玉米秸稈育苗種坨成型工藝試驗研究

劉德軍，周艷吉，劉 坤，程 乾，白雪衛，宮元娟

·農業資源循環利用工程·

玉米秸稈育苗種坨成型工藝試驗研究

劉德軍，周艷吉，劉 坤，程 乾，白雪衛，宮元娟※

（沈陽農業大學工程學院，沈陽 110866）

秸稈育苗種坨是以玉米秸稈作為主要成分，添加牛糞、無機絡合物、聚丙烯酸鈉、硫酸亞鐵等輔料研磨后作為育苗基質，將種子和基質一次性壓制成型，也可將種子種植于種坨種植孔內，在滿足種子發芽生長的溫度和濕度條件下，育苗后直接移栽的新型塊狀育苗技術。種坨育苗不僅能夠定養定肥、省去配肥加藥環節，而且具有直接移栽不傷根、無需緩苗、省去裝缽取苗環節等優勢，具有良好的經濟效益、生態效益。該研究在物料特性分析基礎上，分別以物料含水率、壓縮比以及壓縮速度為試驗因素，以抗破壞強度、吸水率、膨脹率為試驗指標進行試驗研究，分析各因素對育苗種坨成型質量及性能的影響規律。試驗結果表明，含水率較優范圍18%～22%；壓縮比較優范圍2.75～3.50；壓縮速度較優范圍90～130 mm/min。進行三元二次正交旋轉組合試驗設計，建立含水率、壓縮比、壓縮速度與吸水率、抗破壞強度、膨脹率等參數之間的數學模型，得到各指標優化參數組合為：含水率為22%，壓縮比為2.9，壓縮速度為90 mm/min，此時育苗種坨抗破壞強度較強，吸水性能好，膨脹率低。驗證試驗結果表明：種坨成型質量及性能良好，滿足育苗要求，為秸稈育苗種坨成型工藝、成型機械的設計與優化提供了理論依據。

秸稈；基質；育苗；壓縮成型；成型質量；玉米

0 引 言

目前，中國在利用秸稈栽培食用菌、壓制秸稈燃料、利用秸稈煉制生物柴油以及秸稈中的木質素降解等關鍵技術方面均有所發展。2017年，全國秸稈綜合利用率超過82%，基本形成肥料化利用為主，飼料化、燃料化穩步推進，基料化、原料化為輔的綜合利用格局[1]。作物秸稈營養豐富，玉米秸稈含有30%以上的碳水化合物、2%～4%的蛋白質和0.5%～1.0%的脂肪。其中碳、氧、氫3種化學成分總和占95%以上[2]。研究發現，秸稈腐熟處理后，不僅產生大量可構成土壤肥力的重要活性物質—腐殖質，而且可產生多種可供農作物吸收利用的營養物質如有效態氮、磷、鉀等[3]。在育苗和常規栽培中替代土壤或傳統栽培基質[4-9]?；|育苗技術相比于水培和霧培，是無土育苗最主要的育苗形式，占商業性無土育苗方式的90%以上。其中，較為普遍應用的基質原料主要為泥炭和巖棉。但是泥炭屬于不可再生資源，開采行為對環境破壞很大[10]。而在巖棉生產中會產生大量廢渣廢料，例如渣球和廢棄的巖棉渣，甚至一些熔融的廢玻璃體，這些廢棄渣料難以降解，危害環境[11-14]。因此，開發利用秸稈作為一種新型環保、低成本且可再生的無土育苗基質, 具有良好的發展前景。

育苗是蔬菜生產的重要環節，工廠化育苗是蔬菜科學化、集約化、產業化、市場化生產的發展方向,而秧苗移栽無疑是蔬菜育苗的最大技術阻礙[15]。解決育苗移栽過程中傷苗問題以及移栽后緩苗周期長的問題，是蔬菜育苗發展的重中之重。目前，國內外針對這一問題的研究主要集中在2個方面。一是利用一些可降解的原料，添加粘結劑熱壓成育苗缽，移栽時，育苗缽隨秧苗一同移栽至大田[16-18]。這種方式存在育苗缽降解周期長、影響植物從土壤中吸收水分和營養物質，存在制備工藝繁瑣，壓縮成型機械構造復雜的問題，難以推廣[19]。另一種方法是將育苗基質直接壓縮成型制成育苗營養塊[20]，并在外側圍裹一層可降解的無紡布保證其不散坨[21]。目前，育苗營養塊的原料多為優質泥炭、椰糠等，育苗營養塊具有營養齊全、省肥省種、減少病害、苗齊苗壯、無需緩苗、保護根系等眾多優點[22-25]。

