1的7416.75kg/hm2，除T3、T4外的其余處理較CK1均顯著減產。不同處理間的株高、結實率和千粒重均無顯著差異。與CK1相比，其余處理的有效穗數降低了1.20%～13.25%，穗粒數降低了2.19%～13.46%，其中CK2和T1 處理的有效穗數和穗粒數均顯著降低。與CK2相比，堆肥配制的4 個基質處理產量提高了3.12%～27.34%，除T1 處理外均顯著增產，有效穗數提高了2.69%～13.89%，穗粒數提高了0.98%～13.02%，其中T3 處理的有效穗數和穗粒數均顯著提高。從產量構成因素角度分析，不同處理間的產量差異，主要是由于有效穗數和穗粒數的差異所導致。

表6 不同基質育秧對水稻產量及其構成因素的影響Table 6 Effects of different substrates on yield and its components of rice

2.3.3 對水稻分蘗能力和莖蘗成穗率的影響 由表7 可知，不同處理間水稻的落田苗和莖蘗成穗率均無顯著差異，最高苗數和有效穗數均存在顯著差異。與CK1相比，其余處理的最高苗數降低了1.71%～9.40%，有效穗數降低了1.20%～13.25%，其中CK2的最高苗數顯著降低，CK2和T1 處理的有效穗數顯著降低。與CK2相比，堆肥配制的4 個基質處理的最高苗數提高了1.22%～8.49%，有效穗數提高了2.69%～13.89%，各處理間最高苗數均無顯著差異，T3 處理的有效穗數顯著提高。不同處理中，T2、T3、T4 與CK1處理水稻的分蘗能力基本相同，CK2和T1 處理的分蘗能力較弱。

表7 不同基質育秧對水稻分蘗能力與莖蘗成穗率的影響Table 7 Effects of different substrates on ability to tiller and earbearing tiller percentage

2.4 最佳基質配比逐步回歸預測模型

由表8 可知，水稻產量與出苗率、葉齡、SPAD、莖基寬、根長、單株白根數、單株地上部干重、單株地下部干重、全株干重、壯苗指數等秧苗素質指標呈顯著或極顯著正相關，將上述秧苗素質指標進一步采用逐步回歸的統計方法深入分析其與水稻產量間的關系，篩選出全株干重為影響水稻產量的最主要秧苗素質指標，建立線性回歸方程y=4492.8x–3605.2（x和y分別為全株干重和水稻實際產量），該方程F值的顯著水平P＜0.05，相關系數R2=0.9857，表明所建立的回歸方程成立；進一步建立基質配比與全株干重間的回歸方程為y=-0.22x2+0.382x+2.215（x、y分別為黃泥與堆肥質量比、全株干重），相關系數R2=0.9514，根據方程可以判斷本研究中基質最佳配比應為黃泥與堆肥質量比1:1，也可以進一步預測黃泥與堆肥質量比為0.87:1 時，基質的育秧效果更好。

3 討論

3.1 不同原料對基質理化性狀及保水抗旱能力的影響

植物生長需要良好的水、肥、氣、熱等條件，在溫度和水分條件相同的情況下，影響植物生長的是基質理化性質及養分含量等[14-15]。一般認為，作物生長適宜的基質容重范圍為0.1～0.8g/cm3、總孔隙度為54%～96%、pH 為5.4～7.0、養分含量適宜[16]。林阿典等[17]以泥炭、蛭石和水稻土為原料混配成不同水稻育秧基質，當3 種原料占比分別為50%、25%和25%時，基質的容重為0.62g/cm3，總孔隙度為64.45%，pH 為6.13，該處理水稻的秧苗素質及栽插質量最好。趙立軍等[18]以60%粉碎玉米秸稈+20%大田土+20%珍珠巖制成水稻育苗基質，基質容重0.72g/cm3、總孔隙度73.5%、pH 4.91、有機質含量為89.64g/kg 時，秧苗農藝指標、生物量指標、力學指標等表現最優。文中華等[19]利用生物炭與腐熟秸稈組配基質開展育苗試驗，研究發現40%秸稈+20%生物炭處理的水稻秧苗素質表現最好，基質的容重為0.23g/cm3，總孔隙度為68.30%，水氣比為3.20，pH 為6.30。本研究中，用西蘭花廢棄物堆肥配制的4 種基質，隨著基質中堆肥占比的上升，基質的孔隙度、pH、有機質及總養分含量均呈上升趨勢，容重呈下降趨勢；當黃泥與堆肥的質量比為2:1 時，基質的容重為0.89g/cm3，當黃泥與堆肥質量比為1:2 時，基質的pH 為7.68，2 個處理均有指標超出作物生長的適宜范圍；根據基質的理化性狀可以推斷黃泥與堆肥適宜的質量比應為3:2 及1:1?？紫抖葲Q定了基質的保水抗旱能力[20]，本研究中配制的4 種基質保水抗旱能力隨著堆肥占比的提高而上升，與孔隙度的變化規律相一致，當黃泥與西蘭花廢棄物堆肥的質量比為1:1 及1:2時，基質的保水抗旱能力與常規基質相比均無顯著差異。綜合基質的理化性狀及保水抗旱能力可以推斷，最佳基質配比為T3 處理（黃泥與西蘭花廢棄物堆肥的質量比為1:1）。

