秸秆材料在工厂化育苗中的应用

秸秆材料在工厂化育苗中的应用

0秸秆总量预测中国是一个拥有强大农业国家的国家。据统计,我国每年秸秆产量达6.0亿t,占世界秸秆总产量的20%~30%,预计到2010年,秸秆总量将达7.26亿t左右。除去用于造纸、饲料、还田及其收集损失之外,尚余可供它用秸秆总量3.76亿t,开发利用的潜力很大。目前探索农作物秸秆的处理利用已有许多的研究,而利用秸秆制作育苗容器即是重要的途径之一。1可降解育苗钵、秸秆生物处理技术随着经济发展和科技进步,温室育苗已被广泛应用,其所需育苗钵量猛增。在国外,多用纸钵代替塑料钵育苗,虽其透气性、直立性均优于塑料钵,但是纸钵成本高,且前期制浆过程所造成黑色污染更严重。在国内多用塑料钵,其成本低、质量轻、保水性好,但缺点颇多,透气性差、散水性差。由于塑料膜的静电作用,膜片间贴连严重;质软不能直立,装土困难;不能在土壤中降解;不利于根系生长;残膜污染土壤,脱膜移栽则易伤根系而影响成活率。为了解决塑料残膜污染土壤的问题,许多国家和研究机构都在积极地寻求解决途径,可降解育苗钵的研究应运而生。可降解育苗钵是一次性育苗钵,育成苗后不需要拔秧,器、苗同移大田,不伤根、不伤苗。随着时间的推移,育苗钵会自然分解,其分解物不仅对土壤无污染,而且有一定的施肥作用。因此,可降解育苗钵有着广阔的应用前景与市场。秸秆是一种来源丰富、价格低廉的天然可降解高分子材料,而且其纤维强度可满足许多使用条件的要求。秸秆是农业生产的副产物,我国目前还未充分利用该资源,通常采用燃烧或者掩埋的办法进行处理。这不仅浪费资源,而且给环境带来严重的污染。目前,秸秆综合利用新途径是作为肥料开发利用、作为新型能源、畜牧饲料、可降解材料、工业原料和培养食用菌基料等。用秸秆材料挤压成型的育苗钵,来替代塑料育苗钵,不仅为工厂化育苗提供了新的设施,符合可持续发展战略要求。更重要的是探索了秸秆材料利用的新途径,解决了秸秆资源长期浪费问题,变废为宝,具有较好的经济效益和社会效益。2秸秆容器育苗滕翠青等采用稻草纤维为增强材料,以淀粉为基体,研制出一次性可降解秸秆纤维增强复合材料,采用土埋法研究了该复合材料的可降解性能。将该复合材料模压成花盆,并在实际栽培过程中对样品进行了跟踪测试,结果发现该复合材料具有优良的可降解性能。陈海荣等对用稻草、木屑制成的可降解性育苗钵进行了甜瓜育苗研究。结果表明,采用可降解育苗钵进行甜瓜育苗是可行的。其中,以口径7cm的最为合适,能够培养出壮苗;在湿度较高的情况下,钵体能在15~25天的时间内被甜瓜根系穿透,埋土30天后钵体开始被降解。彭祚登等对以小麦秸秆为主要原料制成的秸秆容器进行了育苗试验,主要的技术参数是:容器高5.5cm,容壁厚0.245cm,容器重13.6g,容积65cm3。研究表明:该容器技术特性表现为易分解和腐烂,分解的快慢与基质中的水分状况有密切的关系;容器的透气、透水性好,但保水性能较差;容器易破碎;容器可以促进苗木侧根形成根团,但苗木的主根很容易穿透容器的底部。试验的秸秆容器适合培育幼苗期侧根发达、主根细弱的植物,对于主根发达且生长迅速的植物不适宜。可见,秸秆容器用来育苗在一定范围内是可行的,可用来代替塑料育苗容器。但是,目前限制其推广应用的主要原因是价格问题,需要进一步研究开发能够被农业部门接受的、廉价的秸秆育苗容器。3秸秆固化成型秸秆主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。其中,木质素为非晶体高分子聚合物,温度为70°~100℃时软化,粘合力增加;在200°~300℃时可熔融。因此,木质素是一种内在的粘合剂。在200°~300℃施压即可使粉碎的秸秆颗粒互相胶结,冷却后即固化成型。在不添加粘结剂的成型过程中,秸秆颗粒在外部压缩力的作用下相互滑动,颗粒间的空隙减小,颗粒在压力作用下发生塑性变形,并达到粘结成型的目的。