中国秸秆生物气化关键技术取得进展

中国在秸秆生物气化技术方面取得进展，获得了具有自主知识产权的关键技术。这项由北京化工大学科研团队攻关的技术既可解决大量秸秆露天焚烧导致的大气污染和交通安全问题，又可生产清洁可再生能源。     

不同种类生物炭对热轧废水净化效果的研究

生物炭因具有精致的微孔结构和巨大的比表面积,丰富的活性官能团,高的化学和生物学稳定性,广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等。本文以玉米秸秆和小麦秸秆为原料制备生物炭,研究其对热轧废水的净化处理效果,通过对比pH值、悬浮物、浊度等指标,得出两种不同生物炭对热轧废水的综合净化效果,找出两种生物炭净化效果的差异,探讨生物炭在实际轧钢污水治理中的使用效果和方法,为进一步研究生物炭在污水处理中的应用提供依据、方法和思路。     

磷差异性调控水稻根际nirK/nirS型反硝化菌组成与丰度

磷作为一种重要的生命元素,对反硝化微生物的活性和功能有重要影响.反硝化功能基因nir K和nir S是编码亚硝酸还原酶的两种同工酶基因,但是,磷对具有同种功能的nir K和nir S型反硝化菌的调控是否存在差异尚不十分清楚.本文采集严重缺磷红壤性水稻土设置水稻盆栽试验,通过外源添加磷肥设置对照(CK,P:0 mg·kg-1),低磷(P1,P:15 mg·kg-1),高磷(P2,P:30 mg·kg-1)这3个磷添加水平,研究不同磷水平对水稻亚硝酸还原酶基因的组成与丰度的调控作用.结果表明,在长期缺磷土壤上施用磷肥对含亚硝酸还原酶基因nir K和nir S的细菌种群的调控作用有明显差异.不管是根际还是非根际土,含nir S的微生物种群均对施磷水平表现敏感,尤其是高磷(P2)水平,施磷可导致nir S丰度提高2～3倍,同时显著改变nir S型反硝化微生物的组成结构.相比之下,施磷后含nir K基因的微生物组成结构和丰度变异较小.与非根际土壤相比,高磷水平条件下根际土中nir S的基因拷贝数和群落结构均发生了显著变化,缺磷和低磷条件下水稻生长只引起根际土nir S种群组成结构发生显著变化,但其丰度与非根际无显著差异.但不同磷水平条件下nir K的基因丰度和组成结构在根际和非根际土之间几乎无显著变化.综上所述,在严重缺磷水稻土中加施磷肥会显著提高水稻根际和非根际土中nir K和nir S型反硝化菌数量,并改变其种群组成结构,且nir S比nir K型种群响应更敏感.不同磷水平条件下的水稻根系生长均显著改变了根际土壤中nir K和nir S种群组成结构,但除了在高磷水平条件下显著增加了nir S丰度外,对nir K和nir S丰度均影响较小.研究结果可为进一步深入探究施肥对土壤反硝化过程的影响提供理论依据.     

