中国食物链氮素资源流动特征分析

活化氮引起的资源环境问题成为国际关注的热点。研究利用养分流动方法,利用模型量化氮素流动特征的指标,阐明我国食物链氮素流动特征。结果表明：随着GDP增长,在食物消费拉动下,2005年人均化肥、饲料、食物氮素消费量分别为1980年的2.1、2.2和1.3倍,养活一个中国人的资源代价在增加。中国食物链氮素库存量和流量大幅增长,1980年到2005年农田氮素总流量从2104×10⁴t增加到4355×10⁴t,动物生产体系氮素流量从745×10⁴t提高到2255×10⁴t,家庭消费系统氮素流量从313×10⁴t增加到436×10⁴t。然而,2005年食物链氮素生产效率仅为9%,废弃物循环率下降。与此同时,食物链氮素流动排放造成巨大的环境压力,2005年食物链系统进入环境的氮素为4 288×104 t,是1980年的2.4倍。     

中国生物质能源的定量评价及其地理分布

利用已有统计资料和数据,定量估算了中国生物质能源的数量,并对其地理分布格局进行了探讨。研究表明:①2004年中国生物质资源实物蕴藏量为:秸秆7.28×10⁸t,主要分布在河南、山东、黑龙江、吉林、四川等省;畜粪39.26×10⁸t,主要分布在河南、山东、四川、河北、湖南等省;林木生物质21.75×10⁸t,主要分布在西藏、四川、云南、黑龙江、内蒙古等省区;城市垃圾1.55×10⁸t,主要分布在广东、山东、黑龙江、湖北、江苏等省;废水482.4×10⁸t,主要分布在广东、江苏、浙江、山东、河南等省;②2004年中国生物质能实物总蕴藏潜力为35.11×10⁸tce,前五位依次为四川、云南、黑龙江、河南和内蒙古;其中理论可获得量为4.6×10⁸tce,前五位为四川、黑龙江、云南、西藏和内蒙古。可获得量中秸秆、薪柴和畜粪所占比例分别达38.9%、36.0%和22.14%;③中国生物质能分布不均,省际差异较大。按农村人口计算,人均理论可获得生物质能最大的西藏自治区达14.17tce,最小的浙江省仅0.15tce。而生物质能蕴藏潜力分布在一定程度上与常规一次能源蕴藏潜力分布呈现互补状态,则更加突出了在一次能源蕴藏量较低的地区开发利用生物质能的巨大潜力。     

中国各区域秸秆资源可能源化利用的潜力分析

在我国能源需求迅速增长并日益依赖国际市场的背景下,能源化利用秸秆资源是我国缓解能源短缺的重要选择之一。论文在综合相关研究成果的基础上,对我国不同区域农作物秸秆可能源化利用的潜力及资源密度进行了分析。研究表明,2009年中国农作物秸秆理论资源量为7.48×10⁸ t,可获得资源量为6.34×10⁸ t,可能源化利用量为1.52×10⁸ t。中国可能源化利用秸秆资源区域分布极不均匀。长江中下游、东北、华北等区域可能源化利用秸秆潜力较大,分别为0.42×10⁸、 0.37×10⁸和0.35×10⁸ t,青藏高原、黄土高原和西南可能源化利用秸秆资源潜力较低。根据各区域可能源化利用秸秆资源密度,论文对不同省份建造较大规模秸秆发电企业或燃料乙醇企业的适宜性进行了分析。     

四川省非道路移动源大气污染物排放清单研究

根据调查收集到的2015年四川省工程机械、农业机械、铁路机车、船舶和民航飞机的保有量、活动水平等数据,采用"排放因子法"计算了非道路移动源大气污染物排放量,分析了2015四川省非道路移动源的尾气污染排放特征,并建立了3km×3km的网格化排放清单.结果表明,2015年四川省非道路移动源排放的PM₁₀为1.38×10⁴t,PM_2.5为1.25×10⁴t,NO_x为1.83×10⁵t,THC为2.98×10⁴t,CO为1.21×10⁵t.工程机械对污染物的贡献率相对较高,占比达到70%;其次为农业机械,对NO_x和PM的贡献占比分别达到15%.工程机械和农业机械的排放主要集中在夏季和秋季,而飞机、铁路机车和船舶的时间变化较不明显;而从空间分布来看,高排放源主要分布于成都平原地区和川南地区.     

