城市污水处理厂污泥堆肥产物复配水稻育苗基质的研究

侯 磊，杨 阳，王鹏鹞，高 山，张景志，王 硕，袁飞航，李然然

（1.北京京鹞环境科技有限公司，北京市 100027；2.鹏鹞环保股份有限公司，江苏宜兴 214214；3.吉林省鹏鹞生物科技有限公司，鹏鹞环保有机固废处置及资源化利用中心，吉林长春 130218）

0 引言

水稻是我国主要的粮食作物，我国是世界上生产稻米最多的国家，截至2020年，我国水稻种植面积约0.3亿hm2，产量约2.1亿t[1]。东北地区是我国主要的水稻种植区之一，水稻育苗多采用旱育苗技术，育苗过程对苗床土有非常严格的要求，土壤的质量直接影响水稻生长发育和产量。随着东北地区水稻育苗的规模化发展，苗床土用量十分巨大。旱田土壤和水稻本田土壤因除草剂、农药残留等问题，无法取用。现有的农田优质表土、河塘、沼泽地、山坡、林地等取土方式会对农田耕层土壤和山地植被造成破坏[1]。

采用特制的基质育苗，是面对当前取土难和耕层土壤破坏问题的有效措施，是水稻幼苗健康生长的保障，原材料廉价易得、养分配比适宜、理化性质适宜的育苗基质是近年来主要发展的方向。草炭土是应用广泛的育苗基质材料[2]，其中含有没有彻底分解的植物残体、腐殖质和矿物质，具有有机质含量较高，质地松软，属酸性等特点。水稻育苗规模化基质用量大，然而草炭土储量有限，价格较高，短期内不可再生，过度开采会破坏环境。

市政污泥、秸秆、菌棒等的堆肥产物，具有疏松土壤、提高土壤透气性、降低土壤容重、提高土壤的微生物活性、增强土壤肥水渗透力等特点[3]，能够提高农产品产量和品质，陈同斌[4]等发现污泥堆肥产物能促进小麦的生长发育，邵蕾等[5]将污泥堆肥产物用于油菜种植，增产效果显著，土壤和产品质量均在安全标准范围内。污泥堆肥产物不仅具有显著的经济效益，而且堆肥产物经过处理后使用是安全的，将其用于水稻育苗基质的研究少有报道。

本研究利用污泥堆肥产物作为主要材料，复配出水稻育苗基质，研究其对水稻幼苗生长发育过程的影响，筛选出最佳基质，为开发合适的水稻育苗基质和污泥堆肥产物资源化利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用堆肥产物，以城镇污水处理厂污泥为原料加工而成，采用好氧堆肥处理工艺，堆肥辅料添加秸秆30%～40%，菌棒5%～10%，经过为期30天的好氧堆肥，实现有机废弃物无害化处置、资源化利用。得到堆肥产物技术规格：有机质含量25.2%、pH 7.08、含水率≤30%，物料粒径≤10 mm。

将堆肥产物与草炭土、蛭石、珍珠岩、化肥等进行复配后得到育苗基质，试验共设置四个处理组（T1～T4），一个对照组（CK），每组设置三个重复，具体处理见表1。

采取育苗盘栽培模式（长540 mm，宽280 mm，深度53 mm），育苗生长过程不再喷洒和施加任何肥料，仅以基质本身的营养成分供幼苗生长。

表1 水稻育苗基质配方（v/v）%

1.2 样品采集和项目检测方法

基质物理性质的测定：基质容重、持水孔隙度用环刀法测定，密度采用密度瓶法测定；总孔隙度=1-容重/密度；通气孔隙度=总孔隙度-持水孔隙度。

基质pH和EC值的测定：取10 g基质用100 mL去离子水浸泡24 h，浸提液用DDS-307电导仪测定EC值，用PB-21pH计测定pH。

出芽势/%=（3天内出芽种子数/供试种子总数）×100%，出芽率/%=（7天内出芽种子数/供试种子总数）×100%。

株高：育苗盘表面到生长点的高度。茎粗：用游标卡尺测定，以第一节位下偏上部为准。干质量：将幼苗放入称量瓶中，置于101～105℃干燥箱中干燥4 h后，放入干燥器内冷却0.5 h后，用0.0001 g天平称量。

1.3 育苗过程管理

将育苗基质装入秧盘、刮平，喷水轻浇直至浇透。种子保持0.5粒/cm2，精播均匀，不可漏播和重复播种，播种后再轻撒草炭土盖好种子，刮平并去除多余草炭土，盖籽厚度0.8～1.0 cm。出苗前注意温度管理，白天温度控制在25～28℃，夜晚温度控制在20℃左右。播种直至出苗，基部不用喷水，如有缺水的情况适当喷水，酌情而定。

1.4 计算方法与数据处理

数据统计与分析：所有数据采用Spss20.0和Origin9.0软件分析处理。

2 结果与分析

2.1 不同配比的育苗基质的性质

水稻育苗过程受基质的理化性质和养分含量的影响。从检测结果中可以看出（表2），基质的pH介于5～6之间。电导率均小于2.5 mS/cm，处于水稻幼苗生长的理想范围之内。T1、T2和CK的容重较小，T3和T4堆肥产物的含量增加后，基质的容重升高，由于蛭石和珍珠岩的添加，各实验组基质的容重无显著性的差异。土壤孔隙度呈现类似现象，堆肥产物的含量增加，总孔隙度降低，孔隙度最高的是T1，孔隙度最低的是实验组CK。持水孔隙度的顺序为T1＞T2＞T4＞T3＞CK，持水孔隙度最高的T1为59.22%，随着堆肥产物添加量的增加，基质的持水孔隙度降低。

