人工湿地植物生物质资源能源化利用潜力评估

通过测定不同人工湿地植物的纤维素组分和热值,并采用NaOH–酶解工艺研究不同人工湿地植物水解液组分,对在人工湿地技术体系中起重要作用的湿地植物能源化利用潜力进行系统评估.结果显示,15种人工湿地植物的纤维素含量在19.78%～36.9%之间,半纤维素含量在4.51%～19.67%之间,木质素含量在10.79%～20.47%之间,具有与玉米秸秆相当的热值,其热值在14.002～17.839 MJ/kg之间.在NaOH–酶解工艺条件下,不同人工湿地植物水解液中存在5种糖类组分,主要为葡萄糖和木糖.研究表明,人工湿地植物是一种较好的生物质资源,可通过生物质固体成型燃料技术、沼气技术和燃料乙醇技术加以利用,进而建立人工湿地植物生物质资源能源化藕联利用模式.图2表2参22     

多年生禾草皇竹草的综合利用研究进展

因具有高产、速生、抗逆性强等生物学特性,被选作环境修复材料、优质饲草以及能源植物的皇竹草(Pennisetum hydridum)近年来备受关注.对国内外皇竹草在生态环境、畜禽饲料、清洁能源等领域的研究进展及应用情况进行综述,为皇竹草生物质资源的综合利用提供参考.已有研究表明,皇竹草在退化土壤修复、污水净化和入侵物种治理中均能发挥重要作用,可以高效富集土壤重金属、去氮除磷、取代外来入侵物种等.青饲、干草、氨化和青贮是皇竹草饲料化利用的主要方式,其中青贮利用可均衡营养,缓解冬春饲料短缺.通过热解燃烧、沼气发酵和乙醇发酵可实现皇竹草向生物能源的转化,生物量和纤维含量是影响其能源利用潜力的关键,也是制作纤维板、纳米纤维素膜、食用菌培养基的基础.最后分析皇竹草研究目前存在的问题,强调未来应注重优化工艺技术,拓展皇竹草生物质资源综合利用途径,并提出环境修复材料皇竹草在收获后可作为优质饲草、能源植物以及其他工业原料加以利用,产生的废渣可加工为有机肥的一种综合利用模式.(图2表3参80)     

炭化温度对植物基生物质炭与易腐垃圾炭的理化特性影响比较

易腐垃圾具有产量大、有机易腐性高的特点,带来严重的环境压力和资源浪费.炭化农用是其减量化处理和资源化利用的有效途径.本研究以山核桃蒲壳、玉米秸秆和易腐垃圾为原料在350、500、650℃条件下热解炭化制备生物质炭,比较植物基生物质炭与易腐垃圾炭理化特性的差异及其影响因素.结果表明,与山核桃蒲壳炭(WSB)和玉米秸秆炭(MB)相比,易腐垃圾炭(PWB)具有碳(C)含量低,氮(N)和灰分含量高的特点.炭化温度对其元素组成影响较弱.当炭化温度由350℃升到650℃时,WSB和MB的C含量分别提高了24.6%和13.2%,氢碳比值(H/C)分别下降了58.7%和34.7%;而PWB的C含量变化不显著,H/C比值仅下降了18.0%.随着炭化温度升高,生物质炭的pH值、EC、水溶性K⁺和Na⁺含量呈上升趋势.相关性分析结果表明,灰分与C/N、C含量、水溶性K⁺含量呈极显著负相关,与N含量、水溶性Na⁺含量、pH值呈极显著正相关.因此,高灰分含量导致易腐垃圾炭对炭化温度响应弱于植物基生物质炭,同时使易腐垃圾炭能为...     

