CN109362533A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质，该多层秸秆基质由下至上依次包括：膨化长秸秆纤维层、膨化短秸秆纤维层、腐熟膨化长秸秆纤维层、腐熟膨化短秸秆纤维层、基质层；该多层秸秆基质将揉搓、粉碎后的农作物秸秆纤维与粪水混合发酵得到腐熟的秸秆纤维，再经挤出膨化过程，使得长纤维秸秆内部纤维素疏解、纤维与纤维之间交联性得以减弱、既保证了营养元素最大程度保留充分被水稻秧苗所吸收，又保证水稻成苗率较高，育秧期内无需额外追肥；根系活力高，出苗整齐，成本低廉，大幅度减少了草炭这种昂贵基质的使用量，又循环利用秸秆避免出现使用不当对环境的影响。

Description

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

技术领域

本发明涉及农业废弃物资源化利用领域，特别是一种水稻穴盘旱育秧用的多层基质及其制备方法。

背景技术

水稻穴盘育秧技术是指使用塑料穴盘作为育秧容器，以草炭、珍珠岩、蛭石等材料的复配混合为水稻育秧的生长基质，通过预先加入适量肥料或者浇灌营养液的方式提供秧苗养分的一种无土育秧方式。水稻穴盘育秧的突出优点是幼苗根系之间保持间距，根系与基质之间结合紧密，根坨不易散落，移栽时不易伤根，定植后缓苗迅速生长，适合长距离运输。

目前的水稻育秧基质多使用草炭、泥炭等有机质，其大部分来自于植物残体的分解形成的腐殖质及部分矿物质，属于不可再生资源。秸秆富含碳、氮、磷、钾和有机质等水稻秧苗生长所需的各类营养元素，是种多用途可再生的生物资源。因此，农业废弃物例如秸秆、稻壳等材料的循环利用是当下无土栽培基质选用的研究热点。随着水稻机插秧种植面积的增加，对于秸秆这种轻型降解材料制备的育秧基质更为青睐。

传统穴盘育秧用以秸秆为栽培基质的配方中，秸秆通常经过粉碎与稻田土、工业废弃物、缓释肥、粘结剂、保水剂等配制成育秧基质。秸秆粉碎后增加了与发酵物料、粘结物料等之间的接触面积，有利于营养元素被植物根系吸收，但粉碎后粒径过小的秸秆在腐熟过程中营养物质消耗过快，无法在幼苗生长周期内持续提供养分，且秸秆在腐熟过程中产生酚酸类物质抑制水稻种子初期发芽，因此，以纯秸秆作为水稻育秧基质的报道较少。专利CN106171643A公布了一种低成本穴盘育秧基质的制备方法：秸秆发酵后与砂、炉渣混合粉碎制备育秧基质半成品，该基质中秸秆占总物料的质量比不到3%，比例仍然很低；专利CN105432449B公布了一种水稻旱育水管的无土秸秆基质及育秧方法：油菜秸秆直接粉碎后加入消毒剂、保水剂、调节剂、调酸剂和肥料等，该专利以秸秆粉碎料为主的基质并未解决营养物质流失过快的现象，并且秸秆腐熟过程中产生的酚酸类物质对水稻种子前期的成苗率有抑制作用；专利CN107372063A公布了一种使用膨化挤出技术制备水稻轻型无土育秧基质的方法：将秸秆粉碎后与粗蛋白、尿素按比例混合后经膨化机制备膨化料，所制备的膨化料混合制备酒槽、矿物质后得到水稻轻型育秧基质，但此专利限定了秸秆纤维的长度不超过15mm，秸秆纤维较短，营养物质仍然消耗较快，切粉碎将消耗较多的能源。目前，适用于水稻穴盘育秧用，长度分布梯度性、未经过腐熟处理的秸秆纤维为育秧基质主体的育苗基质尚未见报道。

发明内容

针对本发明的目的在于解决现有技术存在的水稻穴盘育秧用，以秸秆为主要成分的基质出现的秸秆利用率较低，水稻种子成苗率不高的问题，提出一种水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质及其制备方法，通过如下技术方案实现的：

一种水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质，由下至上依次包括膨化长秸秆纤维层、膨化短秸秆纤维层、腐熟膨化长秸秆纤维层、腐熟膨化短秸秆纤维层、基质层；

其中，所述膨化长秸秆层是这样获得的；调节平均长度为5cm-8cm的长纤维秸秆的含水率为55-75%，通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度为3cm～6cm（含3cm和6cm）的挤出膨化长秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出膨化长秸秆pH为4.5～6，再烘干（烘干温度70℃～80℃）至含水率为35～45%，150℃高温灭菌处理（灭菌时间30min），即获得膨化长秸秆层；