基于以上問題，結合國內外研究現狀，配制了以玉米秸稈為主要原料的基質，并用研磨等特殊工藝，用相對較小的力壓制成種坨，具有質地輕盈，吸水率高，吸水膨脹小，反復吸水不松散等特點。選取物料含水率、壓縮比、壓縮速度為試驗因素，以抗破壞強度、吸水率、膨脹率為試驗指標進行試驗研究。通過二次正交旋轉組合設計結合響應面分析的方法，尋求育苗種坨制備的最優成型工藝參數，為今后育苗種坨成型機械的研制開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料準備

玉米秸稈于2017年10月取自沈陽市蘇家屯區大河南鎮農戶的農田，品種為丹玉311，秸稈人工收獲后在田間自然晾干，用揉絲粉碎機粉碎后按照質量比例3:1混合腐熟牛糞，腐熟牛糞來源于沈陽市蘇家屯區十里河鎮一養牛戶家。預混料按照總量質量比3%聚丙烯酸鈉，3%無機絡合物，1%的硫酸亞鐵和1%硼砂、1%硫酸鋅、1%磷酸二氫鉀，充分溶解后形成預混液，加入到秸稈牛糞混合料中，浸泡1 h以上，用研磨機加工成粘稠漿狀物，含水率達80%左右，形成種坨基質備用。

1.2 儀器設備

試驗用9JST-20型秸稈粉碎機，由沈陽農業大學大北農科技有限公司生產。物料研磨機為課題組自己研制，委托沈陽明途機電維修有限公司生產，動力為380 V，功率7.5 KW電機，生產率約800 kg/h，磨片直徑250 mm。種坨壓制成型模具為自制，主要由頂桿、模具套筒、底座3部分組成，其中頂桿固定在萬能拉壓試驗機的橫梁上。模具套筒內徑50 mm，壓制出種坨高度30 mm，根據種子品種需要更換模具。電子式萬能拉壓試驗機型號為WDW-200型，由濟南試金集團有限公司設計生產，具有數據處理、圖像同步顯示以及試驗結果保存等功能，通過自主編程，可設定頂桿下壓位移、壓縮速度以及保壓時間等參數。烘干設備為101型電熱鼓風干燥箱，由上海陽光實驗儀器有限公司生產。電導率測定采用上海越平科學儀器（蘇州）制造有限公司生產的DDS-11A型電導率儀。

1.3 育苗種坨生產工藝

育苗種坨用粉碎后玉米秸稈與腐熟牛糞按質量3:1比例混合，加入預混液浸泡1 h以上，進行研磨成粥狀，獲得種坨基質，然后壓制成型。壓制過程先將模具半填充，然后放入當年產干燥的山東華邁種業繁育的先辣一號朝天椒種子，再填滿基質，壓制成型，最后60 ℃以下烘干處理或自然晾曬至完全干燥。其具體生產工藝流程如圖1所示。種坨壓制成型前對基質電導率進行測定，采用標準測定方法使電導率不超過800s/cm，本試驗基質電導率平均為725s/cm。

圖1 玉米秸稈育苗種坨生產工藝流程示意圖

1.4 試驗因素水平確定

為確定育苗種坨壓縮成型影響因素的范圍，進行單因素試驗。含水率試驗范圍從80%開始，每天用電熱鼓風干燥箱烘干基質20 min，然后進行試驗，隨著時間含水率逐漸降低，試驗9 d，共計9個水平進行試驗，最低含水率為15.99%。壓縮力越大，育苗種坨的成型效果越好，但由于物料之間的粘結程度增加，育苗種坨的吸水性能變差。同時，在速度一定的情況下，壓縮比越大，壓塊時間越長，壓縮能耗也會增加，因此，壓縮比預設為2、2.25、2.5、2.75、3、3.25、3.5、3.75和4共9個水平，轉換成壓縮位移分別為：45、50、54、57、62、64、66和67.5 mm，每個壓縮比水平下重復5次試驗。壓縮速度對成型效果，壓縮能耗和生產效率都有一定影響，結合文獻和前期試驗，確定壓縮速度水平為30、50、70、90、110、130、150、170和190 mm/min。試驗因素還包括粘結劑添加量，各種成分的配比等，考慮到基質的配比營養均衡性和粘結劑有效添加量等原因，本試驗不作為試驗因素進行研究。