中国菌糠露天焚烧污染物排放时空分布特征

基于我国2000~2017年食用菌年产量数据,采用排放因子法估算了菌糠露天焚烧的污染物排放量,利用Mann-Kendall法和聚类分析法分析了排放量的时空分布特征,使用回归分析法预测了污染物的排放趋势.结果表明：（1）2000~2017年全国菌糠露天焚烧污染物排放量持续上升,PM_2.5、CO₂、CO、CH₄、NMVOCs、PAHs、NO_x、SO₂累积排放量分别为1.40×10⁶,3.48×10⁸,1.99×10⁷,8.43×10⁵,2.08×10⁶,3.00×10⁴,6.34×10⁵,8.29×10⁴t;（2）污染物排放量较高的省区包括山东、黑龙江、浙江、湖南、江苏、福建和河南,排放量较低的省区包括贵州、宁夏、天津、北京、新疆、重庆、甘肃;（3）预计2021年菌糠焚烧污染物总排放量高达4.25×10⁷t,其对生物质焚烧污染物总排放量的贡献率约为19.82%.我国菌糠露天焚烧污染物排放规模较大,应予以重点关注.     

干旱化与土地利用变化对中国北方草地与农牧交错带耕地自然生产潜力的综合影响评价研究

气候和土地利用变化通过不同的方式影响耕地的自然生产潜力,目前在时空尺度上定量分析典型生态边缘区气候干旱和土地利用变化对耕地自然生产潜力综合影响的研究还比较薄弱。论文首先采用桑斯维特纪念模型(Thornthwaite-Memorial Model)对北方草地与农牧交错带地区耕地自然生产潜力进行了计算。然后结合气象数据,分析了干旱化对研究区耕地自然生产潜力的影响。又在遥感数据生成的1990,1995和2000年1km土地利用/覆盖数据基础上,分析了土地利用变化对耕地自然生产潜力的影响。结果发现1970～2006年研究区总体上呈现出较强的变干趋势,但波动明显,干旱导致耕地自然生产潜力在1990～1995年和1995～2000年分别减少了约16.61×10⁶t和19.55×10⁶t。1990～1995年和1995～2000年耕地增加率分别为2.64%和2.55%,在此基础上,耕地自然生产潜力分别增加了5.36×10⁶t和4.48×10⁶t。从整个研究区尺度来看,1990～1995年和1995～2000年耕地自然生产潜力分别减少了了约11.24×10⁶t和15.08×10⁶t。从基于气象站点的泰森多边形尺度来看,研究区的西北区域,主要包括陕西、宁夏和甘肃部分地区,耕地自然生产潜力对于气候变化比较敏感,而包括河北、山西部分地区在内的研究区华北南部区域和内蒙古主要受到土地利用变化的影响。     

中美商品贸易的碳排放转移研究

中美两国均为温室气体排放大国,且双边贸易额巨大。由于两国在基础设施、技术、能源综合效率和资源禀赋上存在差异,使得中美商品贸易中存在碳排放转移。论文采用投入产出法的思想,结合经济、能源与贸易三系统,建立了基于国际商品贸易的碳排放转移模型,并分别测算了1997年与2002年中美商品贸易中各相应部门的碳排放转移量。研究表明：①1997年与2002年,基于中美商品贸易的中国部门载碳量分别达到4010.13×10⁴t碳与5056.21×10⁴t碳,依次占中国相应部门载碳总量的6.61%与8.33%;而美国部门载碳量仅为290.65×10⁴t碳与335.61×10⁴t碳,相继仅占美国部门载碳总量的0.53%与0.66%;②1997年与2002年,中美商品贸易的碳转移总量依次达3719.75×10⁴t碳与4719.60×10⁴t碳,化学工业、金属冶炼及其压延加工业是主要的碳转移部门;③1997年与2002年,通过国际商品贸易,美国分别有相当于其相应部门碳排放总量的6.77%与9.32%的碳被泄露到了中国,中国为美国的碳减排做出了很大的潜在贡献,美国等发达国家应该为中国等发展中国家提供切实有效的气候与环境友好型技术援助。     

