一种全营养可降解秸秆育秧基质块的制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种全营养可降解秸秆育秧基质块的制备方法及应用，该基质块制备步骤如下：1)秸秆与活性微生物菌剂复混后发酵获得塑性丝化秸秆纤维；2)将缓释养分调理剂负载于炭化稻壳后风干并粉碎，获得养分可控缓释调理剂载体；3)将水解蛋白、水、多聚甲醛、尿素、聚乙烯醇、纳米级功能材料混合后制备功能高分子可降解聚合物；4)将塑性丝化秸秆纤维、养分可控缓释调理剂载体、蛭石、水混合后碎浆、匀浆、负压吸附获得秸秆育秧基质块，并于四周喷涂功能高分子可降解聚合物，即获得全营养可降解秸秆育秧基质块；该基质块可应用于水稻旱育秧，以及景观草籽、棉花、瓜果、蔬菜、油菜育苗。

Preparation method and application of a kind of substrate block of full nutrition and degradable straw for seedling raising

【技术实现步骤摘要】
一种全营养可降解秸秆育秧基质块的制备方法及应用
本专利技术涉及农业领域中水稻育秧、育秧基质，适宜于机插秧用的新型秸秆育秧基质块，特别是一种全营养可降解秸秆育秧基质块的制备方法及应用。
技术介绍
水稻是我国第一大粮食作物，水稻生产不仅担负确保国家粮食安全的重任，还肩负实现稻农增收和全面推进新农村建设的重大使命。我国水稻种植面积约4.5亿亩，总产量高达2.01亿吨，种植面积和总产量分别占粮食的27％和36％。先进的水稻种植模式和技术对于保障国家粮食安全具有重要意义。随着科学技术进步与农业生产机械化水平的提升，机插秧面积日益扩大。据统计，2018年全国机插秧比例已达40-50％，江苏省超过70％。育秧是机插秧技术体系中重要的技术环节。水稻旱育苗带土移栽技术是70年代引进推广日本水稻旱育苗技术，在我国北方及东北已推广30多年，多年育苗连年大量取土农田耕地等生态植被被严重破坏。而散状基质包装、运输及操作极为不便。此外，这种传统育秧方式，通常采用塑料秧盘装填农田表土或散状基质育秧，费工耗时，作业效率低成本高，还会产生严重白色污染风险。随着时代的发展，现有培育方法采用不同材料制作人造育苗基质的方式培育秧苗，但在该方法实践中还存在很多的不足。如专利技术专利CN105165466A(一种全降解层状结构水稻育秧盘的制备方法)采用热压机在压力10兆帕、加热温度为120℃、加热加压时间为30min对带有育秧主料的秧盘模具进行除湿、加压成型，最后脱模成育秧盘；专利技术专利CN107593369A(一种可生物降解的育秧盘及其制备方法)将废弃生物菌袋、草炭、膨润土及沸石等利用螺杆挤出机在110℃下挤出至模具中，压膜成型，制成育秧托盘；专利技术专利CN109566348A(一种水稻自动覆盖种子育秧基质盘及制备方法和应用)提供了一种水稻自动覆盖种子育秧基质盘，主要以稻壳、秸秆、腐熟粪便和草炭土等经过模具成型和高温干燥得到基质盘；专利技术专利CN104761380A(一种水稻育苗基质块及其制备方法)采用作物秸秆粉、掺杂定量膨胀剂，采用热压机一次热压成型；专利技术专利CN108934927A(一种生物水稻育苗基质及其制备方法)通过添加建筑废弃物及增效剂混配而成；专利技术专利了CN104160813A(水稻机插纸质可降解秧盘及其制备方法)主要通过添加三聚氰胺聚酯等粘结剂，经一次瓦楞、胶合、二次瓦楞、三层纸复合等工序裁切加工成秧盘。上述研制的育秧盘多数通过热压机，经过高温、高压压制而成，此种成型工艺不仅能耗大，生产效率低下，成型育秧盘密实度高，与水稻生长需求不相适，严重影响后期秧苗根系生长，培育秧苗素质较差，推广较困难；或基质原料品质不一，可复制性及稳定性差，出苗率无法保障；或秧盘中添加对秧苗生长不利的建筑废弃物，其渗滤液中含有大量强碱性离子，影响秧苗素质；或需要添加聚酯粘结剂通过粘合，胶接而成，工序繁杂，不易推广。秸秆是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称，通常指小麦、水稻、玉米等作物在收获籽实后的剩余部分。秸秆不仅储存了一半以上农作物光合作用的产物，还存在作物生长过程从土壤中吸收的大量氮、磷、钾、钙、镁等矿质养分，矿质元素种类、数量与植物秧苗生长生理需求高度相似，且矿质养分赋存形态极少为残渣态存在，主要为速效态和可交换态。