所述膨化短秸秆纤维层是这样获得的；调节平均长度为2cm-4cm的短纤维秸秆的含水率为55-75%，通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度＜3cm（不含3cm）的挤出膨化短秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出膨化短秸秆pH为4.5～6，再烘干（烘干温度60℃～70℃）至含水率为35～45%，150℃高温灭菌处理（灭菌时间30min），即获得膨化短秸秆层；

所述腐熟膨化长秸秆纤维层是这样获得的；调节平均长度为5cm-8cm的长纤维秸秆的含水率为25-75%，加入浓度为1%～5%的粪水（每75kg秸秆纤维加入150kg粪水），45℃～75℃有氧发酵65天后，得到腐熟长秸秆纤维；调节含水率为65%，再通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度为3cm～6cm（含3cm和6cm）的挤出腐熟膨化长秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出腐熟膨化长秸秆pH为4.5～6，再烘干（温度70℃～80℃）至含水率为35～45%，150℃高温灭菌处理（灭菌时间30min），即获得腐熟膨化长秸秆层；

所述腐熟膨化短秸秆纤维层是这样获得的；调节平均长度为2cm-4cm的短纤维秸秆的含水率为25-75%，加入浓度为1%～5%的粪水（每75kg秸秆纤维加入150kg粪水），45℃～75℃有氧发酵65天后，获得腐熟短秸秆纤维；调节含水率为65%，再通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度＜3cm（不含3cm）的挤出腐熟短膨化秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出腐熟短膨化秸秆pH为4.5～6，再烘干（温度60℃～70℃）至含水率为35～45%，150℃高温灭菌处理（灭菌时间30min），即获得腐熟膨化短秸秆层。

进一步，本发明提供的水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质中，膨化长秸秆层、膨化短秸秆层、腐熟膨化长秸秆层、腐熟膨化短秸秆层、基质层的高度依次为6～12mm、6～10mm、4～8mm、2～3mm、1～2mm，此厚度比例的调控既确保基质移栽过程中较为优异的力学性能，又能为水稻生长过程提供足够的养分，也避免了水稻种子发芽过程受酚酸类物质的影响。

进一步，本发明提供的水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质中，基质层是由草炭、珍珠岩、蛭石复配后获得的。

其次，本发明还提供了上述水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质的制备方法，其具体步骤如下：

1）将回收的农作物秸秆调节含水率55～75%，经秸秆揉搓、粉碎后分别制备成平均长度2cm-4cm的短纤维秸秆和平均长度为5cm-8cm的长纤维秸秆，备用；

2）将步骤1）获得的长纤维秸秆通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度为3cm～6cm（含3cm和6cm）的挤出膨化长秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出膨化长秸秆pH为4.5～6，再烘干（温度70℃～80℃）至含水率为35～45%，150℃高温灭菌处理（灭菌时间30min），即获得膨化长秸秆，备用；

3）将步骤1）获得的短纤维秸秆通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度＜3cm（不含3cm）的挤出膨化短秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出膨化短秸秆pH为4.5～6，再烘干（温度60℃～70℃）至含水率为35～45%，150℃高温灭菌处理（灭菌时间30min），即获得膨化短秸秆，备用；

4）取步骤1）获得的长纤维秸秆与浓度1%～5%的粪水充分搅拌混合，每75kg长纤维秸秆加入150kg粪水，选用的粪水含水率控制在55%～75%；充分混合后的物料装填入底部设有机械通气口的发酵罐进行发酵过程，每天补充15kg浓度1%～5%的粪水，每7天翻堆一次，在发酵20天、40天时，继续补充10kg揉搓后的长纤维秸秆；每次翻堆充分均匀，保持翻堆后发酵罐各部位温度误差在5℃以内，保证发酵灌内的温度范围45℃～75℃，在65天后取出物料，得到腐熟长秸秆纤维；调整腐熟长秸秆纤维含水率为含水率65%,，再通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度为3cm～6cm（含3cm和6cm）的挤出腐熟膨化长秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出腐熟膨化长秸秆pH为4.5～6，再烘干（温度70℃～80℃）至含水率为35～45%，150℃高温灭菌处理（灭菌时间30min），即获得腐熟膨化长秸秆，备用；

5）取步骤1）获得的短纤维秸秆与浓度1%～5%的粪水充分搅拌混合，每75kg短秸秆纤维加入150kg粪水，选用的粪水含水率控制在55%～75%；充分混合后的物料装填入底部设有机械通气口的发酵罐进行发酵过程，每天补充15kg浓度1%～5%的粪水，每7天翻堆一次，在发酵20天、40天时，继续补充10kg揉搓后的短纤维秸秆；每次翻堆充分均匀，保持翻堆后发酵罐各部位温度误差在5℃以内，保证发酵灌内的温度范围45℃～75℃，在65天后取出物料，得到腐熟短秸秆纤维；调整腐熟短秸秆纤维含水率为65%,通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度＜3cm（不含3cm）的挤出腐熟膨化短秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出腐熟膨化短秸秆pH为4.5～6，再烘干（温度60℃～70℃）至含水率为35～45%，150℃高温灭菌处理（灭菌时间30min，即获得腐熟膨化短秸秆，备用；

