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。     

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。     

环模式成型机压缩水稻秆成型工艺参数优化

为了确定环模式成型机压缩水稻秸秆最佳的成型工艺参数,该文以水稻秸秆为原料,利用9JYK-2000A型环模式成型机进行压缩成型,寻求工作参数对环模式成型机压缩水稻秸秆成型影响规律和优化工艺参数组合。采用四因素五水平二次回归正交旋转中心组合设计试验方法,以含水率、成型温度、模辊间隙和主轴转速为影响因子,以成型压块的松弛密度和抗破碎性为评价指标。利用Design-expert8.0.6的回归分析法及响应面分析法,建立并分析了4个因子对评价指标影响的数学模型。结果表明：当参数组合含水率为17.5%～27.1%、成型温度为81.9℃～88.1℃、磨辊间隙为2.49～3.78 mm、主轴转速为157.6～186.5 r/min条件下,成型压块的松弛密度大于1.0 g/cm3,成型压块的抗破碎性大于65%;各因素对松弛密度贡献率的主次关系为：主轴转速>磨辊间隙>含水率>成型温度,各因素对抗破碎性贡献率的主次关系为：含水率>主轴转速>磨辊间隙>成型温度。研究可为环模式成型机压缩水稻秸秆成型提供一定理论依据和技术支撑。     

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。     

水稻秸秆纤维地膜制造工艺参数优化

为规模化生产与塑料地膜除草和保墒等同、价格相当的生物质基生物降解地膜提供技术支撑,该文对用水稻秸秆纤维制取地膜的工艺进行了探讨。以水稻秸秆纤维为主要原料,添加KP浆板（木材纤维）、湿强剂、松香以及矾土等环保助剂,利用常规抄纸工艺,采用五因素五水平1/2实施正交旋转中心组合试验设计的方法,以打浆度、混合比、定量、湿强剂、调节剂为影响因素,选取干抗张力、湿抗张力、施胶度为性能指标,进行了试验研究。研究结果表明：在定量90 g/m2,调节剂0.2%,湿强剂0.8%,混合比低于 68%,打浆度大于45°SR的参数组合下,水稻秸秆纤维地膜的干抗张力大于30 N,湿抗张力大于10 N,施胶度大于100 s。优化后的参数可满足地膜田间覆盖机械性能要求。     

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。     

循环加湿工艺降低发芽糙米爆腰增率并提高得率

为解决传统浸泡工艺制取发芽糙米过程爆腰率过高等问题,提出以循环加湿替代传统浸泡的一种发芽糙米生产新工艺。该研究以糙米为原料,采用二次正交旋转中心组合设计试验,研究循环加湿工艺中单次加湿量、间隔时间和温度对爆腰增率和发芽糙米得率的影响规律,建立了各因素对爆腰增率和发芽糙米得率影响的数学模型。用Excel软件和Design Expert软件处理试验数据,结果表明：单次加湿量、间隔时间和温度对爆腰增率和发芽糙米得率影响显著,得到优化参数组合为：单次加湿量1.2%～1.6%、间隔时间45～75 min、温度30℃,该条件下爆腰增率低于33%、发芽糙米得率大于90%。循环加湿处理后爆腰增率比传统浸泡处理降低20%～70%,发芽糙米得率提高1%～16%。研究结果可为改进发芽糙米生产工艺提供参考。     

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。     

玉米秸秆皮穰分离机械运行参数优化试验

为有效适应各季节玉米秸秆的皮穰分离加工及确定玉米秸秆皮穰分离机的运行参数,该文针对作者所设计的玉米秸秆皮穰分离机,在已经结构参数优化的基础上,又对除叶机构与剥穰机构进行了运行试验研究。通过多因素正交旋转组合试验确定除叶机构与剥穰机构的关键运行参数,结果表明：影响除叶率的显著因素是U型齿板底宽和秸秆喂入速度,齿辊转速有影响但不显著;影响剥穰率的主要因素及其顺序为秸秆喂入速度、剥穰辊转速、剥穰刀与支撑板间距。并通过综合已有研究及样机试验结果,确定主要运行参数为秸秆喂入速度1.2～1.3 m/s,除叶齿辊旋转线速度大于5 m/s,剥穰辊旋转线速度大于5.8 m/s时,该分离机对各季节玉米秸秆进行皮穰分离加工的适用性较好,且其生产率大于0.5 t/h,除叶率大于97.6%,剥穰率大于95.7%。     

