农作物秸秆燃烧PM2.5排放因子的研究

农作物秸秆燃烧是一类重要的生物质燃烧形式,已是大气细粒子的来源之一.建立了实验室模拟-稀释通道采样系统,并利用这一系统测定了浙江、四川、河南、河北、北京(主要粮食产区)五地的玉米、小麦和水稻秸秆燃烧过程中PM_2.5的排放因子.结果表明:实验室模拟明火燃烧的w(PM_2.5)为7.2～39.0 g/kg,与文献[5],[7]～[8]中野外燃烧结果相似,表明两者燃烧状态具有相似性;排放因子受秸秆燃烧状态影响显著,闷火燃烧为明火燃烧的2.4～11.5倍;同时,农作物种类不同PM_2.5排放因子也存在明显差别;而排放因子随秸秆生长地域变化比较小.      

耕作深度调控秸秆还田对农田土壤呼吸的影响

秸秆还田和耕作深度处理是影响农田土壤呼吸最重要的农业管理措施之一,但二者交互作用影响农田土壤呼吸的机制尚不清楚.基于此,针对中国的旱地农田生态系统,利用已发表的116篇研究论文,借助Meta分析技术,探究秸秆还田和耕作深度处理及其二者交互作用对农田土壤呼吸的影响及其调控因素,为农田生态系统实现“碳中和”提供重要的数据支撑和理论依据.结果表明,免耕导致土壤呼吸减少了8.3%,而浅耕和深耕处理对土壤呼吸的影响不显著,但对土壤呼吸的增加量仍呈现出深耕>浅耕>免耕的趋势.虽然,浅耕和深耕对土壤呼吸和土壤有机碳（SOC）的影响均相对较小,但是免耕导致土壤呼吸减少了8.3%的同时却又导致SOC增加了7.05%,因此实施免耕措施对农田土壤固碳减排具有重要意义.此外,耕作深度会显著调控秸秆还田对土壤呼吸的影响,且土壤呼吸的增加量呈现出深耕秸秆还田>浅耕秸秆还田>免耕秸秆还田的趋势,整体平均增加了14.51%.秸秆还田后不同深度耕作处理下土壤呼吸的增加量与土壤容重、农作物产量、土壤有机碳、以及土壤温度和水分的改变量密切相关,且对土壤呼吸增加量的贡献呈现出土壤容重>农作物产量>土壤有机碳>土壤水分>土壤温度的趋势.虽然SOC在深耕秸秆还田、浅耕秸秆还田和免耕秸秆还田处理下分别增加了29.32%、10.12%和23.94%,但是土壤呼吸在深耕秸秆还田和浅耕秸秆还田处理分别增加了29.32%和18.92%,而在免耕秸秆还田处理下仅增加1.2%.所以,免耕秸秆还田也有利于农田土壤固碳减排.因此,在中国的旱地农田生态系统中,耕作深度会调控秸秆还田对土壤呼吸的影响程度,而这种调控主要与土壤理化性质有关,尤其与土壤容重关系最为紧密,且免耕和免耕秸秆还田均是有利于农田土壤固碳减排的重要农业管理措施.     

秸秆还田和添加生物炭对热带地区稻菜轮作体系中淹水后土壤温室气体排放的影响

热区稻菜轮作系统瓜菜季施肥后大量硝态氮积累,导致后续的水稻季淹水后硝态氮的淋失以及大量N₂O排放,使氮素损失以及温室效应加剧.如何提高硝态氮利用率,减少N₂O排放成为了亟待解决的问题.试验共设置6个处理：添加200 mg·kg^-1 （以N计,下同）KNO₃（CK）;添加200 mg·kg^-1 KNO₃+2%生物炭（B）;添加200 mg·kg^-1 KNO₃和1%花生秸秆（P）;添加200 mg·kg^-1 KNO₃+2%生物炭+1%花生秸秆（P+B）;添加200 mg·kg^-1 KNO₃+1%水稻秸秆（R）;添加200 mg·kg^-1 KNO₃+2%生物炭+1%水稻秸秆（R+B）,进行114 d的25℃恒温淹水培养,来探究有机物料添加对土壤淹水后温室气体排放和氮素利用的影响.结果表明,与CK相比,添加秸秆或秸秆和生物炭配施显著增加了土壤pH（P<0.05）;B和P处理分别显著增加了41.6%和28.5%的N₂O累计排放（P<0.05）,P+B、R和R+B处理分别显著降低了14.1%、24.7%和36.7%的N₂O累计排放（P<0.05）;添加秸秆增加了净温室气体增温潜势（NGWP）,增施椰壳生物炭能够显著减缓秸秆对NGWP的影响（P<0.05）,秸秆和生物炭配合施用降低了NGWP,其中P+B显著降低NGWP（P<0.05）,R+B不显著;添加秸秆或生物炭显著增加了土壤微生物量碳（MBC）（P<0.05）,P+B最高,为502.26 mg·kg^-1;秸秆和生物炭配施增加了土壤微生物量氮（MBN）,P+B最高.N₂O排放通量与pH呈极显著负相关（P<0.01）,与NH₄⁺-N和NO₃^--N呈极显著正相关（P<0.01）;N₂O累计排放量与MBN呈极显著负相关（P<0.01）;NO₃^--N与MBN呈显著负相关（P<0.05）,说明硝态氮的减少可能被微生物固持,微生物对硝态氮固持的增加也减少了N₂O排放.综上所述,花生秸秆和椰壳生物炭配合施用能够显著抑制N₂O排放,增加土壤MBC和MBN,是一种海南瓜菜季后充分利用氮肥,减少氮素损失,减缓N₂O排放的一种合理措施.     

