本發(fā)明涉及一種秸稈育秧基質(zhì)的方法。

背景技術(shù)：

秸稈是成熟農(nóng)作物莖葉(穗)部分的總稱。通常指小麥、水稻、玉米、薯類、油菜、棉花、甘蔗和其它農(nóng)作物(通常為粗糧)在收獲籽實后的剩余部分。農(nóng)作物光合作用的產(chǎn)物有一半以上存在于秸稈中，秸稈富含氮、磷、鉀、鈣、鎂和有機(jī)質(zhì)等；但由于我國糧食生產(chǎn)規(guī)模大、秸稈數(shù)量多，除少量秸稈被粉碎還田、生物質(zhì)發(fā)電、喂養(yǎng)牲畜、堆漚肥外，絕大部分因附加值低沒有被合理利用而直接燒掉。燃燒秸稈所生成的氣體對大氣有極大地危害：增加空氣中CO₂的含量，其CO₂的提高比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于燃燒普通樹木的比例；增加空氣中的可吸入顆粒物，是造成霧霾天氣的主要因素。如何解決秸稈焚燒問題，是秸稈綜合利用工業(yè)化生產(chǎn)方式亟待解決的課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決目前秸稈附加值低、用量少、資源被浪費的問題，而提供的一種干法制備板式秸稈生物育秧基質(zhì)的方法，為秸稈綜合利用的基料化提供一種工業(yè)化生產(chǎn)新模式。

按以下步驟制備板式秸稈生物育秧基質(zhì)：

一、將秸稈切斷，然后采用柱塞螺旋方式送入蒸煮缸內(nèi)進(jìn)行蒸煮軟化；

二、將經(jīng)過步驟一蒸煮軟化的秸稈研磨搓揉成秸稈纖維，然后進(jìn)行干燥；

三、將一部分干燥后的秸稈纖維與固體膠黏劑、固體保水劑按比例混合后送入表層料倉；將另一部分經(jīng)過干燥后的秸稈纖維與固體營養(yǎng)劑、微量元素、固體膠黏劑、固體保水劑、固體添加劑按比例混合后送入芯層料倉；

四、用料倉中的混合料鋪裝板式秸稈生物育秧基質(zhì)板坯；

五、板坯預(yù)壓后進(jìn)行熱壓成型，即獲得板式秸稈生物育秧基質(zhì)；

其中，步驟四中所述板式秸稈生物育秧基質(zhì)板坯由2個表層和1個芯層組成，芯層位于兩個表層之間；2個表層的鋪裝厚度各占整個板坯鋪裝總厚度的10％～25％，芯層的鋪裝厚度占整個板坯鋪裝總厚度的50％～80％；

步驟三中所用秸稈纖維呈纖維狀或粉末狀，固體膠黏劑、固體添加劑、固體保水劑、固體營養(yǎng)劑和微量元素均為固體粉末狀；

步驟三中所述的固體添加劑由微生物制劑、草炭土、固體酸和蛭石所組成；

步驟五中熱壓溫度為100～180℃，熱壓時間為3～8分鐘，熱壓壓力為0.5～15MPa。

本發(fā)明將秸稈制成育秧基質(zhì)符合秸稈還田的理念，可以有效地利用秸稈中的營養(yǎng)物質(zhì)，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，在提供必要營養(yǎng)成分的同時減少了對化肥的依存度，降低了生產(chǎn)和使用成本。

糧食收割后將廢棄的秸稈按照本發(fā)明的方法制成基質(zhì)，剛好用于育秧，符合時間規(guī)律，也減少了秸稈中營養(yǎng)成分的流失。

本發(fā)明秸稈使用量大，每條生產(chǎn)線的秸稈消耗量為5～20噸，附加值高，能有效地調(diào)動農(nóng)民的積極性，對促進(jìn)資源再利用、減輕大氣污染具有巨大的作用。