竹子生物质废弃物前处理技术比较研究

为开发高效、低成本的预处理技术,促进竹子生物质及其废弃物资源的能源化利用,采用3种不同纤维素预处理方法分别对竹子生物质废弃物——笋壳和竹叶(茎)进行比较研究,同时与玉米秸秆相比较.结果表明,在稀H2SO4–酶解工艺、浓H3PO4–酶解工艺和NaOH–酶解工艺条件下,几种样品水解液中分别存在3、4和5种糖类组分.在稀H2SO4–酶解工艺中,木糖为主要成分,其次为葡萄糖;在浓H3PO4–酶解工艺中,葡萄糖为主要成分,其次为木糖;而在NaOH–酶解工艺,葡萄糖和木糖含量基本相当.同时对样品处理前后的表面结构变化分析表明,不同处理工艺均改变了竹叶(茎)、笋壳和秸秆等样品的表面结构,其结构更为松散,从而有利于纤维素的酶解.     

牛粪生物质资源综合利用研究进展

畜禽粪便是一种重要的廉价生物质资源,含有丰富的木质纤维素和矿质营养,但随意堆弃必然会对环境形成污染,同时造成资源浪费.为促进实现畜禽粪便的循环再生利用,从牛粪肥料化利用、能源化利用和化学品生产原料3个方面综述牛粪生物质资源的研究进展,分析不同处理方式对牛粪利用效率的影响.肥料化利用在一定程度上能消解环境中的牛粪,但因生产成本高、资源利用率低等问题限制了其大规模推广.而牛粪厌氧发酵能产生清洁能源沼气,结合厌氧共发酵方式可以提高甲烷产率,并且发酵后的沼液可用于浸种和生物农药利用;同时牛粪可以作为制取乙醇的新型原料,通过分子生物学手段构建重组运动发酵单胞菌,扩大菌株的底物利用范围.此外,牛粪作为乳酸、富马酸、纤维素等生物基产品的生产原料,丰富了牛粪利用方式.最后提出在牛粪利用过程中加强对重金属和抗生素的脱除,着力研究沼气工程建设技术,稳定发酵温度,提高产率,同时构建糖利用范围广、乙醇得率高的菌株,发展多重牛粪利用方式,以实现牛粪生物质资源的高值高效利用.     

蚁巢伞对木质纤维素的降解作用

白蚁-细菌-真菌共生系统对自然界生物质降解具有重要作用,研究蚁巢伞(Termitomyces)对木质纤维素的降解能力有助于揭示其共生关系,为蚁巢伞应用于生物质能源开发提供理论依据.利用黑翅土白蚁(Odontotermes formosanus)菌圃(OFC)及其固体培养蚁巢伞(TA)、液体培养蚁巢伞(TL)分别对未经预处理和经密褐褶孔菌(Gloeophyllum trabeum)预处理材料进行降解试验,探究蚁巢伞的木质纤维素降解能力.结果显示,未经预处理时,处理90 d后,OFC对纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为15.22%、29.34%和6.01%;处理120 d后,TA对纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为20.98%、31.89%和11.68%,TL对纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为14.39%、24.62%和5.05%.经过预处理时,处理120d后,OFC对纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为37.09%、42.20%和24.95%,TA对纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为34.77%、38.29%和29.74%,TL对纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为30.57%、30.47%和24.36%. 3种状态蚁巢伞对经预处理材料木质纤维素降解率均高于未经预处理材料.本研究表明,蚁巢伞对木质纤维素具有一定的降解能力,尤其是蚁巢伞对木质素的降解说明其可以打破木质素屏障,证实了利用蚁巢伞的木质纤维素降解能力来实现生物质能源化的潜力,结果可为蚁巢伞的人工栽培提供数据和参考.(图4表2参39)     