水稻秸秆和淀粉基全降解装饰板的制备

基于环保和利用农业废弃物,该文采用热压成型方法制备水稻秸秆和淀粉全降解装饰材料,研究了碱处理、酸处理及热水处理对水稻秸秆纤维特性的影响,分析了水稻秸秆处理方法和淀粉胶粘剂含量对装饰材料物理力学性能的影响。结果表明:水稻秸秆的表面处理能不同程度改变其表面性能或去除硅质等化学成分,改善水稻秸秆纤维浸润性,热水处理和碱处理效果较优。经热水处理水稻秸秆及淀粉胶粘剂质量分数为10%时制备的装饰材料综合力学性能较高。装饰材料2h吸水厚度膨胀率较大,防水性能较差,但其具有一定的防湿性且环境友好,可作为室内等干燥环境下非承重装饰材料。     

秸秆还田对土壤还原性和水稻根系生长及产量的影响

为明确油菜秸秆还田对土壤环境及水稻根系生长的影响,该研究采用田间试验与栽培模拟试验相结合的方法,分析了油菜秸秆还田后,稻田土壤氧化还原电位(EH值)、还原性物质总量和Fe2+含量的变化规律及水稻苗期根系数量、质量、体积、长度和伤流强度等的变化规律。结果表明,1)油菜秸秆覆盖或翻埋条件下,稻田土壤氧化还原电位日均变化量(RCEH值)表现为先降低后增加的趋势,而土壤还原性物质总量日均变化量(RCRRM值)和土壤二价铁含量日均变化量(RCFe值)表现为先增加后降低的趋势;其中水稻移栽后14~18 d土壤RCEH值最低,移栽后10~14 d和14~22 d土壤RCRRM值(0.28~0.62 cmol/(kg·d))和RCFe值(5.0~31.6μg/(kg·d))达到最大。2)油菜秸秆覆盖或翻埋条件下,随着秸秆还田量的增加,水稻根系总量(数量、质量、体积和长度)、白根数量和根系伤流强度显著降低;与覆盖相比,油菜秸秆翻埋对水稻根系伤流日均变化量(RC_(RBI))的影响时间更长,水稻根系体积日均变化量(RCRVT值)和质量日均变化量(RCRQT值)的缓慢增长期延长了4 d。3)水稻移栽后10~22 d,油菜秸秆还田对稻田土壤环境和水稻根系生长的影响最显著;移栽后27~32 d,油菜秸秆还田对水稻根系生长的影响程度显著降低。油菜秸秆还田条件下,随着秸秆还田量增加,水稻苗期的土壤氧化还原电位显著降低,土壤还原性物质总量和Fe2+含量显著增加;水稻根系总量(数量、质量、体积和长度)和根系活力(白根数量和根系伤流强度)显著降低。在四川油稻两熟区,油菜秸秆还田量以全量还田为宜,适宜机械作业的田块以油菜秸秆翻埋还田为宜。     

基于稻草制造钵育秧盘水稻栽植机的研究

该研究在以稻草(植质)为原料研制出水稻钵育秧盘、以稻壳粉与土为原料混合研制成了人工苗床土的基础上，按基于稻草制造钵育秧盘水稻乳苗机械栽植技术的要求，设计和试制了水稻钵育乳苗栽植机，通过生产试验证明该项技术是可行的。     

Variation in the nutritional quality of rice straw and grain in response to different nitrogen levels

Abstract

Nitrogen (N) applied through urea is essential for rice crops and usually it is the most yield-limiting nutrient in irrigated rice production around the world. A field experiment was conducted to evaluate the effect of nitrogen levels (0, 90,120, and 150?kg?ha^?1) on the nutritional quality of straw and grain of rice varieties, PR 111, PR 122, and Pusa 44. In rice straw, significant interaction between nitrogen levels and all proximate components was observed. Increase in nitrogen level increased the crude protein by 69.23% (dry matter basis) whereas the neutral detergent fiber, acid detergent fiber, and cellulose content decreased by 7.82%, 11.18%, and 14.16%, respectively. In rice grain, crude protein content, starch content, and gel consistency were positively related to increase in nitrogen levels. Therefore, increase in nitrogen fertilization led to improved nutritive quality of both straw and grain for use as feed resource and human consumption, respectively.     

Properties of high-quality long natural cellulose fibers from rice straw

This paper reports the structure and properties of novel long natural cellulose fibers obtained from rice straw. Rice straw fibers have 64% cellulose with 63% crystalline cellulose, strength of 3.5 g/denier (450 MPa), elongation of 2.2%, and modulus of 200 g/denier (26 GPa), similar to that of linen fibers. The rice straw fibers reported here have better properties than any other natural cellulose fiber obtained from an agricultural byproduct. With a worldwide annual availability of 580 million tons, rice straw is an annually renewable, abundant, and cheap source for natural cellulose fibers. Using rice straw for high-value fibrous applications will help to add value to the rice crops, provide a sustainable resource for fibers, and also benefit the environment.     