采取养分生物与化学养分调制技术对秸秆物料养分进行活化调制补充，可以制备出水稻育秧全程免施肥全营养秸秆基质块。这些全营养养分及形态与育秧秧苗生长对养分及形态需求契合度高度一致。申请人前期研发了一种水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质及其制备方法与应用(CN201811336824.0)，这种块状基质用于水稻(籼稻和粳稻)育秧，制备出的基质块外观尺寸与机插秧育秧盘内部尺寸同等规格(通常为58cm×28cm×0.8～1.5cm)，所育成的秧苗可直接用于插秧机进行机械栽插，实现机插秧的免育秧盘育秧。然而，在后续实际育秧过程中发现，利用该基质直接摆盘、播种、育苗期间，由于水稻根系增长(一般育秧时间是20-25天，育秧10天后，根系即可穿插相连)，导致秸秆育秧基质块相邻处产生黏连，必须采用外力进行切割处理，因而秧苗卷毯效率极低，且切割秧苗基质块尺寸大小不均匀，致使机插秧阶段出现难下秧、漏秧等问题；此外，基质块育秧过程中秧苗发黄、茎基宽较细，壮秧指数不高；且实际应用过程中需将基质块存放于塑料硬盘或软盘中进行育秧，抑或是育秧过程基质块摆放时中间留存一定间隙才能有效解决基质块黏连技术瓶颈，严重影响秸秆育秧基质块在机插秧育秧新模式下的大面积推广及应用。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种全营养可降解秸秆育秧基质块的制备方法及应用，其解决的技术问题在于克服现有的水稻育秧基质块密实度高、原料不稳定、养分不均衡、通透性差、育秧阶段基质块黏连、漏插秧等缺陷，从而提供苗期无须追肥，养分可缓控释放、保水保肥、保温透气，适于现有插秧机用的免塑料秧盘的一种全营养可降解秸秆育秧基质块的制备方法及应用。为实现上述目的，本专利技术首先提供了一种全营养可降解秸秆育秧基质块的制备方法，包括如下步骤：1、制备塑性丝化秸秆纤维将农作物秸秆粉碎至2-5cm的纤维丝，然后添加占纤维丝干物质重量1-3％的活性微生物菌剂，用尿素调节物料体系碳氮比(20～30)：1，调节物料含水率在60±5％范围内，均匀混合物料；然后将物料堆置于箱式发酵罐内进行生物预处理(处理的温度范围65-75℃)6-15天，然后进行好氧/厌氧/好氧交替发酵处理；发酵结束后，风干物料至含水率12-15％，再用秸秆揉丝机揉搓至直径0.1mm～10mm，获得塑性丝化秸秆纤维。其中，农作物秸秆优选水稻、小麦、玉米、棉花、油菜等秸秆中的一种或多种；活性微生物菌剂是由娄彻氏链霉菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、米曲霉菌按照质量比5:(3～1):(3～1):(1～0.1)混合而成；娄彻氏链霉菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、米曲霉菌的质量比优选10：6.25：6.25：2。上述箱式发酵罐为领域常规发酵装置，如南京钜宝钢钢结构工程有限公司的模块化多功能组合集装箱(6m×3m×2.7m)的发酵装置。上述术语“好氧/厌氧/好氧交替发酵”中，好氧是指发酵过程持续通空气供氧；厌氧是指发酵过程停止通气；具体而言，上述“好氧/厌氧/好氧交替发酵”是指：发酵开始后至第3～6天和发酵结束前5～11天，利用鼓风机向箱式发酵罐中供氧气，进行好氧发酵；两次好氧发酵期间进行厌氧发酵2～5天，厌氧发酵期间停止供氧；发酵期间第3或6天至5或11天时进行物料的均匀翻抛。生物炼制预处理周期内温度高于68℃的累计天数＞5天。经过本步骤处理后：1)生物炼制过程促使秸秆纤维微生物快速发酵，可确保病原微生物、虫卵及植物种子完全杀灭；且可避免烧根和烂种现象；2)采用这种独特丝化处理后的秸秆纤维分子间作用力削弱，纤维塑性提升，促进成型过程秸秆纤维相对滑移，进而纤维间纵横交错盘结力提高，大幅改善成型效率；3)采用好氧/厌氧/好氧交替发酵处理法，宜于秸秆纤维生物炼制过程有机质快速降解，保证物料兼具较低的酸碱度，利于水稻秧苗的生长。