柑橘/大球盖菇套作下土壤CO2排放及其效率对秸秆还田量的响应

以柑橘/大球盖菇套作模式为研究对象,利用秸秆作为大球盖菇的培养基原料,通过原位试验,连续监测大球盖菇生长期内,不同秸秆还田量(半量、全量和倍量)下土壤CO_2排放规律,并进一步对比栽培大球盖菇(HSM、ASM和DSM)和未栽培大球盖菇(HS、AS和DS)处理下土壤CO_2排放量变化及其影响因素,结合大球盖菇产量及土壤碳排放效率,分析不同秸秆还田量所产生的环境及经济效益,为合理利用柑橘园林下土地提供理论依据.结果表明:①秸秆还田处理的土壤CO_2累积排放量均高于常规种植(CK),随着秸秆还田量的增加呈增加趋势;且栽培大球盖菇处理的土壤CO_2累积排放量大于未栽培大球盖菇,表现为:DSM(52. 09 t·hm-2) ASM(41. 10 t·hm-2) HSM(33. 20 t·hm-2) DS(27. 15 t·hm-2) AS(25. 34t·hm-2) HS(18. 94 t·hm-2) CK(12. 16 t·hm-2);其中,倍量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(DSM)处理的土壤CO_2累积排放量增加最为显著,较CK增加了328. 37%;②对于栽培了大球盖菇的处理,土壤CO_2排放量最大时段均集中在大球盖菇菌丝生长期,其次为出菇后和出菇期;其中DSM处理在菌丝生长期的土壤CO_2累积排放量占其总累积排放量的43. 27%,其次为全量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(ASM,42. 63%)和半量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(HSM,40. 57%);③栽培大球盖菇处理降低了温度敏感系数Q10; 5cm土壤温度能解释27%～71%的土壤CO_2排放速率变化(P 0. 01),而土壤体积含水量单因子对土壤CO_2排放速率不存在显著影响;但双因子拟合发现,5 cm土壤温度和体积含水量可以解释土壤CO_2排放速率变化的36%～82%;④对于栽培了大球盖菇的处理,各处理产量分别为:DSM(49. 7 t·hm-2) ASM(47. 0 t·hm-2) HSM(23. 3 t·hm-2),其中ASM的土壤碳排放效率最高(CEE=1. 14).综上,柑橘/大球盖菇套作模式短期内会显著促进土壤CO_2排放,但同时也提高了柑橘园综合经济效益,其中全量秸秆还田能较好地协调其产生的经济及环境效益.     

玉米秸秆生物炭改善污泥脱水性能

本实验以玉米秸秆为原料,制备了生物炭和AlCl₃改性生物炭,研究了2种生物炭分别调理污泥后的脱水效果,并探讨了污泥脱水性能的改善机理.结果表明,经过2种生物炭调理后,污泥比阻（SRF）、泥饼含水率（MC）、污泥沉降体积指数（SV₃₀）、毛细抽吸时间（CST）均下降,污泥净产率（Y_N）升高,说明污泥脱水性能得到了改善,且AlCl₃改性生物炭对污泥脱水性能的改善效果明显优于生物炭.当AlCl₃（溶液浓度3mol/L）改性生物炭的用量为3g/L时,调理后的污泥SRF,MC,SV₃₀,CST分别降低至1.3×10¹²m/kg,81.9%,78.6%,35s,Y_N增加至17.8kg/（m²·h）.分析原因：一方面,经过生物炭调理后,泥饼中会形成一定的骨架结构,使得污泥中的水和EPS能够更容易地释放;另一方面,经过AlCl₃改性后,改性生物炭携带的正电荷（Al³⁺）能够与污泥颗粒所带的负电荷发生电中和作用,使得污泥颗粒更容易聚集,从而提高污泥的脱水效果.     

CO2倍增和施氮对水稻不同生长期土壤反硝化细菌丰度的影响

随着全球气候变化的不断加剧,大气CO₂浓度呈明显增加趋势,这将间接影响土壤-植物-微生物系统的氮循环过程.为研究典型水稻土壤反硝化细菌对CO₂浓度升高的响应规律和机制,借助水稻密闭培养箱,运用实时荧光定量聚合酶链式反应（Real-Time qPCR）分子技术,设置不施氮（0 mg/kg）和常规施氮（100 mg/kg）2个处理,研究CO₂倍增对水稻不同生长期土壤关键反硝化功能细菌（narG、nirK和nirS型）丰度的影响.结果表明:①在2种施氮水平,CO₂倍增显著促进了水稻分蘖期、孕穗期、扬花期和成熟期水稻根系生长（增幅为2.96%~28.4%）、地上部生物量增加（增幅为7.1%~107.3%）以及成熟期籽粒干质量的增加（增幅为19.5%和38.0%）,具有显著的增产效应.②反硝化细菌丰度对CO₂倍增的响应与生育期及施氮水平有关,CO₂倍增在2个施氮水平均抑制分蘖期反硝化细菌的繁殖,显著增加孕穗期反硝化细菌数量;在水稻扬花期,CO₂倍增促进了施氮处理narG和nirS型反硝化细菌数量的增加,在成熟期抑制未施氮处理下narG、nirK和nirS型反硝化细菌的生长.另外,narG、nirK、nirS型反硝化细菌丰度整体表现为narG > nirS > nirK,且随水稻的生长,其在成熟期的丰度均呈降低趋势.nirK和nirS基因同属亚硝酸还原酶,但nirS基因丰度高于nirK,且对CO₂倍增和施氮的响应有所差异.研究显示,CO₂倍增可显著增加水稻生长和产量,不同施氮水平对稻田土壤反硝化细菌丰度的影响存在差异.      