京津冀大气污染传输通道城市燃煤大气污染减排潜力

以京津冀大气污染传输通道城市为研究对象,建立了燃煤电厂、燃煤锅炉、农村散煤三大污染源主要大气污染物排放计算方法,以2015年为基准年,梳理现有燃煤污染减排政策措施,对2017年“2+26”城市燃煤污染源SO₂、NOx、PM、PM₁₀、PM_2.5的减排潜力进行了分析.结果表明：实施燃煤电厂超低排放改造、燃煤锅炉淘汰或改造、散煤改电（气）等措施后,“2+26”城市2017年燃煤SO₂、NOx、PM、PM₁₀、PM_2.5排放量分别达到87×10⁴t、56×10⁴t、64×10⁴t、45×10⁴t、32×10⁴t,预计比2015年分别减少44%、48%、33%、32%、30%.燃煤电厂、燃煤锅炉、农村散煤替代各项污染物减排比例分别在55%~70%、31%~38%、18%~21%,未来农村散煤治理的减排潜力还较大.从各城市情况来看,多数城市燃煤SO₂、NO_x减排主要来自燃煤电厂超低排放改造;保定、廊坊等城市燃煤颗粒物减排量较大,得益于散煤治理工作的大力推进.     

我国燃料乙醇的生产潜力与发展对策研究

论文测算了我国能源作物和农林废弃物等原料的燃料乙醇转化潜力,发现2015-2030年我国燃料乙醇的理论生产能力将从6 364×10⁴ t 增长到1.18×10⁸ t,可行的产量水平将在1 387.9×10⁴ t 以上。如果能实现这一产量,将在很大程度上缓解我国的石油供求矛盾。今后提高燃料乙醇生产能力的可行策略主要有以下方面：加强边际土地资源评估和开发,促进能源作物的规模化利用,通过利益引导加强秸秆能源化利用,延长林木采伐加工产业链,在农村地区发展沼气等新型能源替代薪柴。     

中国化肥资源供需矛盾及调控策略

鉴于中国化肥供需形势不清给产业调控带来不确定性影响,论文分析了化肥资源供需矛盾,并提出了相关调控策略。结果表明,中国化肥供需总量已经接近平衡,氮磷钾化肥的自给率分别达到100%、95%和29%。少部分产品存在缺口,其中氯化钾的自给率为23%,是当前我国惟一紧缺的化肥产品。随着化肥生产向资源产地集中,中国化肥供需时空不平衡有扩大的趋势。部分时间段的供需不平衡异常尖锐,其中10月份至来年3月份全国化肥供应过剩超过900×10⁴t,而部分月份却极端不足,例如7月份两广、东北等地的尿素缺口达200×10⁴t左右,10月份华北地区的磷酸二铵缺口达到100×10⁴t左右,而5、7、8三个月中两广地区的钾肥缺口也超过100×10⁴t。建议国家加强储备工作,储备化肥消费量的15%,其中10%储备在淡季,以减少过剩的压力,而5%储备在旺季,以应对市场供不应求。     