1.5 試驗指標選取

育苗種坨要具有一定抗破壞強度，以保證運輸、儲存過程中不被損壞。種坨噴水后膨脹率小，不松散，且具有較好的吸水性，以保證植物生長營養和保護根系的作用，因此選用育苗前抗破壞強度（destructive strength，N）、吸水率（water absorption，%）和膨脹率（expansion rate，%）為試驗指標?？蛊茐膹姸葴y試方法是將育苗種坨立放于WDW-200型拉壓試驗機試驗臺上，設定停止條件為形變程度20%，系統達到最大形變條件，卸載并反向向上運動時的最大壓縮應力即為抗破壞強度。吸水率是種坨浸泡2 h以上撈出，或者霧狀噴水3 h以上，吸水至質量不再變化為止，種坨吸水后的質量減去吸水前質量與吸水后質量的比值。膨脹率反應育苗種坨吸水后的體積變化情況，輕微的膨脹能夠增加育苗種坨的孔隙度，有利于幼苗的生長發育，然而膨脹率過大會導致破損散坨。膨脹率是種坨按照測定吸水率的吸水方法，測量吸水后的體積減去吸水前體積與吸水前體積的比值。

1.6 試驗方案設計

利用Design-Expert 8.0.6軟件，根據通用旋轉組合設計方法，選取三因素二次正交旋轉組合設計試驗，選取含水率為1，壓縮比為2，壓縮速度為3，查表=1.681，根據單因素試驗結果確定5個水平，因素水平編碼如表1。

表1 因素水平編碼表

注：查表=1.681，下同。

Note: Look-up table to obtain the value ofis1.681, the same below.

2 結果與分析

2.1 基質物料特性

參照郭世榮[26]的方法，對混合后的秸稈育苗種坨基質特性進行測定，基質物料pH值為6.4，總孔隙度65.82%，通氣孔隙度19.16%，持水孔隙度56.66%，容重0.4 g/cm3，符合植物生長需要。委托上海微譜化工技術服務有限公司青島分部對營養成分進行進一步的分析，結果如表2所示。檢測結果表明，該基質配方酸堿度呈中性，磷鉀含量偏高，考慮主要是添加磷酸二氫鉀起的作用，基質營養基本均衡，微量元素滿足植物生長需要。在生產前要監測基質的電導率（electrical conductivity，EC），適當降低預混液的濃度，可防止營養過剩、營養超標等對種子造成不良影響。

表2 種坨基質營養成分含量表

2.2 試驗因素的影響

根據單因素試驗方法，分析含水率、壓縮比和壓縮速度對種坨性能指標的影響。

2.2.1 含水率的影響

含水率（water content，%）對剛壓制完成的育苗種坨抗破壞強度影響如圖2所示，育苗種坨的抗破壞強度隨含水率的增大先急速增大后趨于平緩，符合二次函數關系。當含水率在15.99%～22.03%范圍內時，育苗種坨的抗破壞強度明顯上升，此后，含水率增加到30%的過程中，種坨抗破壞強度逐漸降低，但幅度變化平緩，降勢較小。

圖2 含水率對育苗種坨抗破壞強度的影響

在試驗范圍內，含水率的變化對育苗種坨的吸水率影響不明顯，對其吸水后的膨脹率也沒有太大的影響，可見，含水率只影響成型，對后期種坨的吸水以及膨脹沒有影響，分析原因是種坨烘干后含水率趨于一致。

