低定量环保型水稻秸秆纤维地膜制造工艺参数优化

为解决中国农业生产中化肥农药长期不合理的施用、秸秆和土壤中残膜等农业废弃物不合理的处置等农业面源严重污染的问题,为降低生物质基降解地膜的生产成本、节约纤维用量,探究低定量环保型可降解纤维地膜制造工艺参数的最优组合,对55 g/m2低定量环保型水稻秸秆纤维地膜的工艺及性能进行了试验研究。以水稻秸秆纤维为主要原料,添加商品浆、功能助剂等,应用五因素五水平1/2实施正交旋转中心组合试验方法,以打浆度、混合比、松香、矾土和湿强剂质量分数为影响因子,以地膜的干抗张力、湿抗张力、耐破度为响应函数,研究得出了打浆度31°～48°、混合比45%～50%、松香质量分数1.2%、矾土质量分数6%、湿强剂质量分数2.0%的低定量环保型水稻秸秆纤维地膜最佳工艺参数组合,所得纤维地膜的干抗张力大于32 N、湿抗张力大于12 N、耐破度大于100 kPa,可满足地膜田间覆盖机械性能要求。研究结果为水稻秸秆制备可降解地膜提供理论依据和技术支撑。     

废旧棉与水稻秸秆纤维混合地膜制造工艺参数优化

为提高废旧棉织物和农作物秸秆的利用率,对废旧棉纤维与水稻秸秆纤维混合制取地膜的工艺及性能进行了试验研究。以废旧棉纤维为"骨架",水稻秸秆纤维为填充辅料,添加功能助剂,应用四因素五水平二次正交旋转中心组合试验方法,以打浆度、棉纤维添加量、定量和湿强剂质量分数为影响因子,以混合地膜的干抗张强度、干伸长率、湿抗张强度、湿伸长率为响应函数,研究得出了定量77~90 g/m2、湿强剂质量分数1.5%~1.8%、棉纤维打浆度45°SR、棉纤维添加量25%的废旧棉与水稻秸秆纤维混合地膜最佳工艺参数组合,所得混合纤维地膜的干抗张强度大于32 N、干伸长率大于1.8%、湿抗张强度大于10 N、湿伸长率大于5.5%,可满足地膜田间覆盖机械性能要求。研究结果为综合利用废旧棉织物和水稻秸秆制备可降解地膜提供理论依据和技术支撑。     

水稻秸秆纤维基绿色地膜制造工艺参数优化

为改善水稻秸秆纤维基地膜的增温性,该文研究了将水稻秸秆纤维基地膜由本色的乳白色改性为绿色的工艺参数,阐明了主要影响因子对该染色地膜性能的影响规律。应用五因素五水平正交旋转中心组合的试验方法,研究以秸秆纤维浆、染料、染料中亮蓝占比、改性剂和湿强剂的质量分数对水稻秸秆纤维基地膜的透气度、上染率、褪色率、干抗张力及湿抗张力等诸多指标的影响。结果表明:当选取工艺参数组合为秸秆纤维浆质量分数71%~79%、染料质量分数0.44%~0.53%、染料中亮蓝占比90%、改性剂质量分数0.6%、湿强剂质量分数0.9%时,所得水稻秸秆纤维基绿色地膜的透气度≤2μm/Pa·s、上染率≥80%、褪色率≤8%、干抗张力≥40 N、湿抗张力≥16 N,可满足水稻秸秆纤维基地膜水、旱田覆盖栽培有机(绿色)作物技术要求。     

大豆秸秆纤维制造可降解地膜工艺参数优化

为了提高大豆秸秆的附加值和批量生产经济、满足农艺要求的环境友好型可降解大豆秸秆纤维基地膜,采用二次正交中心旋转组合试验,采用地膜定量、木浆混合比、松香、矾土和湿强剂为影响因素,地膜的干抗张强度和湿抗张强度作为响应函数。试验结果表明：1）各因素对干抗张强度的影响的贡献率从高到低排序为木浆混合比、定量、湿强剂、松香和矾土。2）各因素对湿抗张强度的贡献率从高到低排序为木浆混合比、定量、湿强剂、矾土和松香。3）按照干抗张强度≥30 N、湿抗张强度≥15 N的原则,在木浆混合比0～50%、定量50～110 g/m2、湿强剂1.2%～2%、松香0.3%～1.5%、矾土1%～5%的约束条件下,满足工艺要求的最优参数组合：木浆混合比23.3%～30%、定量92～110 g/m2、湿强剂1.2%、松香0.3%、矾土5%。按最优工艺混合比选取25%时,定量92 g/m2、湿强剂1.2%、松香0.3%、矾土5%制造出地膜试样,干抗张强度32.4 N,湿抗张强度15 N。     