6）在穴盘最底层铺装步骤2）获得的膨化长秸秆纤维，然后依次铺装步骤3）获得的膨化短秸秆纤维、步骤4）获得的腐熟膨化长秸秆纤维和步骤5）获得的腐熟膨化短秸秆，浇水直至穴盘孔洞有液滴流出后压实，最后铺装基质（优选复配的草炭、珍珠岩、蛭石），即获得水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质；

步骤2）-步骤5）中，双螺杆挤出膨化的目的在于使秸秆纤维帚化，提升成型基质的持水孔隙度，并且有利于秸秆纤维的铺装成型。

进一步，上述水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质的制备方法中，步骤4）和步骤5）中所述粪水包括猪粪水、牛粪水、羊粪水、鸡粪水、鸭粪水中的至少一种。

进一步，上述水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质的制备方法中，步骤2）-步骤5）中所述双螺杆挤出膨化机的运行参数为：运行温度为100～160℃，螺杆转速为400～1500r/min，挤出膨化机压力为0.8～2.2MPa，温度、螺杆转速和压力的控制将决定秸秆纤维力学性能以及秸秆纤维帚化后铺装成型工艺的质量。

进一步，上述水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质的制备方法中，步骤2）-步骤5），中所述酸性溶液浓度为0.01mol/L，该酸性溶液包括硫酸、硝酸、硫酸铵、硝酸铵中的至少一种。

进一步，上述水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质的制备方法中，步骤6）中，基质层是由草炭、珍珠岩、蛭石复配获得的，他们的体积比优选：5～20%：1～4%：1～4%。

第三，本发明还提供了利用上述水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质的育秧方法，其具体步骤为：在硬质塑料穴盘（规格58cm×28cm×3cm）中铺装上述水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质，然后喷洒浓度为0.1%的咪鲜胺和多菌灵的混合溶液，直至穴盘孔洞有液滴流出，然后用清水洗净；在穴盘每个穴播撒催芽后的水稻种子3颗，并覆盖一层草炭直至刚好没过种子，随后继续浇水直至穴盘孔洞有液滴流出，直至种子出苗发白前不再额外浇水，在30天的秧苗生长期内不施加任何肥料，水稻秧苗的生长完全靠基质本身提供。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

1、本发明将揉搓、粉碎后的农作物秸秆纤维与粪水混合发酵得到腐熟的秸秆纤维，再经挤出膨化过程，使得长纤维秸秆内部纤维素疏解、纤维与纤维之间交联性得以减弱、既保证了营养元素最大程度保留充分被水稻秧苗所吸收，又保证水稻成苗率较高；其中，未腐熟的秸秆基本结构未被破坏，因此保留了较强的力学性能；本发明通过将不同纤维长度的腐熟/未腐熟的秸秆合理配置，通过对各层高度的调控，既保证水稻根系穿透，又维持较为优异的力学性能，腐熟的复配在于既保持较为优异的力学性能，又提供了水稻育秧生长过程中的营养元素，根系活力较高

3、本发明获得的基质容重小，持水孔隙度较高，移栽过程力学性能较好，水稻成苗率较高；营养物质丰富，育秧期内无需额外追肥；根系活力高，出苗整齐，成本低廉，大幅度减少了草炭这种昂贵基质的使用量，又循环利用秸秆避免出现使用不当对环境的影响。

4、采用本发明方法制备的水稻育秧基质有利于实现农业废弃物秸秆资源的循环利用，对生态平衡保护建设有深刻的意义。这种多层水稻穴盘育秧用秸秆基质，是一种生态性、绿色性、功能性集于一体的无土育秧基质，是减少草炭这种不可再生资源的绿色基质首选。

附图说明

图1为实施例水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质结构示意图；

其中，1、膨化长秸秆层；2、膨化短秸秆层；3、腐熟膨化长秸秆层；4、腐熟膨化短秸秆层；5、基质层。

图2为水稻秧苗生长质量图片。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明所述的技术方案更加清楚地说明，所述实施例仅仅是本发明的部分实施例，并不是全部实施例，所述具体的实施例并不用于限定本发明。