以10种农业废弃物为基料的地下水反硝化碳源属性的实验研究

为了选择理想的农业废弃物作为优质碳源,同时作为生物膜载体应用于可渗透反应墙(PRB),通过反硝化作用去除地下水中的硝酸盐.选择小麦秸秆、玉米秸秆、稻秆、大豆秸秆、玉米棒、稻壳、甘蔗渣、杨树枝、木屑、芦苇共10种农业废弃物进行元素分析实验、浸溶实验和长效浸出实验研究.元素分析实验结果显示,10种农业废弃物的C、N、H元素含量分别为38%~48%、5%~7%、0.5%~2.5%.短效浸出实验表明,甘蔗浸出液的总有机碳(TOC)浓度最高,均值可达38.66 mg·g~(-1),大豆秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、稻壳、杨树枝和小麦秸秆为8.04~15.30 mg·g~(-1),其他均值约为2.36~6.33 mg·g~(-1).但是,大部分农业废弃物均释放一定量的含氮物质.其中,硝酸盐及亚硝酸盐释放量均低于0.05 mg·g~(-1),氨氮释放量低于0.30 mg·g~(-1),凯氏氮除木屑、玉米棒、杨树枝释放量较低,其余均高于0.80 mg·g~(-1),最高可达1.65 mg·g~(-1).同时,秸秆类材料浸出液具有一定的色度,其中稻杆的色度最高,其值为1025.选择浸出液TOC浓度较高的甘蔗渣、玉米秸秆、稻壳、小麦秸秆及凯氏氮浓度较低的玉米棒和木屑作为理想碳源材料,进行长效浸出实验.结果表明,6种材料的TOC能迅速达到高位平衡状态,且溶出速率稳定,浸出液的高效液相色谱(HPLC)和气-质谱联用仪(GC/MS)分析表明,其主要成分为有机酸、糖类、含氮有机物和酯类等物质.其中,有机酸主要为甲酸、乙酸、草酸、富马酸等小分子有机酸、糖类主要为纤维二糖、葡萄糖、果糖和木糖.脱氮效能实验表明,6种农业废弃物硝酸盐去除率均达到80%以上,脱氮速率均达到1.00~2.00 mg·cm~(-3)·d~(-1)(以N计).综上,这6种材料均可作为地下水硝酸盐污染原位修复的理想碳源填充材料.     

发展生物能源引发的土地利用问题

在经济发展不断增加对能源的需求和国际上减少温室气体排放的压力下,生物能源得到了各国政府的大力扶持并取得了快速发展。全球燃料乙醇生产总量1975年为5.68×108L,2000年增加到170×108L,2007年迅速增加到511×108L。生物柴油也自2000年的约9.1×108L迅速增加到2007年的132×108L。生物能源的迅速发展带来了关于其对粮食安全影响的激烈争论。论文从剖析近年来关于生物能源发展对粮食安全的影响入手,系统分析了耕地在生物能源生产及其效应研究中的重要作用、近年来生物能源发展占用耕地面积、对土地利用变化的影响及其对农户耕地利用决策行为的影响机制。研究发现:①土地作为生物能源生产的主要资源投入类型,是其对粮食安全产生影响的最重要媒介;②近年来生物能源占用耕地面积呈不断增加趋势,2004年,全球生物能源占地1 400×104hm2,约为全球耕地总面积(140 583×104hm2)的1%,到2007年,占地4 221.7×104hm2,相当于2004年的3.05倍,据保守估计到2030年,将占地5 300×104hm2;③发展生物能源直接带来林地、草地和农用地等土地利用类型之间,以及不同农作物类型之间的土地利用冲突,并带来土地利用方式的显著变化;④从农户尺度看,相对于粮食作物,能源作物具备较高的经济收益,根据对广西武鸣县的农户调查得出,2009年木薯纯收益为11 123.04元/hm2、甘蔗为12 138.36元/hm2,远远高于稻谷(6 984.04元/hm2)、玉米(5 104.61元/hm2)、花生(2 851.36元/hm2),收益上的比较优势是其播种面积不断增加的根本原因。     

中国典型社会源危险废物的资源潜力分析

对中国典型社会源危险废物的潜在资源量进行了预测与估算.在界定社会源危险废物概念和构建其物质代谢模型的基础上,根据GM（1,1）灰色预测模型及Weibull寿命分布模型,利用2006~2015年中国典型社会源危险废物原产品消费的时间序列样本数据,模拟了其消费量和报废量的动态变化趋势,进一步建立了潜在资源量预测模型并分析了潜在资源的再利用价值.据预测,2025年中国将产生废旧铅酸电池4.16亿kW·h、节能灯6.34亿支和线路板1.09亿m²,可回收的资源总量达1200万t以上,包括贵金属0.15万t、具有环境危害性的重金属368万t和其它可回收资源879万t.     