本發(fā)明方法制備的板式秸稈生物育秧基質(zhì)使用時需要澆水，表層具有過濾作用，將營養(yǎng)元素、營養(yǎng)物質(zhì)保留在基質(zhì)中，僅讓水分滲透過去，控制和保持芯層的固體營養(yǎng)劑、添加劑和微量元素不流失，避免了基質(zhì)中營養(yǎng)成分隨水流流失的問題。而且，本發(fā)明方法制備的板式秸稈生物育秧基質(zhì)分為三層，兩側(cè)都有表層，使用更方便，不必區(qū)分正反面。

本發(fā)明利用秸稈代替?zhèn)鹘y(tǒng)苗床營養(yǎng)土，具有可再生的優(yōu)勢。本發(fā)明方法生產(chǎn)的板式秸稈生物育秧基質(zhì)(如圖1所示)未吸水時的靜曲強(qiáng)度為21～22.8MPa、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度為0.35～0.40MPa，強(qiáng)度高、不易破裂和損毀，易于切割，可制作成不同形狀，也可用于園林造型。本發(fā)明方法生產(chǎn)的板式秸稈生物育秧基質(zhì)具有吸水性強(qiáng)、保水時間長、遇水后體積可迅速膨脹2～6倍。吸水的同時，板式秸稈生物育秧基質(zhì)中的固體有機(jī)生物質(zhì)膠粘劑溶解，板式秸稈生物育秧基質(zhì)變得質(zhì)地更加松軟，有利用種子的播種和根系的生長和呼吸。基質(zhì)營養(yǎng)豐富，可促進(jìn)種子的萌芽、出苗和生長，育秧后期肥效持久，比傳統(tǒng)客土育苗提高2％以上出苗率，且根系發(fā)達(dá)，比傳統(tǒng)客土育苗根系增加30％以上(如圖2和圖3所示)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法制備的板式秸稈生物育秧基質(zhì)產(chǎn)品圖片。

圖2是利用本發(fā)明方法制備的板式秸稈生物育秧基質(zhì)培育水稻秧苗的效果。

圖3是利用本發(fā)明方法制備的板式秸稈生物育秧基質(zhì)培育水稻秧苗的根系生長情況圖。

具體實施方式

本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。

具體實施方式一：本實施方式按以下步驟制備板式秸稈生物育秧基質(zhì)：

一、將秸稈切斷，然后采用柱塞螺旋方式送入蒸煮缸內(nèi)進(jìn)行蒸煮軟化；

二、將經(jīng)過步驟一蒸煮軟化的秸稈研磨搓揉成秸稈纖維，然后進(jìn)行干燥；

三、將一部分干燥后的秸稈纖維與固體膠黏劑、固體保水劑按比例混合后送入表層料倉；將另一部分經(jīng)過干燥后的秸稈纖維與固體營養(yǎng)劑、微量元素、固體膠黏劑、固體保水劑、固體添加劑按比例混合后送入芯層料倉；

四、用料倉中的混合料鋪裝板式秸稈生物育秧基質(zhì)板坯；

五、板坯預(yù)壓后進(jìn)行熱壓成型，即獲得板式秸稈生物育秧基質(zhì)；

六、經(jīng)縱橫式切割機(jī)將熱壓成型后的板式秸稈生物育秧基質(zhì)切割成育秧所需要的產(chǎn)品尺寸；

其中，步驟四中所述板式秸稈生物育秧基質(zhì)板坯由2個表層和1個芯層組成，芯層位于兩個表層之間；2個表層的鋪裝厚度各占整個板坯鋪裝總厚度的10％～25％，芯層的鋪裝厚度占整個板坯鋪裝總厚度的50％～80％；

