基于遥感的秸秆焚烧对江苏省气溶胶光学厚度时空分布的影响研究

为了解秸秆焚烧对大气气溶胶光学厚度(AOD)时空分布的影响,利用江苏省2010—2015年卫星监测数据和气象观测数据,计算了5—7月份江苏省的AOD信息,采用基于上下文的增强的火点遥感识别方法提取了6月江苏省的火点信息,分析了AOD与火点的时空变化特征,以期为开展大气环境监测与评价提供依据,为政府秸秆焚烧防控决策提供参考。结果表明:江苏省秸秆焚烧火点主要集中于6月,2010—2013年6月秸秆焚烧火点较多,2014年和2015年的火点数明显减少,且火点主要集中于长江以北地区,而长江以南地区较少;在没有秸秆焚烧的情况下(以5月和7月作为对照),江苏省AOD的空间分布表现为苏南最高,苏中其次,苏北最低;而受秸秆焚烧影响的6月,全省平均AOD值均大于5月和7月,其中江苏西部、苏北、苏南大部分地区AOD值明显增大,AOD高值区跟秸秆焚烧火点高发区分布总体一致;秸秆焚烧对苏南、苏中和苏北的AOD值影响存在一定差异,针对5—6月AOD进行差值计算,发现苏北AOD平均差值为0.19,苏南为0.22,苏中最小,仅为0.11,且苏中部分地区的AOD差值与火点的分布并非完全一致,这是由于6月苏中地区以东到东南风为主,且苏中平原秸秆焚烧排放的污染物更易扩散,导致秸秆焚烧对苏中地区AOD值的影响程度小于苏南和苏北,与火点的分布并不完全一致。可见,秸秆焚烧可对江苏省AOD的时空变化产生较明显的影响。     

基于MODIS数据的山东省秸秆焚烧与空气质量关系探析

秸秆焚烧释放的各类气体污染物和细微颗粒对空气质量影响极大,是大气污染的来源之一。MODIS传感器具有灵敏度高、时效性强和空间覆盖宽等优势,利用其数据对秸秆焚烧进行监测,可以快速获取大范围内秸秆焚烧火点的位置、数量和烈度等信息。采用基于MODIS发展的上下文算法提取火点,并收集研究区空气质量指数(air quality index,AQI),PM_(10)、PM_(2.5)、NO_2、SO_2、CO和O_3 6个空气质量分指数(individual air quality index,IAQI)数据以及相关气象数据,将山东省17个地市按照"是否沿海岸线分布"划分为沿海地区和内陆地区,对比分析秸秆焚烧对空气质量影响的差异性。将两类地区每日空气质量数据进行空间插值,对得到的区域所有栅格点的空气质量指数总和与该区域火点数进行时间序列上的相关性分析,进而分析秸秆焚烧造成的污染对环境空气质量的影响程度以及内陆、沿海地区空气污染的差异性。结果表明,火点数量与空气质量指数总和呈现正相关关系,且分别与AQI、PM_(2.5)、PM_(10)和O_3这4个指数呈极显著正相关关系(P0.01),火点增多产生的污染物使空气质量指数升高,导致空气质量下降。同时,沿海地区秸秆焚烧火点与空气质量指数的相关性强于内陆地区火点与空气质量指数的相关性,这表明大气扩散条件是研究秸秆焚烧环境效应的重要前提条件之一。     

基于Boston矩阵的江苏省秸秆焚烧压力-状态-响应评价

构建了江苏省农作物秸秆露天焚烧引起雾霾污染的压力-状态-响应(PSR)模型,运用Boston矩阵方法分析江苏省13个地级市2010-2012年的农作物秸秆露天焚烧压力、状态和响应3个指标,研究表明,江苏省秸秆禁烧工作成效显著,占半数城市秸秆焚烧减排压力仍较大,多数城市在秸秆资源综合利用方面还存在较大提升空间.南京市需重点关注农作物秸秆的综合利用,提高秸秆综合利用水平;苏南地区秸秆利用率较高,资源利用的提升空间有限,需继续推行秸秆禁烧政策;苏中地区秸秆资源利用途径单一,拓宽资源利用渠道是工作重点;苏北地区秸秆焚烧污染现实压力较大,严格的秸秆禁烧政策与资源的综合利用需同时并进.     