2、养分可控缓释调理剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全营养可降解秸秆育秧基质块的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：/n1）制备塑性丝化秸秆纤维/n向农作物秸秆中加入活性微生物菌剂，调解物料碳氮比为（20~30）：1，含水率60±5%，混合均匀后，生物预处理物料6-15天，然后进行好氧/厌氧/好氧交替发酵处理；/n发酵结束后，调控物料含水率12-15%，再搓至直径0.1mm~10mm，获得塑性丝化秸秆纤维；/n所述活性微生物菌剂是由娄彻氏链霉菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、米曲霉菌按照质量比5：3~1：3~1：1~0.1混合后获得;/n2）制备养分可控缓释调理剂载体/n稻壳置于温度120-250℃的炭化炉内膨化10-60min，自然冷却至常温，获得炭化稻壳；/n将炭化稻壳置于浓度为5%的缓释养分调理剂中浸渍8-24h，取出后风干至含水率15-20%，然后粉碎至颗粒粒径为0.1-0.8mm，即获得养分可控缓释调理剂载体；/n所述缓释养分调理剂是将复合肥、脲甲醛缓释肥、黄腐酸钾、聚谷氨酸、磷酸二铵粉按照质量比10：3~1：1.5~0.5：3~0.5：1.5~0.1混合后获得;/n3）功能高分子可降解聚合物的合成/n将浓度为25%的水解蛋白、水与多聚甲醛按照体积比1：1：2混合，加入尿素，调节pH至8.0-8.5，升温至90℃保持60-90min；然后加入聚乙烯醇，反应30min；调节pH为4.5-5.5，85℃反应45-70min，再加入纳米级功能材料，调节pH至6.5，继续搅拌15min，降温至40℃以下，即获得功能高分子可降解聚合物；/n所加入尿素与多聚甲醛的摩尔比为1.4：1；/n纳米级功能材料为纳米级硅藻土或凹凸棒土或电气石中的一种或多种，纳米级功能材料加入量占尿素质量的2%；/n聚乙烯醇加入量为尿素质量的5%;/n4）制备全营养可降解秸秆育秧基质块/n将步骤1）获得的塑性丝化秸秆纤维、步骤2）获得的养分可控缓释调理剂载体、蛭石混合获得全营养基质；然后将全营养基质与水按质量比1：50搅拌均匀，经碎浆、匀浆处理后负压吸附获得秸秆育秧基质块；最后于秸秆育秧基质块四周喷涂步骤3）获得的功能高分子可降解聚合物，即获得全营养可降解秸秆育秧基质块。/n...

【技术特征摘要】
1.一种全营养可降解秸秆育秧基质块的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）制备塑性丝化秸秆纤维
向农作物秸秆中加入活性微生物菌剂，调解物料碳氮比为（20~30）：1，含水率60±5%，混合均匀后，生物预处理物料6-15天，然后进行好氧/厌氧/好氧交替发酵处理；
发酵结束后，调控物料含水率12-15%，再搓至直径0.1mm~10mm，获得塑性丝化秸秆纤维；
所述活性微生物菌剂是由娄彻氏链霉菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、米曲霉菌按照质量比5：3~1：3~1：1~0.1混合后获得;
2）制备养分可控缓释调理剂载体
稻壳置于温度120-250℃的炭化炉内膨化10-60min，自然冷却至常温，获得炭化稻壳；
将炭化稻壳置于浓度为5%的缓释养分调理剂中浸渍8-24h，取出后风干至含水率15-20%，然后粉碎至颗粒粒径为0.1-0.8mm，即获得养分可控缓释调理剂载体；
所述缓释养分调理剂是将复合肥、脲甲醛缓释肥、黄腐酸钾、聚谷氨酸、磷酸二铵粉按照质量比10：3~1：1.5~0.5：3~0.5：1.5~0.1混合后获得;
3）功能高分子可降解聚合物的合成
将浓度为25%的水解蛋白、水与多聚甲醛按照体积比1：1：2混合，加入尿素，调节pH至8.0-8.5，升温至90℃保持60-90min；然后加入聚乙烯醇，反应30min；调节pH为4.5-5.5，85℃反应45-70min，再加入纳米级功能材料，调节pH至6.5，继续搅拌15min，降温至40℃以下，即获得功能高分子可降解聚合物；
所加入尿素与多聚甲醛的摩尔比为1.4：1；
纳米级功能材料为纳米级硅藻土或凹凸棒土或电气石中的一种或多种，纳米级功能材料加入量占尿素质量的2%；
聚乙烯醇加入量为尿素质量的5%;
4）制备全营养可降解秸秆育秧基质块
将步骤1）获得的塑性丝化秸秆纤维、步骤2）获得的养分可控缓释调理剂载体、蛭石...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙恩惠，黄红英，雍宬，曲萍，徐跃定，张晶，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32