玉米秸秆育苗种坨成型工艺试验研究

刘德军，周艳吉，刘 坤，程 乾，白雪卫，宫元娟

·农业资源循环利用工程·

玉米秸秆育苗种坨成型工艺试验研究

刘德军，周艳吉，刘 坤，程 乾，白雪卫，宫元娟※

（沈阳农业大学工程学院，沈阳 110866）

秸秆育苗种坨是以玉米秸秆作为主要成分，添加牛粪、无机络合物、聚丙烯酸钠、硫酸亚铁等辅料研磨后作为育苗基质，将种子和基质一次性压制成型，也可将种子种植于种坨种植孔内，在满足种子发芽生长的温度和湿度条件下，育苗后直接移栽的新型块状育苗技术。种坨育苗不仅能够定养定肥、省去配肥加药环节，而且具有直接移栽不伤根、无需缓苗、省去装钵取苗环节等优势，具有良好的经济效益、生态效益。该研究在物料特性分析基础上，分别以物料含水率、压缩比以及压缩速度为试验因素，以抗破坏强度、吸水率、膨胀率为试验指标进行试验研究，分析各因素对育苗种坨成型质量及性能的影响规律。试验结果表明，含水率较优范围18%～22%；压缩比较优范围2.75～3.50；压缩速度较优范围90～130 mm/min。进行三元二次正交旋转组合试验设计，建立含水率、压缩比、压缩速度与吸水率、抗破坏强度、膨胀率等参数之间的数学模型，得到各指标优化参数组合为：含水率为22%，压缩比为2.9，压缩速度为90 mm/min，此时育苗种坨抗破坏强度较强，吸水性能好，膨胀率低。验证试验结果表明：种坨成型质量及性能良好，满足育苗要求，为秸秆育苗种坨成型工艺、成型机械的设计与优化提供了理论依据。

秸秆；基质；育苗；压缩成型；成型质量；玉米

0 引 言

目前，中国在利用秸秆栽培食用菌、压制秸秆燃料、利用秸秆炼制生物柴油以及秸秆中的木质素降解等关键技术方面均有所发展。2017年，全国秸秆综合利用率超过82%，基本形成肥料化利用为主，饲料化、燃料化稳步推进，基料化、原料化为辅的综合利用格局[1]。作物秸秆营养丰富，玉米秸秆含有30%以上的碳水化合物、2%～4%的蛋白质和0.5%～1.0%的脂肪。其中碳、氧、氢3种化学成分总和占95%以上[2]。研究发现，秸秆腐熟处理后，不仅产生大量可构成土壤肥力的重要活性物质—腐殖质，而且可产生多种可供农作物吸收利用的营养物质如有效态氮、磷、钾等[3]。在育苗和常规栽培中替代土壤或传统栽培基质[4-9]。基质育苗技术相比于水培和雾培，是无土育苗最主要的育苗形式，占商业性无土育苗方式的90%以上。其中，较为普遍应用的基质原料主要为泥炭和岩棉。但是泥炭属于不可再生资源，开采行为对环境破坏很大[10]。而在岩棉生产中会产生大量废渣废料，例如渣球和废弃的岩棉渣，甚至一些熔融的废玻璃体，这些废弃渣料难以降解，危害环境[11-14]。因此，开发利用秸秆作为一种新型环保、低成本且可再生的无土育苗基质, 具有良好的发展前景。

育苗是蔬菜生产的重要环节，工厂化育苗是蔬菜科学化、集约化、产业化、市场化生产的发展方向,而秧苗移栽无疑是蔬菜育苗的最大技术阻碍[15]。解决育苗移栽过程中伤苗问题以及移栽后缓苗周期长的问题，是蔬菜育苗发展的重中之重。目前，国内外针对这一问题的研究主要集中在2个方面。一是利用一些可降解的原料，添加粘结剂热压成育苗钵，移栽时，育苗钵随秧苗一同移栽至大田[16-18]。这种方式存在育苗钵降解周期长、影响植物从土壤中吸收水分和营养物质，存在制备工艺繁琐，压缩成型机械构造复杂的问题，难以推广[19]。另一种方法是将育苗基质直接压缩成型制成育苗营养块[20]，并在外侧围裹一层可降解的无纺布保证其不散坨[21]。目前，育苗营养块的原料多为优质泥炭、椰糠等，育苗营养块具有营养齐全、省肥省种、减少病害、苗齐苗壮、无需缓苗、保护根系等众多优点[22-25]。