秸秆焚烧导致南京及周边地区2次空气污染事件的成因比较

从天气形势、卫星遥感火点监测、物理量诊断和后向轨迹模拟等方面分析了2008和2010年秸秆焚烧导致南京及周边地区空气污染事件过程的异同点。结果表明,2008年污染过程受大气底层切变线的控制,2010年污染过程受高压天气形势的控制;2008年火点仅出现在江苏地区,而2010年江苏、安徽和浙江地区均有出现;2008年大气底层气流为弱上升运动,导致高浓度的污染,2010年因受下沉气流控制而导致大范围的污染;2008年污染物来源为江苏地区,2010年则受江苏和安徽地区火点的共同影响,这些差异导致2次污染过程影响的范围和强度有所不同。     

熔盐法去除污泥焚烧灰中磷的效果及热动力学分析

利用碳还原剂和氯化钙熔盐药剂在1100℃下还原污泥焚烧灰中的磷酸盐为气态磷单质并去除,采用X射线衍射分析(XRD)残渣的组成和热重质谱(TGA-MS)分析反应过程.结果表明,添加氯化钙可显著提高污泥焚烧灰除磷效率,氯化钙的最优添加量为25%质量分数,此时污泥焚烧灰除磷效率为82%.XRD结果显示,污泥焚烧灰经熔盐处理后形成了氯磷灰石(chlorapatite),珍珠云母(margarite)等物质,其中氯磷灰石的形成有利于焚烧灰中磷的还原.对TGA-MS结果进行热解动力学反应拟合,结果显示,污泥焚烧灰除磷反应在添加少量氯化钙添加时为均相反应;污泥焚烧灰除磷反应在添加较多氯化钙时为固相扩散反应.固相反应的发生有利于降低磷酸盐还原反应温度并提高去除效率.     

江苏省稻麦秸秆收集利用现状分析及对策

以江苏省稻麦秸秆收集为例,采用问卷调查与实地调研相结合的方法,调查了稻麦秸秆收集利用现状;结合当地稻麦收获期间的气象资料,分析了稻麦秸秆收集面临的困难。结果显示:(1)目前稻麦秸秆的主要利用方式是直接还田,供调研2个乡(镇)秸秆还田农户分别占调研户数的22.01%和28.75%;2个乡(镇)均有部分稻麦秸秆没有得到有效处理,乡(镇)B 50%以上的农户稻麦秸秆未被利用,被遗弃和焚烧的比例高达55%以上;(2)稻麦收获季节旬降水量为7.21~87.28 mm,旬降水时间为1.53~5.00 d,降水天气不仅影响稻麦的适时收获,更严重影响着秸秆的收集打捆、运输与贮存;(3)稻麦收获时间相对集中,大量秸秆短时间内产生,收种时间几乎完全重叠,可供秸秆收集的时间极短;(4)秸秆收集效益低,农户收集运输的收益约为60~90元·d-1,低于外出务工收入,难以吸引社会资本投入到秸秆收贮产业;(5)秸秆收集打捆装备缺乏,现有收集装备及技术亟需改进和完善,秸秆收集机械化水平低,直接影响到收集效率。因此,可收集时间短、受天气影响大、收集效益低、收集机械化水平低是当前阻碍稻麦秸秆收集的主要问题,应提升秸秆收集效益驱动力,加快稻麦收割打捆机研发,建立秸秆收集长效运行机制,以解决秸秆收集难题。     