2.2.2 壓縮比的影響

壓縮比（compression ratio）對育苗種坨抗破壞強度影響試驗方差分析中，0.01(8，18)=3.71<256.68，說明壓縮比對育苗種坨抗破壞強度的影響顯著。壓縮比對育苗種坨吸水率的影響試驗方差分析，0.01(8，18)=3.71<219.98，說明壓縮比對育苗種坨吸水率的影響顯著，對試驗結果進行回歸分析，回歸曲線如圖3a和3b所示。

由圖3a和3b可知，育苗種坨的抗破壞強度隨壓縮比的增大而增大，壓縮比對育苗種坨吸水率隨壓縮比的增大而降低，2個指標都呈現二次函數關系。在保證一定的成型穩定性基礎上，吸水率越大越好，但也要考慮吸水后膨脹率，太大的膨脹率可能會導致散坨，影響移栽。壓縮比對育苗種坨膨脹率的關系如圖3c所示。

由圖3c可知，壓縮比在2～3范圍內時，對育苗種坨膨脹率的影響符合二次函數關系，隨壓縮比的增大呈現先增大后降低的趨勢，在壓縮比為2.25時，育苗種坨的膨脹率最高為4.60%，之后隨著壓縮比的增加而逐漸降低，最低至2.80%。當壓縮比在3～4范圍內時，育苗種坨膨脹率略微回升至3.10%左右，雖高于3.07%，但仍在可接受的穩定性范圍內。綜上，育苗種坨壓縮比范圍應控制在2.75～3.5范圍內較適宜。

圖3 壓縮比對育苗種坨抗破壞強度、吸水率和膨脹率的影響

壓縮比反應了對種坨壓縮程度的大小，也反應了種坨壓制成型后的致密程度，秸稈與牛糞纖維狀的物料形態使得種坨成型后呈現縱橫交錯的孔洞結構，這也說明致密性越大，形成的孔洞越小，從而影響其吸水率和膨脹率，致密的結構也增強了抗破壞的能力。

2.2.3 壓縮速度的影響

壓縮速度（compression speed，mm/min）對育苗種坨抗破壞強度、吸水率和膨脹率的影響試驗結果分別如圖4所示。壓縮速度對育苗種坨噴水試驗前抗破壞強度有一定的影響，隨著壓縮速度的增大，育苗種坨抗破壞強度呈遞減的趨勢，但這種趨勢不明顯，幅度很小。壓縮速度對育苗種坨吸水性影響符合對數函數關系，壓縮速度在30～70 mm/min范圍內時，育苗種坨的吸水性能較差，吸水率偏低。當壓縮速度增加至70 mm/min后，隨著壓縮速度的增加，育苗種坨的吸水性能有所好轉，吸水率逐漸增大。當壓縮速度在大于90 mm/min范圍內時，吸水率均達到80%左右。但是在壓縮速度達到130 mm/min以后，這種增大趨勢不明顯。壓縮速度對育苗種坨膨脹率的影響符合二次函數關系。隨著壓縮速度的增加，育苗種坨膨脹率逐漸升高。當壓縮速度在小于150 mm/min范圍內時，育苗種坨的膨脹率均可以維持在穩定性要求范圍內。綜上，育苗種坨壓制壓縮速度范圍應控制在90～130 mm/min范圍內較適宜。牛糞的纖維結構具有很好的粘結性和纏繞性，太快的壓縮速度不利于秸稈物料與牛糞纖維組織的粘合，使種坨抗破壞能力和膨脹性增大，對吸水率的影響也是由于孔洞結構形成不完善導致。

圖4 壓縮速度對育苗種坨抗破壞強度、吸水率和膨脹率的影響

2.3 成型工藝參數優化試驗

將因素水平編碼表中的壓縮比換算成壓縮位移，按照因素水平表組合設計設定萬能試驗機的壓縮位移與壓縮速度，進行育苗種坨壓制試驗。試驗方案與結果如表3所示。

表3 試驗方案與試驗結果

2.3.1 抗破壞強度試驗結果與分析

利用Design-Expert軟件對含水率、壓縮比以及壓縮速度對育苗種坨抗破壞強度、吸水率和膨脹率的影響進行回歸性分析。剔除回歸方程不顯著項，得到育苗種坨抗破壞強度的回歸方程如下

