西兰花废弃物堆肥对水稻秧苗素质及产量的影响

陈剑 齐文 蒋海凌 钱仲仓

（台州市农业科学研究院，317000，浙江临海）

浙江省台州市自1989 年开始引进试种西兰花，2003 年后西兰花种植面积就稳定在6.7×103hm2左右，约占浙江省西兰花种植面积的60%，占全国的25%，是全国最大的冬春西兰花生产中心[1]。台州市每年收获的西兰花中，有1/3 以上用于速冻加工，加工过程产生的茎叶和花球等废弃物年均约50 000t，这部分废弃物产生时间集中且数量巨大，对这些西兰花废弃物的处理已成为当地政府和企业面临的重大难题。目前，关于西兰花废弃物的资源化利用研究，主要是针对收获时残留在田间的秸秆，且均以直接还田的方式开展；虽有少数企业可以生产西兰花茎叶粉、西兰花青贮料和叶蛋白等产品，但是由于环保和产能等因素的限制，仅能处理掉少量西兰花废弃物[2]。对于上市前加工处理过程中再次产生的大量西兰花废弃物，当地的处理方法主要是集中收集后倾倒在田间，但是过量还田不仅影响田块来年的正常使用，还会带来污水和臭气等问题，同时也造成资源的严重浪费。生产堆肥是现阶段我国关于蔬菜废弃物资源化利用的一种有效途径，也是国内关于蔬菜废弃物处理的主要研究方向[3-5]。西兰花废弃物中养分含量丰富，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），其堆肥产品将成为制作有机肥、基质和土壤改良剂的理想原料。

随着农机化进程的推进以及劳动力的短缺，水稻机械化插秧已成为我国大部分地区水稻种植的主要方式[6]。育秧是影响水稻机插效果的一个关键环节，也是水稻生产管理中的一个重要环节[7-8]。近年来，随着农业技术的迅速发展和对生态环境的越发重视，水稻机插秧的育秧载体由传统的营养土逐步被秸秆、稻壳、菌渣、酒糟等有机废弃物取代，并且在实际生产中取得了较好的效果[9-11]。本文针对浙江沿海地区常见的“西兰花―水稻”轮作生产模式，以稻壳和黄泥等廉价且易获得的材料为辅料与西兰花加工废弃物混合后堆腐，将充分腐熟的堆肥产物与黄泥按照不同质量比混合后制成水稻育秧基质，以常规基质和黄泥为对照开展水稻育秧试验，研究不同载体育秧对水稻秧苗素质、产量及其构成因素、水稻分蘖能力的影响，探索西兰花加工废弃物基质化应用的可行性，提高“西兰花―水稻”轮作生产中的农业废弃物利用率，减少不可再生基质的使用，提高水稻产量，为实现环境友好型生态循环农业生产模式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2021 年3-7 月在浙江省台州市农业科学研究院临海市小溪村基地（121°25′15″ E，28°49′0.9″N）进行，试验基地土层深厚、肥力均匀、地势平坦，试验地土壤基本状况为pH 5.50、有机质37.30g/kg、水解性氮（碱解氮）164.10mg/kg、有效磷27.10mg/kg、速效钾38.02mg/kg。试验所用水稻品种为中国水稻研究所选育的超级早稻品种中早39。参试的堆肥由项目组前期堆制，堆肥辅料稻壳、黄泥分别占西兰花加工废弃物质量的15%和20%，堆肥物料经过粉碎搅拌挤压处理后起堆发酵，高温好氧堆肥过程共持续30d，充分腐熟后堆肥的主要理化性状为含水率42.34%、pH 8.09、有机质56.33%、N 0.71%、P2O51.22%、K2O 2.13%。参试的常规育秧基质为“中锦”牌基质，其容重0.49g/cm3、含水率19.74%、pH 6.79、总养分含量≥5%、有机质含量≥20%，由杭州锦海农业科技有限公司生产。采用硬质塑料育秧盘育秧，规格为长58cm×宽28cm×高3cm。

