育秧基质配施腐植酸对水稻秧苗素质及产量的影响

2022-08-15安之冬朱远芃柴如山郜红建王宜坤

中国土壤与肥料 2022年6期

安之冬，管浩，朱远芃，柴如山，郜红建*，华胜，王宜坤

（1.农田生态保育与污染防控安徽省重点实验室，安徽农业大学资源与环境学院，安徽合肥 230036；2.安徽喜洋洋农业科技有限公司，安徽庐江 230088）

水稻是我国的主要粮食作物，机械化栽插作为代替人工移栽适龄秧苗的节本高效技术，其推广应用对加快推进农业现代化具有重要意义［1-2］。目前机插移栽的水稻秧苗多是在密生条件下培育出来的，由于秧苗群体密度较大、生长期短、秧苗素质弱，加上移栽时易受伤，致使栽插质量不一［3-4］。移栽后秧苗活棵慢，影响水稻返青与分蘖，造成水稻生育期前期缓苗不发，生育期延长，有效穗数偏低，最终影响产量［5-6］。因此，培育适合机插的健壮秧苗，是提高机插质量、保证水稻高产的关键［7］。

前人多采用秸秆、食用菌渣等腐熟有机原料开发水稻育秧基质，研究不同基质的理化性质及复混比例对水稻秧苗生理特征和养分吸收的影响［8-10］。研究发现，以有机肥为原料的基质存在养分释放慢、速效养分浓度低、理化性质差异大、营养不均衡等问题，所育秧苗发育不健全，影响移栽后秧苗的存活和生长［11-13］，需要配施化肥提供速效养分，满足秧苗生长发育。前人研究主要集中在育秧基质物料的选择与配比上［14］，基质中有机无机肥的平衡配施对秧苗素质及水稻产量的影响仍需要进一步研究。

腐植酸是一类数量丰富且易提取的天然有机化合物［15］。研究表明，腐植酸可通过改善土壤营养状况，促进植株养分吸收和生长，在生物调理剂和添加剂等农业生产中广泛应用［16-17］。关于腐植酸类物质在水稻育秧中的应用，多以泥炭与其他物料复混处理成基质配方，研究其对秧苗生长发育和水稻产量的影响［18-19］、有关腐植酸与育秧基质和化学肥料之间的适宜配比及其对水稻产量的影响效果还缺乏系统研究。

本研究以徽两优882水稻品种为研究对象，通过田间育秧试验，研究腐熟有机肥复混基质配施氮磷钾肥和腐植酸对秧苗生理特征、养分吸收及产量的影响，探究提高秧苗素质的肥料配施方法，以期为水稻高产高效栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于安徽省合肥市庐江县南圩科技小院（31°47′N、117°24′E）进行。试验地处北亚热带湿润季风气候区，年均温15.7℃，年均降水量1000～1200 mm，年均日照时数2100 h。采用育秧盘育秧试验和水稻机插移栽试验。供试水稻品种为徽两优882，该品种在安徽省杂交稻区适宜作单季稻种植。经前期试验筛选，选取体积比例为腐熟秸秆30%+腐熟稻壳20%+干细土30%+蛭石20%的复混基质作为育秧基质。其中腐熟秸秆有机肥为稻麦秸秆添加腐熟剂发酵而成，由安徽绿福农业科技股份有限公司提供，其养分含量为：全氮 4.26 g/kg、全磷 3.64 g/kg、全钾 4.13 g/kg。腐熟稻壳为自然堆腐1年的农业废弃物，其养分含量为：全氮 6.22 g/kg、全磷 2.35 g/kg、全钾 11.8 g/kg。土壤风干、磨细，过5 mm筛，育秧土壤pH 5.50，有机质 7.85 g/kg，全氮 0.26 g/kg，碱解氮 13.61 mg/kg，有效磷 15.21 mg/kg，速效钾 103.00 mg/kg。