小麦秸秆全量还田对土壤速效氮及水稻产量的影响

通过田间对比试验,研究了小麦秸秆全量还田后不同氮肥运筹模式下水稻产量及土壤氮素供应特征变化的差异.结果表明,总施氮量一致时,与秸秆不还田处理相比,小麦秸秆全量还田降低了后茬水稻生育前期(孕穗期之前)土壤速效氮(硝态氮和铵态氮)含量,而提高了生育后期(孕穗期之后)土壤速效氮含量,且同一生育期,秸秆还田氮肥优化运筹方案B[m(基蘖肥):m(穗肥)=6.5:3.5,m(基肥):m(分蘖肥)=8:2]较氮肥传统运筹方案A[m(基蘖肥):m(穗肥)=5:5,m(基肥):m(分蘖肥)=6:4]土壤速效氮含量高.秸秆全量还田促进水稻生育后期氮素吸收与生物量增加,而抑制前期增长,且同一生育期秸秆还田配套氮肥运筹方案B水稻氮素与生物量累积高于方案A.等量施氮条件下,小麦秸秆全量还田显著提高水稻产量,且氮肥运筹方案B增产幅度更大.施氮量为270 kg·hm-2时,秸秆还田配套氮肥运筹方案B和方案A分别较秸秆不还田处理水稻产量高9.3%和5.3%.秸秆全量还田主要通过增加水稻有效穗数实现增产,有效穗数分别较秸秆不还田处理高6.1%～14.5%.因此,小麦秸秆全量还田配套氮肥运筹方案B是实现水稻高产的有效措施.     

水泥厂废旧除尘布袋焚烧灰作水泥混合材试验

为探索水泥厂化纤布袋焚烧灰和玻纤布袋焚烧灰用作水泥混合材的可行性,将两种废旧布袋焚烧灰分别按10%、20%、30%、40%与熟料、石膏进行配比制成水泥.通过对各试样进行物理检验,研究了两种布袋焚烧灰的掺量对水泥性能的影响.试验结果表明,两种布袋焚烧灰作水泥混合材活性试验的R28分别为91.0%和80.6%,高于活性混合材R28为65%的判定指标,由此可认为此两种布袋焚烧灰具有较高的活性,可单独用作水泥混合材;两种布袋焚烧灰在掺量低于20%时,水泥强度达到甚至超过同龄期S号参照水泥;两种布袋焚烧灰在掺量小于40%的范围内,除掺加30%玻纤布袋灰的样品外,其余试样的水泥安定性、凝结时间和水泥强度等性能指标均满足42.5R强度等级水泥要求.     

秸秆还田下改良剂对水稻生长和Cd吸收积累的影响

土壤中的镉（Cd）易在水稻中积累而威胁人体健康,秸秆还田下不同化学改良剂对水稻Cd 吸收累积特性的影响效应值得关注.选取成都平原德阳市旌阳区Cd 污染稻田为研究对象,开展小区试验,研究秸秆（油菜、小麦）直接还田下添加石灰、钙镁磷肥、海泡石3 种改良剂对水稻生长和Cd 吸收累积的影响.结果表明：与对照相比,油菜秸秆＋钙镁磷肥和小麦秸秆＋海泡石处理均能增加水稻株高、分蘖数和产量,其中产量提高了6.34%和12.64%,达显著水平（P〈0.05）.秸秆还田下,配施改良剂（石灰、钙镁磷肥、海泡石）均能显著降低（P〈0.05）水稻糙米Cd 含量,较对照降幅分别为21.65%-36.75%（油菜秸秆还田）和21.11%-33.87%（小麦秸秆还田）.油菜秸秆＋改良剂（石灰、钙镁磷肥、海泡石）促进了土壤Cd 向茎叶的累积,较对照增加1.31-2.41 倍,这对水稻秸秆（茎叶）还田利用有不利影响.小麦秸秆＋石灰或海泡石处理均显著降低了茎秆、谷壳Cd 积累,较对照降幅为6.28%-19.63%和70.16%-78.68%.综合水稻产量及其对土壤Cd 吸收累积效应,油菜秸秆配合改良剂（海泡石、石灰和钙镁磷肥）、小麦秸秆＋海泡石是较为理想的秸秆还田与改良剂配合处理技术.     

