不同调酸剂对水稻育秧基质调酸效果及对秧苗生长的影响

朱春权 徐青山 魏倩倩，2 汪玮 汪根火 林军 孙爱军 洪小智 曹小闯朱练峰 孔亚丽 金千瑜 张均华*

（1 中国水稻研究所/水稻生物学国家重点实验室，杭州 310006；2 安徽大学，合肥 230000；3 芜湖青弋江种业有限公司，安徽 芜湖 241300；4蚌埠市亿丰生物肥有限公司，安徽 蚌埠 233300；第一作者：zhuchunquan@caas.cn；*通讯作者：zhangjunhua@caas.cn）

水稻是世界上的主要粮食作物，也是我国三大粮食作物之一，我国水稻产量为1.8～2.0亿t，是总产量最高的国家[1]。水稻种植有直播和育秧移栽两种方式，目前，育秧移栽是我国主要的水稻种植方式。但我国水稻种植全程机械化程度远低于发达国家，而手工插秧效率低、劳动强度大、成本高，制约了我国水稻生产的发展。提高水稻机械化种植水平，不仅可以减少劳动力和节约成本，还能提高水稻产量和生产效率，节约生产资源[2]。机插秧是水稻生产全程机械化的重要一环，而育秧是机插秧技术的关键环节，良好的育秧基质是其中的技术核心[3]。目前，我国主要使用营养土进行培育机插秧苗[4]，但随着水稻种植面积扩大和水稻种植年限增加，营养土使用量不断上升，取土变得日益困难，同时取土后还造成土壤表面破坏，引起环境问题[5]。开发以农作物秸秆废弃物为原料的无土或者少土营养基质，不仅可以解决农业生产中秸秆资源浪费问题，还能减少挖掘营养土层，保护环境资源。同时，基质育秧性质稳定，操作方便快捷，重复性好，不仅可以培育高质量秧苗，还能减轻农民负担，提高生态效益[6－9]。

利用农作物废弃秸秆资源制作的育秧基质属于生物质资源的育秧基质[8－10]，具有养分含量高、保水保肥能力强的优点，但使用前均需要腐熟来稳定其化学性质[11]。前人已经用牛粪加稻草、草木灰等原料制作水稻育秧基质，取得良好效果[12－13]。育秧基质制作过程中，不仅需要为秧苗提供附着和通气保水环境，还需要合适的酸碱度，从而确保稻种顺利发芽和秧苗健康生长[14]。因此，本试验选择4 种不同的调酸剂，按不同的比例加入本课题组研制的发酵基质，通过测定基质的酸碱度和水稻秧苗生长状况，以选择合适的基质调酸剂。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验所用秧盘为9寸秧盘，育秧基质为本课题组研制的发酵基质，供试品种为籼型常规水稻中早39。发酵基质以水稻秸秆为原料，利用微生物发酵以后，添加不同的生物物质材料、保水剂和促根剂等制成。在制成的发酵基质中分别添加不同种类和不同浓度的调酸剂后，每个秧盘播种110 g谷芽。2021年3月30日播种后在中国水稻研究所温室大棚中正常培养，12 d后取样进行指标测定。试验设4个生物学重复，每个处理重复3次（表1）。

表1 试验设计方案

1.2 测定项目及方法

1.2.1 基质理化性质

育秧基质pH值和电导率采用梅特勒pH 计/电导率仪（S470－USP/EP）测定；基质的容重、总孔隙度、通气孔隙、持水孔隙，速效氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾、有机质含量均参照相关文献方法测定[15－16]。

1.2.2 秧苗素质和养分

培养后，选取代表性秧苗4 盘，每盘取代表性秧苗20 株，测定秧苗叶龄、株高、根长、根数、茎基宽（距秧苗生根处1 cm），每盘另取100 株秧苗测定百株地上部干物质量、百株根干物质量[4]。