黑龙江省玉米秸秆资源时空分布特征与资源化利用模式构建

运用秸秆草谷比测算2011—2020年黑龙江省玉米秸秆资源量,探析黑龙江省玉米秸秆资源量时间变化趋势,进一步运用ArcGIS软件和九宫矩阵图,直观反映玉米秸秆空间分布区域特征和单产层级。结果表明：(1)2011—2020年黑龙江省玉米播种面积、玉米产量整体呈先上升后下降的态势。(2)黑龙江省玉米秸秆资源量主要集中在西南地区的哈尔滨、绥化、齐齐哈尔3市,单产区域分布呈现出“西南—东北”带状分布特征。(3)通过九宫矩阵图可将黑龙江省玉米秸秆生产划分为丰裕、一般、贫乏三大类型区,各地区应结合当地资源状况合理布局秸秆资源化利用模式。     

典型固体燃料燃烧排放环境持久性自由基的特征

为研究典型固体燃料燃烧排放环境持久性自由基(EPFRs)的污染特征,本文以小麦秸秆和煤粉为研究对象,利用自制的燃料燃烧和颗粒物样品收集装置获得小麦秸秆和煤粉在不同燃烧条件下排放的烟气颗粒样品,基于电子顺磁共振波谱技术(EPR)分别确定EPFRs在第0、1、3、7天的自旋浓度、g因子、△H_P-P,通过萃取实验确定EPFRs可被甲醇和二氯甲烷所萃取的量,以获得其污染、衰变特性.结果表明,低温低氧或无氧条件下,小麦秸秆和煤粉燃烧以阴燃或热解为主,排放的EPFRs主要为氧中心自由基,属于非衰变型,有机溶剂可萃取部分可达67%;随着温度和空气通入量的增加,小麦秸秆和煤粉逐渐燃烧,排放的EPFRs浓度增加,由氧中心自由基逐步转化为含氧官能团的碳中心自由基,衰变缓慢,溶剂可萃取的EPFRs占比仅有2.14%;当温度和空气量足够,小麦秸秆和煤粉完全燃烧,半衰期分别为56 d和43 d,为快速衰变型,溶剂不可萃取的EPFRs部分高达97.01%.温度和空气量对小麦秸秆和煤粉燃烧排放的EPFRs的种类、结构及衰减影响大,而样品含水率无显著影响.     

铁氮生物炭的制备及催化过一硫酸盐（PMS）降解水体中四环素

本文以水稻秸秆为对象,六水合氯化铁和尿素为改性剂,在700℃热解制备成铁氮改性秸秆生物炭(Fe-N-RSBC),同时制备原状生物炭(RSBC)作为对照.采用SEM、TEM、EA、BET、XRD、FTIR、Raman、XPS和VSM对生物炭的理化性质进行全面的表征.研究铁氮改性生物炭催化过一硫酸盐(PMS)降解水体中的四环素(TC),考察溶液pH、固液比、PMS量、TC浓度和阴离子类型的影响.采用淬灭实验和EPR测定揭示Fe-N-RSBC催化PMS降解TC的微观机制.研究结果表明,铁氮共改性使得生物炭具有更大的比表面积和孔体积、更多微孔体积,赋予更丰富的官能团,并引入磁性组分,但破坏了部分石墨碳结构. Fe-N-RSBC可以有效的活化PMS降解溶液中的TC.在吸附/降解体系中,150 min内,Fe-N-RSBC/PMS对TC的去除率可达87%(四环素浓度为50 mg·L^-1,固液比0.2 g·L^-1,PMS (浓度为1 mmol·L^-1)添加量0.2 mL,溶液pH=7),降解效果与pH、PMS量、催化剂量、TC初始浓度...     