水稻机插移栽试验地供试土壤为潴育型水稻土，成土母质是下蜀黄土第四纪堆积物，土壤质地为壤土。试验前耕作层土壤基本理化性状为：pH 5.72、有机质 26.37 g/kg、全氮 2.24 g/kg、碱解氮 105.63 mg/kg、有效磷 21.46 mg/kg、速效钾 133.31 mg/kg。

苗期供试肥料品种为尿素（N 46%）、磷酸二铵（N 18%，P2O546%）和硫酸钾（K2O 50%）；缺氮施肥处理磷肥为过磷酸钙（P2O512%）。水稻其他生育期肥料品种为尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O512%）、氯化钾（K2O 60%）和复合肥（N：P2O5∶K2O=15∶15∶15）。供试腐植酸为九成物产有限公司生产的九成植材颗粒腐植酸肥料，有效含量75%。

1.2 试验设计与田间管理

秧盘育秧试验于2019年6月9日播种，培养时间20 d。采用规格58 cm×28 cm×3 cm的硬塑料育秧盘，盘内铺盖基质厚度为2.5 cm，每盘基质重量为（2.01±0.05）kg。试验设置5个处理：（1）不施肥CK；（2）单施腐植酸HA；（3）缺氮施肥PK；（4）配施氮磷钾肥NPK；（5）腐植酸优化施肥HNPK（氮磷钾肥+腐植酸）。上述处理的肥料添加量分别为N 2 g/盘、P2O51 g/盘和K2O 1 g/盘，腐植酸添加量为纯腐植酸0.2 g/kg。将肥料按每盘施用量以溶液形式一次性施入基质中混合均匀，每处理溶液量为250 mL，每个处理重复播种10盘。水稻播种前用咪鲜胺水剂浸种2 d，种子露白后沥干水，使用久保田2BZP-800（SR-K800CN）育秧播种机流水线方式播种，每盘播种（100.39±2.20）g。秧盘放置暗处常温催芽2 d后放置在田间，随机区组排列，采用露地湿润育秧方式进行育秧管理。育秧期间分别于播种后第5、10、15、20 d取植株样品，测定秧苗地上部株高、茎基宽、百株地上部干质量；地下部根长、根表面积、根冠比等形态指标和秧苗根系活力。

水稻机插移栽试验于2019年6月30日移栽，11月14日收获。采用田间小区试验，每个处理设3次重复，小区净面积150 m2，试验田周围设1 m保护行。采用洋马VP6D（2ZGQ-6D）高速乘坐式插秧机插秧，插植密度（行株距）为30 cm×14 cm。水稻移栽后所有处理的施肥保持一致，氮、磷、钾肥用量分别为225、75、90 kg/hm2。氮肥分3次施用，基肥∶分蘖肥∶穗肥=6∶3∶1；磷肥全部作基肥施用；钾肥分2次施用，基肥∶穗肥=8∶2。田间管理和病虫害防治措施一致，于成熟期取样考种。

不同施肥处理后育秧基质养分含量见表1。

表1 不同施肥处理下育秧基质养分含量

1.3 测定项目与方法

1.3.1 基质理化性质

试验基质各指标测定参照鲁如坤《土壤农业化学分析方法》：基质pH值采用梅特勒SG8便携式pH计测定；有机质含量采用重铬酸钾外加热法测定；全氮含量采用H2SO4-H2O2联合消煮-凯氏定氮仪蒸馏滴定法测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；有效磷含量采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用NH4OAC浸提-火焰光度法测定［20］。

1.3.2 水稻生理特征

育秧期每间隔5 d取样，选择代表性秧苗3盘，每盘采用5点取样法取代表性秧苗10株，秧苗株高采用刻度尺直接测量，茎基宽（距秧苗生根处1 cm）使用游标卡尺测量。

从每个处理的3个重复试验中各选择3株健康秧苗用于根系形态分析。用蒸馏水冲洗干净秧苗根系表面附着物，使用根系扫描仪（Epson perfection V700 photo，日本）扫描图片，利用根系分析软件（WinRHIZO-Pro V2007d，Regent Instrument Inc.，加拿大）进行扫描成片分析，获取总根长、总根表面积等根系形态参数［21］。采用氯化三苯基四氮唑法测定根系活力［22］。