杀菌型水稻秸秆纤维基地膜制造工艺参数优化研究

为提高农药有效利用率、减少农药使用量,对负载广谱杀菌剂多菌灵的杀菌型水稻秸秆纤维基地膜制造工艺参数组合进行了优化研究。应用四因素五水平二次正交旋转中心组合试验方法,以湿强剂、施胶剂、胶黏剂浓度和涂层厚度为影响因子,选择杀菌型水稻秸秆纤维基地膜的干抗张力、湿抗张力、透气度、降解周期、农药有效利用率为响应函数,实施了组合试验,结果表明:当工艺参数组合为湿强剂质量分数0.8%～0.9%、施胶剂质量分数0.5%～0.7%、胶黏剂浓度2.0%、涂布厚度20μm时,杀菌型水稻秸秆纤维基地膜干抗张力≥35 N、湿抗张力≥15 N、透气度≤2μm/(Pa·s)、降解周期≥60 d、农药有效利用率≥80%。研究结果表明该地膜不仅提高了秸秆纤维基地膜的各项性能指标且增加了秸秆纤维基地膜的杀菌功能,而且为广谱杀菌剂多菌灵增效减量和广谱杀菌型水稻秸秆纤维基地膜的研发提供了参考依据。     

小麦秸秆纤维地膜原料打浆工艺参数优化

为探索打浆工艺参数对小麦秸秆纤维地膜原料打浆后的浆料性能的影响,试验研究了工艺参数优化组合,阐明了主要影响因素的影响规律。该研究以浸泡水温、浸泡时间、打浆时间、打浆负荷、浆池水量为试验因素,以干抗张指数、打浆度和浆料纤维长度为性能指标,采用五因素五水平(1/2实施)二次回归正交旋转中心组合设计参数优化试验,得到了小麦秸秆纤维地膜原料最优打浆工艺参数组合。结果表明:工艺参数组合为浸泡水温63℃、浸泡时间2 h、浆池水量13.50 L、打浆负荷4.57～5.50 kg和打浆时间0.25～0.68 h时,小麦秸秆纤维地膜浆料的干抗张指数大于5 N·m/g、打浆度小于50°SR,浆料纤维长度大于0.9 mm,在此条件下加工的浆料可以制造出小麦秸秆纤维基植物纤维地膜,其可满足水、旱田覆盖栽培作物技术要求。研究结果可为小麦秸秆制备全降解植物纤维地膜提供理论依据和技术支撑。     

水稻秸秆纤维制取工艺参数优化

采用五因素二次回归正交旋转中心组合设计试验方法,以秸秆长度、浸泡时间、套筒初始温度、主轴转速和喂入量为影响因子,以纤维得率、纤维长宽比和抗张指数为响应函数,利用秸秆纤维制取专用试验台,对水稻秸秆纤维制取工艺进行了试验研究,得到了工艺优化参数组合：当套筒初始温度为25℃、主轴转速为70 r/min、喂入量为60 g/min、秸秆长度为10～14 cm和浸泡时间为12～24 h时,可得到纤维得率大于85%、长宽比大于40并且抗张指数大于10 N?m/g、的水稻秸秆纤维。     

