本发明涉及农业生产资料、农业固体有机废弃物资源化及其应用技术领域，具体涉及一种水稻育秧复合营养基质及其制备方法。
背景技术：
水稻是我国主要粮食作物，新中国成立后的60年间，我国水稻每年总种植面积平均达3.094×107hm2，占我国粮食作物播种总面积的27％；年总产量平均为1.333×108t，占粮食总产的42％，居粮食作物首位。我国水稻种植面积仅次于印度，但总产量却居世界第一，是世界上生产稻米最多的国家。2014年我国水稻种植面积为3.031×107hm2，总产量高达2.065×108t。因此发展水稻生产对保障我国粮食安全具有重要作用。
水稻生产通常包括育苗(秧)、整地、移栽(插秧)、水肥管理和病虫草害防治及收获等主要环节，其中育秧是基础，能否培育壮苗是水稻高产的关键所在。育苗后适时移栽是水稻高产的基本保证。传统的水稻种植都是人工田间育苗和人工插秧，需要大量的劳动力才能完成，特别是插秧这一过程，耗费的劳动最多。
近年随着我国现代工业、农业和城市化的发展，农民进城务工增多，农村劳动力严重不足，水稻人工移栽插秧变得俞发困难，插秧费用逐步增高，让缺少劳动力的农户和水稻种植大户逐渐难于承受，既增加了生产成本，秧苗不能及时移栽，又导致后期水稻减产，影响了农民生产的积极性。国家有关部门也注意到这种状况，投入大量人力物力和财力研发新型水稻插秧机械。
随着农业机械化的不断发展，近年水稻插秧机械不断完善和成熟，代替人工插秧已经成为现实，为此各地农技部门开始大力推广应用水稻机械插秧代替人工插秧，用插秧机械插秧的农户和种粮大户逐步增多、面积不断扩大、所占比例稳步提高，彻底改变了过去“面朝黄土，背朝天”的生产方式，使种粮农户从高强度的体力劳动中解放出来，机械插秧迅速被广大农民所接受。用水稻插秧机栽插秧苗代替人工插秧种植水稻也是今后我国水稻生产发展的方向。
水稻机械插秧与过去传统的人工插秧有着本质的不同，需要人工培育高质量的矮壮秧苗，这需要建立育秧工厂，实施工厂化育秧生产。工厂化育秧完全不同于传统的大田育秧，需要配制专用的水稻育秧营养基质在育秧工厂内播种育苗。
目前已经报道了不少种类的育苗基质，但是育苗材料归纳起来可分为2大类，一是生物质的有机物资源如草炭、秸秆、厩肥、菇渣等，经发酵、膨化、堆腐等处理后作为育苗主体材料；二是无机的矿物质资源，如珍珠岩、蛭石、岩棉、河沙以及耕作层土壤等。不同的材料其持水、导水、孔隙状况、密度、通水透气性能、保水保肥和养分含量等理化性状差异很大，各有优点和不足之处：蛭石等矿物质材料导水透气能力较强，但是养分含量低，河沙保水保肥能力较弱；厩肥、菇渣等有机物料保水保肥能力强，可就地取村、变废为宝，但导水透气能力低；草炭纤维含量丰富，疏松多孔，通气透水性良好，比表面积大，吸附和螯合能力强，有较强的离子交换和盐分平衡控制能力，又能增强植物抗旱、抗病、抗低温、抗盐溃的能力，广泛作为育苗基质材料，但草炭主要分布于我国东北地区，需长途运输，资源和数量均很有限，短期内又是不可再生资源，长期大量使用必将导致资源枯竭，无法持续，必须寻找其它材料加以代替。另外，这几种材料无论是单独使用还是搭配混用，养分均不全面和不平衡，需要添加额外的营养物质才能满足水稻正常生长发育对养分的要求，从而增加了育苗工作的技术难度和成本。