1.2 试验设计

试验共设置6 个处理，分别为常规基质（CK1）、黄泥（CK2）、黄泥与堆肥质量比2:1（T1）、3:2（T2）、1:1（T3）、1:2（T4），配制好的不同基质分别采样进行理化性状检测。每个处理9 盘，3 次重复，采用随机区组设计置于田间，与大田育秧保持一致，于25d 秧龄时取样测定秧苗素质。3月19 日播种，每个秧盘基质或黄泥填充至2.5cm高度后，按120g/盘的播种量将芽谷均匀播于表面，再覆盖对应的基质，浇透水1 次。4 月18 日移栽，采用模拟机插密度的人工栽插，每个小区面积40m2，移栽行株距均为25cm×12cm，每个处理3次重复，随机区组排布。施氮、磷、钾肥分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾，纯氮用量180kg/hm2，其中基肥:蘖肥=7:3；磷肥用量60kg/hm2，作基肥一次性施用；钾肥用量120kg/hm2，作蘖肥一次性施用。试验期间管理措施与大田相同，收获时各小区单独测产。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 有机质和养分含量 参照农业行业标准NY 525-2021 检测有机质和养分含量。

1.3.2 出苗率 齐苗后在秧盘上取10cm×10cm 的样品，将出苗和未出苗的种子分开测定出苗率，3次重复。

1.3.3 秧苗素质调查 分别从每个处理的每个重复中各取有代表性的秧苗50 株，分别测定株高、整齐度、叶龄、茎基宽、根长、白根数、叶绿素含量、生物量和壮苗指数。根据50 株水稻测定的株高，计算其变异系数，“100%–变异系数”即为整齐度；采用SPAD 测定仪测定叶绿素含量；采用烘干法测定生物量，并计算根冠比；壮苗指数=（地下部分干重/地上部分干重+茎基宽/株高）×整株生物量。

1.3.4 抗旱能力 测定完秧苗素质相关指标后，进行基质的保水抗旱能力测定[12-13]。从每个处理的每个重复中随机选取2 盘，将剩余的秧苗块连同育秧盘置于水泥地板上，于第1 天对基质足量浇水（从基质表面均匀浇水至基质底部有水流出），将此时秧苗成活率定义为100%，之后不再浇水，放在玻璃温室中培育（试验期间温室内白天最高温度为35℃～40℃）。从第2 天开始连续5d 测定秧苗成活率（未枯死秧苗的面积占育秧盘面积百分比，秧苗叶枯卷、基部干枯判断为枯死）。

1.3.5 分蘖动态调查 选取各小区具有代表性植株30 穴定点，及时调查落田苗、最高苗和有效穗数。

1.3.6 产量 水稻成熟期各小区单独测产，收割前采集有代表性的10 蔸水稻进行考种。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2007 进行数据处理和图表制作，采用SPSS 16.0 软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同物料配比对基质性状的影响

2.1.1 对基质理化性状的影响 由表1 可知，用西兰花废弃物堆肥产物配制的4 种育秧基质容重为0.37～0.89g/cm3，孔隙度为51.76%～85.31%，pH 为6.15～7.61，有机质含量为6.14%～38.71%，总养分含量为1.02%～3.18%。随基质中堆肥占比的增加，基质的孔隙度、pH、有机质及总养分含量均呈上升趋势，容重呈下降趋势；各处理间容重、有机质和总养分含量均差异显著；除T4 处理外，其余处理间孔隙度均差异显著，pH 均无显著差异。

表1 不同物料配比基质的理化性状Table 1 Physical and chemical properties of substrates with different material proportion

2.1.2 对基质保水抗旱能力的影响 由表2 可知，堆肥配制的4 个基质保水抗旱能力随着堆肥占比的提高而上升。试验第2 天，部分处理秧苗的存活率开始下降，处理间均无显著差异；试验第3～5 天，不同基质处理间秧苗的存活率存在显著差异，随基质中堆肥占比的增加，秧苗的保水抗旱能力显著增加，CK2的秧苗存活率最低，T3、T4 处理与CK1间秧苗的存活率均无显著差异且显著高于其余处理；第6 天时，各处理秧苗的存活率均降至0.00%。

表2 不同基质处理秧苗的存活率Table 2 Survival rate of seedlings treated with different substrates%