每盘另取100株秧苗样品置于烘箱105℃杀青30 min后，75℃烘干至质量恒定，测定百株地上部干质量、百株根质量。根冠比=地下部干物质量（mg）/地上部干物质量（mg）［23］。壮苗指数=（茎粗/株高+根干物质量/地上部干物质量）×全株植株干物质量［24］。

1.3.3 苗期植株养分吸收总累积量及净累积量

将烘干秧苗植株样品用球磨仪研磨备测，使用H2SO4-H2O2消煮，凯氏定氮法测定植株全氮含量，钼锑抗比色法测定植株全磷含量，火焰光度法测定植株全钾含量。

水稻秧苗氮磷钾素总累积量表示秧苗在培养期内对氮、磷、钾元素的吸收和总干物质的累积情况，秧苗氮磷钾素净累积量表示该取样时间与前一取样时间这一阶段内秧苗的养分吸收变化量，采用以下方法计算：

养分总累积量（mg/百株）= 百株植株干物质量×养分含量

养分净累积量（mg/百株）= 后一取样时间养分累积量 - 前一取样时间养分累积量

1.3.4 产量及构成因素

水稻成熟期在每小区随机调查30株水稻的有效穗数，计算平均数；各小区按平均有效穗数选取9丛代表性水稻装袋考种，测定每穗总粒数、实粒数、千粒质量和结实率。

1.4 数据统计分析

本文数据采用Excel 2010和SPSS 17.0进行绘图及统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同育秧施肥处理对秧苗生理特征的影响

2.1.1 水稻秧苗地上部生理特征

由表2可以看出，随着培养时间的增加，不同施肥处理秧苗株高呈前期快速增长后期缓慢增长的趋势。不同采样时期秧苗株高均呈HNPK ＞NPK ＞ PK ＞ HA ＞ CK的规律。NPK处理的秧苗株高比CK处理高14.85%～16.54%，比PK处理高2.37%～5.91%。HNPK处理的秧苗株高比HA处理提高9.68%～17.57%，比NPK处理高0.85%～5.86%。表明水稻育秧基质配施氮磷钾肥对秧苗株高有促进作用，施肥同时配施腐植酸对秧苗株高的促进效果更加显著（P＜0.05）。

水稻秧苗茎基宽在0～15 d呈线性增长趋势，秧龄15 d后，茎秆增长速度放缓，这与株高变化趋势相似。在采样时间内，NPK处理的水稻秧苗茎基宽比CK处理增加6.58%～14.07%，且差异显著（P＜0.05）；与PK处理相比提高1.25%～6.78%，但差异不显著（P＞0.05）。在秧龄15 d时，HNPK处理的秧苗茎基宽比NPK处理高5.84%，且差异显著（P＜0.05）。

秧龄5 d前，不同基质施肥处理所育秧苗地上部干物质量、株高、茎基宽等变化趋势差异不显著；秧龄10 d后，NPK处理的秧苗地上部干物质量比CK增加12.09%～16.87%，差异显著（P＜0.05）。HNPK处理秧苗地上部干物质量比NPK处理增长2.94%～10.72%，在秧龄10 d后差异显著（P＜0.05）。这说明，育秧基质配施化肥和腐植酸更能促进秧苗植株生长。

2.1.2 水稻秧苗地下部生理特征

由表2可知，不同施肥处理的秧苗根长、根表面积和根系干物质量均呈前期快速增长、后期缓慢增长趋势。在采样时间内，NPK处理的秧苗总根长比CK增加23.89%～27.40%，根表面积增加18.90%～20.91%，秧龄10 d后差异显著（P＜0.05）。HA处理的水稻秧苗根系生长特征与CK相比没有明显差异。HNPK处理的水稻根系总根长比CK增加32.50%～41.21%，根表面积增加21.10%～29.30%；比NPK处理总根长提高5.68%～11.69%，根表面积增加0.76%～7.27%，均在秧龄10 d后差异显著（P＜0.05）。