实施例1

1、制备多层秸秆基质

1）回收的农作物秸秆调节含水率25%，经秸秆揉搓、粉碎过程后分别制备成平均长度2cm的短纤维秸秆和平均长度为6cm的长纤维秸秆，备用；

2）将步骤1）获得的长秸秆纤维和短秸秆纤维分别与浓度1%的牛粪水充分搅拌混合，每75kg秸秆纤维加入150kg牛粪水，选用的牛粪水含水率控制在55%左右；充分混合后的物料装填入底部设有机械通气口的发酵罐进行发酵过程，每天补充15kg浓度1%的牛粪水，每7天翻堆一次，在发酵20天、40天时，分别补充10kg长秸秆纤维或短秸秆纤维，每次翻堆充分均匀，保持翻堆后发酵罐各部位温度误差在5℃以内，并观察发酵物料的颜色、湿度、温度、气味的变化情况，保证发酵灌内的温度范围25℃～75℃，在65天后取出物料，物料颜色发黑，纤维有明显的软化，分别得到腐熟长秸秆纤维和腐熟短秸秆纤维；

3）腐熟长秸秆纤维处理：调节步骤2)中获得的腐熟长秸秆纤维含水率65%，通过双螺杆挤出膨化机制备纤维长度3cm～6cm（本实施例中，秸秆平均长度5cm）的挤出腐熟长秸秆纤维；双螺杆挤出膨化机的运行条件为：运行温度为160℃，螺杆转速为1500r/min，挤出膨化机压力为1.8MPa；制备的长度为3cm～6cm挤出腐熟长秸秆纤维使用0.01mol/L硫酸溶液浸泡振荡4小时，直至挤出腐熟长秸秆纤维的pH数值为6；浸泡后的挤出腐熟长秸秆纤维经清水洗酸后烘干直至含水率范围45%，然后经150℃高温灭菌处理，即获得腐熟膨化长秸秆，备用；

4）腐熟短秸秆纤维处理：调节步骤2)中获得的腐熟短秸秆纤维含水率65%，通过双螺杆挤出膨化机制备纤维长度＜3cm（本实施例中，秸秆纤维平均长度为1cm）挤出腐熟膨化短秸秆纤维；双螺杆挤出膨化机的运行条件为：运行温度为160℃，螺杆转速为1500r/min，挤出膨化机压力为1.8MPa；制备的挤出腐熟膨化短秸秆纤维使用0.01mol/L硫酸溶液浸泡振荡4小时直至挤出腐熟膨化短秸秆纤维的pH数值为6；浸泡后的挤出腐熟膨化短秸秆纤维经清水洗酸后烘干直至含水率范围45%，然后经150℃高温灭菌处理，即获得腐熟膨化短秸秆，备用；

5）长秸秆纤维处理：调节步骤1)中获得的长秸秆纤维含水率65%，后通过双螺杆挤出膨化机制备纤维平均长度3cm～6cm（本实施例中，秸秆平均长度5cm）的挤出长秸秆纤维；双螺杆挤出膨化机的运行条件为：运行温度为160℃，螺杆转速为1500r/min，挤出膨化机压力为1.8MPa；制备的挤出长秸秆纤维使用0.01mol/L硫酸溶液浸泡振荡4小时，直至挤出长秸秆纤维的pH数值为6；浸泡后的挤出长秸秆纤维经清水洗酸后烘干直至含水率范围45%，然后经150℃高温灭菌处理，即获得膨化长秸秆，备用；

6）短秸秆纤维处理：调节步骤1)中获得的短秸秆纤维含水率65%后通过双螺杆挤出膨化机制备纤维平均长度纤维长度＜3cm（本实施例中，秸秆纤维平均长度为1cm）的挤出膨化短秸秆纤维；双螺杆挤出膨化机的运行条件为：运行温度为160℃，螺杆转速为1500r/min，挤出膨化机压力为1.8MPa；制备的挤出膨化短秸秆纤维使用0.01mol/L硫酸溶液浸泡振荡4小时直至挤出膨化短秸秆纤维的pH数值为6；浸泡后的挤出膨化短秸秆纤维经清水洗酸后烘干直至含水率范围45%，然后经150℃高温灭菌处理，即获得膨化短秸秆，备用；

7）水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质铺装成型：将上述步骤获得的膨化长秸秆、膨化短秸秆、腐熟膨化长秸秆、腐熟膨化短秸秆以及基质进行铺装：1.在穴盘最底层铺装第一层平均长度5cm的膨化长纤维，高度12 mm；2.在所述第一层之上铺装第二层平均长度1cm膨化短纤维，高度8 mm；3. 在所述第二层之上铺装第三层平均长度5cm腐熟膨化长纤维，高度4mm；4. 在所述第三层之上铺装第四层平均长度1cm腐熟膨化短纤维，高度3 mm；对所述已铺装的四层进行加水进行浇水直至穴盘孔洞有液滴流出后压实，最后在第四层之上铺装第五层基质层，该基质层是由草炭、珍珠岩、蛭石按照体积比5:1:1获得，基质层的高度1 mm。