基于以上问题，结合国内外研究现状，配制了以玉米秸秆为主要原料的基质，并用研磨等特殊工艺，用相对较小的力压制成种坨，具有质地轻盈，吸水率高，吸水膨胀小，反复吸水不松散等特点。选取物料含水率、压缩比、压缩速度为试验因素，以抗破坏强度、吸水率、膨胀率为试验指标进行试验研究。通过二次正交旋转组合设计结合响应面分析的方法，寻求育苗种坨制备的最优成型工艺参数，为今后育苗种坨成型机械的研制开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料准备

玉米秸秆于2017年10月取自沈阳市苏家屯区大河南镇农户的农田，品种为丹玉311，秸秆人工收获后在田间自然晾干，用揉丝粉碎机粉碎后按照质量比例3:1混合腐熟牛粪，腐熟牛粪来源于沈阳市苏家屯区十里河镇一养牛户家。预混料按照总量质量比3%聚丙烯酸钠，3%无机络合物，1%的硫酸亚铁和1%硼砂、1%硫酸锌、1%磷酸二氢钾，充分溶解后形成预混液，加入到秸秆牛粪混合料中，浸泡1 h以上，用研磨机加工成粘稠浆状物，含水率达80%左右，形成种坨基质备用。

1.2 仪器设备

试验用9JST-20型秸秆粉碎机，由沈阳农业大学大北农科技有限公司生产。物料研磨机为课题组自己研制，委托沈阳明途机电维修有限公司生产，动力为380 V，功率7.5 KW电机，生产率约800 kg/h，磨片直径250 mm。种坨压制成型模具为自制，主要由顶杆、模具套筒、底座3部分组成，其中顶杆固定在万能拉压试验机的横梁上。模具套筒内径50 mm，压制出种坨高度30 mm，根据种子品种需要更换模具。电子式万能拉压试验机型号为WDW-200型，由济南试金集团有限公司设计生产，具有数据处理、图像同步显示以及试验结果保存等功能，通过自主编程，可设定顶杆下压位移、压缩速度以及保压时间等参数。烘干设备为101型电热鼓风干燥箱，由上海阳光实验仪器有限公司生产。电导率测定采用上海越平科学仪器（苏州）制造有限公司生产的DDS-11A型电导率仪。

1.3 育苗种坨生产工艺

育苗种坨用粉碎后玉米秸秆与腐熟牛粪按质量3:1比例混合，加入预混液浸泡1 h以上，进行研磨成粥状，获得种坨基质，然后压制成型。压制过程先将模具半填充，然后放入当年产干燥的山东华迈种业繁育的先辣一号朝天椒种子，再填满基质，压制成型，最后60 ℃以下烘干处理或自然晾晒至完全干燥。其具体生产工艺流程如图1所示。种坨压制成型前对基质电导率进行测定，采用标准测定方法使电导率不超过800s/cm，本试验基质电导率平均为725s/cm。