不同秸秆还田量对华北小麦—玉米体系土壤中小型节肢动物的影响

为了解华北潮土区不同量秸秆长期还田对土壤中小型节肢动物的影响,在农业农村部环境保护科研监测所武清农业生态试验站调查了冬小麦和夏玉米秸秆不还田(对照,S0)、秸秆25%还田(S25)、秸秆50%还田(S50)、秸秆75%还田(S75)和秸秆100%还田(S100)等处理定位试验的土壤中小型节肢动物群落变化.共鉴定出玉米田中小型土壤动物2 394个,隶属于7纲6目47科.等节跳科(Isotomidae)、棘跳科(Onychiuridae)为优势类群.常见类群为18个,稀有类群27个,分别占采集总数的64.83%和5.97%.与对照相比,秸秆还田降低了土壤动物类群,且类群数随还田量的增加呈下降趋势.但秸秆还田对土壤动物数量无显著性影响(P 0.05).秸秆还田能增加土壤0-10 cm土层动物多样性指数H、均匀性指数J和丰富度指数D.上述结果表明,土壤中小型节肢动物群落组成与秸秆还田相关,秸秆连续还田对表层(0-10 cm)土壤动物有促进作用,有利于其群落稳定.     

麦季稻秆还田方式对后续稻季CH4排放的影响

通过田间试验研究了麦季4种稻秆还田方式（不还田、表面覆盖、均匀混施和原位焚烧）对后续稻季CH4排放的影响,以探讨稻．麦轮作系统中秸秆还田对稻田温室气体排放的后续效应。试验于2007年小麦播种期将4．8t·hm^-2水稻秸秆分别以不同方式还田（不还田处理除外）,利用静态箱／气相色谱法对2008年后续稻季CH4排放进行观测。结果表明,不同麦季稻秆还田方式显著影响后续稻季的CH4排放。与不施稻秆处理相比,表面覆盖和均匀混施处理后续稻季CH4排放量增加了75％和40％,且CH4排放量差异主要体现在水稻生长前期（0．60d）;原位焚烧处理CH4排放量与稻秆不还田处理相比无显著差异（P〉0．05）;与不施稻秆处理相比,均匀混施处理显著增加稻季开始前土壤全C质量分数6％和全N质量分数12％（P〈0．05）;各处理水稻（Oryza sativa L．）产量无显著差异（P〉0．05）;稻秆麦季均匀混施与表面覆盖相比能在一定程度上抑制后续稻季CH4排放．同时避免了秸秆焚烧导致的C、N、P等元素的大量损失,是较为合理的麦季稻秆还田方式。     

燃煤电厂氟污染与治理对策

本文以一个包含干湿两种除尘系统的高氟煤源的电厂为例,研究了电厂的氟迁移转化规律和氟污染源对周围环境的影响。并提出了综合治理电厂氟污染的对策。研究表明：湿法除尘系统的氟污染物主要是渣氟、水氟,而干法除尘系统主要是渣氟和气氟;小麦氟含量与大气中氟显著相关;灰场附近的地表水受到灰水的氟污染,部分潜水井受到了灰场渗水的污染,部分灰场土壤受到大气氟污染。     

氨化预处理对生物质秸秆厌氧发酵的影响

为探明氨化预处理对小麦秸秆干式厌氧发酵产气量影响的内在原因,采用傅立叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、视频光学接触角测定仪（GBX）、热重分析（TGA）等方法,对氨化处理前后小麦秸秆中纤维结构的变化进行了多方面研究。结果表明,氨化预处理使小麦秸秆纤维部分官能团发生断裂,表层的亲水性增加,秸秆的热稳定性提高,并且氨化作用对纤维结构的破坏,有利于厌氧微生物接触到更多的可发酵物质,提高了秸秆的利用率,也表明小麦秸秆纤维结构的变化是厌氧发酵产气量提高的主要原因。     

