CN110999676B - 一种水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块，包括基体及基体四周设有的凸出于基体表面的边框；所述基体上表面设有若干纵横排列的方形凹穴，基体下表面设有与凹穴对应的方形凸起，凹穴与凸起的形状相匹配；所述凹穴相连处形成穴壁，凹穴的底部为穴谷；相邻的凸起纵向或横向排列形成“π”形气道；基体外边框及下层表面喷涂有定型层膜；本申请基质块独创的边框结构，可防止水稻稻种连续播种过程洒落及水稻秧苗根系黏连现象，提高基质块卷毯效率；“π”形气道结构可保证凹穴中稻种发根后基质底部通氧量，促使与下表面凸起形成气液固界面，具保水、通气作用；该基质块可有效推进水稻育秧、机插栽培的专业化、机械化及规模化。

Description

一种水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块

技术领域

本发明涉及农业水稻育秧基质载体和水稻育秧用农机具相关技术领域，特别 是一种水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块。

背景技术

我国是世界上最大的水稻生产国和消耗国，大约有60％以上的人口都是以稻 米作为主要食物。目前为止，我国水稻种植面积已超过全球种植总面积的20％， 每年粮食总产量占全球粮食总产量的1/3。随种植模式的转变，水稻种植逐渐向 标准化、规模化方向发展，水稻产业要实现可持续发展，产量和品质同等重要。 而育秧是水稻高产栽培技术的第一步，是实现水稻高产、优质的基础。

我国水稻机插技术正在进行大面积推广，用于机插秧苗培育的营养基质土和 塑料秧盘消耗量巨大且增长迅猛。现阶段，我国机插率已超过40％，塑料秧盘年 使用量高达30亿只以上，营养基质土消耗量近3亿m³。传统的水稻育秧不仅消 耗大量土壤、破坏土壤耕层，且生产费工耗时、作业效率低、成本高，每年还产 生大量废弃塑料制品，造成严重白色污染。

随着科技的进步，近年来，采用秸秆作为主要原料制作成异型的育秧基质块 或基质盘作为水稻育秧的载体基质技术应运而生。利用这种载体基质孕育水稻， 其秧苗素质好、根系盘结强、品质优，且解决了现有农田耕地破坏等问题。但现 有产品育秧过程仍需塑料软盘或硬盘承载，否则易产生如下问题：1)基质块或 基质盘经流水线播种过程，稻种容易洒落，且基质块或盘边部容易缺种子，栽培 过程出现漏插现象；2)摆盘后，秧苗生长过程，由于水稻根系穿插相连，致使 基质块或盘相连而无法起毯，必须采用配套铁质模具按照基质块尺寸进行裁切， 严重降低水稻秧苗卷毯效率、插秧机衔接时间匹配度低，作业效率低、劳动强度 大，且裁切过程导致秧苗根部受损，秧苗移栽成活率低、缓苗期长，严重影响基 质块或基质盘的应用推广。

基于现有技术问题，如何有效解决秸秆基质块使用和应用过程中存在的上述 瓶颈，是目前水稻旱育秧机械化操作的关键环节和重点突破点。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提供一种水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块，以 免除现有基质块育苗需塑料秧盘固定要求，并解决取土破坏农田耕地的问题，且 具省种、省肥、省力、增产等效果。同时可有效推进水稻育秧、机插栽培的专业 化、机械化及规模化。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是这样实现的：

一种水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块，包括基体1，基体1四周均设 有凸出于基体1表面的边框2；所述基质块基体1上表面设有若干纵横排列的方 形凹穴3，基体1下表面设有与凹穴3对应的方形凸起6，凹穴3与凸起6的形 状相匹配；凹穴3相连处即为穴壁4，凹穴3的平底部为穴谷5；相邻凸起6纵 向或横向规则排列形成透气的“π”形气道7；基体1外边框及下层表面喷涂定型 层膜8。

本申请中，基质块基体1原料可以使用本领域常规的秸秆基质块原料，定型 层膜8是通过如下方法制备获得：将合成高聚物与水按照体积比1：3-5混合后 乳化形成乳液，再加入生物炭，经超声分散并均质剪切后，得到富含氮素缓释营 养定型复合物料；将该得到富含氮素缓释营养定型复合物料喷涂于负压吸附成型 的基质块四周及下层表面，陈化10min，置于103±2℃烘箱内烘干，获得定型层 膜8；一般而言，定型层膜质量优选占基质块基体质量的1-2％；