步驟三中所用秸稈纖維呈纖維狀或粉末狀，固體膠黏劑、固體添加劑、固體保水劑、固體營養(yǎng)劑和微量元素均為固體粉末狀；

步驟三中所述的固體添加劑由微生物制劑、草炭土、固體酸和蛭石所組成；

步驟五中熱壓溫度為100～180℃，熱壓時間為3～8分鐘，熱壓壓力為0.5～15MPa。

本實施方式步驟五中熱壓機(jī)系統(tǒng)是由是由裝板機(jī)、熱壓機(jī)和卸板機(jī)組成，裝板機(jī)、熱壓機(jī)和卸板機(jī)的間隙開檔均為50～150mm，裝板機(jī)、熱壓機(jī)和卸板機(jī)的層數(shù)均為10～80層。

固體膠黏劑選自氧化淀粉、纖維素、大豆生物膠和木質(zhì)素。

本實施方式先鋪裝一層表層料(從表層料倉輸送)，然后在第一層表層料之上鋪裝一層芯層料(從芯層料倉輸送)，再在芯層料之上鋪裝第二層表層料(從表層料倉輸送)。

本實施方式方法不產(chǎn)生工業(yè)廢水，不污染環(huán)境；適合大規(guī)模生產(chǎn)，效率高、成本低，可實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

本實施方式制備的板式秸稈生物育秧基質(zhì)無需二次施肥或施用營養(yǎng)劑。

本實施方式采用熱壓成型工藝，混均方式簡單、分散均勻，設(shè)備投入少，操作簡單的優(yōu)點；并且避免了液態(tài)膠粘劑分散不均，基質(zhì)材料易團(tuán)聚、容易造成育秧基質(zhì)營養(yǎng)成分和強(qiáng)度不均勻，質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。也免除了選用噴淋需要額外增加設(shè)備的成本，操作復(fù)雜，工藝時間長等問題。

本實施方式為干法生產(chǎn)，制備所用材料都為固體纖維狀或粉末狀，便于攪拌均勻，方便生產(chǎn)加工，生產(chǎn)出的板式秸稈生物育秧基質(zhì)質(zhì)地均勻，質(zhì)量穩(wěn)定。由于構(gòu)成本發(fā)明板式秸稈生物育秧基質(zhì)在生產(chǎn)加工過程中所有材料均為固體纖維狀或粉末狀，在計量攪拌混合以及熱壓過程中，能夠?qū)⑺袪I養(yǎng)成分添加在芯層中，克服了在濕法生產(chǎn)過程中不能添加所有營養(yǎng)成分的弊端，保證了植物生長所需要的全部營養(yǎng)成分，使板式秸稈生物育秧基質(zhì)具有全營養(yǎng)特征。另外，由于構(gòu)成本發(fā)明的板式秸稈生物育秧基質(zhì)的材料都為固體粉末狀，所以在加工過程中無揮發(fā)，更環(huán)保，對工人健康無影響；而且，因為都是固體不含水分，所以在加工過程中也不會出現(xiàn)基質(zhì)因吸水而膨脹的問題。

蒸煮后研磨搓揉能夠?qū)⒔斩挶砻嬖瓉磔^均勻地存在于纖維細(xì)胞間及細(xì)胞各層間的木質(zhì)素會發(fā)生熔化裂解，已裂解的木質(zhì)素在劇烈的噴放排料摩擦力和噴放脹力的作用下，致密結(jié)構(gòu)被打開，已被高壓蒸汽處理、軟化裂解的秸稈原料基本趨于細(xì)小纖維狀，表面積擴(kuò)大，部分高分子物質(zhì)在高溫、高壓、高濕條件下經(jīng)過二次裂解再生，大幅提升其保水性和吸水性。

經(jīng)測算，本實施方式每條生產(chǎn)線的最小產(chǎn)能為年產(chǎn)3000萬盤基質(zhì)，能夠消耗5萬噸農(nóng)作物秸稈變成有機(jī)質(zhì)還田；最高產(chǎn)能可達(dá)到年產(chǎn)1億盤基質(zhì)，能夠消耗20萬噸農(nóng)作物秸稈變成有機(jī)質(zhì)還田。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一的不同點是：固體營養(yǎng)劑為復(fù)合肥，固體營養(yǎng)劑與微量元素的質(zhì)量比為1：1.5～4。其它步驟及參數(shù)與實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二的不同點是：步驟一中被切斷的秸稈在壓力為0.3～1.5MPa、溫度為110℃～180℃的條件下蒸煮軟化2～6分鐘。其它步驟及參數(shù)與實施方式一或二相同。