水稻秧苗根干物质量随着秧龄延长不断增加，在同一采样时间，NPK与HNPK处理的秧苗根干物质量均高于其他施肥处理。NPK处理的秧苗单株根干物质量比CK高18.10%～28.41%，比PK处理高5.08%～12.58%，在秧龄10 d后差异显著（P＜0.05）。在相同施肥量条件下，HNPK处理的水稻根干物质量在各采样时期内比NPK处理高6.33%～12.77%，在秧龄10 d后差异显著（P＜0.05）。

不同施肥处理的秧苗根系活力随秧龄的延长不断增加，在秧龄15 d时达到最高值，随后下降，秧龄20 d时的水稻秧苗根系活力高于秧龄10 d时秧苗根系活力。与CK相比，HA与PK处理对水稻秧苗的根系活力影响并不显著。NPK处理的水稻秧苗根系活力与CK相比在4个取样时间分别增加14.75%、14.82%、18.65%和13.40%，秧龄10 d达到显著性差异水平，育秧基质合理配施化肥显著提高水稻根系活力。在相同施肥量条件下，基质施肥同时适量配施腐植酸对根系生长发育增效显著，HNPK处理秧苗根系活力比NPK处理分别提高1.54%、8.14%、9.33%和8.46%，且差异显著（P＜0.05）。

2.1.3 不同施肥处理对水稻秧苗素质的综合影响

植株的综合生长指标能够直观反映植物生长过程中同化产物的累积量和秧苗健壮程度，根冠比是植株根系与地上部生物量的比值，根冠比越大，根系生长越旺盛，壮苗指数越高［25-26］。由表2可知，HA处理的水稻秧苗根冠比和壮苗指数与CK相比略有提高，但差异不显著（P＞0.05）。秧龄20 d时，NPK处理的秧苗根冠比和壮苗指数分别比CK高9.91%和31.74%，且差异显著（P＜0.05）。HNPK处理的秧苗根冠比和壮苗指数分别比CK高13.59%和43.10%，较NPK处理高3.35%和8.62%，壮苗指数达11.09，说明基质施肥同时配施腐植酸处理的秧苗素质显著高于其他处理（P＜0.05）。

表2 不同施肥处理对秧苗生理特征的影响

2.2 不同育秧施肥处理对水稻秧苗养分吸收的影响

2.2.1 水稻秧苗氮素累积量

图1a显示，水稻秧苗氮素总累积量随培养时间的推移而呈现逐渐增加的趋势，在秧龄15 d前氮素总累积量增加速度较快，15 d后增加速度变缓，在秧龄20 d时达到最高值（9.47～13.96 mg/百株）。同一取样时间，水稻氮素总累积量均表现为HNPK＞ NPK ＞ PK ＞ HA ＞ CK的规律。在秧龄15 d前，HA处理的水稻氮素总累积量与CK相比无显著性差异（P＞0.05）。整个培养期内，NPK和HNPK处理的水稻秧苗氮素总累积量均显著高于CK和HA处理（P＜0.05），育秧基质配施肥料能够显著提高水稻秧苗地上部氮素总累积量。HNPK处理秧苗氮素总累积量在4个取样时间分别比NPK处理增加3.65%、4.83%、8.09%和7.79%，秧龄10 d后差异显著（P＜0.05）。

图1b显示，水稻秧苗氮素净累积量呈先增加后减少的趋势，秧苗氮素净累积量以秧龄15 d最多，20 d最低，即秧苗在培育10～15 d内氮素净累积增加量最多，15～20 d内增加量最少。在育秧初期，不同施肥处理的水稻百株氮素净累积量均在3.5 mg以下；秧龄15 d时，HNPK处理所育秧苗氮素净吸收量达5.16 mg/百株，分别比CK、HA、PK和NPK处理高61.57%、50.62%、36.47%和13.12%，且差异显著（P＜0.05）。