中国玉米生产-消费体系养分流动分析

采用物质流和养分流相结合的分析方法, 沿玉米生产的肥料投入到玉米消费过程, 研究氮、 磷养分流动; 以2004 年为例, 分析了中国玉米生产消费过程中氮、磷养分流动特点和资源的利用效 率。2004 年玉米生产投入化肥氮(N) 549.6×104t、磷( P2O5) 211.2×104t; 共收获养分氮(N) 342.9×104t、 磷( P2O5) 139.4×104t, 其中75%的氮和68%的磷被利用, 最终进入家庭的氮占22.3%, 磷为15.0%; 秸 秆中氮的还田率只有47%, 磷的较高, 在80%左右, 可见秸秆还田是归还土壤磷的有效措施。玉米 生产要消耗大量的资源, 2004 年生产1t 玉米养分, 消耗的化肥氮、磷养分相当于煤5.2t、磷矿资源 12.1t。因此, 优化玉米整个生产与消费体系中养分的流动, 对于提高养分资源利用效率和减少资源 浪费具有重要作用。     

Integrated benefits of power generation by straw biomass — A case study on the Sheyang Straw Power Plants in Jiangsu Province, China

Power generation using straw biomass has quantifiable benefits from an economic, ecological, and sociological perspective in China. The methods used to construct the assessment models of these integrated benefits were the revenue capitalization approach and the discounted-cash-flow approach. The results indicated that a straw power plant with the capacity of 2.50×10⁷W and burning 1.23×10⁵ tons of cotton straw could annually supply 1.40×10⁸ kWh of power. However, it would not be until six years later that these results could be measured. Over the long term, the gross benefits could reach up to 4.63×10⁸ Yuan. Therefore, the total benefits are expected to be 1.18 × 10¹² Yuan if all available straw resources are used to generate power. The policy implication showed that the long-term integrated benefits of power generation by straw biomass outweighed the short-term benefits. This is the main incentive to use straw biomass for power generation in the future.     

东北地区农业源一次颗粒物排放清单研究

采用自下而上的清单编制方法,搜集各农业环节(秸秆燃烧、整地、收割、谷物处理、化肥施用、农机排放、风蚀)排放因子、作物面积和耕作方式等信息,编制了2010年东北地区县级尺度的农业一次颗粒物(PM₁₀和PM_2.5)排放清单,并分析了农业源颗粒物排放的时空分布特征.结果表明:1)2010年东北地区农业源一次颗粒物PM₁₀总排放量54.6万t,PM_2.5总排放量35.6万t;2)东北地区农业源一次颗粒物PM₁₀排放量最大的农业活动环节是秸秆燃烧,占农业源总排放量的比例为60%,秸秆燃烧排放PM_2.5占PM_2.5农业源排放量的87%,整地环节是一次颗粒物排放的第2大农业排放源,对农业源排放PM₁₀和PM_2.5总量的贡献率分别是27%和6%; 3)PM₁₀和PM_2.5的排放强度空间分布表明,东北地区农业源颗粒物排放区域集中在黑龙江省东北部和中部地区,吉林省中部和辽宁省中部地区; 4)PM₁₀和PM_2.5排放的时间变化特征显示,PM₁₀农业源排放年变化曲线中,5月份和9、10月份是农业源排放一次颗粒物PM₁₀较多的月份,PM_2.5排放集中在9、10月份;5)本研究估算的污染物排放清单的不确定性为184.3%.未来的工作将侧重于典型农业区本土排放因子测定,从而有效减小排放清单的不确定性.     