麦秸与奶牛场废水高固体混合厌氧发酵产甲烷研究

在实验室条件下,以麦秸和奶牛场废水为原料,设计麦秸与奶牛场废水质量比1∶4(T1)、1∶3(T2)和1∶2(T3)以及对照(麦秸与水质量比1∶4(T4))4个处理,研究发酵过程中日产气量、甲烷含量、发酵前后麦秸理化特性和结构的变化.结果表明,奶牛场废水与麦秸在中温、高固体条件下,厌氧发酵可以正常进行,且产气期延长2周以上,对甲烷含量的影响不大;厌氧发酵初始TS浓度对系统产气的影响较大,麦秸产气量随TS浓度的增加而降低,以T1的产气效果最好,麦秸TS产气量为0.41 L.g-1,较T4提高了17.14%,平均甲烷含量为48.78%;厌氧发酵后,麦秸半纤维素含量大幅降低,纤维素含量少许降低,降低幅度均为T1>T2>T4>T3,木质素含量稍有增加,各处理间无显著差异(P>0.05);FTIR和XRD的结果表明,厌氧发酵后,麦秸纤维素结晶区的相对含量增加,混合发酵可以促进厌氧微生物对麦秸纤维素结晶区的破坏.将麦秸与奶牛场废水(质量比)1∶4混合发酵产沼气是可行的,且促进了厌氧微生物对麦秸有机物的分解破坏,提高了麦秸产气量.     

秸秆腐解剂在秸秆还田中的效果研究初报

在大田、微区和盆栽条件下,研究了秸秆腐解剂对小麦、水稻生长及产量的影响,同时研究了秸秆腐解剂对小麦、水稻秸秆腐解速率及对土壤肥力的影响。结果表明,稻、麦秸秆还田时施用秸秆腐解剂对提高稻、麦产量具有明显的增产效果,增产的原因是穗数和粒数增加;稻、麦秸秆还田量不同时,还田量大且配施秸秆腐解剂的效果较还田量小好;麦秸秆还田方式不同时,麦秸以栽稻前耕翻还田且配施秸秆腐解剂的效果较好,上水沤制的效果较差;秸秆腐解剂能促进稻、麦秸秆较快腐解,减轻和防止多量秸秆还田给作物生长带来不利影响,并可稳定和提高土壤养分含量。     

麦秸还田与土壤耕作对稻季CH_4和N_2O排放的影响

2008年在大田试验条件下,设置麦秸还田旋耕、麦秸不还田旋耕、麦秸还田翻耕、麦秸不还田翻耕4个处理,采用静态暗箱-气相色谱法田间原位观测稻麦两熟制农田水稻生长季CH_4和N_2O排放通量,研究小麦秸秆全量还田与土壤耕作两项技术措施对稻季CH_4和N_2O排放的影响及其温室效应,以期为稻麦两熟制农田温室气体减排提供对策.结果表明:麦秸还田对稻季CH_4排放总量的影响达极显著水平,麦秸还田与耕作方式的互作效应对CH_4排放总量有显著影响,麦秸还田和耕作方式对N_2O排放总量的影响均达极显著水平;不同麦秸还田与土壤耕作处理稻季OH4排放总量为:麦秸还田旋耕>麦秸还田翻耕>麦秸不还田翻耕>麦秸不还田旋耕,N_2O的排放总量为:麦秸不还田翻耕>麦秸不还田旋耕>麦秸还田翻耕>麦秸还田旋耕;与麦秸不还田相比,相同耕作措施下麦秸还用排放CH_44和N_2O所产生的全球增温潜势(GWP)明显提高.麦秸还田条件下旋耕处理的GWP高于翻耕处理,而"单位产量的GWP"无明显差异,麦秸不还田条件下采用旋耕措施较翻耕可减轻温室效应.     

添加植物物料对2种酸性土壤可溶性铝的影响

在室内培养试验条件下,研究了添加非豆科的油菜秸秆、小麦秸秆、稻草、玉米秸秆和豆科的大豆秸秆、花生秸秆、蚕豆秸秆、紫云英、豌豆秸秆对酸性茶园黄棕壤和红壤可溶性铝总量及其形态的影响.结果表明,黄棕壤除添加油菜秸秆、小麦秸秆和稻草处理外,其余添加植物物料处理土壤可溶性铝总量、总单核铝和3种无机单核铝的含量有不同程度的降低,因为加入这些植物物料均使土壤pH值增大.5种豆科植物物料对黄棕壤pH值的影响大于非豆科植物物料,前者对土壤中3种无机单核铝含量的影响也大于后者.9种植物物料也使红壤pH值有不同程度升高,土壤可溶性铝含量降低,其中4种非豆科植物物料、花生秸秆和蚕豆秸秆处理效果较好.因此,施用植物秸秆能够有效改良土壤酸度,缓解土壤中铝对植物的毒害.总体而言,9种植物物料中花生秸秆增加酸性土壤pH值和降低土壤有毒形态铝含量效果最好.     