图1 玉米秸秆育苗种坨生产工艺流程示意图

1.4 试验因素水平确定

为确定育苗种坨压缩成型影响因素的范围，进行单因素试验。含水率试验范围从80%开始，每天用电热鼓风干燥箱烘干基质20 min，然后进行试验，随着时间含水率逐渐降低，试验9 d，共计9个水平进行试验，最低含水率为15.99%。压缩力越大，育苗种坨的成型效果越好，但由于物料之间的粘结程度增加，育苗种坨的吸水性能变差。同时，在速度一定的情况下，压缩比越大，压块时间越长，压缩能耗也会增加，因此，压缩比预设为2、2.25、2.5、2.75、3、3.25、3.5、3.75和4共9个水平，转换成压缩位移分别为：45、50、54、57、62、64、66和67.5 mm，每个压缩比水平下重复5次试验。压缩速度对成型效果，压缩能耗和生产效率都有一定影响，结合文献和前期试验，确定压缩速度水平为30、50、70、90、110、130、150、170和190 mm/min。试验因素还包括粘结剂添加量，各种成分的配比等，考虑到基质的配比营养均衡性和粘结剂有效添加量等原因，本试验不作为试验因素进行研究。

1.5 试验指标选取

育苗种坨要具有一定抗破坏强度，以保证运输、储存过程中不被损坏。种坨喷水后膨胀率小，不松散，且具有较好的吸水性，以保证植物生长营养和保护根系的作用，因此选用育苗前抗破坏强度（destructive strength，N）、吸水率（water absorption，%）和膨胀率（expansion rate，%）为试验指标。抗破坏强度测试方法是将育苗种坨立放于WDW-200型拉压试验机试验台上，设定停止条件为形变程度20%，系统达到最大形变条件，卸载并反向向上运动时的最大压缩应力即为抗破坏强度。吸水率是种坨浸泡2 h以上捞出，或者雾状喷水3 h以上，吸水至质量不再变化为止，种坨吸水后的质量减去吸水前质量与吸水后质量的比值。膨胀率反应育苗种坨吸水后的体积变化情况，轻微的膨胀能够增加育苗种坨的孔隙度，有利于幼苗的生长发育，然而膨胀率过大会导致破损散坨。膨胀率是种坨按照测定吸水率的吸水方法，测量吸水后的体积减去吸水前体积与吸水前体积的比值。

1.6 试验方案设计

利用Design-Expert 8.0.6软件，根据通用旋转组合设计方法，选取三因素二次正交旋转组合设计试验，选取含水率为1，压缩比为2，压缩速度为3，查表=1.681，根据单因素试验结果确定5个水平，因素水平编码如表1。

表1 因素水平编码表

注：查表=1.681，下同。

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

2 结果与分析

2.1 基质物料特性

参照郭世荣[26]的方法，对混合后的秸秆育苗种坨基质特性进行测定，基质物料pH值为6.4，总孔隙度65.82%，通气孔隙度19.16%，持水孔隙度56.66%，容重0.4 g/cm3，符合植物生长需要。委托上海微谱化工技术服务有限公司青岛分部对营养成分进行进一步的分析，结果如表2所示。检测结果表明，该基质配方酸碱度呈中性，磷钾含量偏高，考虑主要是添加磷酸二氢钾起的作用，基质营养基本均衡，微量元素满足植物生长需要。在生产前要监测基质的电导率（electrical conductivity，EC），适当降低预混液的浓度，可防止营养过剩、营养超标等对种子造成不良影响。

表2 种坨基质营养成分含量表

2.2 试验因素的影响

根据单因素试验方法，分析含水率、压缩比和压缩速度对种坨性能指标的影响。

2.2.1 含水率的影响

含水率（water content，%）对刚压制完成的育苗种坨抗破坏强度影响如图2所示，育苗种坨的抗破坏强度随含水率的增大先急速增大后趋于平缓，符合二次函数关系。当含水率在15.99%～22.03%范围内时，育苗种坨的抗破坏强度明显上升，此后，含水率增加到30%的过程中，种坨抗破坏强度逐渐降低，但幅度变化平缓，降势较小。

图2 含水率对育苗种坨抗破坏强度的影响

在试验范围内，含水率的变化对育苗种坨的吸水率影响不明显，对其吸水后的膨胀率也没有太大的影响，可见，含水率只影响成型，对后期种坨的吸水以及膨胀没有影响，分析原因是种坨烘干后含水率趋于一致。