2.2 不同基质对水稻秧苗素质及生物量的影响

2.2.1 对秧苗素质的影响 由表3 可知，不同基质育秧对水稻的秧苗素质存在一定影响。堆肥与黄泥配比的4 种基质处理中，随着堆肥添加比例的提高，水稻秧苗素质呈先增后降趋势，其中T3 处理表现最好，叶龄、SPAD、株高、茎基宽以及根长等指标均为最高。与CK1相比，各处理的出苗率、叶片SPAD、茎基宽、根长和单株白根数均有不同程度下降，但对叶龄和整齐度均无显著影响；其中，CK2、T1 和T2 的出苗率分别降低32.43%、24.56%和8.90%（P＜0.05）；CK2、T1、T2 和T4 的SPAD分别降低28.66%、26.46%、14.35%和17.21%（P＜0.05）；CK2和T1 的茎基宽均降低15.79%（P＜0.05），单株白根数分别降低13.97%和11.47%（P＜0.05）；CK2、T1、T2、T3 和T4 的根长分别降低37.51%、30.00%、26.85%、13.21%和15.35%（P＜0.05）。与CK2相比，各处理的秧苗素质相关指标均有所提高。

表3 不同基质对水稻秧苗素质的影响Table 3 Effects of different substrates on quality of rice seedlings

2.2.2 对秧苗干物质的影响 由表4 可知，不同基质育秧下水稻秧苗的干物质积累存在一定差异。与CK1相比，T2、T3 和T4 处理的地上部和全株干重均无显著差异，T3 和T4 处理的地下部干重和壮苗指数均无显著差异；各处理间的根冠比均无显著差异。与CK2相比，堆肥配制的4 个基质处理秧苗干物质积累的相关指标均有所提高，其中T3 和T4处理的地上部干重分别提高了16.67%和13.33%，全株干重分别提高了17.56%和14.15%；T2、T3 和T4 处理的壮苗指数分别提高了11.54%、20.51%和16.67%，上述3 项指标的差异均达显著水平。

表4 不同基质对水稻秧苗干物质积累的影响Table 4 Effects of different substrates on dry matter accumulation of rice seedlings

2.3 不同基质育秧对水稻生长及产量的影响

2.3.1 对水稻生育期的影响 由表5 可知，各处理水稻生育期未产生大幅变化，播种至齐穗天数为85～87d，全生育期为115～117d。T3 处理与CK1生育期一致，播种至齐穗天数、全生育期均最短；T1处理与CK2各生育期一致，播种至齐穗天数和全生育期均最长。

表5 不同处理对水稻生育期的影响Table 5 Effects of different treatments on growth stages

2.3.2 对水稻产量及其构成因素的影响 由表6 可知，堆肥配制的基质处理中，T3 处理产量最高，随着堆肥添加比例的升高，水稻产量、有效穗数及穗粒数均呈现先升高后降低的趋势，不同基质育秧对水稻产量及其构成因素产生了一定影响。各处理中产量最高为CK1的7416.75kg/hm2，除T3、T4外的其余处理较CK1均显著减产。不同处理间的株高、结实率和千粒重均无显著差异。与CK1相比，其余处理的有效穗数降低了1.20%～13.25%，穗粒数降低了2.19%～13.46%，其中CK2和T1 处理的有效穗数和穗粒数均显著降低。与CK2相比，堆肥配制的4 个基质处理产量提高了3.12%～27.34%，除T1 处理外均显著增产，有效穗数提高了2.69%～13.89%，穗粒数提高了0.98%～13.02%，其中T3 处理的有效穗数和穗粒数均显著提高。从产量构成因素角度分析，不同处理间的产量差异，主要是由于有效穗数和穗粒数的差异所导致。

表6 不同基质育秧对水稻产量及其构成因素的影响Table 6 Effects of different substrates on yield and its components of rice