Field evaluation and determination of four herbicides in a wheat ecosystem by a simple and versatile QuEChERS method with liquid chromatography-tandem mass spectrometry

Wheat products are consumed worldwide and every day; therefore, herbicides misuse in the wheat ecosystem has become a global food safety issue. Here, a simple and versatile method, QuEChERS (quick, easy, cheap, effective, rugged, and safe) with liquid chromatography-tandem mass spectrometry was developed to measure four herbicides in soil, wheat, and wheat straw – florasulam, carfentrazone-ethyl, fluroxypyr-meptyl, and fluroxypyr. By adjusting the amount of graphitized carbon black from 0 to 10 mg, the herbicides could be extracted with satisfactory recoveries of 80%–110%. Application of two water-dispersible granules showed first-order kinetics as well as half-lives between 1.2 and 5.1 d under open-field conditions. The dissipation kinetics of the four herbicides differed in the soil, wheat, and wheat straw, with residual concentrations in straw at 2 h after application being higher than in soil and faster degradation occurring in straw. The terminal residues in soil, wheat grain, and wheat straw were all below the maximum residue limits. The developed method was easy to handle and versatile; thus, it will facilitate regulation and inspection for possible misuse against Good Agriculture Practices. Moreover, the results of this study will contribute to global environmental protection as well as food safety issues.     

Online single particle analysis of chemical composition and mixing state of crop straw burning particles: from laboratory study to field measurement

Fresh straw burning (SB) particles were generated in the laboratory by the combustion of rice straw and corn straw. The chemical composition and mixing state of the fresh SB particles were investigated by an Aerosol Time-of-Flight Mass Spectrometer (ATOFMS). Based on the mass spectral patterns, the SB particles were clustered into four major types: Salt, Organic Carbon (OC), Elemental Carbon (EC), and internally mixed particles of EC and OC (EC-OC). In addition, particles containing ash, polycyclic aromatic hydrocarbons, heavy metals or nicotine were also observed. Physical and chemical changes of the SB particles immediately after the emission were analyzed with highly time-resolved data. During the aging processes, the average particle size increased steadily. Freshly emitted organic compounds were gradually oxidized to more oxygenated compounds in the OC-containing particles. Meanwhile, an important displacement reaction (2KCl+ SO42−→ K₂SO₄ + 2Cl⁻) was observed. The marker ions for SB particles were optimized and applied to identify the SB particles in the ambient atmosphere. The fluctuation of the number fraction of ambient SB particles sorted by ATOFMS agrees well with that of water soluble K⁺ measured by an online ion chromatography, demonstrating that the optimized marker ions could be good tracers for SB particles in field measurements.     

不同作物原料热裂解生物质炭对溶液中Cd2＋和Pb2＋的吸附特性

选择由小麦秸秆、玉米秸秆和花生壳经350-500℃热裂解制成的生物质炭,研究生物黑炭对水溶液中Cd2＋和Pb2＋的吸附特性,分析了pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度、生物质炭粒径和投加量对吸附效果的影响。结果表明：生物质炭对Cd2＋和Pb2＋的吸附约10 min即达平衡;3种生物质炭对Cd2＋和Pb2＋的等温吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程拟合,玉米秸秆炭对Cd2＋和Pb2＋的最大吸附量远大于小麦秸秆炭和花生壳炭;在生物黑炭投加量为150 mg（6 g.L-1）时,3种生物黑炭对溶液Cd2＋的去除率均在90%以上,玉米秸秆炭对溶液Pb2＋的去除率达90.30%,而小麦秸秆炭和花生壳炭的去除率仅为52%和47%,玉米秸秆炭有望成为处理重金属污染废水的新型吸附材料。