所述合成高聚物是通过如下方法制备的：将氢氧化钠加入到质量分数为15％ 的大豆分离蛋白水溶液中，氢氧化钠的加入量占大豆分离蛋白质量的1％；121℃ 处理30min，冷却后得到大豆分离蛋白水解液；将大豆分离蛋白水解液、甲醛按 照体积比1：3混合均匀，再加入尿素，调节pH值为8.0，90℃保温反应90min， 然后溶液调节pH值为5.5-6.0，90℃聚合反应30min后再调节pH为7.5，65℃恒 温反应20-30min，冷却至室温，即制得合成高聚物；所加入尿素与甲醛的摩尔 比为1.5：1。

以上方法中，生物炭为本领域常规生物炭，如稻壳、秸秆、椰壳、竹、油茶 壳等农林废弃物为原料焙烧的材料，其尺寸为60-80目，所加入生物炭质量为合 成高聚物质量的5-10％。

进一步而言，本申请提供的水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块中，边框 2顶端距基质块基体1上表面的垂直距离为0.3-0.5cm。

进一步而言，本申请提供的水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块中，边框2内侧与基质块基体1上表面凹穴3相连且相连夹角为钝角，边框2外侧与基质 块基体1下表面凸起相连，且相连夹角为钝角；边框2与基质块基体1下表面平 面之间的夹角θ为90°-180°，优选105°-135°。

进一步而言，本申请提供的水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块中，所述 穴壁4顶端距相邻穴谷5之间的垂直距离为0.5-0.8cm。

进一步而言，本申请提供的水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块中，凸起 6的高度(即凸起6的底端到基质1下表面之间的垂直距离，同时为“π”道的垂 直距离)为基质块基体整体高度的1/3-1/2。

进一步而言，本申请提供的水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块中，基质 块基体1上表面凹穴3端面截面为正方形；上表面凹穴3、下表面凸起6的数量 均为500-700个；所述基质块基体1长约57cm、宽约27cm，高度为1.5-1.8cm。

本发明边框结构及定型层膜的独特设计适用于现有任何技术制备的基质块 或基质盘的使用。

本发明中基质块原料主要是农作物秸秆为主要原料，可以包含其他可降解辅 料、或肥料等，均可实现该专利的目的。

相较于现有基质块，本发明提供的水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块具 有以下有益之处：

1)富含氮素缓释营养定型层膜固定封边定型效果优，定型层能防止基质块 四周侧边的水稻秧苗根系向外生长，导致相邻基质块根系相互缠结而发生基质块 间出现连根现象，进而影响后期起苗卷毯作业，造成秧毯边角撕裂不齐，影响栽 插，可以大幅提高基质块卷毯效率，减少水稻育苗生产环节，省力、省工、省时。 此外，该定型层膜含氮量丰富，吸附于生物炭内表面，缓释供养分效果更佳。

2)本发明创新的设计边框结构，可防止水稻稻种连续播种过程洒落、基质 块边缘处缺稻种等问题，边框外表面喷涂定型层膜，二者相结合，可进一步解决 现有秸秆基质块排列相邻处水稻秧苗根系黏连的技术瓶颈；其钝角结构可确保稻 种均匀铺洒至基质块上表面，播种时，稻种自由落撒时，需从边框向下滑动，因 而控制边框与基质块的角度在90°-180°之间(优选105°-135°)，确保稻种从边 框滑落至上表层，防止稻种在边框上发芽。

3)“π”形气道结构可保证凹穴中稻种发根后基质底部通风量，促使与下表面 凸起形成气、液、固界面，具保水、通气作用。基质块基体上方形凹穴穴谷与下 表面透气的“π”形气道的垂直距离实际等同于下表面凸起的最大高度。凸起的高 度设计可保障上述所述气液固界面面积，保水、透气；同时保证下表面凸起的厚 度，为稻种根系生长提供载体基质，形成良好的根系盘结力。纵横排列的方形凹 穴可有效保障水稻精量精准播种，解决了现有基质块存在的多苗或缺苗问题，同 时穴壁的设计，可减少播种后盖籽工序。