9种草本观赏植物叶绿素含量和细胞膜透性对酸雨胁迫的响应

研究模拟酸雨(pH 2.0、3.0、3.5)对9种草本观赏植物叶片叶绿素(Chl)含量和细胞质膜透性的影响。结果表明,酸雨强度与草本观赏植物Chl含量呈负相关,酸雨胁迫次数越多,Chl含量越低,不同pH胁迫只是变幅之间存在差异,而在酸雨处理终止后,植物叶片Chl含量逐步恢复,且不同敏感型植物在各时段的恢复速度(或修复进程)不同,其规律为敏感植物<中等植物<抗性植物。酸雨强度与植物叶片质膜透性呈正相关,每增加1次酸雨胁迫,植物叶片质膜透性在前次基础上有所增加,增加幅度也表现出敏感植物>中等植物>抗性植物的基本规律。酸雨处理结束后,3类植物叶片质膜透性基本呈现“低—高—低”变化规律,质膜透性的变化峰值多出现在酸雨处理终止后的48 h,仅变化幅度存在差异,即敏感植物>中等植物>抗性植物。     

化学工业出版社图书推荐

《现代微生物技术丛书 - -资源环境微生物技术》2 0 0 4年 8月出版 ,4 8.0 0元本书系统论述了有助于改善人类生活和生存的微生物 - -资源环境微生物在农业、能源和环保等领域中的应用技术。作者首先简要介绍了资源环境微生物的概念、研究内容和发展趋势 ,并且对资源环境微生物利用的重要原料生物质的作用作了较为详细的说明 ;然后详细论述了各类有益微生物和酶在纤维素资源利用、冶金工业、石油工业、环境友好产品及污染环境生物修复等领域中涉及的理论背景、研究历史、技术要点、典型产品、存在问题和发展前景。本书将分子生物学、工程菌改…     

牧草在重金属污染土壤治理中的修复和综合利用潜力

牧草易栽培,生物量大,产量高,在重金属污染土壤治理中具有良好的应用前景,既可作为农业生产的低积累饲用牧草,也可为重金属污染土壤修复提供高积累植物,是生物质能源植物和污染土壤修复的重要植物。综述了牧草在重金属污染土壤治理中的优势、积累特征、响应机制及主要牧草在重金属污染土壤治理中的应用和效益评估。分析了我国已发现的具有重金属污染土壤修复潜力的禾本科和豆科优良牧草类植物,对牧草吸收积累重金属的品种差异、单一/复合金属胁迫下牧草的响应及其机制等研究现状进行阐述,以期为利用牧草进行重金属污染土壤的治理和综合利用提供理论基础和实践参考。     

利用木质纤维素类生物质发酵生产乙醇重组菌株研究进展

要实现木质纤维素类生物质的有效利用,当前还面临很多瓶颈问题亟待解决,而缺乏能够同时高效利用纤维素类水解物的发酵菌株是制约纤维素乙醇生产的最关键因素.目前对发酵菌种的研究主要集中在酿酒酵母、运动发酵单胞菌、大肠杆菌和克雷白氏杆菌这4种菌上,已取得大量研究进展,为纤维素乙醇的产业化奠定了一定的基础.本文综述了这4种菌发酵纤维素水解物的基因工程改造研究进展,并对组学时代进一步优化发酵菌株进行了展望.图2表2参51     

北亚热带常绿阔叶林乔灌草物种的碳氮磷生态化学计量比

碳氮磷生态化学计量比是认识植物养分利用与分配的重要指标,一定程度上表征了物种在生态系统中的生存适应策略,但不同生活型的物种(如乔灌草)往往具有较大的差异,且缺乏必要关注.因此,为认识四川盆地北亚热带典型常绿阔叶林中主要乔灌草物种的氮磷利用特征,以9个乔木树种、3个灌木物种和4个草本物种为研究对象,分析不同物种叶、枝、皮、茎和根等器官的碳氮磷含量及生态化学计量特征.结果显示:总体而言,草本植物的氮和磷的含量大于乔木和灌木,但乔木物种的碳氮比、碳磷比和氮磷比均大于灌木和草本,表明乔木植物相较于灌木和草本植物可能具有更加高效的氮磷利用效率;不同器官氮含量表现为叶枝皮根茎,但磷含量表现为叶枝皮茎根;碳氮比表现为茎根皮枝叶,碳磷比表现为茎皮根枝叶,而氮磷比表现为皮叶根枝茎. 3类生活型植物同一器官的氮和磷含量、碳氮比、碳磷比以及氮磷比均存在较大的差异,其中乔木叶片的氮磷比小于16大于14,灌木和草本植物的叶片的氮磷比均小于14,表明灌木和草本植物受到氮的限制作用可能较大.这些结果意味着该区域林下植物养分利用效率相对较低且受到氮限制作用更为强烈,可为相似常绿阔叶林可持续经营和管理提供理论依据.(图5表1参36)     