同时取水稻地上部，烘干至恒质量后研磨，利用浓硫酸和过氧化氢消煮后测定总氮、总磷和总钾含量[16]。叶绿素含量用SPAD 仪测定。

1.3 数据处理

试验数据采用SPSS 21.0.0 软件进行统计分析（单因素方差分析），均数采用图基（Tukey）检验统计学差异。图、表中不同小写字母表示处理间均值在P＜0.05水平上有统计学差异。

2 结果与分析

2.1 基质理化性质

基质的速效养分含量决定了其对秧苗养分的供应能力，影响秧苗生长速率。经测定，试验所用发酵基质的碱解氮、速效磷、速效钾、总氮、总磷、总钾和有机质含量分别为515.57±32.05 mg/kg、419.63±3.24 mg/kg、5174.07±45.93 mg/kg、10.35±0.57 g/kg、9.56±0.34 g/kg、13.26±0.41 g/kg和38.25%±0.74%，养分含量高，能满足水稻秧苗机插前的养分需求。

基质的理化性质同样决定水稻秧苗的长势。本次试验中发酵基质的容重为0.64±0.03 g/cm3，既利于搬运又适合水稻秧苗生长；总孔隙度59.36%±0.24%，通气孔隙度24.67%±0.85%，持水孔隙度34.69%±0.84%。

2.2 不同调酸剂处理对基质pH值和EC值的影响

从表2可见，柠檬酸、稀硫酸、硫磺和磷酸二氢铵均能显著降低基质pH值，且pH值均随着调酸剂添加量的增加而降低，使育秧基质处于酸性条件。其中，N3处理可将育秧基质的pH值调节至6.14±0.02，S3 处理可将pH值调节至5.56±0.03，H3 处理可将pH值调节至5.38±0.04，L3处理可将pH值调节至6.07±0.03。

从表2可见，水稻育秧基质的EC值随着调酸剂浓度的增加显著增加。其中，添加柠檬酸和硫磺后，育秧基质的EC值增幅最大，并且在添加量达到1.2%浓度后，其EC值均大于3.00 mS/cm（表4），对水稻育秧存在一定风险。

表2 不同调酸剂处理育秧基质的pH值和EC值

表4 不同调酸剂处理水稻秧苗地上部养分含量

2.3 不同调酸剂处理对秧苗生长的影响

从表3可见，不同调酸剂处理对水稻叶龄和茎基宽均没有显著影响。磷酸二氢铵促进水稻地上部生长，其株高和百株地上部干物质量均显著大于其他3 种调酸剂处理，但不同浓度磷酸二氢铵处理对水稻秧苗地上部的长势没有显著差异。用柠檬酸调酸后，水稻株高随着柠檬酸添加量的增加而增加，然而其百株地上部干物质量却是4 种调酸剂处理中最低的，可能原因是柠檬酸虽然对株高有促进作用，但是却没有促进叶片生长。稀硫酸和硫磺调酸处理的百株地上部干物质量没有显著差异，然而，随着稀硫酸添加量的增加，其株高显著下降，施用硫磺则呈现相反趋势。

水稻育秧过程中，秧苗的根系生长至关重要，不仅影响插秧效率，还影响插秧后的返青。从表3可见，柠檬酸显著抑制水稻根系生长，并且随着添加量的增加作用更大，在最低添加量0.8%处理下，其根长仅为1.82±0.07 cm，显著低于稀硫酸25%、硫磺0.8%和磷酸二氢铵0.8%的处理。同时，用柠檬酸调酸后，秧苗的根条数和百株根系干物质量均显著小于其他调酸剂处理。用磷酸二氢铵调酸后，在1.0%浓度下，其根系长度最长，达到6.59±0.07 cm，然而，当磷酸二氢铵的浓度增加至1.2%，其根长显著下降，说明过量磷酸二氢铵对水稻根系伸长存在抑制作用。磷酸二氢铵虽然促进水稻秧苗主根的伸长，但是对根条数却没有显著促进作用，在0.8%浓度下仅5.20±0.12条，显著低于稀硫酸0.8%和硫磺0.8%的处理，并且磷酸二氢铵处理组的根条数随其添加量的增加而显著降低。相反，硫磺处理后，虽然其根系长度显著低于稀硫酸和磷酸二氢铵处理，但是因为其拥有更多的根条数，导致其百株根系干物质量与稀硫酸和磷酸二氢铵处理相比并没有显著下降。稀硫酸和硫磺处理后，水稻根长和根条数均显著下降。上述结果说明调酸剂对水稻根伸长具有剂量效应，超过一定量就会对根长产生负面作用。