可降解地膜原料大豆秸秆纤维的制备工艺及参数优化

为了解决秸秆和塑料地膜带来的环境污染问题,高值化利用秸秆资源。该研究采用二次正交旋转中心组合试验方法,探索运用物理方法制取清洁、高强度、高得率的可生物降解地膜原料-大豆秸秆纤维的可行性,寻求物料特性和工作参数对制取大豆秸秆纤维的影响规律和最优工艺参数组合。分别选取大豆秸秆长度、浸泡时间、加工温度、主轴转速和喂入量为影响因素,纤维得率、纤维长宽比及抗张强度为响应函数,应用Design-expert6.0.10软件设计方案与数据分析。试验结果表明:当参数组合为秸秆长度7cm、浸泡时间24h、喂入量27g/min、工作温度80～85℃、转速110～120r/min时,制得的大豆秸秆纤维得率大于80%、干抗张强度大于7N、长宽比大于5;各因素对纤维得率贡献率的主次关系为:浸泡时间>主轴转速>喂入量>秸秆长度>加工温度,各因素对干抗张强度贡献率的主次关系为:秸秆长度>加工温度>喂入量>浸泡时间>主轴转速,各因素对纤维长宽比贡献率的主次关系为:喂入量>秸秆长度>加工温度>浸泡时间>主轴转速。为利用大豆秸秆制备可降解地膜提供理论依据和技术支撑。     

原位聚合法制备可降解纤维基地膜及机理分析

为提高农作物秸秆综合利用率，通过原位聚合法，以水稻秸秆作为纤维原料制备陇上覆盖方式的功能型可降解地膜。结果表明，改性后，秸秆纤维基地膜的干抗张力等物理力学性能得到提高。X射线衍射结果显示，改性后秸秆纤维基地膜的相对结晶度从38.11%提升到64.42%，说明功能型助剂可渗透到纤维素的无定形区内，使无定形区的微纤丝向结晶区靠拢引起细胞壁纤维素微纤丝结晶区的宽度增加。改性后秸秆纤维基地膜的接触角从95.35°提高到121.03°，表明改性后地膜的抗水性能提高，能较好的适应户外陇上覆盖要求。TG结果表明，改性后地膜的热稳定性能得到提高。FTIR谱图显示改性剂中的功能性基团与地膜中的纤维结构发生了化学交联反应。XPS结果表明，改性后的秸秆纤维基地膜氧与碳的原子浓度比增加，说明改性剂与地膜纤维发生化学交联反应从而含氧官能团增加。SEM-EDXA结果表明改性剂较好的分布在秸秆纤维基地膜中，有利于纤维的交联。烟草覆盖试验表明，秸秆纤维基地膜提高了烟草种植整体水平。因此，功能型秸秆纤维基地膜能未来可应用于烟草、大蒜、西红柿和水稻等高经济附加值作物，为农作物秸秆综合利用提供新的方向。     

水稻秸秆与木屑混合原料热压成型试验

为提高水稻秸秆原料成型燃料的质量,提出通过添加木质素含量较高的木屑原料即形成混合原料并通过试验的方法进行研究。首先进行对比试验,以成型燃料的物理性能为指标,在相同实验条件下对木屑、水稻秸秆和水稻秸秆与木屑1∶1混合的原料进行热压成型试验。对比试验的结果表明小压力下1∶1混合原料成型燃料的综合物理性能优于水稻秸秆成型燃料,证明混合原料可提高单一水稻秸秆原理成型燃料的质量。但由于木屑原料本身的结构特性使得1∶1混合原料成型燃料的抗渗水性较弱。因此为进一步提高混合原料成型燃料质量,我们利用正交试验方法研究对于混合原料成型燃料各物性指标而言最显著影响因素及最佳参数组合并通过试验加以论证。试验结果表明:针对不同性能指标,各工艺参数的影响力不一致,对于松弛密度、抗碎强度及抗压强度而言,压力对其影响较大;而对于抗渗水性而言,原料混合比影响较大。对于松弛密度,最佳成型参数(混合比、温度、压力)组合为0.5∶1,70℃、31.11 MPa,抗碎强度的成型参数最优组合为2∶1,110℃、31.11 MPa,抗渗水性和抗压强度的最佳成型参数组合为1.5∶1,90℃、31.11 MPa。     