1=17.75+1.421+1.142+0.243?0.1412+

0.1913?0.4712?0.2922?0.4332（1）

由方差分析得到，=670.83>0.01(9,8)=5.47，育苗種坨抗破壞強度在=0.01水平上顯著，說明回歸方程擬合較好。

圖5a為含水率與壓縮比交互作用對育苗種坨抗破壞強度的響應面圖。在壓縮速度為110 mm/min（0水平）的條件下，當含水率固定時，抗破壞強度隨壓縮比的增而增大；當壓縮比固定時，含水率在18%～20%范圍內，抗破壞強度隨含水率的增加而增大，幅度較大，當含水率在20%～22%范圍內時，抗破壞強度隨含水率的增大呈增大趨勢，但變化很小。當壓縮比在3.3～3.5之間，含水率21%～22%之間時，抗破壞強度出現最大值。

圖5b為含水率與壓縮速度交互作用對育苗種坨抗破壞強度的響應面圖。在壓縮比為3.13（0水平）的條件下，當含水率固定時，抗破壞強度隨壓縮速度的增而變化很??；當壓縮速度固定時，抗破壞強度隨含水率的增加而增大。當壓縮速度在90～100 mm/min范圍內，含水率在21%～22%之間時，抗破壞強度出現最大值；

圖5c為壓縮速度與壓縮比交互作用對育苗種坨抗破壞強度的響應面圖。在含水率為20%（0水平）的條件下，當壓縮比固定時，抗破壞強度隨壓縮速度的增加而變化很??；當壓縮速度固定時，抗破壞強度隨壓縮比的增加而增大。當壓縮比在2.75～2.95之間，壓縮速度在90～100 mm/min之間時，抗破壞強度最大。

2.3.2 育苗種坨吸水率試驗結果與分析

利用Design-Expert軟件對含水率、壓縮比以及壓縮速度對育苗種坨吸水率的影響進行回歸性分析。構建育苗種坨吸水率的回歸方程如下

2=70.32+0.951?2.452+0.333+0.3312?

0.2713?0.2812+0.2322?0.3432（2）

其方差分析可以得到，=534.19>0.01(9,8)=5.47，育苗種坨吸水率在=0.01水平上顯著，說明回歸方程擬合較好。

圖6a為含水率與壓縮比交互作用對育苗種坨吸水率的響應面圖。在壓縮速度為110 mm/min（0水平）的條件下，由響應面圖可知：當含水率固定時，吸水率隨壓縮比的增加而減??；當壓縮比固定時，含水率在18%～19%范圍內，吸水率隨含水率的增加而增大，當含水率在21%～22%范圍內時，吸水率隨含水率的增大而變化很小。當壓縮比在2.75～2.95范圍內,含水率在21%～22%之間時，吸水率出現最大值。

圖6b為含水率與壓縮速度交互作用對育苗種坨吸水率的響應面圖。在壓縮比為3.13（0水平）的條件下，當含水率固定時，吸水率隨壓縮速度的增加而增大；當壓縮速度固定時，吸水率隨含水率的增加先增大后減小。當含水率在20%～21%之間，壓縮速度在120～130 mm/min之間時，吸水率最大。

圖6c為壓縮速度與壓縮比交互作用對育苗種坨吸水率的響應面圖。當壓縮比在2.75～2.95之間，壓縮速度在120～130 mm/min之間時，吸水率最大。

圖5 交互作用對育苗種坨抗破壞強度響應面圖

圖6 交互作用對育苗種坨吸水率響應面圖

2.3.3 育苗種坨膨脹率試驗結果與分析

利用Design-Expert軟件對含水率、壓縮比以及壓縮速度對壓制一周后膨脹率的影響進行回歸性分析。構建育苗種坨膨脹率的回歸方程如下

3=2.84+0.0991+0.0782+0.223+0.02913?