4)本申请基质块可采用目前市场上常见的秸秆纤维基质块，来源广泛；基 质块及定型层膜自身有营养及缓释功能，为幼苗生长提供养分。

附图说明

图1为实施例1制备额水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块剖面示意图。

图2为实施例3制备的水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块剖面示意图。

图3为实施例3制备的水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块上层面示意图。

图4为实施例3制备的水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块下层面示意图。

图5为实施例3制备的水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块下层面立体示意图。

图中：1、基体；2、边框；3、凹穴；4、穴壁；5、穴谷；6、凸起； 7、“π”形气道；8、定型层膜。

具体实施方式

附图非限制性的公开了本发明的一种实施例，下面结合附图对本发明实施例 进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易于被本领域技术人员理解，从而对 本发明的保护范围做出更为清晰明确的界定。

实施例所涉及的原料/仪器来源：

大豆分离蛋白购自安阳市得天力食品有限责任公司；

生物炭购自浙江长三角聚农科技开发有限公司；

超声波分散仪购自上海越众，型号YZ-500DB；

转鼓式成型机型号JK-YMP-2500，购自苏州市金科自动化设备有限公司；

全自动水稻育秧播种流水线为久保田公司2BZP-800(SR-K800CN)；

胶体磨购自上海依肯机械设备有限公司，型号LP2000/4；

乳化机为SRH-S实验室高剪切乳化机，购自上海世赫机电设备有限公司。

实施例1水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块

本实施例制备的水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块剖面图如图1所示， 包括基质块基体1，基质块基体1四周均设有凸出于基质块基体表面的边框2； 所述基质块基体1上表面设有若干纵横排列的方形凹穴3，凹穴3相连处即为穴 壁4，凹穴3的平底部为穴谷5；基质块基体1下表面设有纵横排列的若干方形 凸起6，相邻凸起纵向或横向规则排列形成“π”形气道7；凹穴3与凸起6的形状 相匹配。

本实施例中基质块的材料的制备方法参见中国专利“110476774A”(发明名 称：一种机插秧用多层水稻秸秆基质块及育秧方法)实施例1中制备的“多层秸 秆基质块”；将获得的基质块原材料利用单工位往复式成型机负压(－0.01MPa) 吸塑成型，即将复配好的秸秆物料与水按质量比1：50搅拌均匀，经碎浆机、匀 浆处理后通过转鼓式成型机负压吸附获得秸秆可降解基质块。

本实施例基质块长宽高为57cm×27cm×1.8cm，基质块基体1上表面凹穴3 端面的截面为正方形；上表面凹穴、下表面凸起的数量均为576个(在具体实施 中，该数量可以根据实际需要，控制在500-700范围内)。本实施例中边框与基 质块基体下表平面之间的夹角θ度数是为105°。

在具体实施中，基质块的制备也可以使用常规秸秆基质块材料，基质块的高 度也可以根据实际需要，控制在1.5-1.8cm范围内。

本实施例中，边框2顶端距基质块基体1上表面的垂直距离为0.3cm，在具 体实施中，该距离范围控制在0.3-0.5cm之间，均可实现发明之目的。

本实施例中，穴壁4顶端距相邻穴谷5之间的垂直距离为0.5cm，在具体实 施中，该距离范围控制在0.5-0.8cm之间，均可实现发明之目的。

本实施例中，凸起6的高度为0.6cm，为基质块整体高度的1/3，具体实施 中，该高度范围控制在在1/3-1/2之间，均可实现发明之目的。

实施例2免秧盘秸秆可降解基质块边框结构设计优化

本申请免秧盘秸秆可降解基质块模块内容设计同实施例1，不同之处在于边 框与基质块基体下表平面之间的夹角θ，监测基质块在流水线播种工序稻种外漏 率等现象。

试验组S-A：θ＝105°；

试验组S-B：θ＝135°；

对照组CK-A：θ＝90°；

对照组CK-B：θ＝175°；

对照组CK-C：无边框设计，其他同试验组S-A。

稻种外撒概率统计：将20个秸秆可降解基质块依次进入全自动水稻育秧播 种流水线。播种方式参见久保田农业机械(苏州)有限公司企业标准， Q/320500KAMS029-2018)，记录稻种外撒基质块数量，计算外撒基质块概率％； 外撒标准以通过时超过播种量0.5％统计。依据此标准，检测上述基质块稻种洒 落概率，所得结果如表1所示。