适当保水剂施用和覆盖促进旱作马铃薯生长发育和产量提高

为明确保水剂、秸秆覆盖及行间覆膜等抗旱保水措施对旱作马铃薯渗透调节物质、质膜体系等生理特性的影响和对产量的作用效果,以夏波蒂品种马铃薯为材料,设对照、秸秆覆盖、行间覆膜、单施保水剂、秸秆覆盖加施保水剂、行间覆膜加施保水剂6个处理田间试验。结果表明:各处理的马铃薯叶片细胞质膜透性苗期较大,而后呈先降后升趋势;丙二醛、脯氨酸含量随生育期推进呈逐渐增加趋势;可溶性糖含量呈"单峰"曲线变化。行间覆膜加施保水剂、单施保水剂、秸秆覆盖、秸秆覆盖加施保水剂处理较好地缓和了土壤的干旱情况,有效降低了马铃薯叶片中的渗透调节物质和质膜体系。马铃薯生育后期,至淀粉积累期,各处理脯氨酸含量、可溶性糖含量、质膜透性和丙二醛含量变化较为稳定,行间覆膜加施保水剂处理脯氨酸含量、可溶性糖含量、质膜透性和丙二醛含量较对照分别减少15.57%、6.90%、42.79%和17.69%,单施保水剂处理分别减少2.31%、5.17%、10.62%和8.04%,秸秆覆盖处理分别减少28.45%、3.45%、51.63%和25.58%,秸秆覆盖加施保水剂处理分别减少25.14%、12.07%、49.17%和22.58%,降低干旱胁迫程度明显。马铃薯成熟收获期,秸秆覆盖及其加施保水剂处理各土层的土壤含水率变化相对稳定;0～20cm土层加施保水剂处理的土壤含水率相对高于不加保水剂处理。秸秆覆盖、秸秆覆盖加施保水剂、单施保水剂及行间覆膜加施保水剂处理显著增加了马铃薯产量和商品薯率(P<0.05)。总体上,秸秆覆盖处理较有效地缓和了土壤旱情,秸秆覆盖加施保水剂、单施保水剂和行间覆膜加施保水剂处理作用效果也较好,降低了干旱胁迫程度,促进了马铃薯的生长发育、产量提高。     

稻草覆盖对红壤旱坡地水力性质及水分状况的影响

为探明红壤旱坡地应用稻草覆盖的雨季和旱季保水作用,在湖北省咸宁市第四纪红色黏土母质发育的红壤8°坡地上开展田间试验,以不覆盖为对照,研究稻草覆盖对红壤的持水性、水分有效性、供水性、导水性、含水量及储水量的影响。结果表明:稻草覆盖改善了土壤的持水性和水分有效性,覆盖当年土壤田间持水量、凋萎系数和有效水容量分别比对照提高6.0%、7.3%和4.4%;稻草覆盖显著减缓了雨季红壤表层饱和导水率的下降幅度,尤其是大雨期间保护地表饱和导水性的作用更明显,102.8 mm的降雨结束之后,稻草覆盖的土壤平均饱和导水率是对照的2.7倍;稻草覆盖对土壤的供水性及非饱和导水性的影响表现为低吸力段增强,高吸力段减弱;土壤储水量在集中降雨阶段的上升幅度和在降雨间歇期的下降幅度都表现为稻草覆盖对照。总体上,土壤储水量均表现为稻草覆盖对照;稻草覆盖增加雨季土壤储水量主要通过增加入渗,而增加旱季土壤储水量主要通过减少蒸散发;稻草覆盖增加雨季土壤储水量的作用有限,且保水作用雨季旱季。因此,稻草覆盖在红壤旱坡地上的雨季和旱季的保水途径、特点及作用大小都不同。     

Influence of mulch C/N ratio and decomposition stage on plant N uptake and N availability in soil with or without wheat straw

Mulches can improve soil properties, but little is known about nutrient availability in mulched soil that contains plant residues and the effect of mulching with manures. The aim of this study was to determine the effects of mulching with high or low C/N organic materials, in which low C/N materials differed in decomposability, and the presence of wheat straw in the soil on plant growth and N uptake, soil N availability and microbial biomass N within about four months after mulching. Three organic materials were used: mature wheat straw (W, C/N 80), young faba bean shoots (FB, C/N 7), and sheep manure (SM, C/N 8). There were eight treatments differing in amendment methods (mulching or mixing with W or both) and mulching materials (W, FB or SM). Treatments that were only mulched with W, FB or SM are referred to as m‐treatments. In m/s‐treatments, after W was mixed into the soil, W, FB or SM were placed on the soil surface as mulch. Two other treatments included an unamended control and soil mixed with W. Wheat was planted 0, 35 or 70 days after mulching (referred to as 0, 35, and 70 DAM) and grown for 35 days. Faba bean mulch increased shoot dry weight, shoot N uptake and available N compared to wheat or sheep manure mulch, particularly in the m‐treatments. Shoot dry weight was higher in m‐treatments than corresponding m/s‐treatments with the same mulch type. Shoot N uptake was higher in 70 DAM than in 0 DAM in all treatments and 0.3 to three‐fold higher in m‐treatments than the corresponding m/s‐treatments. Microbial biomass N was higher in 0 DAM than in 35 and 70 DAM in most treatments and up to two‐fold higher in m/s‐treatments than the corresponding m‐treatments. Available N in m/s‐treatments was two to six‐fold higher than m‐treatments in 0 DAM, but differed little in older mulch ages of W and SM. It can be concluded that compared to soil with only mulch, mixing of wheat straw into soil reduced plant growth and N uptake, particularly in the early stages of mulching (0 and 35 DAM). However, the presence of wheat in mulched soil may provide a longer lasting source of N for plants and reduce the risk of N leaching from rapidly decomposing low C/N mulch due to greater microbial biomass N uptake than only soil with mulch.     