图1 不同施肥处理对水稻秧苗地上部氮素总累积量和净累积量的影响

2.2.2 水稻秧苗磷素累积量

图2a显示，水稻秧苗磷素总累积量随秧龄延长而逐渐增加，秧龄5到15 d期间磷素总累积量增加速度较快，15 d后秧苗磷素总累积量增加相对变缓。CK与HA处理所育秧苗的磷素总累积量无显著性差异（P＞0.05）。NPK处理的秧苗磷素总累积量在整个育秧期比CK高21.14%～31.24%，秧龄5 d后差异显著（P＜0.05）。HNPK处理的秧苗磷素总积累量比NPK处理高5.35%～9.75%，秧龄10 d后差异显著（P＜0.05）。

图2b显示，不同施肥处理的水稻秧苗磷素净累积量以15 d增加量最多，10 d次之，20 d最低。在整个生育期内，HNPK处理秧苗磷素净累积量均高于相同采样时期内其他施肥处理，在各采样时期分别比NPK处理高3.76%、6.05%、16.06%和3.76%，最高达3.76 mg/百株，在秧龄15 d时差异显著（P＜0.05）。

2.2.3 水稻秧苗钾素累积量

图3a显示，在不同秧龄期，秧苗钾素总累积量均表现为HNPK ＞ NPK ＞ PK ＞ HA ＞ CK的规律，其中在秧龄5至15 d期间秧苗钾素总累积量增加较快，15 d后增加速度变缓，钾素总累积量在20 d时达到最高值。在整个育秧期内，HNPK处理的秧苗钾素总积累量比NPK处理高6.32%～9.55%，且在秧龄10 d后差异显著（P＜0.05）。

图3b显示，不同施肥处理的水稻秧苗钾素净累积量在秧龄15 d前逐渐增加，15 d后净累积增加量减少。在秧龄15 d时，HNPK处理秧苗钾素净累积量最高，分别比CK、HA、PK和NPK处理高45.59%、35.54%、27.47%和13.12%，且差异显著（P＜0.05）。

图2 不同施肥处理对育秧期水稻秧苗地上部磷素总累积量和磷素净累积量的影响

图3 不同施肥处理对水稻苗期秧苗地上部钾素总累积量和钾素净累积量的影响

2.3 水稻产量及其构成因子

由表3可得，从产量看，NPK和HNPK处理所育秧苗的水稻产量分别比CK增加7.86%和12.50%，HNPK处理所育秧苗的水稻产量比NPK处理高434.97 kg/hm2，同等施肥下配施腐植酸水稻提高4.30%（P＜0.05）。从产量构成来看，CK所育秧苗的水稻结实率、千粒重无显著差异。NPK处理所有秧苗的水稻主要提高有效穗数，比CK高6.80%，HNPK处理所育秧苗的有效穗数和每穗总粒数分别比CK高9.61%和1.64%，比NPK处理高2.63%和1.19%，增加水稻产量4.30%（P＜0.05）。说明合理配施氮磷钾肥和腐植酸处理所育秧苗，能显著提高水稻有效穗数与每穗粒数，增加水稻产量。

表3 不同育秧施肥处理对水稻产量及产量构成的影响

3 讨论

3.1 平衡施肥对水稻秧苗素质及产量的影响

秧苗素质是水稻高产栽培的基础，施肥是育秧栽培中的重要措施。本研究发现，水稻育秧基质配施氮磷钾肥所育秧苗株高、茎粗和生物量等均高于不施肥处理，总根长和根系活力也表现出显著优势，壮苗指数在秧龄5 d后即达到5%的显著性差异水平（P＜0.05）。这可能是因为：在不施肥处理中，秧苗所需养分主要来自基质中腐熟的有机物料，由于有机物料中的养分以有机态为主，速效养分浓度较低，养分释放缓慢，所提供的速效养分难以及时满足秧苗生长的需求，秧苗后期易出现叶片变黄与早衰的现象［27］，有机无机肥合理配施保障了基质中有效矿物养分的持续稳定供给，为作物提供更加全面、平衡的养分。本试验中，有机基质配施氮磷钾肥后可提高育秧基质肥效，保证了作物营养代谢平衡，促进壮秧形成［28-29］。