表1基质块通过全自动水稻育秧播种流水线时稻种洒落概率统计

由表1可见，边框结构可以有效防止水稻稻种连续播种过程洒落；边框与基 质块基体下表平面之间的夹角θ设计成钝角是保证稻种均匀铺洒至基质块上表 面。该特定夹角设计考虑到稻种自由落撒时，需从边框向表面滑动，因而控制角 度90°＜θ＜180°之间，优选105°≤θ≤135°，是为了保证稻种从边框滑落至上表 面，防止稻种在边框上发芽，在上述角度范围内，均可实现发明之目的。

实施例3定型层膜配方及筛选优化

依据实施例2结构设计结果发现，基质块边框可有效防止流水线育苗播种过 程稻种的外漏现象。但在育秧后期，由于边框材料的吸水、吸湿特性，易导致其 塌陷，影响后续秧苗的栽插，因而在此结构的基础上，本实施例采用一种合成高 聚物对边框进行定型。

本实施例获得的水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块剖面结构如图2所 示。

该基质块包括基体1，基体1四周均设有凸出于基体1表面的边框2；所述 基质块基体1上表面设有若干纵横排列的方形凹穴3，基体1下表面设有与凹穴 3对应的方形凸起6，凹穴3与凸起6的形状相匹配；凹穴3相连处即为穴壁4， 凹穴3的平底部为穴谷5；相邻凸起6纵向或横向规则排列形成“π”形气道7；基 体1外边框及下层表面搭载定型层膜8。

本实施例中边框与基质块基体下表平面之间的夹角θ度数是为105°。

图3和图4分别为基质块上表面与下表面平面结构示意图，图5为基质块下 表面立体结构示意图。

本实施例中，基质块基体原料及定型方法同实施例1，富含氮素缓释营养定 型层膜的筛选试验如下：

试验组1：

a)制备合成高聚物：将氢氧化钠加入到质量分数为15％的大豆分离蛋白水 溶液中，氢氧化钠的加入量占大豆分离蛋白质量的1％；搅拌均匀后121℃下处 理30min，自然冷却后得到大豆分离蛋白水解液；然后将大豆分离蛋白水解液、 甲醛按照体积比1：3混合均匀，再加入尿素，加入尿素与甲醛的摩尔比为1.5： 1；再用氢氧化钠溶液调节pH值为8.0，升温至90℃保温90min，用甲酸溶液调 节pH值为5.5-6.0，90℃聚合反应30min后再加入氢氧化钠溶液调节pH为7.5， 65℃恒温20-30min，降温至室温，制得合成高聚物。

b)将100g合成高聚物加入到500g水中，用乳化机乳化剪切10min形成合 成高聚物/水分子匀质乳液，将10g粒径为80目的稻壳生物炭缓慢放入乳液体系， 搅拌均匀后，经超声波分散仪(功率600w)分散30min，然后利用胶体磨(功 率2.2KW，转速0-14000rpm，线速度0-40m/s，电压380V，机器产量为0-300升 /小时(水)均质剪切2遍，得到富含氮素缓释营养定型复合物料，将其喷涂于 基质块外边框及下层表面(厚度约0.1～0.2mm)，陈化10min，置于103±2℃烘 箱内烘干，即可形成富含氮素缓释营养定型层膜FDM-1，其中，定型层膜质量 占基质块基体1重量的1％。

具体实施过程中，合成高聚物与水体积比可以为1：(3-5)；生物炭为稻壳、 秸秆、椰壳、竹、油茶壳等农林废弃物为原料焙烧的生物炭材料，其尺寸为60-80 目，生物炭的质量为合成高聚物质量的5-10％。

试验组2：富含氮素缓释营养定型层膜FDM-2制备工序同试验组1，不同的 是，定型层膜质量占基质块基体重量的2％。

试验组3：富含氮素缓释营养定型层膜FDM-3制备工序同试验组2，不同的 是，定型层膜不添加稻壳生物炭。

对照组1：富含氮素缓释营养定型层膜CKM-1制备工序同试验组1，不同 的是，本处理中使用“脲醛聚合物”代替试验组1中“合成高聚物”；该“脲醛聚合 物”除不加入“大豆分离蛋白水解液”外，其他制备方法同试验组1中“合成高聚物” 的制备方法；本处理中，定型层膜质量占基质块基体重量的2％。