近年随着育苗技术的发展，对秧苗质量要求不断提高，对育苗基质的品质要求也逐渐提高，但是由于经济和人力成本等各方面的原因，目前的育苗基质都趋向于广谱型的，没有针对不同地区土壤养分状况和特定的气候条件，根据水稻营养特性和秧苗需肥规律专门设计的育苗基质相对较少，尤其是在水稻机械化工厂化育苗基质方面。因此急需研发新型高效营养全面和平衡的水稻专用复合育秧基质。
安徽是我国水稻主产区，全省水稻常年种植面积在200万hm2以上，其中2014年种植面积高达221.7万hm2，总产量达1394万t，播种面积和总产量分别占全国的7.32％和6.75％，仅次于湖南、江西、黑龙江和江苏等省，种植面积居全国第5位，总产量居全国第7位。水稻播种面积占安徽全省粮食作物种植面积的33.5％，总产量占全省粮食作物总产量的42.4％，水稻生产在安徽省占有重要地位。
安徽省水稻种植面积虽然较大，但单位面积产量较低，2013年平均6153kg/hm2，低于全国平均产量7104kg/hm2，在全国排第22位，与江苏等高产省份和高产栽培均有很大差距。除气候条件外，育苗移栽等环节栽培技术落后也是低产的重要原因。调查表明，农民传统育秧多采用大田水育秧法，苗期遇阴雨天极易遭受低温冷害和立枯病等病虫为害，死苗现象严重，秧苗质量低，移栽后返青缓慢，缺苗多，基本苗不足，最终影响了水稻籽粒产量的提高。旱育-水育相结合的两段育秧法无法育出矮小健壮的机插秧苗，需要建立育秧工厂实施苗床育秧。
目前安徽本地农民建立的育秧工厂普遍采用泥土添加营养剂作为育苗床土，主要从田里取熟化的表土，取土难、用土量大，一般每亩需100kg秧土，以推广10万亩机插稻为例，成熟表土需要量约1万吨；同时所取的表土在育秧前须经凉晒、粉碎、过筛后方能使用，操作时劳动强度大，不仅培育的秧苗素质差，而且土壤带有病菌虫卵草籽，对土壤耕层破坏严重、对环境也有破坏性，这是不可持续的。少部分育秧工厂从外地购买商品育秧基质，这些基质多以当地农业生产的废弃物如食用菌栽培后残渣、粪肥和秸秆为主要原料，从外地长途运输，不仅增加了数百元/吨的运输成本，也不能充分利用当地农业废弃物资源，同时外地基质配方单一，没有针对安徽水稻产区土壤养分状况和自然条件，适应性较差，培育的秧苗质量也不高。目前发明的各种水稻育秧基质，多多少少也存在这些问题。
安徽江淮地区农业生物质资源丰富，农业废弃物种类繁多、数量巨大。江淮各地有很多大型的稻米加工厂，加工水稻产生了大量的废弃物—稻壳。过去稻壳的主要用途是作为畜禽养殖场的垫料，部分用作工厂或生活燃料。但是近年随着我国工农业现代化的发展，农村或工厂基本上都改为用气或用电，用作燃料的稻壳数量极少，造成大量稻壳被废弃于荒野，既污染了环境，也浪费了资源。有关研究表明，将稻壳炭化后形成的炭化稻壳疏松多孔，矿物质齐全，营养丰富。用炭化稻壳代替或者部分代替草炭和蛭石用于配制水稻育秧基质，既能减少草炭和蛭石等不可再生资源的消耗，又能利用农业废弃物资源变废为宝，保护环境。