0.02923?0.04412?0.02622?0.08432（3）

其方差分析可以得到，=393.83>0.01(9,8)=5.47，育苗種坨膨脹率在=0.01水平上顯著，說明回歸方程擬合較好。

圖7a為含水率與壓縮比交互作用對育苗種坨膨脹率的響應面圖。在壓縮速度為110 mm/min（0水平）的條件下，當含水率固定時，膨脹率隨壓縮比的增而減??；當壓縮比固定時，含水率在18%～20%范圍內，膨脹率隨含水率的增加而增大，當含水率在20%～22%范圍內時，膨脹率隨含水率的增大而變化很小。含水率在21%～22%范圍內，壓縮比在3.4～3.5之間時，膨脹率最小。

圖7 交互作用對育苗種坨膨脹率響應面圖

圖7b為含水率與壓縮速度交互作用對育苗種坨膨脹率的響應面圖。在壓縮比為3.13（0水平）的條件下，含水率在18%～19%范圍內，壓縮速度在90～100 mm/min之間時，膨脹率最小。

圖7c為壓縮速度與壓縮比交互作用對育苗種坨膨脹率的響應面圖。在含水率為20%（零水平）的條件下，當壓縮比固定時，膨脹率隨壓縮速度的增加而增大；當壓縮速度固定時，膨脹率隨壓縮比的增加而減小。當壓縮比在3.3～3.5范圍內，壓縮速度在90～100 mm/min之間時，膨脹率最小。

3 綜合優化與驗證試驗

為了得到最優的成型及使用效果，需要育苗種坨的抗破壞強度、吸水率最大，膨脹率最小，因此創建目標函數=1+2?3，并將回歸方程帶入目標函數。其中

式中1為育苗種坨抗破壞強度，N；2為吸水率，%；3為膨脹率，%；1為含水率，%；2為壓縮比；3為壓縮速度，mm/min；運用MATLAB軟件進行參數優化求解得到含水率為22.09%，壓縮比為2.9，壓縮速度為90 mm/min。采用優化后的參數取值進行試驗，重復3次取平均值，獲得育苗種坨性能結果如表4所示。比較試驗結果與理論值接近。

表4 育苗種坨驗證試驗結果

為了驗證參數優化后育苗種坨的使用性能，進行驗證性育苗試驗，試驗種子為山東華邁種業繁育的先辣一號朝天椒種子。試驗時，先用水將壓制烘干的育苗種坨徹底浸透2 h后撈出，第3天后進行微噴灌溉，育苗7 d后如圖8所示，發芽率為95%以上，證明所得育苗種坨使用性能良好，可以滿足使用要求。

圖8 育苗種坨發芽試驗

育苗種坨質感輕盈，吸水率強，可以長時間浸泡不松散，不變形，性能特點突出。使用掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）對種坨表面進行電鏡掃描的圖像表明（圖9），育苗種坨外觀看似緊密，實則有若干孔洞，孔洞縱橫交錯，彼此貫通，從而使種坨結構緊密，吸水率強，且吸水后不松散，不變形，保證透氣性，滿足植物發芽生長要求。育苗種坨使基質和種子一次性壓制成型，烘干后便于運輸和儲存，充足的養分保證了種子發芽生長，據測算，批量生產每個種坨成本不到0.10元，無論是蔬菜、花卉育苗，還是大田作物移栽，消耗大量農業廢棄物的同時，每公頃成本6 000元左右，具有良好的經濟效益、社會效益和生態效益。

圖9 掃描電子顯微鏡中的育苗種坨表面

4 結 論

1）以玉米秸稈為主要原料，牛糞等為輔料的育苗化學及物理特性滿足植物發芽生長的育苗要求，基質與種子壓制成種坨后，種坨密度約為0.2 g/cm3，質感輕盈，可反復吸水50次以上，能夠長時間水浸泡不松散、不變形，具有突出的優點和優勢。

2）以含水率、壓縮比和壓縮速度為試驗因素，進行三元二次正交旋轉組合試驗設計，建立含水率、壓縮比、壓縮速度與吸水率、抗破壞強度、膨脹率等參數之間的數學模型，得到各指標優化參數組合為：含水率為22%，壓縮比為2.9，壓縮速度為90 mm/min，此時育苗種坨抗破壞強度較強，吸水性能好，膨脹率低。

3）綜合優化與驗證試驗表明：試驗結果切實可行，所獲得的育苗種坨成型質量及性能良好，種子發芽率達到95%以上，其良好的吸水性和透氣性，緣于其縱橫交錯的孔洞結構。本研究為秸稈育苗種坨成型工藝、成型機械的設計與優化提供了理論基礎。