秸秆覆盖与氮肥运筹对杂交稻根系生长及氮素利用的影响

【目的】在我国稻-麦、稻-油等多熟制区域,富含氮素的小麦、油菜等水稻前茬作物秸秆被大量弃置、焚烧,造成极大浪费和环境污染,与此同时,稻季氮肥投入量却在逐年增加,因此在水稻生产中研究秸秆覆盖与氮肥配合施用的理论与技术,对实现秸秆还田与减少氮肥用量具有重要意义。本试验研究油菜、小麦2种秸秆覆盖方式下,3种不同的氮肥运筹方式对杂交稻主要生育时期根系生长、氮素吸收利用特征及产量的影响,并探讨其根系生长与氮素利用及产量间的关系,以期寻求最佳的秸秆还田与氮肥运筹搭配模式。【方法】本试验以杂交稻F优498为材料,采用两因素裂区试验设计,主区为小麦秸秆覆盖(S1)、油菜秸秆覆盖(S2)和无秸秆覆盖(S0);副区为氮肥运筹模式,在135 kg/hm2总施氮量条件下,设置基肥∶蘖肥∶穗肥为5∶3∶2(N1);基肥∶蘖肥∶穗肥为3∶3∶4(N2);基肥∶蘖肥∶穗肥为3∶1∶6(N3)3种氮肥运筹模式,以不施氮肥(N0)为对照。研究各处理杂交稻在移栽后20 d、移栽后30 d、齐穗期和成熟期根系生长及形态、各生育期的干物质与氮素积累,水稻茎鞘的干物质转运、产量及其构成因子以及各时期氮素积累及利用效率,同时对各生育时期根系生长与氮素利用及产量间的关系进行分析。【结果】结果表明,小麦秸秆覆盖均可有效促进杂交稻各生育时期的根系生长、改善根系形态、增加各时期的干物质与氮素积累,提高氮肥的利用效率及稻米产量。在不同种类秸秆覆盖下,基肥∶蘖肥∶穗肥(倒4叶龄期施入)为3∶3∶4(N2)时,可及时地对杂交水稻主要生育时期的根系生长进行调控,有效促进抽穗至成熟期的干物质积累与转运率,提高水稻主要生育时期的氮素积累及氮肥利用效率,显著增加稻谷产量,为本试验中最优的氮肥管理模式;而氮肥后移比例过高(基肥∶分蘖肥∶穗肥运筹比例为3∶1∶6),会限制齐穗期根系的生长,导致稻谷产量及氮肥利用效率降低。相关性分析表明,秸秆覆盖与氮肥运筹下主要生育时期根干重、根体积、总根长与产量及氮素吸收利用均存在显著或极显著的正相关(r=0.38*0.78**),尤其以齐穗期的根体积与总根长、根干重与氮素累积、产量及氮素回收利用率的相关性最好。【结论】小麦秸秆、油菜秸秆覆盖能够有效促进杂交稻根系的生长,增加干物质与氮素积累,提高氮肥利用效率,且小麦秸秆覆盖效果更显著。秸秆覆盖条件下,氮肥运筹以基肥∶蘖肥∶穗肥为3∶3∶4时的水稻根系生长旺盛,物质生产能力强,氮肥利用效率最高。因此,小麦秸秆覆盖与基肥∶蘖肥∶穗肥以3∶3∶4的比例配合的水稻的产量最高,为最优组合。     