表2 水稻育苗基质主要物理性质

T1、T2、T3、T4中的有机质含量均低于CK，其中T3和T4的有机质含量最低，分别为22.28%和21.83%。与有机质的变化规律一致，四个处理组的总氮含量低于CK组，随着堆肥产物含量的增加，总氮的含量降低。四组配方的总磷、总钾的含量高于CK组，并且T4的含量最高，分别为0.21%和0.48%（表3）。

表3 水稻育苗基质主要化学养分含量（%）

2.2 不同配方对水稻种子萌发和幼苗生长的影响

由图1可见，在基质育苗过程中，出芽势的顺序为，T3＞T2＞T1＞T4＞CK，出芽率从高到低依次为，T1＞T3＞T2＞CK＞T4，在本试验设定的配方范围内，幼苗的发芽率均在80%以上，堆肥产物的添加比例为30%时（T1），出芽率最高为89.98%，有机堆肥产物的添加对水稻种子出芽有一定的促进作用，但各组间出芽率的差异不显著。

在21天的试验过程中，检测了幼苗的株高、叶龄、茎粗、根长和干物质积累量来表征不同基质的配比对育苗过程的影响。从表4中可以看出，在第21天，T1、T2的株高要显著高于T3、T4，T3、T4显著高于CK，T1最高为168.70 mm，高于最低值（CK，株高141.30 mm）19.39%。叶龄呈现相同的趋势，T1最高为2.93，CK最低为2.59。水稻幼苗的茎粗，T1、T2明显高于其他三组，T1和T2之间并无显著性差异，其余三组茎粗T3＞T4＞CK，T3、T4和CK之间并无显著性差异。五组试验中根长的顺序为T1＞T2＞T3＞CK＞T4，T1根长最长为78.30 mm，T4根长最短为65.30 mm，T4与CK之间无显著性差异。

图1 基质对水稻种子萌发的影响

表4 幼苗外观形态（第21天）

图2 不同基质水稻幼苗干物质积累情况

干物质积累量是表征幼苗生长状况的重要指标。由图2可见，在第21天，T1和T2在水稻干物质积累方面处于较高水平，地上部分和总的干物质积累量从高到低依次为T1＞T2＞T3＞T4＞CK，根的干物质积累量顺序为T2＞T1＞T3＞T4＞CK。T3和T4总的干物质积累量与CK差异不显著，T1和T2的总的干物质积累量显著高于CK，其中T1最高，高于CK组19.35%，其中根的干物质积累量高于CK组14.47%，地上部干物质积累量高于CK组20.82%。以上结果表明，不同基质对水稻幼苗生长的影响存在明显差异，综合来看，T1最适宜水稻幼苗生长。

3 结论与讨论

本论文采用污泥堆肥产物、草炭土、珍珠岩、蛭石等混合配制不同性质的水稻育苗基质，研究了不同基质对水稻幼苗的出芽率、生长状况、根系、干物质积累量等的影响。

水稻幼苗适宜生长的pH约为5.5，基质经过配制后，基质的EC和pH值范围分别为1.0～2.0 mS/cm和5.0～6.0，符合郭世荣[6]等人研究结果，有利于秧苗的出苗和生长，秧苗的出苗率、成活率较好，处理组和对照组出苗率均大于80%。

污泥堆肥产物部分替代草炭土会降低基质中的有机质和总氮含量、提高基质磷钾含量、增加基质的容重、降低总孔隙、提高保水性能、降低通气性。处理组基质的容重处在0.5～0.8 g/cm3、总孔隙度在70～80%，这与颜旺等[7]研究结果一致，在此范围内有利于秧苗的生长，秧苗素质更好。试验中T1组植株生长较好，幼苗株高、叶龄、茎粗、根长和干物质积累量，较对照组分别增加了19.39%、13.13%、8.76%、22.84%和19.35%。根的干物质积累量较CK组增加了14.47%，地上部干物质积累量较CK组增加了20.82%。

这可能由于T1基质疏松和紧实度适中，水气环境适宜，同时具有较强的保水保肥能力，有利于秧苗根系生长和对养分的吸收利用，促进了秧苗地上部生长，使得秧苗在形态指标、干物质积累方面表现良好。

随着堆肥产物含量增加，T3和T4基质的容重增加，不利于根系的生长，容重过大，则基质太过紧实，透气透水性差，因而植株的生长受到抑制，干物质积累量较低[8]。

利用污泥堆肥产物进行水稻育苗可行，可以作为水稻育苗基质的原料。将腐熟好的污泥堆肥产物配合珍珠岩、蛭石，制成不同配比的水稻育苗基质，以T1处理即草炭土40%+污泥堆肥产物30%+蛭石20%+珍珠岩10%，对水稻幼苗的株高、叶龄、茎粗、根长、地上部干重和根干重效果最佳。利用污泥堆肥产物制备水稻育苗基质所育秧苗的综合素质优于常规草炭土育苗基质，该配比参数及方法对水稻工厂化、规模化育苗具有重要意义。