水热炭的制备、结构特征和应用

随着能源与资源的日益短缺,实现生物质的高效转化和利用尤为关键.水热炭化技术为实现生物质的高效资源化提供了契机,不同于传统的热化学处理方法 (例如慢热解法),水热炭化法可以在不需要干燥预处理的情况下直接处理湿润的生物质原料且反应温度较低,近年来引起了学术界的极大关注.本文重点概述了水热炭的制备、材料结构功能特性以及在改变土壤性质、碳固定、污染修复等方面的应用进展,并总结了水热炭在当前研究过程中面临的挑战和需要重点关注的问题,力图为水热炭在农业上的应用和推广提供一定的思路.     

亚热带3种典型常绿森林土壤和植物叶片碳氮磷化学计量特征

为深入了解亚热带常绿森林生态系统养分循环和系统稳定机制,以四川省宜宾市老君山国家级自然保护区内3种典型森林(水杉和柳杉人工林、中华木荷和鸡爪槭次生林以及总状山矾和天全钓樟原始常绿阔叶林)作为研究对象,研究其表层土壤(0-10 cm)和乔木、灌木、草本生活型植物叶片的C、N、P化学计量特征.结果表明:(1)表层土壤C、N、P含量以原始林最高,人工林最低,人工林土壤C:N最高,次生林土壤C:P最高,原始林土壤N:P最高;(2)乔木叶片C、N、P含量最高,草本植物最低;人工林乔木叶片C:N、C:P比最高;乔木、灌木、草本N:P比分别为13.9、14.1、9.3;人工林乔木N:P(10.2)最低,次生林乔木N:P(14.5)与原始林(13.8)较高;(3)植被整体及乔木、灌木、草本整体叶片N、P含量间Ⅱ类线性回归斜率约等于1,表明叶片N与P含量呈等速投入关系.可见,乔、灌木整体更易受P限制,草本更易受N限制;在土壤N、P供应较为贫瘠的人工林受N限制更为明显,而物种较为丰富、土壤养分供应较为充足的天然林P限制更为明显.(图4表3参37)     

碳氮循环与能源结构

从描述碳、氮元素的生物地理化学循环入手,说明现有能源结构和其他人类活动,已经造成了地球大气层中(比较一百年以前),CO2的浓度增加了25%,甲烷、N2O、NOX的浓度都有明显增加.今天,全球固定氮的速度增加了一倍.碳、氮循环正在逐渐远离它们的动力学稳定状态,导致出现一系列严重生态环境问题.在碳、氮元素的生物地理化学循环的框架下,说明燃烧生物质(植物或植物提取物),阻断了有机碳进入非生物可得矿石燃料储存区的通道,额外增加了CO2的排放量,增加了氧气的消耗量,干扰了碳、氮元素的生物地理化学循环,使碳元素不能转变成养育土壤的有机肥料,破坏了自然界的自修复功能.还原碳的生物吸收,植物的光合作用不是唯一途径,至少有下列方式也可以实现:高分子物质降解物的相当数量代谢碳,在土壤中被植物直接吸收;溶解于水中,尤其是海洋中的HCO3―,可以被生物吸收;由亚硝酸菌属和硝化菌属作用的硝化过程是耗氧过程,氮的氧化伴随着碳元素的还原及生物吸收.另外,植物光合作用转化太阳能为化学燃料能,是一个效率(0.5%)相对低下的过程;生物质燃烧时,会生成NOX和N2O.然而,将生物质废料作为堆肥原料,获得的燃料,基本上没有额外增加CO2的排放量;获得的有机肥料,可减少化肥、农药造成的环境冲击,对建立农业可持续发展模式发挥作用.人类需要摆脱以碳元素为能量来源,以燃烧方式获得能量的思维定式,依靠自己的聪明才智,团结协作,共同构建清洁的、可持续发展的新型能源结构.     