蒸煮軟化的同時對秸稈腐霉菌進(jìn)行高溫殺菌。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一的不同點是：步驟二研磨搓揉采用秸稈纖維裂解再生機(jī)，秸稈纖維裂解再生機(jī)主要由一組帶有齒型的動盤和一組帶有齒型的靜盤組成，且安裝在動盤和靜盤的齒型裝置可拆卸；研磨搓揉過程中通入溫度為110℃～180℃的蒸汽，研磨搓揉壓力為0.3～1.5MPa。其它步驟及參數(shù)與實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一的不同點是：板坯單位厚度中秸稈纖維、固體膠黏劑和固體添加劑的用量相同。其它步驟及參數(shù)與實施方式一至四之一相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一的不同點是：板坯中秸稈纖維占總質(zhì)量的60％以上、固體膠黏劑占總質(zhì)量的2％～5％、固體營養(yǎng)劑與微量元素占總質(zhì)量的2％～12％，固體添加劑占總質(zhì)量的8％～20％，固體保水劑占總質(zhì)量的0.5％～3％。。其它步驟及參數(shù)與實施方式一至五之一相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一的不同點是：步驟一采用臥式恒溫蒸煮缸，臥式恒溫蒸煮缸內(nèi)有一組螺旋推進(jìn)裝置，沿進(jìn)出料方向由低到高均勻地將蒸煮的秸稈送到秸稈纖維裂解機(jī)構(gòu)，臥式蒸煮缸的傾斜度度大于5～30度。其它步驟及參數(shù)與實施方式一至六之一相同。

具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一的不同點是：步驟二秸稈纖維干燥采用旋風(fēng)式干燥機(jī)，秸稈纖為含水率控制在5％～12％。其它步驟及參數(shù)與實施方式一至七之一相同。

具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一至八之一的不同點是：步驟一柱塞螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)是沿秸稈進(jìn)料方向從大到小由圓錐形塞管內(nèi)套入圓錐形柱塞螺旋組成，使秸稈在柱塞螺旋的推力作用下形成栓塞然后送進(jìn)蒸煮缸，圓錐角度大于3～15度。其它步驟及參數(shù)與實施方式一至八之一相同。

具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式一至九之一的不同點是：步驟二秸稈纖維干燥方式采用滾筒式干燥機(jī)，秸稈纖維的含水率控制在5％～12％。其它步驟及參數(shù)與實施方式一至九之一相同。

實施例1

按以下步驟制備板式秸稈生物育秧基質(zhì)：

一、將秸稈切斷，然后采用柱塞螺旋方式送入蒸煮缸內(nèi)進(jìn)行蒸煮軟化；

二、將經(jīng)過步驟一蒸煮軟化的秸稈研磨搓揉成秸稈纖維，然后進(jìn)行干燥；

三、將一部分干燥后的秸稈纖維與固體膠黏劑、固體保水劑按比例混合后送入表層料倉；將另一部分經(jīng)過干燥后的秸稈纖維與固體營養(yǎng)劑、微量元素、固體膠黏劑、固體保水劑、固體添加劑按比例混合后送入芯層料倉；

四、用料倉中的混合料鋪裝板式秸稈生物育秧基質(zhì)板坯；

五、板坯預(yù)壓后進(jìn)行熱壓成型，即獲得板式秸稈生物育秧基質(zhì)；

六、經(jīng)縱橫式切割機(jī)將熱壓成型后的板式秸稈生物育秧基質(zhì)切割成育秧所需要的產(chǎn)品尺寸；

其中，步驟四中所述板式秸稈生物育秧基質(zhì)板坯由2個表層和1個芯層組成，芯層位于兩個表層之間；2個表層的鋪裝厚度各占整個板坯鋪裝總厚度的10％，芯層的鋪裝厚度占整個板坯鋪裝總厚度的80％；