本实施例获得的水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质结构如图1所示，其理化性能见表1，表1中，未腐熟秸秆（秸秆长度1-3cm）基质制备方法为：

调节秸秆纤维含水率65%，后通过双螺杆挤出膨化机制备纤维平均长度纤维长度＜3cm的挤出膨化短秸秆纤维；双螺杆挤出膨化机的运行条件为：运行温度为160℃，螺杆转速为1500r/min，挤出膨化机压力为1.8MPa；制备的挤出膨化短秸秆纤维使用0.01mol/L硫酸溶液浸泡振荡4小时直至挤出膨化短秸秆纤维的pH数值为6；浸泡后的挤出膨化短秸秆纤维经清水洗酸后烘干直至含水率范围45%，然后经150℃高温灭菌处理30min，即获得未腐熟秸秆基质。

表1水稻育秧基质基本理化性能

由表1可见，本实施例获得的多层秸秆基质的持水孔隙度有较大提升，拉伸强度较好。

2、水稻育秧

硬质塑料穴盘（规格58cm×28cm×3cm）中铺装实施例1获得的多层基质后，利用浓度为0.1%的咪鲜胺和多菌灵的混合溶液喷洒在基质表面，直至穴盘孔洞有液滴流出，并用清水洗净。穴盘每个穴播撒催芽后的水稻种子3颗，并覆盖一层草炭直至刚好没过种子，随后继续浇水直至穴盘孔洞有液滴流出。种子出苗发白前不再额外浇水，在30天的秧苗生长期内不施加任何肥料；同时设立（相同高度的）草炭基质和未腐熟秸秆（秸秆长度1-3cm）基质作为对比例，三种基质所培育秧苗质量见表2和图2所示。

表2水稻秧苗的质量

图2中，A为多层秸秆基质、B为草炭、C为未腐熟秸秆基质；由图2和表2可见，与水稻秧苗全株鲜重、叶绿素含量和根系活力和传统昂贵不可再生的草炭基质相比，差别在10%以内，因此，这种多层秸秆基质能够满足水稻育秧的生长过程中所需的养分，具备代替水稻育秧传统草炭基质的可行性。

表3水稻成苗率

水稻成苗率如表3所述，本实施例获得的多层秸秆基质和草炭基质的偏差在1%以内，可见多层秸秆基质培育的水稻秧苗和草炭基质差别不大，但显著优于未腐熟秸秆基质。

实施例2 制备多层秸秆基质

1）回收的农作物秸秆调节含水率55%，经秸秆揉搓、粉碎过程后分别制备成平均长度3cm的短纤维秸秆和平均长度为5cm的长纤维秸秆，备用；

2）将步骤1）获得的长秸秆纤维和短秸秆纤维分别与浓度3%的羊粪水充分搅拌混合，每75kg秸秆纤维加入150kg羊粪水，选用的牛粪水含水率控制在60%左右；充分混合后的物料装填入底部设有机械通气口的发酵罐进行发酵过程，每天补充15kg浓度3%的羊粪水，每7天翻堆一次，在发酵20天、40天时，分别补充10kg长秸秆纤维或短秸秆纤维，每次翻堆充分均匀，保持翻堆后发酵罐各部位温度误差在5℃以内，并观察发酵物料的颜色、湿度、温度、气味的变化情况，保证发酵灌内的温度范围25℃～75℃，在55天后取出物料，物料颜色发黑，纤维有明显的软化，分别得到腐熟长秸秆纤维和腐熟短秸秆纤维；

3）腐熟长秸秆纤维处理：调节步骤2)中获得的腐熟长秸秆纤维含水率65%，后通过双螺杆挤出膨化机制备纤维平均长度在4cm的挤出腐熟长秸秆纤维；双螺杆挤出膨化机的运行条件为：运行温度为130℃，螺杆转速为1200r/min，挤出膨化机压力为1.2MPa；制备的挤出腐熟长秸秆纤维使用0.01mol/L硝酸溶液浸泡振荡4小时，直至挤出腐熟长秸秆纤维的pH数值为5.5；浸泡后的挤出腐熟长秸秆纤维经清水洗酸后烘干直至含水率35%，然后经150℃高温灭菌处理，即获得腐熟膨化长秸秆，备用；

4）腐熟短秸秆纤维处理：调节步骤2)中获得的腐熟短秸秆纤维含水率65%，后通过双螺杆挤出膨化机制备纤维平均长度在2cm的挤出腐熟膨化短秸秆纤维；双螺杆挤出膨化机的运行条件为：运行温度为130℃，螺杆转速为1200r/min，挤出膨化机压力为1.2MPa；制备的挤出腐熟膨化短秸秆纤维使用0.01mol/L硝酸溶液浸泡振荡4小时直至挤出腐熟膨化短秸秆纤维的pH数值为5.5；浸泡后的挤出腐熟膨化短秸秆纤维经清水洗酸后烘干直至含水率35%，然后经150℃高温灭菌处理，即获得腐熟膨化短秸秆，备用；