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Experimental study on molding technology for making seedling block based on maize stovers

Liu Dejun, Zhou Yanji, Liu Kun, Cheng Qian, Bai Xuewei, Gong Yuanjuan※

(110866,)

Seedling blocks contained maize stovers as the main component, added cow manure, inorganic complex, polyacrylate sodium, ferrous sulfate, and other auxiliary materials ground as the substrate for growing seedlings, the seed once pressed molding in the substrate, also could be planted in the planting hole. First of all, the production process for making seedling block based on maize stovers were discussed in this study, regarded the crushed maize stovers mixed with cow dung as premixed materials, polyacrylate sodium and other supplementary material dissolved as premixed liquid to soak of strovers and cow dung, ground into a viscous paste together as matrix material, using homemade compression mold, hot pepper seeds and substrate material compressed into a block together, the final drying to facilitate storage and transportation. The matrix conductivity in the process of the test was no more than 800s/cm, or else reduce the concentration of the pre-mixed solution to ensure the seed normal germination. The material characteristics of substrate and nutrition were tested or laboratory analyzed, the determination of substrate materials, pH value of 6.4 was suitable to the vegetation, the unit weight of 0.4 g/cm3, the total porosity of 65.82%, the aeration porosity of 19.16%, the water-holding porosity of 56.66%, in addition to the phosphorus and potassium levels slightly higher, nitrogen, iron, magnesium, and other nutritional elements were in suitable range. In this study, the pressed seedling block was put on the test platform of the WDW-200 compression testing machine, and the stress at the deformation degree of 20% was taken as the destructive strength. Soak the blocks water for more than 2 hours or spray for more than 3 hours, until the mass after absorption was no longer changed, with the mass after absorption minus the mass before absorption divided by the mass after absorption determined the water absorption. According to the test method of seedling block water absorption, the measurement of the expansion rate is the volume difference after and before water absorption divided by the volume without water absorption. By using the Design-Expert 8.06 software and according to the general rotating combination design method, the three-factors quadratic orthogonal rotating combination experiment was selected. The test results showed that the destructive strength of block was significantly higher when the water content was between 15.99% and 22.03% and decreased when it exceeded 30%. The larger compression ratio and the greater destructive strength of block led to the lower water absorption. When the compression ratio was 2.25, the maximum expansion rate was 4.60%, and then gradually decreased with the increase of the compression ratio to a minimum of 2.80%. The compression speed had a certain influence on the destructive strength of blocks, but it was not obvious. The influence on the water absorption conformed to the logarithmic function, and the influence on the expansion rate conformed to the quadratic function. The Orthogonal rotation combination test of the ternary quadratic was carried out to establish the mathematical model between the parameters of water content, compression ratio, compression speed, and water absorption, anti-destruction strength, and expansion rate. The optimized parameter of each index was obtained as follows: water content was 22%, the compression ratio was 2.9, and the compression speed was 90 mm/min. The results of the verification test showed that the seedling blocks met the requirements of seedling raising with good water absorption, destructive strength, and lower expansion rate. Seedling blocks compressed with hot pepper soaked for 2 hours and then micro-sprayed for 7 days, the germination rate reached 95%. The study provided a theoretical basis for the stovers seedling blocks molding process, the design, and optimization of molding machinery.

stovers; substrate; seeding; compression molding; molding quality; maize

2019-08-21

2020-01-13

農業部公益性行業科研專項（201503134）

劉德軍，博士，主要從事農作物秸稈高值化利用技術與智能裝備研究。Email：ldjldj@126.com

宮元娟，教授，主要從事秸稈高值化利用技術與智能裝備研究。Email：yuanjuangong@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.028

TS653.5

A

1002-6819(2020)-05-0241-08

劉德軍，周艷吉，劉 坤，程 乾，白雪衛，宮元娟. 玉米秸稈育苗種坨成型工藝試驗研究[J]. 農業工程學報，2020，36(5)：241－248. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.028 http://www.tcsae.org

Liu Dejun, Zhou Yanji, Liu Kun, Cheng Qian, Bai Xuewei, Gong Yuanjuan. Experimental study on molding technology for making seedling block based on maize stovers[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(5): 241－248. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.028 http://www.tcsae.org