竹柳发展现状及未来趋势——基于案例

竹柳目前已在全国普遍种植,但竹柳的产业化还不够成熟,特别是在生物质能源方面.文章针对竹柳自身优势、产生的综合效益、目前在纸浆和生物质能源产业的开发现状及未来将走的两种模式进行了综述,对其进一步的发展和研究有一定参考意义.参33.     

生物质炭的特性及其应用的研究进展

生物质炭是生物质原料在完全绝氧或部分缺氧条件下经高温热裂解产生的一类富碳、高度芳香化和高稳定性的固体产物。作为新型多功能材料,生物质炭以其特殊的物理结构、丰富的表面性能和优良的生态环境效应等特点日益成为众多学科研究的前沿热点。文章介绍了生物质炭的基本性质,概括了生物质炭在农业、环境、能源及生物质炭基功能材料等4个前沿领域的国内外应用研究进展,分析了目前各个应用领域研究存在的问题和不足,并指出了未来生物质炭应用研究的前景和方向。国内外研究表明:生物质炭因其丰富的孔隙结构和表面性能、巨大的比表面积、高含量的植物生长所需营养元素、较高的化学稳定性和较强的阳离子交换能力(CEC,cation exchange capacity),在土壤改良剂、固碳、氮减排、缓释肥料载体、污水治理、烟气净化、土壤修复、固体成型燃料、燃料电池、固体酸催化剂和电极材料等领域具有巨大的应用前景。这些方面的研究都取得了一定的进展,但目前生物质炭应用技术的研究还处于起步阶段,研究工作还有待于深入和加强。     

杉木纯林和混交林林下草本层种群生态位特征

生态位是评价种内、种间关系以及种群在群落中功能地位的重要因子,对人工林营造和经营管理具有重要指导意义。采用Shannon-Wiener和Levins生态位宽度、Levins生态位重叠以及生态位相似性计算方法,比较杉木纯林和混交林林下草本层种群的生态位特征。结果表明:(1)植物在群落中出现的频率越高,生态位宽度越大,生态位宽度最大的华山姜(Alpinia chinensis)和狗脊(Woodwardia japonica)在2种经营方式下的资源位上出现的频率最高,说明其在群落中处于明显的优势地位,相对于生态位宽度窄的种群能更好地利用资源,具有极强的环境适应能力和竞争力。(2)生态位宽度与生态位重叠之间并没有呈明显的正相关关系,而是随该物种占用其他植物资源量的生态位重叠之和增加而增大。(3)混交林林下草本层植物种类多于纯林,且生态位宽度普遍比纯林高,植物对资源的利用程度更明显,种群在群落发展中更具优势。(4)混交林和纯林的生态位重叠指数普遍不高,种间竞争强度不强,种群存在分化现象,说明林地资源较为丰富,但混交林的生态位重叠指数和生态位相似性比例的平均值均比纯林高。总体上混交林林下草本层物种多样性和植物对资源的利用能力较高,在经营模式上优于纯林。     