5）长秸秆纤维处理：调节步骤1)中获得的长秸秆纤维含水率65%，后通过双螺杆挤出膨化机制备纤维平均长度在4cm的挤出长秸秆纤维；双螺杆挤出膨化机的运行条件为：运行温度为130℃，螺杆转速为1200r/min，挤出膨化机压力为1.2MPa；制备的挤出长秸秆纤维使用0.01mol/L硝酸溶液浸泡振荡4小时，直至挤出长秸秆纤维的pH数值为5.5；浸泡后的挤出长秸秆纤维经清水洗酸后烘干直至含水率35%，然后经150℃高温灭菌处理，即获得膨化长秸秆，备用；

6）短秸秆纤维处理：调节步骤1)中获得的短秸秆纤维含水率65%，后通过双螺杆挤出膨化机制备纤维平均长度在2cm的挤出膨化短秸秆纤维；双螺杆挤出膨化机的运行条件为：运行温度为130℃，螺杆转速为1200r/min，挤出膨化机压力为1.2MPa；制备的挤出膨化短秸秆纤维使用0.01mol/L硝酸溶液浸泡振荡4小时直至挤出膨化短秸秆纤维的pH数值为5.5；浸泡后的挤出膨化短秸秆纤维经清水洗酸后烘干直至含水率35%，然后经150℃高温灭菌处理，即获得膨化短秸秆，备用；

7）水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质铺装成型：将上述步骤获得的膨化长秸秆、膨化短秸秆、腐熟膨化长秸秆、腐熟膨化短秸秆以及基质进行铺装：1.在穴盘最底层铺装第一层平均长度4cm的膨化长纤维，高度10mm；2.在所述第一层之上铺装第二层平均长度2cm膨化短纤维，高度10mm；3. 在所述第二层之上铺装第三层平均长度4cm腐熟膨化长纤维，高度5mm；4. 在所述第三层之上铺装第四层平均长度2cm腐熟膨化短纤维，高度2 mm；对所述已铺装的四层进行加水进行浇水直至穴盘孔洞有液滴流出后压实，最后在第四层之上铺装第五层基质层，该基质层是由草炭、珍珠岩、蛭石按照体积比10:3:2获得，基质层的高度2mm。

水稻育苗方式同实施例1，本实施例获得多层秸秆基质水稻成苗率如表4所示：

表4水稻成苗率

可见，本实施例获得的多层秸秆基质和草炭基质的偏差在1%以内。

实施例3

1）回收的农作物秸秆调节含水率75%，经秸秆揉搓、粉碎过程后分别制备成平均长度4cm的短纤维秸秆和平均长度为8cm的长纤维秸秆，备用；

2）将步骤1）获得的长秸秆纤维和短秸秆纤维分别与浓度5%的猪粪水充分搅拌混合，每75kg秸秆纤维加入150kg猪粪水，选用的猪粪水含水率控制在75%左右；充分混合后的物料装填入底部设有机械通气口的发酵罐进行发酵过程，每天补充15kg浓度5%的猪粪水，每7天翻堆一次，在发酵20天、40天时，分别补充10kg长秸秆纤维或短秸秆纤维，每次翻堆充分均匀，保持翻堆后发酵罐各部位温度误差在5℃以内，并观察发酵物料的颜色、湿度、温度、气味的变化情况，保证发酵灌内的温度范围25℃～75℃，在55天后取出物料，物料颜色发黑，纤维有明显的软化，分别得到腐熟长秸秆纤维和腐熟短秸秆纤维；

3）腐熟长秸秆纤维处理：调节步骤2)中获得的腐熟长秸秆纤维含水率65%，后通过双螺杆挤出膨化机制备纤维平均长度在7cm的挤出腐熟长秸秆纤维；双螺杆挤出膨化机的运行条件为：运行温度为100℃，螺杆转速为1000r/min，挤出膨化机压力为1.1MPa；制备的挤出腐熟长秸秆纤维使用混合溶液（0.01mol/L的硫酸铵溶液和0.01mol/L的硫酸溶液混合后获得）浸泡振荡4小时，直至挤出腐熟长秸秆纤维的pH数值为4.5；浸泡后的挤出腐熟长秸秆纤维经清水洗酸后烘干直至含水率45%，然后经150℃高温灭菌处理，即获得腐熟膨化长秸秆，备用；