对照组2：富含氮素缓释营养定型层膜CKM-2制备工序同试验组1，不同 的是，本处理中使用大豆分离蛋白聚合物(制备方法参见文献：“孙恩惠，黄红 英，常志州.水解大豆分离蛋白改性UF的合成工艺及性能研究[J].中国胶黏剂， 2012，21(11)：1427-1431.)”中所公开的方法)代替试验组1中使用的合成高 聚物，定型层膜质量占基质块基体重量的2％。

同时设置不喷涂定型层膜8的秸秆基质块作为对照CK-3(有边框)和CK-4 (无边框)，以籼稻为例，品种宁两优898号，稻种浸泡24h，露白晾干播种， 播种量为90g/盘，所有基质块均在全自动水稻育秧播种流水线进行。播种结束后， 在水泥地上进行摆盘育秧，观测水稻秧苗生长、根系穿插规律，育秧时间为20 天。表2是不同基质块水稻秧苗生长指标及根系穿插情况。

表2不同基质块水稻秧苗生长指标及根系穿插规律

从表2不同基质块水稻秧苗生长指标及根系穿插情况可以看出，基质块设置 边框可有效防止根系穿插现象，尤其是喷涂定型层膜后，根系基本无穿插，基质 块无或少黏连，不影响卷毯，操作便捷、农艺农机匹配度高；定型层膜优选大豆 分离蛋白改性脲醛聚合物，即可保证定型层膜的可降解性，又能保证基质块不黏 连，同时富含高氮营养又具有缓释功能，促进水稻秧苗的生长(FDM-2)。

值得注意的是，试验过程中，设置了FDM-1，FDM-2，FDM-3对照试验， 即经全自动水稻育秧播种流水线播种后省略盖籽工序，在育秧前3-5天按照常规 基质块水分管理操作，发现FDM-1，FDM-2，FDM-3穴壁可自动吸水膨胀封闭 凹穴，起到用基质土盖籽作用，且出苗效果与盖籽的差异不大。

该技术产品水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块，省种、省肥、省力等功 效。采用该发明专利独特的边框及定型层膜结构，可广泛应用于本领域所涉及的 基质块或基质盘，有效推进水稻育秧、机插栽培的专业化、规模化。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用 本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在 其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块，包括基体，其特征在于，所述基体四周设有凸出于基体表面的边框；所述基体上表面设有若干纵横排列的方形凹穴，基体下表面设有与凹穴对应的方形凸起，凹穴与凸起的形状相匹配；

所述凹穴相连处形成穴壁，凹穴的底部为穴谷；相邻的凸起纵向或横向排列形成“π”形气道；基体外边框及下层表面喷涂有定型层膜；

所述定型层膜是通过如下方法获得的：将合成高聚物与水按照体积比1：3-5混合后乳化形成乳液，加入生物炭，超声分散并均质剪切后，得到富含氮素缓释营养定型复合物料；将该富含氮素缓释营养定型复合物料喷涂于负压吸附成型的基质块四周及下层表面，陈化后烘干，即获得定型层膜；

所述合成高聚物是通过如下方法制备的：将氢氧化钠与大豆分离蛋白水溶液混合后121℃处理30min，冷却后得到大豆分离蛋白水解液；将大豆分离蛋白水解液、甲醛按照体积比1：3混合均匀，再加入尿素，调节pH值为8.0，90℃保温反应90min，然后调节pH值为5.5-6.0，90℃聚合反应30min，调节pH值为7.5，65℃恒温反应20-30min后，冷却至室温，即制得合成高聚物；所述氢氧化钠的加入量占大豆分离蛋白质量的1%，所加入尿素与甲醛的摩尔比为1.5：1。

2.根据权利要求1所述水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块，其特征在于，所述定型层膜的质量占基体质量的1-2%。

3.根据权利要求2所述水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块，其特征在于，所述边框（2）顶端距基质块基体（ 1） 上表面的垂直距离为0.3-0.5cm。

4.根据权利要求2所述水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块，其特征在于，所述边框与基体下表面平面之间的夹角θ范围为105°-135°。

5.根据权利要求2所述水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块，其特征在于，所述穴壁顶端距相邻穴谷之间的垂直距离为0.5-0.8cm。

6.根据权利要求2所述水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块，其特征在于，所述凸起的高度为可降解基质块高度的1/3-1/2。

7.根据权利要求2所述水稻旱育秧用免秧盘秸秆可降解基质块，其特征在于，所述凹穴的端面截面为正方形。

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