秸秆促腐菌剂对稻麦轮作土壤养分变化特征的影响

采用大田小区的试验方式,通过分析常规施肥+秸秆还田(CK)和常规施肥+秸秆还田+秸秆促腐菌剂(IT)两个处理土壤团聚体、理化性质和酶活性以及phoD微生物群落结构和多样性,研究稻麦轮作秸秆还田条件下秸秆促腐菌剂配施对土壤养分变化特征及解磷菌微生物多样性的影响。结果表明,促腐菌剂处理秸秆腐解率显著提升42.1%,土壤团聚体水稳定性显著增加,土壤平均重量直径(MWD)显著提升46.7%,大团聚体数量(R_0.25)和几何平均直径(GMD)分别增加62.5%和22.2%,但无显著差异。促腐菌处理土壤有机质、速效氮和速效磷含量以及土壤碱性磷酸酶活性分别提高11.8%、59.8%、62.6%和33.8%,但土壤pH、EC以及腐殖酸、全量氮磷钾和速效钾含量等无显著差异。促腐菌处理小麦产量增加不显著,而籽粒全磷含量较CK显著提升28.1%。基于phoD基因的微生物群落对比分析,IT处理显著增加了phoD微生物群落物种数量,同时显著改变phoD微生物群落结构,但两个处理phoD微生物群落多样性指数无显著差异。冗余分析(RDA)结果显示,phoD微生物群落结构与pH、速效氮和MWD均...     

复合固定化法固定微生物去除芘

通过"玉米秸秆吸附-包埋-交联"复合固定化方法固定多环芳烃降解菌GY2B和GP3B,提高对芘的降解性能,并对其作用过程进行初步研究.结果表明,游离态单细菌GY2B、GP3B和混合菌GY2B+GP3B的7 d降解率分别为14.0%、55.0%和73.6%,而固定化GY2B+GP3B秸秆小球在5 d内即达98.2%,去除率得到了显著的提高;对固定化微生物小球的比表面积、孔隙率和扫描电镜图分析,说明载体表面具有较高的比表面积,内部是具有大量孔隙的骨架结构,在内部生长的微生物和基质有充分的接触面积和机会;固定化GY2B+GP3B秸秆小球类似于一个吸附降解一体化的微型反应器.GY2B+GP3B混合菌芘代谢产物有菲-4-羧酸、二甲基酞酸、1-羟基-2-萘酸、1-萘酚和水杨酸,推测芘的降解是GY2B+GP3B混合菌集体代谢的综合作用的结果,GP3B的中间转化产物作为GY2B生长代谢的基质,使得芘得到更完全的降解.     

处理污水后陶粒作为栽培基质的试验

以秸秆-粉煤灰陶粒（比表面积为7．925m2·g-1）作为曝气生物滤池（BAF）载体填料,处理城市污水和餐饮废水,其COD、NH3-N和TP去除率分别为90．33％、77．44％、82．41％和86．50％、68．98％、80．30％。对处理污水后陶粒的农用资源化可行性进行评估,考察陶粒不同施用量对小白菜（Brassicachinensis）种子萌发、生长状况和产量的影响。结果表明,处理污水后陶粒的性能指标达到GB8172—87《城镇垃圾农用标准》;陶粒质量分数为20％时小白菜种子发芽率最高,且萌发较快,在5d时达到100％;随陶粒施用量增加,小白菜长势更好,产量大致呈增加趋势,陶粒质量分数为80％时增产率最高,为352．51％。但陶粒施用量越高,栽培基质抗干旱能力越差,陶粒质量分数为20％和40％处理具有较好的土壤保湿效果。     

秸秆掩埋还田对黄淮海平原耕层土壤温度及作物生长的影响

通过大田试验,研究了作物秸秆行间掩埋配施不同类型氮肥（矿质化肥和鸡粪）下耕层土壤温度的变化及对作物生长的影响。结果表明,秸秆还田初期配施氮肥对秸秆有激发效应,能提高耕层的土壤温度,提高幅度受大气温度、降水的影响。秸秆行间掩埋配施质量分数为16%总氮的鸡粪和24%总氮的化学氮肥耕层土壤的增温效果明显,土壤温度分别上升0.7和0.8℃。秸秆行间掩埋还田对作物生长的影响因作物类型和生育期而异,从不同生育期来看,作物前期的生长受秸秆行间掩埋还田的影响最大。从作物类型来看,配施质量分数为8%、16%、24%总氮的鸡粪,拔节期冬小麦的生物量低于对照38.7%、29.4%和27.9%,3个处理分别与对照差异显著（P〈0.05）,玉米没有差异。秸秆行间掩埋配施质量分数为8%、16%、24%总氮的矿质氮肥,拔节期冬小麦的生物量低于对照25.7%、30.9%和14.1%,配施低、中量化学氮肥与对照差异显著（P〈0.05）;各处理玉米生物量高于对照0.9%、50.8%和19.8%,配施中量化学氮肥与对照有明显差异（P〈0.05）。