秸秆类型对秸秆育苗钵成型质量的影响

秸秆类型对秸秆育苗钵成型质量的影响
王君玲;高玉芝;尹维达
【摘要】秸秆育苗钵具有可降解性,能够实现钵和秧苗的一体栽植,有利于移栽机械化作业.进行秸秆育苗钵成型质量试验是为了寻求适宜的农作物秸秆类型,以其制作的育苗钵有利于秧苗培育和机械化移栽.以水(400mL)+淀粉(100g)+NaOH(12g)+磷酸(6g)配制成粘结剂.胶温维持在70～75℃,分别以水稻、玉米、高粱、大豆、花生秸秆为原料,压制成育苗钵,进行了育苗钵的密度、跌碎率机械特性的试验.结果表明:5种秸秆原料都可制成育苗钵,均能满足育苗过程中的机械强度要求,但以玉米和水稻秸秆原料最优.
【期刊名称】《沈阳农业大学学报》
【年(卷),期】2010(041)003
【总页数】3页(P357-359)
【关键词】秸秆;育苗钵;粘结剂;成型质量
【作者】王君玲;高玉芝;尹维达
【作者单位】沈阳农业大学,工程学院,沈阳,110866;唐山职业技术学院,机电工程系,河北,唐山,063000;唐山职业技术学院,机电工程系,河北,唐山,063000
【正文语种】中文
【中图分类】S604.3
我国是一个农业大国，各类农作物秸秆资源十分丰富，将作物秸秆粉碎后与粘结剂
混合压缩成育苗钵，是合理利用秸秆的有效途径之一。

秸秆育苗钵的优点有：秧苗的根系能穿透钵壁，可钵苗一体栽植，实现了真正意义上的带土移栽，且不缓苗或缓苗期很短，栽植成活率高；秸秆纤维为可降解物质，入土腐烂后，钵体将被分解，具有增加土壤有机质、提高土壤肥力的作用，并在作物根际可形成一个环状多孔性蓬松层，能有效改善作物根际的水、气环境，也可吸纳雨水向作物根际集聚，节水、省水，具有提高降雨利用率的效果；秸秆育苗钵与塑料育苗钵相比，在移栽过程中减少脱钵环节和塑料所造成的环境污染，与纸质育苗钵相比，可节约成本[1-4,7-9]。

在秸秆挤压成型育苗钵的研究，陈中玉、白晓虎等[2,5]以玉米秸秆为主要原料，以改性淀粉粘结剂的用量、成型温度、成型压力为试验因素进行了秸秆育苗钵成型试验研究；郭康权等[6]进行了植物秸秆模压成型流变特性的试验研究。

本研
究进行5种原料对秸秆育苗钵成型质量的影响试验，寻求适宜的农作物秸秆类型
及其最佳工艺参数组合。

1 材料与方法
1.1 材料与设备
秸秆原料为干燥的大豆、花生、玉米、高粱和水稻秸秆，分别将其粉碎成粗细两种状态，其粉碎粒度如表1。

试验选用水（400mL）+淀粉（100g）+NaOH（12g）+磷酸（6g）配制的粘结剂，胶温维持在75℃。

主要设备为：浴锅、搅拌棒、量筒 (量程200mL)、温度计 (测试范围0～100℃)、电子秤(精度0.01g)和液压万能试验机。

表1 秸秆类型与粒度Table 1 Type and granularity of different kinds of straw 粗粒度/mm Long granularity细粒度/mm Short granularity大豆Soybean 23～27花生Peanut 18～22高粱Orghum 27～31玉米Corn 26～30水稻Rice 18～22 6～86～84～63～54～6
1.2 方法
先进行5种秸秆原料压制育苗钵的单因素试验，再进行正交试验。

将调制成胶状
的粘结剂与秸秆进行充分的混合和搅拌，揉成团状放入成型模具后，用万能试验机进行挤压成型，脱模后放入烘干箱内进行干燥，测量成型钵的密度、抗跌碎性。

成型钵的密度表示秸秆压缩成型后的最终密度，它是决定成型钵物理性能的一个重要的指标，其密度值越大，育苗钵机械强度越高、耐久性越强，但不利于幼苗根须向钵外的发展。

密度定义为烘干后钵体的质量（g）与烘干后钵体的体积（cm3）的比值[2]。

抗跌碎性主要反映育苗钵在承受一定跌落作用时抗破碎的能力，对育苗
钵在实际条件下的搬运要求关系密切。

将预先称重过的成型钵从1m高处垂直跌
落至水泥地面上，重复20次，再称重，跌碎率定义为该重量与原重量的百分比[2]。

2 结果与分析
2.1 成型钵的单因素试验结果分析
在粘结剂胶温70～75℃，压力15kN，保压10min条件下，获得的5种秸秆原料育苗钵形态如图1，育苗钵密度如表2，跌碎率如表3。