2.3.3 对水稻分蘖能力和茎蘖成穗率的影响 由表7 可知，不同处理间水稻的落田苗和茎蘖成穗率均无显著差异，最高苗数和有效穗数均存在显著差异。与CK1相比，其余处理的最高苗数降低了1.71%～9.40%，有效穗数降低了1.20%～13.25%，其中CK2的最高苗数显著降低，CK2和T1 处理的有效穗数显著降低。与CK2相比，堆肥配制的4 个基质处理的最高苗数提高了1.22%～8.49%，有效穗数提高了2.69%～13.89%，各处理间最高苗数均无显著差异，T3 处理的有效穗数显著提高。不同处理中，T2、T3、T4 与CK1处理水稻的分蘖能力基本相同，CK2和T1 处理的分蘖能力较弱。

表7 不同基质育秧对水稻分蘖能力与茎蘖成穗率的影响Table 7 Effects of different substrates on ability to tiller and earbearing tiller percentage

2.4 最佳基质配比逐步回归预测模型

由表8 可知，水稻产量与出苗率、叶龄、SPAD、茎基宽、根长、单株白根数、单株地上部干重、单株地下部干重、全株干重、壮苗指数等秧苗素质指标呈显著或极显著正相关，将上述秧苗素质指标进一步采用逐步回归的统计方法深入分析其与水稻产量间的关系，筛选出全株干重为影响水稻产量的最主要秧苗素质指标，建立线性回归方程y=4492.8x–3605.2（x和y分别为全株干重和水稻实际产量），该方程F值的显著水平P＜0.05，相关系数R2=0.9857，表明所建立的回归方程成立；进一步建立基质配比与全株干重间的回归方程为y=-0.22x2+0.382x+2.215（x、y分别为黄泥与堆肥质量比、全株干重），相关系数R2=0.9514，根据方程可以判断本研究中基质最佳配比应为黄泥与堆肥质量比1:1，也可以进一步预测黄泥与堆肥质量比为0.87:1 时，基质的育秧效果更好。

3 讨论

3.1 不同原料对基质理化性状及保水抗旱能力的影响

植物生长需要良好的水、肥、气、热等条件，在温度和水分条件相同的情况下，影响植物生长的是基质理化性质及养分含量等[14-15]。一般认为，作物生长适宜的基质容重范围为0.1～0.8g/cm3、总孔隙度为54%～96%、pH 为5.4～7.0、养分含量适宜[16]。林阿典等[17]以泥炭、蛭石和水稻土为原料混配成不同水稻育秧基质，当3 种原料占比分别为50%、25%和25%时，基质的容重为0.62g/cm3，总孔隙度为64.45%，pH 为6.13，该处理水稻的秧苗素质及栽插质量最好。赵立军等[18]以60%粉碎玉米秸秆+20%大田土+20%珍珠岩制成水稻育苗基质，基质容重0.72g/cm3、总孔隙度73.5%、pH 4.91、有机质含量为89.64g/kg 时，秧苗农艺指标、生物量指标、力学指标等表现最优。文中华等[19]利用生物炭与腐熟秸秆组配基质开展育苗试验，研究发现40%秸秆+20%生物炭处理的水稻秧苗素质表现最好，基质的容重为0.23g/cm3，总孔隙度为68.30%，水气比为3.20，pH 为6.30。本研究中，用西兰花废弃物堆肥配制的4 种基质，随着基质中堆肥占比的上升，基质的孔隙度、pH、有机质及总养分含量均呈上升趋势，容重呈下降趋势；当黄泥与堆肥的质量比为2:1 时，基质的容重为0.89g/cm3，当黄泥与堆肥质量比为1:2 时，基质的pH 为7.68，2 个处理均有指标超出作物生长的适宜范围；根据基质的理化性状可以推断黄泥与堆肥适宜的质量比应为3:2 及1:1。孔隙度决定了基质的保水抗旱能力[20]，本研究中配制的4 种基质保水抗旱能力随着堆肥占比的提高而上升，与孔隙度的变化规律相一致，当黄泥与西兰花废弃物堆肥的质量比为1:1 及1:2时，基质的保水抗旱能力与常规基质相比均无显著差异。综合基质的理化性状及保水抗旱能力可以推断，最佳基质配比为T3 处理（黄泥与西兰花废弃物堆肥的质量比为1:1）。