表3 不同调酸剂处理水稻秧苗的生理指标

2.4 不同调酸剂处理对秧苗养分吸收的影响

不同调酸剂对水稻养分的吸收也存在调节作用。从表4可见，用磷酸二氢铵调酸后，秧苗地上部氮含量显著高于其他3种调酸剂处理，并且随着添加量的增加而增加，最高达到34.36±0.24 g/kg，其主要原因可能在于磷酸二氢铵本身含有氮源；用硫磺调酸后，水稻地上部的氮含量随着添加量的增加显著增加，并且显著高于稀硫酸和柠檬酸处理；用不同浓度的稀硫酸调酸后，秧苗地上部的氮含量没有显著变化；用柠檬酸调酸后，秧苗地上部的氮含量显著低于其他调酸剂处理。

从表4可见，用磷酸二氢铵调酸后，秧苗地上部的磷含量显著高于其他3 种调酸剂处理，并随添加量的增加而增加，其主要原因可能在于磷酸二氢铵本身含有磷源；用稀硫酸、硫磺和柠檬酸调酸后，秧苗地上部的磷含量同样随着添加量的增加而增加，其主要原因可能在于随着pH的下降，育秧基质中一些结合态的磷被释放出来，从而被水稻吸收利用；用柠檬酸调酸剂处理后，秧苗地上部的磷含量显著低于其他3 种调酸剂处理。

从表4可见，除了N1处理，其余处理水稻地上部的钾含量没有显著差异，均在53.00 g/kg左右，说明调酸剂处理基质后，不会显著影响水稻对钾的吸收。

2.5 不同调酸剂处理对秧苗叶绿素含量（SPAD值）的影响

从图1可见，不同调酸剂对水稻SPAD值也存在调节作用。其中，用稀硫酸调酸后，水稻叶片的SPAD值最大，并且随着添加量的增加而增加，S3 处理SPAD值达44左右；磷酸二氢铵和硫磺处理组的水稻叶片SPAD值没有显著差异，并且随添加量的改变其差异较小，均在35 左右；柠檬酸处理组的SPAD值最低，显著低于其他3 种调酸剂处理，N1处理的SPAD值仅为28左右。

图1 不同调酸剂处理后水稻秧苗的SPAD值

3 讨论

3.1 发酵基质理化性质

育秧基质的理化性质需满足一定条件才能保证水稻秧苗的正常发芽和生长。育秧基质育秧不仅需保证秧苗的正常扎根生长，也需考虑育秧基质的搬运问题，因此，水稻育秧基质的合理容重为0.1～0.8 g/cm3[14]，我们此次使用的发酵基质，其容重为0.64±0.03 g/cm3，在适宜范围区间内。孔隙度对基质的通气和持水性能起决定性作用，通气孔隙度25%～40%对秧苗根系生长较好[14,17]，我们使用的发酵基质，其通气孔隙度为24.67%±0.85%，适宜水稻根系生长（表3）。

基质的养分供应能力直接影响水稻秧苗的生长，而其中速效氮、速效磷、速效钾含量是其供应养分能力的重要指标[18]。一般认为，育秧基质适宜的速效氮含量为250～300 mg/kg、有效磷浓度大于10 mg/kg、有效钾浓度大于47 mg/kg，水稻秧苗的生长才不会受到影响[17,19]。本试验所用的发酵基质，其速效氮、有效磷、有效钾的含量均显著高于最低要求浓度，从而保证水稻秧苗生长过程中养分的供应。育秧基质中的有机质在养分循环和保水保肥能力中发挥重大作用[20]，本试验所用发酵基质的有机质含量为38.25%±0.74%，含量较高，能满足水稻秧苗的正常生长。