2.2.2 压缩比的影响

压缩比（compression ratio）对育苗种坨抗破坏强度影响试验方差分析中，0.01(8，18)=3.71<256.68，说明压缩比对育苗种坨抗破坏强度的影响显著。压缩比对育苗种坨吸水率的影响试验方差分析，0.01(8，18)=3.71<219.98，说明压缩比对育苗种坨吸水率的影响显著，对试验结果进行回归分析，回归曲线如图3a和3b所示。

由图3a和3b可知，育苗种坨的抗破坏强度随压缩比的增大而增大，压缩比对育苗种坨吸水率随压缩比的增大而降低，2个指标都呈现二次函数关系。在保证一定的成型稳定性基础上，吸水率越大越好，但也要考虑吸水后膨胀率，太大的膨胀率可能会导致散坨，影响移栽。压缩比对育苗种坨膨胀率的关系如图3c所示。

由图3c可知，压缩比在2～3范围内时，对育苗种坨膨胀率的影响符合二次函数关系，随压缩比的增大呈现先增大后降低的趋势，在压缩比为2.25时，育苗种坨的膨胀率最高为4.60%，之后随着压缩比的增加而逐渐降低，最低至2.80%。当压缩比在3～4范围内时，育苗种坨膨胀率略微回升至3.10%左右，虽高于3.07%，但仍在可接受的稳定性范围内。综上，育苗种坨压缩比范围应控制在2.75～3.5范围内较适宜。

图3 压缩比对育苗种坨抗破坏强度、吸水率和膨胀率的影响

压缩比反应了对种坨压缩程度的大小，也反应了种坨压制成型后的致密程度，秸秆与牛粪纤维状的物料形态使得种坨成型后呈现纵横交错的孔洞结构，这也说明致密性越大，形成的孔洞越小，从而影响其吸水率和膨胀率，致密的结构也增强了抗破坏的能力。

2.2.3 压缩速度的影响

压缩速度（compression speed，mm/min）对育苗种坨抗破坏强度、吸水率和膨胀率的影响试验结果分别如图4所示。压缩速度对育苗种坨喷水试验前抗破坏强度有一定的影响，随着压缩速度的增大，育苗种坨抗破坏强度呈递减的趋势，但这种趋势不明显，幅度很小。压缩速度对育苗种坨吸水性影响符合对数函数关系，压缩速度在30～70 mm/min范围内时，育苗种坨的吸水性能较差，吸水率偏低。当压缩速度增加至70 mm/min后，随着压缩速度的增加，育苗种坨的吸水性能有所好转，吸水率逐渐增大。当压缩速度在大于90 mm/min范围内时，吸水率均达到80%左右。但是在压缩速度达到130 mm/min以后，这种增大趋势不明显。压缩速度对育苗种坨膨胀率的影响符合二次函数关系。随着压缩速度的增加，育苗种坨膨胀率逐渐升高。当压缩速度在小于150 mm/min范围内时，育苗种坨的膨胀率均可以维持在稳定性要求范围内。综上，育苗种坨压制压缩速度范围应控制在90～130 mm/min范围内较适宜。牛粪的纤维结构具有很好的粘结性和缠绕性，太快的压缩速度不利于秸秆物料与牛粪纤维组织的粘合，使种坨抗破坏能力和膨胀性增大，对吸水率的影响也是由于孔洞结构形成不完善导致。

图4 压缩速度对育苗种坨抗破坏强度、吸水率和膨胀率的影响

2.3 成型工艺参数优化试验

将因素水平编码表中的压缩比换算成压缩位移，按照因素水平表组合设计设定万能试验机的压缩位移与压缩速度，进行育苗种坨压制试验。试验方案与结果如表3所示。

表3 试验方案与试验结果

2.3.1 抗破坏强度试验结果与分析

利用Design-Expert软件对含水率、压缩比以及压缩速度对育苗种坨抗破坏强度、吸水率和膨胀率的影响进行回归性分析。剔除回归方程不显著项，得到育苗种坨抗破坏强度的回归方程如下