3.2 不同基质对水稻秧苗素质的影响

秧苗素质、根系形态、干物质积累及养分吸收等特征特性是衡量秧苗好坏的重要依据，也是保证机械化插秧顺利进行的重要基础[21-24]。孙海天等[25]研究发现，水稻基质中的秸秆有机肥、蚯蚓粪、酒糟及蛭石等农业废弃物的体积占比分别为46%、20%、18%和16%时，水稻秧苗农艺性状及秧苗综合素质最好。谭雪明等[26]利用中药渣和粉碎稻草为基质代土育秧，基质比例为药渣70%、稻草10%、红壤黏土20%时，培育的水稻秧苗综合素质最好。刘斌等[20]研究发现，木耳菌糠+10%猪粪堆腐发酵后水稻育苗效果最好，秧苗在株高、茎粗、SPAD、百株干重、根冠比等方面表现均为最好。本研究中，通过比较不同基质处理的秧苗素质及干物质积累情况可知，黄泥所育秧苗的各项指标均为最差，常规基质育秧整体表现最好；堆肥配制的4 种基质中T3 处理（黄泥与堆肥质量比1:1）各方面指标表现最好，秧苗素质随着基质中堆肥占比的提高呈先升高后降低的趋势；与常规基质处理相比，T3 处理在出苗率方面没有显著差异，而在株高、叶龄、茎基宽、整齐度、地上部干重等方面表现均更好，虽然秧苗的地下部长势及整体表现不如常规基质处理，但是两者在根冠比、全株干重、壮苗指数等方面均无显著差异，因此，T3 处理所用的基质基本上可以达到常规基质的育秧效果。利用西兰花废弃物堆肥配制的水稻育秧基质不仅是良好的常规基质替代品，而且在降低水稻生产成本、减少农业面源污染、减少基质生产中草炭等不可再生资源的消耗等方面具有重要的意义。

3.3 不同基质对水稻产量的影响

秧苗素质的好坏对水稻产量的形成具有十分重要的影响。若秧苗素质弱，不仅机插质量差，缓苗活棵慢，还会造成分蘖延迟，有效穗数降低，产量下降[27-30]。本研究与前人的研究结果基本一致，不同基质处理间的秧苗素质及水稻产量表现的规律基本相同；黄泥育秧处理由于秧苗素质最差，生育期推迟，最终的产量也最低，常规基质处理的秧苗素质最好，产量在各处理中也最高，不同处理间主要通过影响有效穗数和穗粒数进而导致产量的差异；堆肥配制的基质处理中，T3、T4 处理的秧苗素质及秧苗干物质积累与常规基质处理相比无显著差异，在产量及其构成因素等方面与常规基质处理相比也均无显著差异，再次验证了西兰花废弃物堆肥配制的基质替代常规基质的可行性；T3 处理的产量比T4 处理高了6.85%，也说明了T3 处理的基质配比育秧效果最好；通过建立回归方程再次验证了T3 处理的育秧效果最好，并且可以推测当黄泥与堆肥质量比为0.87:1 时，育秧效果更好。值得一提的是，本研究采用的是模拟机插密度的人工栽插，因此基本不存在漏秧现象，而在实际生产中若采用机械化插秧，漏秧概率则会受到出苗率、株高、整齐度、秧块盘结力、大田整地状况以及插秧机手操作水平等因素的影响[31]。因此，本研究中虽然废弃物基质育秧的出苗率、整齐度与常规基质育秧均无显著差异，但是否能完全满足规模化工厂育秧以及机械化插秧的要求仍需要进一步验证。

4 结论

以西兰花加工废弃物为主要原料，稻壳和黄泥分别占西兰花加工废弃物质量的15%、20%作为辅料，充分发酵后的堆肥产品与黄泥按照质量比1:1配制成水稻育秧基质，该基质的理化性状及保水抗旱能力均满足水稻育秧需求，水稻的秧苗素质及产量与常规基质育秧相比均无显著差异，是良好的常规基质替代品。

西兰花加工废弃物的基质化应用，不仅可以减少农业面源污染，还可以为基质生产提供新的思路与方向，减少草炭等不可再生资源的消耗，对实现低污染、低排放的“西兰花—水稻”循环农业生产模式具有十分重要的意义。