3.2 不同基質對水稻秧苗素質的影響

秧苗素質、根系形態、干物質積累及養分吸收等特征特性是衡量秧苗好壞的重要依據，也是保證機械化插秧順利進行的重要基礎[21-24]。孫海天等[25]研究發現，水稻基質中的秸稈有機肥、蚯蚓糞、酒糟及蛭石等農業廢棄物的體積占比分別為46%、20%、18%和16%時，水稻秧苗農藝性狀及秧苗綜合素質最好。譚雪明等[26]利用中藥渣和粉碎稻草為基質代土育秧，基質比例為藥渣70%、稻草10%、紅壤黏土20%時，培育的水稻秧苗綜合素質最好。劉斌等[20]研究發現，木耳菌糠+10%豬糞堆腐發酵后水稻育苗效果最好，秧苗在株高、莖粗、SPAD、百株干重、根冠比等方面表現均為最好。本研究中，通過比較不同基質處理的秧苗素質及干物質積累情況可知，黃泥所育秧苗的各項指標均為最差，常規基質育秧整體表現最好；堆肥配制的4 種基質中T3 處理（黃泥與堆肥質量比1:1）各方面指標表現最好，秧苗素質隨著基質中堆肥占比的提高呈先升高后降低的趨勢；與常規基質處理相比，T3 處理在出苗率方面沒有顯著差異，而在株高、葉齡、莖基寬、整齊度、地上部干重等方面表現均更好，雖然秧苗的地下部長勢及整體表現不如常規基質處理，但是兩者在根冠比、全株干重、壯苗指數等方面均無顯著差異，因此，T3 處理所用的基質基本上可以達到常規基質的育秧效果。利用西蘭花廢棄物堆肥配制的水稻育秧基質不僅是良好的常規基質替代品，而且在降低水稻生產成本、減少農業面源污染、減少基質生產中草炭等不可再生資源的消耗等方面具有重要的意義。

3.3 不同基質對水稻產量的影響

秧苗素質的好壞對水稻產量的形成具有十分重要的影響。若秧苗素質弱，不僅機插質量差，緩苗活棵慢，還會造成分蘗延遲，有效穗數降低，產量下降[27-30]。本研究與前人的研究結果基本一致，不同基質處理間的秧苗素質及水稻產量表現的規律基本相同；黃泥育秧處理由于秧苗素質最差，生育期推遲，最終的產量也最低，常規基質處理的秧苗素質最好，產量在各處理中也最高，不同處理間主要通過影響有效穗數和穗粒數進而導致產量的差異；堆肥配制的基質處理中，T3、T4 處理的秧苗素質及秧苗干物質積累與常規基質處理相比無顯著差異，在產量及其構成因素等方面與常規基質處理相比也均無顯著差異，再次驗證了西蘭花廢棄物堆肥配制的基質替代常規基質的可行性；T3 處理的產量比T4 處理高了6.85%，也說明了T3 處理的基質配比育秧效果最好；通過建立回歸方程再次驗證了T3 處理的育秧效果最好，并且可以推測當黃泥與堆肥質量比為0.87:1 時，育秧效果更好。值得一提的是，本研究采用的是模擬機插密度的人工栽插，因此基本不存在漏秧現象，而在實際生產中若采用機械化插秧，漏秧概率則會受到出苗率、株高、整齊度、秧塊盤結力、大田整地狀況以及插秧機手操作水平等因素的影響[31]。因此，本研究中雖然廢棄物基質育秧的出苗率、整齊度與常規基質育秧均無顯著差異，但是否能完全滿足規?；S育秧以及機械化插秧的要求仍需要進一步驗證。

4 結論

以西蘭花加工廢棄物為主要原料，稻殼和黃泥分別占西蘭花加工廢棄物質量的15%、20%作為輔料，充分發酵后的堆肥產品與黃泥按照質量比1:1配制成水稻育秧基質，該基質的理化性狀及保水抗旱能力均滿足水稻育秧需求，水稻的秧苗素質及產量與常規基質育秧相比均無顯著差異，是良好的常規基質替代品。

西蘭花加工廢棄物的基質化應用，不僅可以減少農業面源污染，還可以為基質生產提供新的思路與方向，減少草炭等不可再生資源的消耗，對實現低污染、低排放的“西蘭花—水稻”循環農業生產模式具有十分重要的意義。