对于大颗粒而言,颗粒之间以交错粘结为主;对于很小的颗粒(粉粒状),颗粒之间以吸引力(分子间的范德华力或静电力)粘结为主。添加粘结剂可以明显地提高成型物的粘结强度,提高颗粒之间的聚合力,从而可对压力进行一定的补偿。4秸秆挤压成型育苗容器技术的研究秸秆压缩成型技术应用前景非常广阔,但目前国内外对这项技术的研究主要集中在压块、压粒和压饼过程中,有关秸秆挤压成型育苗容器的技术和理论还在发展之中,还有许多问题有待于需要进一步研究完善。4.1生物可降解材料的选择在育苗容器的研制中,必须选择一种合适的粘结剂,不仅要使秸秆纤维之间充分粘结,而且要求粘结剂无毒、无害、无污染,为生物可降解材料。选择粘结剂的原则有:一是粘结剂与秸秆纤维有良好的粘合性;二是埋入土壤后可完全生物降解;三是与秸秆纤维混合后在压力与一定温度下有较好的流动性;四是成本较低、资源充足。目前,可供选择的粘结剂有碳水化合物粘结剂、蛋白质粘结剂、复合淀粉胶、聚乙烯醇等,需要根据不同的秸秆纤维性质进行不同配方试验。4.2物料温度和含水量对成型物的影响成型过程中的温度、压力、物料粒度、含水量直接影响产品的性能和质量,需要通过试验确定最佳工艺参数。1)温度可以增强物料的塑性和流动性,使物料粒子更容易结合成型,增强秸秆的粘结作用,提高成型物的耐久性。但是成型温度过高会造成模具退火,耐磨性降低,寿命缩短;而且会使物料碳化严重,阻力减小,成型失败。对于含水量太高的物料,温度过高还易产生高压蒸汽,发生“放气”或“放炮”现象,使成型物出模后表面产生开裂现象。通常模具加热温度最低应在木质素软化温度以上,一般在140°~260℃之间,根据实际情况进行调整。2)一般情况,成型物的粘结强度随成型压力增加而增大。压力太小不利于物料成型,产品的物理机械特性较差,但压力越高所需的压缩能也越高。3)在相同的压力下,原料粒度越细,流动性越好,物料变形越大,成型物结合越紧密;但原料粒度也不宜太小,否则会降低成型物的强度,而且使原料粉碎时的功耗增加。4)合适的物料含水量可以使秸秆挤压成型效果最佳,过高或过低都不利于秸秆压缩成型。含水量太高影响热量传递,并增大物料与模具的摩擦力;在高温时由于蒸汽量大,甚至会发生气堵或“放炮”现象;含水量太低,影响木质素的软化点,秸秆内摩擦和抗压强度加大,压缩能消耗增加。秸秆挤压成型过程中的影响因素较多,各因素之间相互作用的机理比较复杂,很难从理论上建立精确的数学模型,只能通过大量的单因素试验及组合试验,建立试验指标的回归方程,通过优化得出最佳工艺参数组合。4.3温高压对模具品质的影响秸秆物料经模具挤压成型与塑料成型、金属成型相比较,都要求原料在模具内有均匀、良好的充填特性。但秸秆物料即使在高温高压条件下,其在模具中的充填流动特性与塑料、金属有很大的差异。一般金属、塑料模压成型产品可以形成各种面,但农作物秸秆模压成型产品受其原料特性的影响,模具的结构要素只能有水平面、倾斜面、垂直面等。模具的锥度是影响粉粒体压缩流动性和成型性的主要因子,锥角偏大或偏小都会影响成型品质。另外,设计模具时还要考虑成型过程中的排气、脱模技术。5加大宣传与环保意识,通过提高秸秆育苗容器的生产技术来营造良好的氛围可持续农业的核心思想之一是保护自然资源,减少对自然资源的污染。将秸秆挤压成育苗容器,是农作物秸秆合理开发利用的一种有效手段。但是,目前育苗时使用的塑料容器较多,推广秸秆育苗容器还面临着巨大的挑战。1)要研究消费者的心理,大力宣传环境保护,加强资源再利用的环保意识,引导消费者处理好使用塑料育苗容器的短期利益与使用秸秆容器的长远利益的关系,营造以植代塑的良好局面。2)要提高秸秆育苗容器的质量。目前生产的产品由于工艺、设备和制造技术上的原因,在质量方面尚未达到塑料容器那样成熟的水平,有待下大力气进一步进行攻关。3)要扩大生产规模,降低成本。秸秆育苗容器属于薄利多