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，育苗种坨抗破坏强度在=0.01水平上显著，说明回归方程拟合较好。

图5a为含水率与压缩比交互作用对育苗种坨抗破坏强度的响应面图。在压缩速度为110 mm/min（0水平）的条件下，当含水率固定时，抗破坏强度随压缩比的增而增大；当压缩比固定时，含水率在18%～20%范围内，抗破坏强度随含水率的增加而增大，幅度较大，当含水率在20%～22%范围内时，抗破坏强度随含水率的增大呈增大趋势，但变化很小。当压缩比在3.3～3.5之间，含水率21%～22%之间时，抗破坏强度出现最大值。

图5b为含水率与压缩速度交互作用对育苗种坨抗破坏强度的响应面图。在压缩比为3.13（0水平）的条件下，当含水率固定时，抗破坏强度随压缩速度的增而变化很小；当压缩速度固定时，抗破坏强度随含水率的增加而增大。当压缩速度在90～100 mm/min范围内，含水率在21%～22%之间时，抗破坏强度出现最大值；

图5c为压缩速度与压缩比交互作用对育苗种坨抗破坏强度的响应面图。在含水率为20%（0水平）的条件下，当压缩比固定时，抗破坏强度随压缩速度的增加而变化很小；当压缩速度固定时，抗破坏强度随压缩比的增加而增大。当压缩比在2.75～2.95之间，压缩速度在90～100 mm/min之间时，抗破坏强度最大。

2.3.2 育苗种坨吸水率试验结果与分析

利用Design-Expert软件对含水率、压缩比以及压缩速度对育苗种坨吸水率的影响进行回归性分析。构建育苗种坨吸水率的回归方程如下

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，育苗种坨吸水率在=0.01水平上显著，说明回归方程拟合较好。

图6a为含水率与压缩比交互作用对育苗种坨吸水率的响应面图。在压缩速度为110 mm/min（0水平）的条件下，由响应面图可知：当含水率固定时，吸水率随压缩比的增加而减小；当压缩比固定时，含水率在18%～19%范围内，吸水率随含水率的增加而增大，当含水率在21%～22%范围内时，吸水率随含水率的增大而变化很小。当压缩比在2.75～2.95范围内,含水率在21%～22%之间时，吸水率出现最大值。

图6b为含水率与压缩速度交互作用对育苗种坨吸水率的响应面图。在压缩比为3.13（0水平）的条件下，当含水率固定时，吸水率随压缩速度的增加而增大；当压缩速度固定时，吸水率随含水率的增加先增大后减小。当含水率在20%～21%之间，压缩速度在120～130 mm/min之间时，吸水率最大。

图6c为压缩速度与压缩比交互作用对育苗种坨吸水率的响应面图。当压缩比在2.75～2.95之间，压缩速度在120～130 mm/min之间时，吸水率最大。

图5 交互作用对育苗种坨抗破坏强度响应面图

图6 交互作用对育苗种坨吸水率响应面图

2.3.3 育苗种坨膨胀率试验结果与分析

利用Design-Expert软件对含水率、压缩比以及压缩速度对压制一周后膨胀率的影响进行回归性分析。构建育苗种坨膨胀率的回归方程如下

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，育苗种坨膨胀率在=0.01水平上显著，说明回归方程拟合较好。

图7a为含水率与压缩比交互作用对育苗种坨膨胀率的响应面图。在压缩速度为110 mm/min（0水平）的条件下，当含水率固定时，膨胀率随压缩比的增而减小；当压缩比固定时，含水率在18%～20%范围内，膨胀率随含水率的增加而增大，当含水率在20%～22%范围内时，膨胀率随含水率的增大而变化很小。含水率在21%～22%范围内，压缩比在3.4～3.5之间时，膨胀率最小。

图7 交互作用对育苗种坨膨胀率响应面图

图7b为含水率与压缩速度交互作用对育苗种坨膨胀率的响应面图。在压缩比为3.13（0水平）的条件下，含水率在18%～19%范围内，压缩速度在90～100 mm/min之间时，膨胀率最小。