4）腐熟短秸秆纤维处理：调节步骤2)中获得的腐熟短秸秆纤维含水率65%，后通过双螺杆挤出膨化机制备纤维平均长度在3cm的挤出腐熟膨化短秸秆纤维；双螺杆挤出膨化机的运行条件为：运行温度为100℃，螺杆转速为1000r/min，挤出膨化机压力为1.1MPa；制备的挤出腐熟膨化短秸秆纤维使用混合溶液（0.01mol/L的硫酸铵溶液和0.01mol/L的硫酸溶液混合后获得）浸泡振荡4小时直至挤出腐熟膨化短秸秆纤维的pH数值为4.5；浸泡后的挤出腐熟膨化短秸秆纤维经清水洗酸后烘干直至含水率45%，然后经150℃高温灭菌处理，即获得腐熟膨化短秸秆，备用；

5）长秸秆纤维处理：调节步骤1)中获得的长秸秆纤维含水率65%，后通过双螺杆挤出膨化机制备纤维平均长度在7cm的挤出长秸秆纤维；双螺杆挤出膨化机的运行条件为：运行温度为100℃，螺杆转速为1000r/min，挤出膨化机压力为1.1MPa；制备的挤出长秸秆纤维使用混合溶液（0.01mol/L的硫酸铵溶液和0.01mol/L的硫酸溶液混合后获得）浸泡振荡4小时，直至挤出长秸秆纤维的pH数值为4.5；浸泡后的挤出长秸秆纤维经清水洗酸后烘干直至含水率45%，然后经150℃高温灭菌处理，即获得膨化长秸秆，备用；

6）短秸秆纤维处理：调节步骤1)中获得的短秸秆纤维含水率65%，后通过双螺杆挤出膨化机制备纤维平均长度在3cm的挤出膨化短秸秆纤维；双螺杆挤出膨化机的运行条件为：运行温度为100℃，螺杆转速为1000r/min，挤出膨化机压力为1.1MPa；制备的挤出膨化短秸秆纤维使用混合溶液（0.01mol/L的硫酸铵溶液和0.01mol/L的硫酸溶液混合后获得）浸泡振荡4小时直至挤出膨化短秸秆纤维的pH数值为4.5；浸泡后的挤出膨化短秸秆纤维经清水洗酸后烘干直至含水率45%，然后经150℃高温灭菌处理，即获得膨化短秸秆，备用；

7）水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质铺装成型：将上述步骤获得的膨化长秸秆、膨化短秸秆、腐熟膨化长秸秆、腐熟膨化短秸秆以及基质进行铺装：1.在穴盘最底层铺装第一层平均长度7cm的膨化长纤维，高度6mm；2.在所述第一层之上铺装第二层平均长度7cm膨化短纤维，高度6mm；3. 在所述第二层之上铺装第三层平均长度3cm腐熟膨化长纤维，高度8 mm；4.在所述第三层之上铺装第四层平均长度2cm腐熟膨化短纤维，高度2 mm；对所述已铺装的四层进行加水进行浇水直至穴盘孔洞有液滴流出后压实，最后在第四层之上铺装第五层基质层，该基质层是由草炭、珍珠岩、蛭石按照体积比15:5:4获得，基质层的高度1mm。

水稻育苗方式同实施例1，本实施例获得多层秸秆基质水稻成苗率如表5所示：

表5水稻成苗率

可见，本实施例获得的多层秸秆基质和草炭基质的偏差在1%以内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质，其特征在于，该多层秸秆基质由下至上依次包括：膨化长秸秆纤维层、膨化短秸秆纤维层、腐熟膨化长秸秆纤维层、腐熟膨化短秸秆纤维层、基质层；

其中，所述膨化长秸秆层是这样获得的；调节平均长度为5cm-8cm的长纤维秸秆的含水率为55-75%，再通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度为3cm～6cm的挤出膨化长秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出膨化长秸秆pH为4.5～6，再烘干至含水率为35～45%，150℃高温灭菌后，即获得膨化长秸秆；

所述膨化短秸秆纤维层是这样获得的；调节平均长度为2cm-4cm的短纤维秸秆的含水率为55-75%，再通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度＜3cm的挤出膨化短秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出膨化短秸秆pH为4.5～6，再烘干至含水率为35～45%，150℃高温灭菌后，即获得膨化短秸秆；

所述腐熟膨化长秸秆纤维层是这样获得的；调节平均长度为5cm-8cm的长纤维秸秆的含水率为55-75%，加入浓度为1%～5%的粪水，45℃～75℃有氧发酵65天后，得到腐熟长秸秆纤维；调节含水率为65%，再通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度为3cm～6cm的挤出腐熟膨化长秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出腐熟膨化长秸秆pH为4.5～6，再烘干至含水率为35～45%，150℃高温灭菌处理后，即获得腐熟膨化长秸秆；