秧苗素质与水稻田间分蘖和成穗率呈正相关，秧苗素质高，移栽后返青快，有利于田间分蘖早发，茎蘖数提高，有效穗数增加，促进产量形成［30］。林洪鑫等［31］发现，添加化学肥料调节基质，提高了水稻秧苗株高等素质指标，增加了有效穗数，促进增产。蒋敏等［32］也提出，苗期施肥可提高秧苗素质，缩短缓苗期，提高水稻田间分蘖数、成穗数和产量。本试验表明，育秧基质配施氮磷钾肥能够显著提高秧苗素质，秧苗茎基粗壮、干物质积累较高，利于机插后的返青活棵；秧苗根系发达、能够促进养分更快累积，水稻有效穗数比不施肥对照高6.80%，增产7.86%（P＜0.05），这与前人研究结论一致。而于洪喜等［33］的研究发现，育秧基质配施化肥处理所育秧苗增产主要与提高水稻千粒重有关，这可能与育秧基质及肥料配方和本试验不同有关。

3.2 腐植酸调理剂对水稻秧苗素质与产量的影响

腐植酸是有机物经微生物分解转化后形成的一类高分子化合物，通过改善土壤结构和肥力，影响养分吸收和根系结构，刺激作物生长［34-36］。有关腐植酸调理剂提高水稻秧苗素质的应用，前人已有部分研究。郭伟等［17］采用黄腐酸浸种、严萍等［37］采用腐植酸稀释液水培幼苗、颜旺等［38］使用富含腐植酸的泥炭作为育苗基质等方法，均证明适当施用腐植酸可有效提高秧苗质量。本研究发现，基质施肥同时适量添加腐植酸，所育秧苗生长势强、干物质积累较高，秧龄20 d时秧苗地上部干物质量比不施肥提高21.56%，壮苗指数差异显著（P＜0.05）；与配施氮磷钾肥处理相比，腐植酸优化施肥处理的秧苗根干物质量增加幅度（4.03%～12.77%）高于地上部干物质量的增加幅度（2.94%～10.72%），且有较高的根冠比和根系活力，壮苗指数也较高（P＜0.05）。Moghammad等［39］研究表明，与地上部相比，腐植酸可通过提高根系H+-ATP酶的活性，促进细胞伸长分裂，刺激作物根系的生长发育，提高根系活力，促进养分的吸收；同时腐植酸作为有机化合物与化肥混施时，增加了基质中有机质含量，提高基质肥效，为秧苗生长提供充足稳定的养分，有利于培育壮秧［40-41］。刘美等［42］研究也表明，育秧基质施用腐植酸后明显提高了番茄幼苗根系活力、根冠比和壮苗指数。

根系形态和生理特性与地上部的生长发育和产量形成有密切关系［43］。前人研究发现，茎秆粗壮、根系强健的秧苗，移栽后根系发育与地上部干物质积累较快，且提高了田间分蘖率、缩短了水稻生育期、增加了有效穗数，从而提高了水稻产量［30，44］。本试验结果显示，基质配施腐植酸处理的秧苗素质较高，移栽后水稻有效穗数和每穗总粒数分别比不施肥处理提高9.61%和1.64%，增产12.50%；比配施氮磷钾肥处理分别提高了2.63%和1.19%，提高产量4.30%（P＜0.05）。这与前人研究配施腐植酸肥料能显著增加水稻株高、分蘖数、有效穗数和籽粒产量的结果一致［45-46］。