差速锯切式水稻秸秆粉碎还田机设计与试验

为解决东北稻区秸秆粉碎质量不达标、影响后期作业的问题,该文基于差速锯切原理,设计了一种秸秆粉碎还田机,可实现锯盘刀与粉碎刀同向差速配合,提高切削秸秆的摩擦力及相对线速度,以达到支撑锯切的目的,改善秸秆粉碎效果。通过理论分析,对粉碎刀和锯盘刀等关键部件进行设计;利用Fluent仿真分析,得到正扇叶型粉碎刀能够提高粉碎腔内风速;对秸秆切碎过程进行动力学分析,确定影响粉碎效果的主要因素为粉碎刀转速及其与锯盘刀间的倾斜角度。选取粉碎刀转速和倾斜角度作为试验因素,以秸秆粉碎平均长度和秸秆粉碎长度合格率为评价指标,进行二因素三水平田间试验,结果表明:粉碎刀转速和倾斜角度对秸秆粉碎平均长度和秸秆粉碎长度合格率均有显著影响。综合考虑秸秆粉碎效果和功耗等因素,最终确定优化组合为粉碎刀转速1800 r/min,倾斜角度65°,相应的锯盘刀转速为600 r/min。优化组合条件下的田间试验结果为:秸秆粉碎平均长度9.58cm,长度10cm以下的秸秆占93.23%,秸秆抛撒不均匀度20.89%,满足东北稻区秸秆粉碎抛撒质量要求。通过与现有秸秆粉碎还田机进行性能对比试验,得出研制的差速锯切式水稻秸秆粉碎还田机秸秆粉碎效果更优,后期翻耕秸秆掩埋率达98.92%。机具的设计对解决东北稻区秸秆还田关键技术问题具有重要意义和应用价值。     

沼渣物理特性及沼渣纤维化学成分测定与分析

以反刍动物粪便厌氧发酵生产沼气剩余物沼渣为研究对象,采用振动筛分分组、统计分析、图像处理和Fibertec 2010&M6纤维分析系统分析等方法,对沼渣的物理成分及沼渣纤维化学成分进行了测定分析。研究结果表明,沼渣主要由质量分数为64%的纤维、35%的非矿物质和1%的矿物质组成;沼渣纤维中纤维素、半纤维素、木质素、灰分及其它各成分的质量分数分别为44.8%、21.9%、15.6%和17.7%。从而得出结论：反刍动物粪便厌氧发酵生产沼气后的沼渣中纤维素含量较水稻、小麦和玉米等作物秸秆的高5%以上,半纤维素含量较水稻、小麦和玉米等农作物秸秆低5%。研究结果为沼渣资源化、高值化利用技术研究奠定了基础。     

~(60)Coγ辐照对稻草纤维组织及酶解效果的影响

用60Coγ射线处理干稻草秸秆及粗纤维,评价辐照对稻草纤维组织降解作用以及提高稻草秸秆纤维酶降解效果。采用DNS法和硫酸-苯酚法分别测定稻草辐照样品热水浸提液中水溶性还原糖和总糖的含量,通过高效气相色谱分析稻草秸秆各辐照处理提取液中还原糖各组分的变化,并用电子显微镜扫描观测辐照对稻草秸秆纤维组织结构的影响。结果表明,用1000~1500kGy的剂量处理稻草秸秆,能有效破坏稻草的纤维组织结构,特别是稻草表面硅晶结构和纤维结构,且随辐照剂量加大破坏程度增强,辐照稻草热水浸提液水溶性还原糖和总糖含量显著增加。辐照与酶复合处理后稻草秸秆纤维的转化率提高到88.7%,辐照稻草秸秆酶降解后的水溶性还原糖含量达到214.4mg/g,总糖含量达758.5mg/g,极显著地提高甘露糖、半乳糖、葡萄糖、阿拉伯糖、木糖含量,其中葡萄糖含量提高最大,占单糖总量的62.64%,其次是甘露糖。辐照对稻草秸秆木质素降解无明显影响。     

纳米二氧化硅在稻秸上的形态分布及制备工艺

为了实现农作物稻秸的多层分级利用,采用扫描电子显微镜和X-射线能谱分析仪分析硅在稻秸单元表面的存在形式和分布形态,并进一步利用稻秸制备成微纳米二氧化硅,探讨热解温度(575、675、775℃)和热解时间(2、4h)对二氧化硅得率和粒径的影响。研究表明,硅主要以二氧化硅的形式存在于稻秸表面的颗粒物区,质量分数达12.8%。热机械处理可以减小硅的粒径。在相同的热解温度下,热解时间从2h增加到4h,二氧化硅颗粒粒径逐渐增大,并且使纳米二氧化硅得率保持在8%以上。。在相同的热解时间下,热解温度上升使得二氧化硅粒径变大。球磨处理可以改善二氧化硅颗粒的团聚现象,并且使粒径从18.94μm下降到6μm以下,处于小于100nm的比例增多。研究结果为以稻秸为原料制备纳米二氧化硅提供参考。