图7c为压缩速度与压缩比交互作用对育苗种坨膨胀率的响应面图。在含水率为20%（零水平）的条件下，当压缩比固定时，膨胀率随压缩速度的增加而增大；当压缩速度固定时，膨胀率随压缩比的增加而减小。当压缩比在3.3～3.5范围内，压缩速度在90～100 mm/min之间时，膨胀率最小。

3 综合优化与验证试验

为了得到最优的成型及使用效果，需要育苗种坨的抗破坏强度、吸水率最大，膨胀率最小，因此创建目标函数=1+2−3，并将回归方程带入目标函数。其中

式中1为育苗种坨抗破坏强度，N；2为吸水率，%；3为膨胀率，%；1为含水率，%；2为压缩比；3为压缩速度，mm/min；运用MATLAB软件进行参数优化求解得到含水率为22.09%，压缩比为2.9，压缩速度为90 mm/min。采用优化后的参数取值进行试验，重复3次取平均值，获得育苗种坨性能结果如表4所示。比较试验结果与理论值接近。

表4 育苗种坨验证试验结果

为了验证参数优化后育苗种坨的使用性能，进行验证性育苗试验，试验种子为山东华迈种业繁育的先辣一号朝天椒种子。试验时，先用水将压制烘干的育苗种坨彻底浸透2 h后捞出，第3天后进行微喷灌溉，育苗7 d后如图8所示，发芽率为95%以上，证明所得育苗种坨使用性能良好，可以满足使用要求。

图8 育苗种坨发芽试验

育苗种坨质感轻盈，吸水率强，可以长时间浸泡不松散，不变形，性能特点突出。使用扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）对种坨表面进行电镜扫描的图像表明（图9），育苗种坨外观看似紧密，实则有若干孔洞，孔洞纵横交错，彼此贯通，从而使种坨结构紧密，吸水率强，且吸水后不松散，不变形，保证透气性，满足植物发芽生长要求。育苗种坨使基质和种子一次性压制成型，烘干后便于运输和储存，充足的养分保证了种子发芽生长，据测算，批量生产每个种坨成本不到0.10元，无论是蔬菜、花卉育苗，还是大田作物移栽，消耗大量农业废弃物的同时，每公顷成本6 000元左右，具有良好的经济效益、社会效益和生态效益。

图9 扫描电子显微镜中的育苗种坨表面

4 结 论

1）以玉米秸秆为主要原料，牛粪等为辅料的育苗化学及物理特性满足植物发芽生长的育苗要求，基质与种子压制成种坨后，种坨密度约为0.2 g/cm3，质感轻盈，可反复吸水50次以上，能够长时间水浸泡不松散、不变形，具有突出的优点和优势。

2）以含水率、压缩比和压缩速度为试验因素，进行三元二次正交旋转组合试验设计，建立含水率、压缩比、压缩速度与吸水率、抗破坏强度、膨胀率等参数之间的数学模型，得到各指标优化参数组合为：含水率为22%，压缩比为2.9，压缩速度为90 mm/min，此时育苗种坨抗破坏强度较强，吸水性能好，膨胀率低。

3）综合优化与验证试验表明：试验结果切实可行，所获得的育苗种坨成型质量及性能良好，种子发芽率达到95%以上，其良好的吸水性和透气性，缘于其纵横交错的孔洞结构。本研究为秸秆育苗种坨成型工艺、成型机械的设计与优化提供了理论基础。

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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

农业部公益性行业科研专项（201503134）

刘德军，博士，主要从事农作物秸秆高值化利用技术与智能装备研究。Email：ldjldj@126.com

宫元娟，教授，主要从事秸秆高值化利用技术与智能装备研究。Email：yuanjuangong@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.05.028

TS653.5

A

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

刘德军，周艳吉，刘 坤，程 乾，白雪卫，宫元娟. 玉米秸秆育苗种坨成型工艺试验研究[J]. 农业工程学报，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