针对上述情况，为彻底解决水稻育秧床土和机插壮秧问题，急需研发适合当地的新型高效复合营养育秧基质，用水稻机插育秧基质替代营养土育秧基质育秧，用高效水稻专用复合营养育秧基质代替广普型育秧基质，以培育水稻壮苗，提高机械插秧质量和秧苗成活率，减少缺苗率，最终提高水稻产量，实现机械插秧代替人工插秧，减轻农民劳动强度，实现水稻机械化高效生产，提高生产效率。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种适用于安徽省江淮地区水稻专用高效复合营养育秧基质配方及其制备方法，是根据安徽一季中稻的营养特性和秧苗需肥规律，专门针对江淮地区土壤养分状况和气候特点，以炭化的废弃稻壳为主要原料，辅以草炭和蛭石，再配施适量的营养元素和生长调节剂，按一季中稻秧苗生长发育所需要的养分比例配合为成品基质，解决了现有育苗基质性质不稳定、营养不平衡、需再补充养分等问题，从而促进水稻秧苗生长发育，培育粗壮秧苗，提高秧苗机械栽插的成活率，减少缺苗率，最终提高水稻籽粒产量；又充分利用了当地农业废弃物资源变废为宝，有利于环境保护；也省却了外购基质长途运输问题，能节省大量运输费用，降低了基质成本和育秧成本，提高了生产效率，增加农民经济收益。
本发明的技术方案为：
一种水稻育秧复合营养基质，其特征在于，由下列体积百分比的组分原料混合制成：炭化稻壳5-35、草炭8-20、蛭石4-18、壮秧剂1-3、凹凸棒石粉3-6，将上述原料充分混和均匀，在过8-10mm孔径筛，得到成品基质。
所述的一种水稻育秧复合营养基质，其特征在于：所述的壮秧剂由沸石粉添加适量的矿质营养元素和生长调节剂混配形成。
所述的一种水稻育秧复合营养基质，其特征在于：所述的凹凸棒石粉的粒径为0.25～0.40mm，所述的蛭石粒径为2～5mm；所述的草炭由商品草炭经摊开凉晒处理至含水量30～40％，去除石块后，再过8-10mm孔径的筛子所得。
所述的一种水稻育秧复合营养基质，其特征在于：炭化稻壳由纯稻壳在高温缺氧环境下制备而得，也可以购买市场出售的优质商品化炭化稻壳，也可以在实验室自行制备，所述的自行制备炭化稻壳的方法如下：
a将稻壳装入容积2～3L的圆柱型钢制或铝制容器内，并用木槌向下挤压，尽量将稻壳压紧压实，然后拧紧盖子，保持密闭，防止空气再进入；
b将装好稻壳的容器放入实验室的马福炉内，放置平稳，关闭炉门；
c调节马福炉的温度控制器按钮，将其设置为350℃，接通电源，加热升温；
d随着炉内温度的不断升高，有水蒸气和少量烟气排出，稻壳开始炭化，注意观察，使炉内温度保持在330～350℃范围内；
e保持设定的温度，持续3～5小时，使容器内的稻壳逐渐完成炭化；
f当炉内无白色的水蒸气或烟气排出时，切断电源，取出容器，让其自然降温；
g当容器的温度降至室温附近时，拧开盖子，倒出来的是优质的炭化稻壳。
所述的一种水稻育秧复合营养基质，其特征在于：所述的沸石为粉状斜发沸石，粒径为0.25～0.40mm。
所述的一种水稻育秧复合营养基质，其特征在于：所述的壮秧剂由下列方法制备：每47公斤沸石粉添加硫酸铵0.2～0.8kg、尿素0.5～1.0kg、磷酸铵0.4～1.2kg、氯化钾0.5～1.5kg、七水硫酸锌10～30g、多效唑10～20g。
所述的一种水稻育秧复合营养基质，其特征在于，所述的壮秧剂由下列方法制备而得：
a、将配方比例称取各组分原料，将称好的尿素、硫酸铵、磷酸铵和氯化钾用分别小型粉碎机粉碎，过1mm筛备用；
b、将称量好的硫酸锌和多效唑分别加水充分溶解，然后喷在适量的沸石粉上，充分搅拌后，凉干备用；
c、将粉碎后的尿素、硫酸铵、磷酸铵和氯化钾，分别加入适量的沸石粉中，充分拌和均匀；
d、将步骤a、b、c所得到所有物料及余下的沸石粉混合在一起，在充分混合均匀，然后过2mm筛，凉干，包装，得到壮秧剂。