步驟三中所用秸稈纖維呈纖維狀或粉末狀，固體膠黏劑、固體添加劑、固體保水劑、固體營養(yǎng)劑和微量元素均為固體粉末狀；

步驟三中所述的固體添加劑由微生物制劑、草炭土、固體酸和蛭石所組成；

步驟五中熱壓溫度為110℃，熱壓時間為4分鐘，熱壓壓力為0.8MPa；

步驟五中熱壓機(jī)系統(tǒng)是由是由裝板機(jī)、熱壓機(jī)和卸板機(jī)組成，裝板機(jī)、熱壓機(jī)和卸板機(jī)的間隙開檔均為50～150mm，裝板機(jī)、熱壓機(jī)和卸板機(jī)的層數(shù)均為10～80層。

臥式恒溫蒸煮缸內(nèi)有一組螺旋推進(jìn)裝置，沿進(jìn)出料方向由低到高均勻地將蒸煮的秸稈送到秸稈纖維裂解機(jī)構(gòu)，臥式蒸煮缸的傾斜度度大于15度。

固體膠黏劑為氧化淀粉；

步驟一中柱塞螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)是沿秸稈進(jìn)料方向從大到小由圓錐形塞管內(nèi)套入圓錐形柱塞螺旋組成，使秸稈在柱塞螺旋的推力作用下形成栓塞然后送進(jìn)蒸煮缸，圓錐角度大于12度；被切斷的秸稈在壓力為0.5MPa、溫度為150℃的條件下蒸煮軟化4分鐘；

步驟二研磨搓揉過程中通入溫度為120℃的蒸汽，研磨搓揉壓力為0.4MPa；

板坯中秸稈纖維占總質(zhì)量的79％、固體膠黏劑占總質(zhì)量的2％、固體營養(yǎng)劑與微量元素占總質(zhì)量的8％，固體添加劑占總質(zhì)量的10％，固體保水劑占總質(zhì)量的1％；

固體營養(yǎng)劑為復(fù)合肥，固體營養(yǎng)劑與微量元素的質(zhì)量比為1：3。

實施例2

本實施例與實施例1的不同點在于：2個表層的鋪裝厚度各占整個板坯鋪裝總厚度的20％，芯層的鋪裝厚度占整個板坯鋪裝總厚度的60％；

步驟五中熱壓溫度為170℃，熱壓時間為6分鐘，熱壓壓力為1.5MPa；

固體膠黏劑為木質(zhì)素；固體營養(yǎng)劑與微量元素的質(zhì)量比為1：2；

步驟一中被切斷的秸稈在壓力為1.2MPa、溫度為130℃的條件下蒸煮軟化3分鐘；

步驟二研磨搓揉過程中通入溫度為150℃的蒸汽，研磨搓揉壓力為1.2MPa；

板坯中秸稈纖維占總質(zhì)量的72％、固體膠黏劑占總質(zhì)量的5％、固體營養(yǎng)劑與微量元素占總質(zhì)量的6％，固體保水劑占總質(zhì)量的2％，固體添加劑占總質(zhì)量的15％。

實施例3

本實施例與實施例1的不同點在于：2個表層的鋪裝厚度各占整個板坯鋪裝總厚度的25％，芯層的鋪裝厚度占整個板坯鋪裝總厚度的50％；

步驟五中熱壓機(jī)系統(tǒng)是由是由裝板機(jī)、熱壓機(jī)和卸板機(jī)組成，裝板機(jī)、熱壓機(jī)和卸板機(jī)的間隙開檔均為80mm，裝板機(jī)、熱壓機(jī)和卸板機(jī)的層數(shù)均為18層，熱壓溫度為150℃，熱壓時間為3分鐘，熱壓壓力為1MPa；