新疆玛纳斯河流域农业水资源可利用潜力分析

结合新疆玛纳斯河流域水文水资源、种植结构和节水技术发展等资料,从开源、节流两方面对流域近期(至2010年)、中远期(2010-2030年)农业水资源极限潜力、可挖掘潜力进行了估算。结果表明,就目前水资源的利用水平和开发趋势,玛纳斯河流域未来农业水资源的主要利用途径是开源与节流相结合,以节流为主。全流域尚有的农业灌溉水资源极限潜力为10.75×10⁸m³,近期农业水资源可挖掘潜力为2.13×10⁸m³,其中开源增水潜力0.40×10⁸m³,占18.8%,节流增水潜力1.73×10⁸m³,占81.2%;中远期农业水资源可挖掘潜力5.33×10⁸m³,其中开源增水潜力1.12×10⁸m³,占21.0%,节流增水潜力4.21×10⁸m³,占79.0%。该研究对区域制订节水灌溉规划及水资源系统优化配置具有重要参考价值。     

中国陆地地表水生态系统服务功能及其生态经济价值评价

根据水生态系统提供服务特点,可将水的生态系统服务功能划分为具有直接使用价值的产品和具有间接使用价值的支持系统功能两大类。在评价中,将我国陆地水生态系统分为河流、水库、湖泊、沼泽4个类型,结合基础数据的可获得性,建立了由生活及工农业供水、水力发电、内陆航运、水产品生产、休闲娱乐5个直接使用价值指标和调蓄洪水、河流输沙、蓄积水分、保持土壤、净化水质、固定碳、维持生物多样性7个间接使用价值指标构成的评价指标体系。以2000年为评价基准年份,对全国陆地水生态系统生态经济价值进行了评价,结果表明,陆地地表水生态系统2000年的直接使用价值为4263.91×10⁸元,间接使用价值为5546.92×10⁸元,总价值为9810.83×10⁸元,相当于2000年我国国内生产总值的10.97%。     

两种模式下中国未来发电行业发展情景及其环境效益分析

为了研究“双碳”目标模式下我国发电行业发展前景及带来的环境效益,建立了饱和“S”状灰色模型计算了按照旧有发电模式——非“双碳”模式下2021～2060年发电行业装机容量和发电量,并基于“中国2030年能源电力发展规划研究及2060年展望报告”计算获得了“双碳”模式下2021～2060年发电行业装机容量和发电量,对比研究了两种模式下中国未来发电行业的发展情景.通过物料衡算法和火电行业排放绩效构建了CO₂、 SO₂、 NO_x、 PM、 PM₁₀和PM_2.5的排放因子以及减排因子,定义了用于衡量污染物减排量的4种环境效益A₁～A₄.结果表明,在“双碳”模式下,火电机组将于2026年实现碳达峰,之后年均降低0.28亿kW,同时要求可再生能源发电机组于2020年后年均增加1.54亿kW以实现碳中和.与非“双碳”模式相比,“双碳”模式下火力发电装机容量将大幅度减少,可再生能源发电装机容量将大量增加,由此产生巨大的环境效益A₁...     

6种农业废弃物初期碳源及溶解性有机物释放机制

针对农业废弃物作为反硝化碳源初期有机物释放过多,N、P和色度物质释放以及溶解性有机物成分、释放机制及潜在影响不清楚等问题,选取水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯、大豆秸秆和大豆壳作为反硝化碳源,研究其碳源、二次污染物及溶解性有机物的释放情况,并分析其可能产生的影响.结果表明,6种材料均可作为反硝化碳源,小麦秸秆中C元素含量最高,而玉米芯释放二次污染的风险最低;6种材料在1~120 h的碳源释放过程符合二级反应动力学和Ritger-Peppas方程,二级反应动力学拟合结果表明玉米芯因具有适中的c_m值和较大的t_1/2值更适合作为反硝化碳源,Ritger-Peppas方程拟合结果表明释放机制为扩散过程;水稻秸秆浸出液中NH₄⁺-N、TN和TP浓度显著高于其他5种材料,小麦秸秆和玉米秸秆在浸泡过程中释放色度严重,玉米芯释放的N、P和色度物质均最少;玉米芯和大豆秸秆浸出液的可生化性好,造成出水二次污染的风险较低;浸出液中DOM芳香性和分子量随时间逐渐增大,腐殖化程度较低;利用平行因子法分析出5种荧光组分,主要为以类酪氨酸和类色氨酸为主的类蛋白物质,类胡敏酸为主的类腐殖酸含量较少,对后续水处理过程可能存在不利影响.本研究结果能为农业废弃物作为反硝化碳源时对初期阶段的出水水质影响及风险评估提供理论支撑.