不同配方培养料生产双孢蘑菇过程中主要木质纤维素降解酶及物料组分的变化

为探讨双孢蘑菇生产过程木质纤维素的利用情况,以麦草秸秆、玉米秸秆和杂草秸秆为主料的3种不同配方的培养料为研究材料,分别测定各配方培养料不同时期主要胞外木质纤维素降解酶活性和木质纤维素组分(纤维素、半纤维素和木质素)的相对含量,并统计各配方产量.结果显示,麦草配方(FWS)的纤维素酶总活性和木聚糖酶活性不断升高,出菇期达到稳定;玉米秸秆配方和杂草配方堆肥期的纤维素酶总活性保持在1 U/g左右,发菌期大幅升高,出菇期先稳定后下降,木聚糖酶活性始终保持在7.97-23.85 U/g之间;3个配方的漆酶活性在堆肥期未检测到,发菌期升至最高,出菇期快速降低.3个配方堆肥期纤维素和半纤维素的相对含量明显下降,木质素相对含量则几乎不变.发菌及出菇期木质素与半纤维素的相对含量较纤维素的下降明显.3个配方双孢蘑菇的产量关系为麦草配方(30.00 kg/m~2)玉米秸秆配方(17.21 kg/m~2)杂草配方(16.67 kg/m~2).本研究表明堆肥期主要为堆肥微生物及物理化学作用降解纤维素和半纤维素,发菌期则主要是双孢蘑菇菌丝利用木质素;从播种至三潮菇清床,双孢蘑菇菌丝主要利用木质素和半纤维素;本研究中麦草配方是栽培双孢蘑菇的最佳培养料,而玉米秸秆配方和杂草配方有待进一步优化.     

不同糖发酵条件下酿酒酵母组成型启动子和诱导型启动子评价

木糖是秸秆等纤维素类生物质原料中含量仅次于葡萄糖的第二丰富的糖,构建可高效发酵木糖的酿酒酵母菌株是提高原料利用率、降低纤维素燃料乙醇生产成本的基础.外源基因的高效表达以及本源基因的调控都需要选择表达强度合适的启动子.基于比较转录组,在全基因组水平上比较解析酿酒酵母所有基因在发酵葡萄糖、发酵木糖、发酵混合糖(葡萄糖和木糖)条件下的表达强度,拟为构建木糖利用菌株提供一系列备选的启动子库.结果表明,碳源种类对酿酒酵母启动子的强度有显著影响,绝大多数启动子强度受碳源影响显著,有67个启动子的强度在不同碳源条件下保持了相对稳定;启动子P_(TEF1)和P_(TEF2)、P_(ADH1)、P_(CCW12)和某些核糖体蛋白基因启动子可在构建木糖利用菌株时作为组成型强启动子,另有中、弱强度的组成型启动子可用于基因表达优化;启动子P_(YNR071C)、P_(PUT1)、P_(DSF1)等可作为利用木糖时的诱导型启动子,使基因在有需要的时候才进行表达.本研究在系统解析全基因组启动子强度和碳源种类的关系基础上,为构建利用不同碳源的酿酒酵母菌株提供了具有不同表达特征的候选启动子库.(图1表6参24)     

祁连山北坡自然恢复杨桦林地植物功能型组成及其影响因素

依据生活型(乔木、藤本、灌木、半灌木、多年生禾草、多年生杂类草和一二年生草本)和水分生态型(旱生、旱中生、中生和湿生)将祁连山北坡次生杨桦林28个调查样地中的81个物种划分为18种植物功能型(Plant functiontypes,PFTs),并通过典范对应分析(CCA)方法研究植物功能型与环境因子间的关系.结果表明:自然恢复杨桦林地植物功能型主要集中在中生多年生杂类草(PFTs16)、湿生多年生杂类草(PFTs23)、旱中生多年生杂类草(PFTs9)和中生灌木(PFTs18)4个植物功能型上;乔、灌、草三层冠层特征和中生植物的大量出现,反映了群落植物生活型趋于复杂化和结构化,生态型逐渐向中生化方向演替的特点;土壤容重、有机碳和全氮含量主要影响植物的生活型分异特征,土壤含水量和林冠郁闭度是植物的水分生态型分异的主要环境因子,而坡位、坡度控制着群落植物总体分布格局的形成.图1表3参31