与现有技术相比，本发明的水稻育秧复合营养基质，炭化当地的废弃稻壳作为主原料，代替部分草炭和蛭石，减少了草炭等不可再生资源的用量，又充分利用当地农业废弃物资源变废为宝，保护环境。基质特别针对安徽江淮流域气候特征和水稻苗期的需肥规律，配施适量的营养元素和生长调节剂，养分含量齐全，营养配比合理，按一季中稻秧苗生长发育所需要的养分比例配制为成品基质，解决了现有育苗基质性质不稳定、营养不平衡、需补充养分等问题；基质中特别加入生理酸性肥料，将基质pH调节至秧苗生长适宜的微酸性，减少了调节基质酸度的过程，简化了基质制备程序；微酸性基质还能减轻水稻苗期病害，促进秧苗生长发育，培育矮壮秧苗，提高秧苗机械栽插的成活率，减少缺苗率，最终提高水稻产量；基质原料的本地化也解决了外购基质长途运输问题，节省大量运输费用，降低了基质成本和育秧成本，增加了农民经济收益，提高了劳动生产效率。
本发明的水稻育秧复合营养基质适用于安徽省及江苏、湖北等周边省份江淮流域。经过实验室育苗验证，以及桐城市等地的示范及推广应用，培育的秧苗质量高，增产节本增收效果明显。应用本发明-水稻育秧复合营养基质育秧，秧盘轻，基质持水量高、保水性好；水稻种子出苗速度快，出苗率高，秧苗根系发达、盘根性好、成苗率高，育秧成本低，经济效益高，机械插栽质量高，活棵快。
具体实施方式
现结合具体实施例子对本发明作进一步说明。以下实施例子旨在说明本发明，而不是对本发明的进一步限定。
实施例1
炭化稻壳的制备：取水稻加工厂加工稻米时的副产品—纯稻壳，装入体积2L的圆柱型铝盒内，并用木槌向下挤压，尽量将稻壳压紧压实，排除空气。然后拧紧盖子，保持密闭。重复这一装填过程，共装16个。将其中的8个铝盒放入马福炉内，加热，调节温度控制器于335℃，注意观察，使炉内温度保持在330～340℃。持续3.5～4.5小时，当炉内无白色的水蒸气或烟气排出时，切断电源，自然降温至室温，倒出即为炭化稻壳。重复这一过程，炭化另外8盒稻壳备用。
凹凸棒石粉、蛭石和草炭的预处理：分别取商品凹凸棒石、蛭石和草炭各50L，将凹凸棒石和蛭石分别过5mm孔径的筛子备用。将草炭在水泥地摊开，凉晒至含水量30～35％，先过10mm孔径的筛子去除石块后，再过5mm孔径的筛子备用。
壮秧剂的制备：称量硫酸铵0.5kg、尿素0.8kg、磷酸铵0.6kg、氯化钾1.2kg、七水硫酸锌25g、多效唑20g。将尿素、硫酸铵、磷酸铵和氯化钾用小型粉碎机粉碎，过1mm筛备用；将硫酸锌和多效唑分别放入500ml和200ml的烧杯内，分别加水250ml和120ml，充分搅拌使其全部溶解后，倒入微型喷雾器内，将其分别均匀地喷雾在6kg和5kg的2堆沸石粉中，并拌和均匀，凉干备用。将称量好的尿素、硫酸铵、磷酸铵和氯化钾分别加入6、12、8和10kg的沸石粉中，充分拌和均匀备用。将上述6种沸石粉-肥料(或生长调节剂)混合体再掺和在一起，拌和均匀，过2mm筛，凉干，备用。
分别量取上述制备或处理好的炭化稻壳、草炭、蛭石、凹凸棒石和壮秧剂16.5L、13.0L、15.5L、3.5L和1.5L混合，充分拌合混和均匀，过10mm孔径筛子，得到成品基质50L，为本发明制备的1号基质。
实施例2
实施例2和以下例3中，炭化稻壳的制备、草炭和蛭石的预处理，以及壮秧剂的制备方法与过程，同上述实施例1。