由表2可见，同种原料下细粒度秸秆制成育苗钵的密度略大于粗粒度秸秆育苗钵的密度，秸秆粉碎粒度越小，越有利于提高育苗钵的密度；大豆、花生秸秆制成的育苗钵密度大于其他3种秸
秆原料制成的育苗钵密度，主要原因是大豆、花生秸秆本身容积密度大，秸秆纤维硬，不容易粉碎，同等粉碎粒度下含硬物多，吸水率低，制成的育苗钵表面粗糙。

由表3可见，玉米、水稻秸秆为原料制成的育苗钵抗跌碎能力更强一些。

其主要
原因是玉米、水稻秸秆纤维细腻，与粘结剂亲和力强，在跌落过程中不容易形成裂纹源。

图 1秸秆育苗钵形态Figure 1 Straw nursing container made /g·cm-3
表2 不同秸秆原料秸秆育苗钵的密度Table 2 Density of straw nursing container made from different raw materials /%粗粒度Long granularity细
粒度Short granularity大豆Soybean 6.667花生Peanut 6.082高粱Orghum
5.498玉米Corn 5.366水稻Rice 5.219
6.7886.1255.5045.995.528
表3 不同秸秆原料育苗钵的跌碎率Table 3 Percentage of damage of straw nursing container made from different raw materials大豆Soybean 15.2花生Peanut 14.7高粱Orghum 9.51玉米Corn 7.57水稻Rice 6.32粗粒度Long granularity细粒度Short granularity 9.138.327.815.874.95
2.2 成型钵的正交试验结果分析
进行正交试验主要是考察各试验因素对试验指标影响的主次顺序，试验因素及水平如表4，密度方差分析如表5，试验安排及结果如表6。

对试验结果进行极差分析和方差分析，得出影响密度的主要因素是粘结剂的类型，在α=0.05水平下显著；其次为秸秆的类型和成型压力，在α=0.25水平下显著。

以粘土+水为粘结剂制成的育苗钵密度大，但渗水性过强，在育苗过程中钵容易松散，不利于机械化移栽。

综合分析结果表明，采用玉米和水稻秸秆、水和淀粉调制成的粘结剂、压力在
15kN时有利于育苗钵的压制成型。

表4 正交试验因素水平结果Table 4 Factors and levels of orthogonal test1 2 3 A（秸秆）Straw水稻Rice玉米Corn高粱Orghum B（粘结剂）Carrier NaOH+磷酸+淀粉+水NaOH+H3PO4+cornstarch+water淀粉+水Cornstarch+water粘土+水Clay+water C（压力）/kN Pressure 10 15 20
表5 密度方差分析结果Table 5 Analysis of variance方差来源Source因素A Factors A因素B Factors B因素C Factors C偏差Deviation总和Sum偏差平方和SS 1.101 100.014 1.061 0.757 102.933自由度DF F比F 2 2 2 2 8 1.206 11.494 1.184显著性水平Level α=0.25 α=0.25 α=0.25
表6 正交试验方案及极差分析结果Table 6 Experimentation Program and results of orthogonal testA B C序列号Sequence 秸秆类型Type straw粘结剂类型Type carrier空列Empty columns压力Pressure 1 2 3 4 5 6 7 8 9 k1 k2
k3 R 1 1 1 2 2 2 3 3 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 2 3 1 3 1 2 1 2 3 3 1 2 2 3 1试
验指标密度/g·cm-3 Density 5.181 5.822 11.493 5.492 6.122 12.736 5.504
5.633 13.828 7.498 8.116 8.322 0.824 5.392 5.859 12.685 7.293 7.850 8.381 7.706 0.675 8.377 8.021 7.539 0.838
3 结论
试验结果表明，5种秸秆粉碎后制成的育苗钵均能满足育苗过程中钵的运输与贮存及保水能力的机械强度要求，但大豆和花生秸秆硬度大，不容易粉碎，粉碎的颗粒较粗，制成的育苗钵表面粗糙。

秸秆粉碎粒度细有利于育苗钵的成型，但不能过细，一方面秸秆过细将增加粘结剂的使用量且钵的密度较高，不利于秧苗根系向钵外的扩展；另一方面，粉碎过细的秸秆增加了能耗，一般还要进行筛分，秸秆利用率降低。

玉米、水稻秸秆纤维细腻，与粘结剂亲和力强，在跌落过程中不容易形成裂纹源，制成的育苗钵表面光滑，其密度为5.2～5.99g·cm-3，跌碎率为4.95%～
6.32%，玉米、水稻秸秆适合于制作育苗钵，水和淀粉调制成的粘结剂、压力在
15kN时有利于育苗钵的压制成型，验证了陈中玉、白晓虎[2,5]的玉米秸秆育苗钵成型试验结果。

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