3.2 不同调酸剂对水稻生长的影响

一般认为，水稻育秧基质的pH在5.0～6.5 之间可确保水稻秧苗正常生长，在此pH范围内生长的秧苗养分吸收能力和光合作用强、生理代谢旺盛[21－22]。同时，育秧基质在不同的pH条件下，其含有的养分形态以及有效含量均会发生变化。比如，pH介于5～6 时铜、锌、铁和锰的有效性最高，pH 在6 左右时大量元素的有效性最大，而当pH 大于7 时，有许多元素会因为形成氢氧化物沉淀而变成无效状态，不利于作物吸收[17]。因此，利用调酸剂将水稻育秧基质调至适宜范围，不仅有利于水稻正常生长，还有利于释放基质中的养分，利于水稻秧苗对养分的吸收。

本试验选择的4 种调酸剂，在较低浓度（0.8%）下即可将基质调成酸性（表2），说明均有较强的调酸能力。用柠檬酸调酸后，虽然水稻秧苗地上部生长较好，但其根系生长却受到显著抑制，根长只有其他调酸剂处理的1/3 左右（表3），造成秧苗盘根困难，插秧后返青困难。同时，用柠檬酸调酸后，其植株养分含量（氮、磷）和叶绿素含量均显著小于其他调酸剂处理（表4和图1）。说明柠檬酸抑制水稻根系生长后，同时会影响水稻对养分的吸收，从而影响叶绿素含量，降低光合能力。因此，本试验中，柠檬酸不适合作为基质调酸剂。

合适浓度的磷酸二氢铵（0.8%～1.0%）调节育秧基质pH 后，其地上部和根部的生长均显著好于其他3 种调酸剂（表3），且水稻秧苗的氮和磷含量均显著高于其他处理（表4），其原因可能在于磷酸二氢铵不仅作为调酸剂存在，而且本身含有氮、磷，因此促进植物生长。除此之外，添加磷酸二氢铵后，基质的EC值并没有显著增加，即使在1.2%的浓度下，其EC值仍然没有超过2.00 mS/cm（表2），显著低于其他调酸剂处理。EC值反映了基质中可溶性盐分的总量，可体现其养分供应潜力，同时反映土壤盐渍化程度。EC值过高的话，则会显著影响发芽和根系生长，抑制植物生长，基质EC值的适宜范围为0.75～3.00 mS/cm[23－24]。因此，EC值维持在较低水平也是添加磷酸二氢铵调酸后水稻根长较长的原因。然而，磷酸二氢铵作为调酸剂，存在根系数目生长少，以及过量调酸（1.2%）容易引起根系生长抑制的弊端（表3）。

用低浓度稀硫酸（25%）和硫磺（0.8%）调酸，不仅对基质有良好的调酸效果，而且还不影响根系生长，但随着添加浓度的增加，秧苗根系生长受到显著抑制（表2和表3），但对氮、磷的吸收上升（表4）。其主要原因可能在于，在较低的pH 下，育秧基质中的养分，特别是磷，能以有效态形式溶解出来，从而促进水稻的吸收。同时，用稀硫酸调节的育秧基质，秧苗叶绿素含量显著高于其他处理组，其可能原因在于稀硫酸中含有能被植物直接吸收的有效态硫，从而通过增加硫肥促进水稻叶绿素合成。因此，稀硫酸和硫磺也可以作为备选调酸剂，但需要注意量的把握。

4 结论

综上所述，本试验选择的4 种调酸剂均能显著降低水稻育秧基质的pH值，具有良好的调酸效果。然而，柠檬酸对水稻根生长有抑制作用，不应被选择作为水稻育秧基质的调酸剂。稀硫酸、硫磺和磷酸二氢铵作为调酸剂，均存在不同的优缺点，在后期试验中，可将其进行复配，寻找最优的调酸剂组合。