秸秆堆腐物的基质化改良及育苗效应研究

文章针对农作物秸秆制备栽培基质的pH、EC值偏高和通气、持水孔隙度比例不当等问题,研究了稻草秸秆基质化利用过程理化性质的改良技术。以稻草秸秆、菇渣高温堆制及其堆腐物为常规对照,采用在高温好氧堆腐及穴盘育苗试验的方法,研究酒糟添加及物料组成对基质理化性质、幼苗生长的影响。结果表明,在堆腐阶段稻草秸秆+菇渣+酒糟处理的堆腐高温(50℃)维持天数较稻草秸秆+菇渣处理多13 d(P0.05),平均堆腐温度较稻草秸秆+菇渣高9.3℃(P0.05),稻草秸秆+菇渣+酒糟处理较稻草秸秆+菇渣处理腐熟物pH、EC值分别下降14.0%、16.5%,稻草秸秆+菇渣+酒糟处理提高了堆肥体的起始发芽指数;与对照相比稻草秸秆+菇渣+酒糟处理促进了堆腐进程,腐熟物更适宜于基质应用。2种腐熟物分别组配无机物珍珠岩后,均显著降低了EC值(P0.05),通气孔隙度、持水孔隙度等物理性质也得到改善(P0.05),综合幼苗地上、地下部生长特性,稻草秸秆+菇渣+酒糟处理组配珍珠岩后的育苗效果优于对照。采用农作物秸秆堆腐制备基质时,酒糟的加入能有效改善腐熟物中pH、EC值等不良理化性质,为农业废弃物的基质化利用提供了方法。     

钝化材料对镉污染农田原位钝化修复效果研究

原位钝化修复在重金属污染土壤修复中有着不可替代的作用,而修复材料在污染农田中的长期应用效果一直是人们关注的焦点。该文以Cd污染农田酸性土壤为研究对象,选择2种水稻品种(DY:德优4727;CY:川优6203)为供试材料,设置T1(石灰0.15kg/m~2)、T2(海泡石1.12 kg/m~2)、T3(石灰0.15 kg/m~2+海泡石1.12 kg/m~2)、T4(石灰0.15 kg/m~2+偏硅酸钠30 g/m~2+七水硫酸镁7.5 g/m~2)、T5(石灰0.15 kg/m~2+腐殖酸75 g/m~2)、T6(秸秆生物炭1.12 kg/m~2)和T7(灌浆期叶面喷施0.2%螯合铁肥)7个钝化处理。通过田间试验,研究不同钝化剂处理对土壤理化性质、Cd形态、水稻产量及糙米Cd含量的影响。结果表明,与对照相比,施加钝化剂后土壤pH降低了0.09～1.07个单位,有机质增加了2.48%～41.96%,速效钾增加了3.62%～103.91%,碱解氮降低了0.25%～29.71%,其中,T3、T5和T6能有效提高土壤有机质,且对土壤肥力影响较大。T1、T4和T6处理的Cd形态向更稳定的氧化态和残渣态转化。T1和T5处理下,不同品种水稻产量及糙米Cd含量均表现为CYDY。因此,推荐以DY作为水稻品种,选用T5钝化处理作为修复酸性Cd污染农田具有较好的修复效果。     

生物质纳米纤维素制备及其应用研究

我国作为一个粮食生产大国,秸秆资源丰富。近年来,秸秆焚烧现象一直较为严重,不仅对环境造成了危害,还导致了秸秆的资源利用率降低。研究表明,植物秸秆中含有的大量纤维素,提取后可制备纳米纤维素,纳米纤维素凭借其优良的特性得到了广泛的关注。本文简要介绍了利用秸秆废料提取纤维素及纳米纤维素的制备技术,并对由纤维素制备的纳米纤维素材料的应用进行了综述。