秸秆覆盖对干湿态红壤坡面流水力学参数的影响

秸秆覆盖对地表径流的水力学参数有重要影响。在江西省余江县中国科学院红壤生态实验站附近的坡耕地,利用人工模拟降雨研究秸秆覆盖对坡耕地干湿态红壤地表径流水力学参数的影响。结果表明,有无秸秆覆盖对土壤地表径流速度和曼宁系数影响明显：1）0~30%覆盖度之间,流速随着覆盖度的增大迅速降低,而曼宁系数随着覆盖度的增大迅速增大;30%~90%覆盖度之间,流速随着覆盖度的增大降低缓慢,但曼宁系数随覆盖度增大而在高位小幅振荡。2）在同一覆盖度下,湿态土壤流速比干态土壤流速大,在0、15%和30%覆盖度时,这种现象较为明显,当覆盖度大于30%时,这种现象不明显;在0~30%覆盖度范围内,干态土壤曼宁系数比湿态土壤大;在30%~90%覆盖度范围内,干态土壤曼宁系数比湿态土壤小。3）30%覆盖度秸秆覆盖可以有效降低地表径流流速,增大地表糙率。从经济实用和水土保持效果来看,30%的秸秆覆盖是该区农地水土保持的最佳选择。     

农田秸秆覆盖条件下冬小麦增产的水氮条件

通过田间试验建立了冬小麦产量与灌水量及施氮量的关系模型,并作了模拟分析,以期研究旱地农田秸秆覆盖条件下冬小麦增产的水氮条件.结果表明:秸秆覆盖的冬小麦能否增产与水肥供应关系密切.生育期间没有补充灌水时,覆盖增产主要取决于氮肥用量,氮肥投入较少时覆盖冬小麦经济产量能取得显著的增产效果;氮肥用量较高时产量低于未覆盖处理.因此,在雨养农业区,通过配合适量的氮肥完全能够做到秸秆覆盖下增产增收.在不同氮肥用量前提下,覆盖的增产效果除了与生育期总灌水量有关外,还与灌水量在各生育期间的分配有关.因此,在有灌溉条件的地区,根据氮肥投入情况,将有限的水分配在作物最需要的时期才能取得秸秆覆盖下的节水高产.     

用于地膜原料的大豆秸秆粉碎预处理工艺参数优化

为了满足植物纤维制取机对大豆秸秆原料长度的要求,采用改进的揉切式粉碎机对大豆秸秆进行预处理,选取揉切机的主轴转速、喂入量以及秸秆的含水率为试验因素,以大豆秸秆粉碎长度为响应函数,对大豆秸秆原料的预处理工艺参数进行了组合试验研究。结果表明:1)各因素对于秸秆粉碎长度影响的贡献率从高到低排序为主轴转速、含水率和喂入量;2)预处理工艺的最优参数组合为喂入量168 kg/h、大豆秸秆含水率处于36%~58%、揉切机主轴转速处于1 100~1 300 r/min。在此工艺参数条件下,大豆秸秆粉碎长度分布符合植物纤维制取机所要求的70~85 mm的理想范围。研究结果为完善植物纤维地膜制造工艺体系提供了参考。     

Contribution of termites to the breakdown of straw under Sahelian conditions

 The effect of termites on the breakdown of Pennisetum pedicellatum straw under Sahelian conditions was studied in northern Burkina Faso during the dry and wet seasons of 1995. Litterbags were laid on plots treated with drieldrin at a rate of 500 g a.i. (active ingredient) ha^–1 to exclude termite activity and on untreated plots. Termites were the only macroscopically visible consumers which were observed in the litterbags during the dry and wet season. In litterbags with no termites present the rate of breakdown of straw was lower during both the dry or wet seasons than in litterbags with termites. In the litterbags with termites, much of the mulch was taken off and replaced by termite-made sheeting. From April to September over 60% of the added material disappeared from termite litterbags, while only 18% of the added straw disappeared from litterbags without termites. From October to December, 28% of the straw disappeared from termite-infested litterbags versus 8% from litterbags without termites. The contribution of termites to the breakdown of straw was estimated to be over 70% for each of the two experiments. Under Sahelian conditions, the breakdown of organic residues is strongly influenced by termites. Received: 6 May 1998