分别量取上述制备或处理好的炭化稻壳、草炭、蛭石、凹凸棒石和壮秧剂8.0L、18.5L、17.0L、4.5L和2.0L，充分拌合混和均匀，过10mm孔径筛子，得到成品基质50L，为本发明制备的2号基质。
实施例3
分别量取上述制备或处理好的炭化稻壳、草炭、蛭石、凹凸棒石和壮秧剂31.0L、9.5L、5.5L、3.0L和1.0L混合，充分拌合混和均匀，过10mm孔径筛子，得到成品基质50L，为本发明制备的3号基质。
分别称取适量配制好的上述1、2、3号基质，按照鲍士旦主编、2000年中国农业出版社《土壤农化分析》，测定基质的水分物理性状、有机质、养分含量和盐化指标，结果列于表1和表2。
表1的测试结果说明，本发明制备的3种水稻育秧专用复合营养基质，均具有很好的保水、供水和通气能力，容重适中，盐分符合要求，满足优质育苗基质所要求的水分物理性状和盐分指标。
表2表明，与商品基质相比，本发明配制的3种复合营养基质速效氮素含量略低，可防止秧苗前期旺长；速效磷钾含量较高，提高了基质供磷、供钾能力和抗病能力；pH略低，偏于弱酸性，既满足了秧苗的喜酸特性、防治秧苗病害，也省却了基质调酸的繁杂过程。
表1本发明制备的水稻专用复合营养基质的盐度和水分物理性状
表2本发明制备的水稻专用复合营养基质的养分性状
以安徽省农业科学院土壤肥料研究所培养室为育秧试验点，用商品育秧盘作水稻育秧室内对比试验，供试水稻为当地主栽品种—徽两优6号、皖稻199和皖稻153，重复3次。每个试验共设3个处理：①过2mm筛子的菜园土壤；②外省某基质公司生产的水稻育秧商品基质(简称商品基质)；本发明制备的水稻育秧专用复合营养基质1号(简称1号基质)；本发明制备的水稻育秧专用复合营养基质2号(简称2号基质)；本发明制备的水稻育秧专用复合营养基质3号(简称3号基质)。育秧盘规格长60cm宽10cm高3cm，装填相同体积的土壤或者育秧基质，高2.5cm，浇透水，静置2h排除多余的水分。之后按照同样的间距播种相同数量经过催芽的精选水稻种子，再覆盖0.5cm厚度的土壤或基质，喷雾适量水，用保鲜膜覆盖保水。当水稻种子破土露尖时，揭开薄膜。定时观察，补充水分，控制温度，增加人工光照。定期计数发芽种子数量，计算出苗率；播种后20天，取代表性10株秧苗，测量株高、根数、根系长度、重量等指标，结果列于表3、4、5。
从表3可看出，应用本发明制备的水稻育秧复合营养基质，水稻种子出苗快，出苗率高，1号、2号、3号3种复合营养基质，3种供试水稻种子，播种7天后出苗率均达90％以上，较对照菜园土壤分别提高22.2～27.6、20.0～23.6和21.5～26.5个百分点，较商品基质也高出20个百分点以上；播种10天后出苗率进一步提高，基本达到95％左右，较菜园土壤和商品基质仍然高10到15个百分点。
表3本发明制备的水稻专用育秧基质对种子出苗率(％)的影响
表4的结果说明，本发明制备的3种复合营养基质，播种水稻后主要时间秧苗高度介于商品基质和菜园土壤之间，高于商品基质而又低于菜园土壤，植株干重的增加趋势则高于对照，表明复合营养基质培育的秧苗矮壮、素质好。
表4本发明制备的水稻专用育秧基质对秧苗素质的影响
表5数据进一步说明，用本发明制备的复合营养基质育秧时，秧苗根系较多，根系较长，新生根条数也较多，与商品基质一样，发根能力较强，具备优质基质的发根能力。
表5本发明制备的水稻专用育秧基质对秧苗根系的影响