固體膠黏劑為大豆生物膠；固體營養(yǎng)劑與微量元素的質(zhì)量比為1：3；

步驟一中被切斷的秸稈在壓力為1.4MPa、溫度為160℃的條件下蒸煮軟化5分鐘；

步驟二研磨搓揉過程中通入溫度為170℃的蒸汽，研磨搓揉壓力為1MPa；

板坯中秸稈纖維占總質(zhì)量的61.5％、固體膠黏劑占總質(zhì)量的8％、固體營養(yǎng)劑與微量元素占總質(zhì)量的10％，固體保水劑占總質(zhì)量的0.5％，固體添加劑占總質(zhì)量的20％。

實施例4

本實施例與實施例1的不同點在于：2個表層的鋪裝厚度各占整個板坯鋪裝總厚度的12％，芯層的鋪裝厚度占整個板坯鋪裝總厚度的76％；

步驟五中熱壓溫度為100℃，熱壓時間為8分鐘，熱壓壓力為0.8MPa；

固體膠黏劑為纖維素；固體營養(yǎng)劑與微量元素的質(zhì)量比為1：1.5；

板坯中秸稈纖維占總質(zhì)量的73％、固體膠黏劑占總質(zhì)量的2％、固體營養(yǎng)劑與微量元素占總質(zhì)量的5％，固體保水劑占總質(zhì)量的2％，固體添加劑占總質(zhì)量的18％。

實驗：

按照實施例1～4的方法制備出厚度為5mm的工業(yè)化生產(chǎn)的板式秸稈生物育秧基質(zhì)，然后切割成長度為555mm、寬均為255mm的工業(yè)化生產(chǎn)的板式秸稈生物育秧基質(zhì)進(jìn)行水稻育秧實驗。

強(qiáng)度試驗：

將工業(yè)化生產(chǎn)的板式秸稈生物育秧基質(zhì)板面呈45°放置，一端接觸地面，然后將不同質(zhì)量的鉛球從工業(yè)化生產(chǎn)的板式秸稈生物育秧基質(zhì)板面上方1米處下落，擊打工業(yè)化生產(chǎn)的板式秸稈生物育秧基質(zhì)板面中央，記錄工業(yè)化生產(chǎn)的板式秸稈生物育秧基質(zhì)可承受的最大鉛球質(zhì)量，同時測量工業(yè)化生產(chǎn)的板式秸稈生物育秧基質(zhì)的靜曲強(qiáng)度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度，結(jié)果是靜曲強(qiáng)度為21～22.8MPa、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度為0.35～0.40MPa。

出苗率實驗：

將本發(fā)明的工業(yè)化生產(chǎn)的板式秸稈生物育秧基質(zhì)放置在水稻育秧盤內(nèi)，澆水使其迅速膨脹，再將經(jīng)過浸泡催芽后的水稻種子用水稻自動播種機(jī)播種在本發(fā)明的工業(yè)化生產(chǎn)的板式秸稈生物育秧基質(zhì)上，然后表面覆蓋厚度為5mm～7mm左右的表土，然后覆膜，待出苗后將覆膜揭掉，然后根據(jù)基質(zhì)保水程度進(jìn)行澆水，并每隔3～5天澆水一次。觀察發(fā)芽率、生長率、出苗時間、盤根效果、秧苗后期肥性以及實驗15～20天后測量苗和根，實驗結(jié)果為出苗時間為7天，出苗率大于99.7％，生長率為100％，15天根系長度為32～34mm、苗長5～7.0cm，20天根系長度為54～57mm、苗長12.3～12.6cm。后期不脫肥。

吸水性及保水性實驗：

將育秧基質(zhì)放入水中，吸水時間為5分鐘，測量吸水量和厚度變化；再將吸水后的育秧基質(zhì)放在陽光下暴曬30分鐘，測量質(zhì)量變化。實驗結(jié)果保水性大于94.4％。