所述腐熟膨化短秸秆纤维层是这样获得的；调节平均长度为2cm-4cm的短纤维秸秆的含水率为55-75%，加入浓度为1%～5%的粪水，45℃～75℃有氧发酵65天后，获得腐熟短秸秆纤维；调节含水率为65%，再通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度＜3cm的挤出腐熟短膨化秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出腐熟短膨化秸秆pH为4.5～6，再烘干至含水率为35～45%，150℃高温灭菌处理后，即获得腐熟膨化短秸秆。

2.根据权利要求1所述水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质，其特征在于，所述膨化长秸秆层、膨化短秸秆层、腐熟膨化长秸秆层、腐熟膨化短秸秆层、基质层的高度依次为6～12mm、6～10mm、4～8mm、2～3mm、1～2mm。

3.根据权利要求1所述水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质，其特征在于，所述基质层是由炭、珍珠岩、蛭石复配后获得的。

4.如权利要求1所述水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

1）将回收的农作物秸秆调节含水率55%～75%，经秸秆揉搓、粉碎后分别制备成平均长度2cm-4cm的短纤维秸秆和平均长度为5cm-8cm的长纤维秸秆，备用；

2）将步骤1）获得的长纤维秸秆通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度为3cm～6cm的挤出膨化长秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出膨化长秸秆pH为4.5～6，再烘干至含水率为35～45%，150℃高温灭菌处理后，即获得膨化长秸秆，备用；

3）将步骤1）获得的短纤维秸秆通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度＜3cm的挤出膨化短秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出膨化短秸秆pH为4.5～6，再烘干至含水率为35～45%，150℃高温灭菌处理后，即获得膨化短秸秆，备用；

4）取步骤1）获得的长纤维秸秆与浓度1%～5%的粪水充分搅拌混合，加入比例为每75kg长纤维秸秆加入150kg粪水，45℃～75℃有氧发酵，每天补充15kg浓度1%～5%的粪水，在发酵20天、40天时，继续补充10kg揉搓后的长纤维秸秆，发酵65天后即得到腐熟长秸秆纤维；调整腐熟长秸秆纤维含水率为含水率65%,再通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度为3cm～6cm的挤出腐熟膨化长秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出腐熟膨化长秸秆pH为4.5～6，再烘干至含水率为35～45%，150℃高温灭菌处理后，即获得腐熟膨化长秸秆，备用；

5）取步骤1）获得的短纤维秸秆与浓度1%～5%的粪水充分搅拌混合，加入比例为每75kg短秸秆纤维加入150kg粪水，45℃～75℃有氧发酵，每天补充15kg浓度1%～5%的粪水，在发酵20天、40天时，继续补充10kg揉搓后的短纤维秸秆；发酵65天后得到腐熟短秸秆纤维；调整腐熟短秸秆纤维含水率为65%；通过双螺杆挤出膨化机制备得到长度＜3cm的挤出腐熟膨化短秸秆，加入酸性溶液浸泡至挤出腐熟膨化短秸秆pH为4.5～6，再烘干至含水率为35～45%，150℃高温灭菌处理后，即获得腐熟膨化短秸秆，备用；

6）在穴盘最底层铺装步骤2）获得的膨化长秸秆纤维，然后依次铺装步骤3）获得的膨化短秸秆纤维、步骤4）获得的腐熟膨化长秸秆纤维和步骤5）获得的腐熟膨化短秸秆，浇水直至穴盘孔洞有液滴流出后压实，最后铺装基质层，即获得水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质。

5.如权利要求4所述水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质的制备方法，其特征在于，步骤4）和步骤5）中所述粪水包括猪粪水、牛粪水、羊粪水、鸡粪水、鸭粪水中的至少一种。

6.如权利要求4所述水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质的制备方法，其特征在于，所述通过双螺杆挤出膨化机制备是指双螺杆挤出膨化机的运行参数为：运行温度为100～160℃，螺杆转速为400～1500r/min，挤出膨化机压力为0.8～2.2MPa。

7.如权利要求4所述水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质的制备方法，其特征在于，所述酸性溶液浓度为0.01mol/L，该酸性溶液包括硫酸、硝酸、硫酸铵、硝酸铵中的至少一种。

8.如权利要求1-3任一所述水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质在水稻穴盘旱育秧中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，具体步骤如下：在穴盘中铺装水稻穴盘旱育秧用多层秸秆基质，然后喷洒浓度为0.1%的咪鲜胺和多菌灵的混合溶液，直至穴盘孔洞有液滴流出，然后用清水洗净；在穴盘每个穴播撒催芽后的水稻种子，并覆盖草炭，继续浇水直至穴盘孔洞有液滴流出，即完成稻穴盘旱育秧。