碳中和愿景下中国电力部门的生物质能源技术部署战略研究

2020年9月22日,习近平主席在第七十五届联合国大会上郑重承诺,中国将提高自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,努力争取2060年前实现碳中和。电力部门是我国能源系统实现碳中和的关键,而生物质能源技术在电力部门的部署对于推动实现碳中和具有不可替代的重要意义。本文针对三类生物质能源的发电技术,包括生物质直燃/气化发电、生物质耦合发电、生物质与碳捕获封存技术联合发电,分析了技术的国内外发展现状,并从技术可行性、资源可行性、经济可行性和环境影响等方面评析了其在推动电力部门低碳转型过程中的可行性。同时,结合碳中和愿景下电力部门的减排要求及对相关技术潜力的最新研判,对生物质能源技术在我国电力部门的部署提出了相应的政策建议。     

氮素和水分对贝加尔针茅草原土壤酶活性和微生物量碳氮的影响

在内蒙古贝加尔针茅草原,分别设对照（N0）、1.5 g·m^-2（N15）、3.0 g·m^-2（N30）、5.0 g·m^-2（N50）、10.0 g·m^-2（N100）、15.0 g·m^-2（N150）、20.0 g·m^-2（N200）和30 g·m^-2（N300）（不包括大气沉降的氮量）8个氮素（NH4NO3）梯度和模拟夏季增加降水100 mm的水分添加交互试验,研究氮素和水分添加对草原土壤养分、酶活性及微生物量碳氮的影响。结果表明：氮素和水分添加对草原土壤理化性质和生物学特性有显著影响。随施氮量的增加土壤总有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮含量呈增加的趋势,相反,土壤pH值呈降低的趋势。土壤脲酶和过氧化氢酶的活性随施氮量的增加而升高,多酚氧化酶则随施氮量的增加呈下降的趋势。氮素和水分添加对草原土壤微生物量碳氮含量有显著影响,高氮处理（N150、N200和N300）显著降低了微生物碳含量,微生物氮含量随施氮量的增加呈上升趋势。水分添加能够减缓氮素添加对微生物的抑制作用,提高微生物量碳、微生物量氮含量。草原土壤养分、土壤酶活性及土壤微生物量碳氮含量间关系密切,过氧化氢酶与全氮、总有机碳、硝态氮呈显著正相关,多酚氧化酶与铵态氮、硝态氮、全氮呈显著负相关。微生物量氮含量与土壤全氮、铵态氮、硝态氮含量以及过氧化氢酶和磷酸酶活性呈显著正相关,与多酚氧化酶呈负相关;微生物量碳与过氧化氢酶呈负相关,与多酚氧化酶活性呈正相关。     

土壤-青菜系统中铅污染对土壤微生物活性及多样性的影响

采用盆栽方法研究了青菜种植条件下2种不同类型的人为铅污染土(黄松田土和黄红壤)中不同处理对土壤微生物生物量、生理生态参数以及群落结构的影响.结果表明,2种土壤在外源铅含量为100和300 mg·kg-1时,土壤微生物生物量有微小增加,而高浓度铅污染使土壤微生物生物量显著降低.在高浓度铅污染土壤中,微生物生理生态参数发生明显变化,微生物生物量碳/土壤有机质碳(Cmic/Corg)逐渐下降,代谢熵(qco2)明显上升,表明土壤微生物群落处于胁迫状态.结果还显示,铅污染对土壤微生物的影响与不同的管理方式(青菜种植情况)以及土壤中有机质、粘粒含量等有关,在种植青菜、有机质和粘粒含量高的土壤中,土壤微生物各项参数变化要小.对21种磷脂脂肪酸(PLFA)的图谱进行分析,结果表明,受铅污染土壤的微生物群落结构组成伴随着功能参数的变化而发生了改变;随着铅污染程度的增强,指示真菌和放线菌类的脂肪酸增加,而革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌脂肪酸比值下降.     

木质生物燃料与其半焦的混燃实验研究

生物质半焦作为生物质气化的副产物,其固定碳含量和热值均高于原生物质.若将生物质半焦充分利用将大幅提高生物质利用的能量效率,具有很大的经济和环境效益.在综合热分析基础上,考察了生物质半焦添加比例(掺烧比)对生物质微米燃料旋风炉燃烧炉膛温度、烟气及灰分的影响.试验研究发现掺烧比为20%(空气当量比为1.2,粉体粒径在0.177 mm以下,生物质含水率控制在8.1%以下),燃烧效果最好,燃烧效率高达98%,燃烧烟气中有害气体NOx和SO2的含量较少.     

绿地再生水灌溉土壤微生物量碳及酶活性效应研究

再生水灌溉引起了土壤理化性质的变化,其对土壤生物活性的影响备受关注.以再生水利用较典型的北京为研究区,分层采集了不同再生水灌溉历史的城区公园绿地与城郊农田表层土壤样品,测定并分析了一些常规理化指标、土壤微生物量碳及5种土壤酶（脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、脱氢酶和过氧化氢酶）活性,探讨长期再生水灌溉下土壤微生物量碳和酶活性的变化.结果表明,再生水灌溉下公园绿地土壤微生物量碳和酶活性均高于其自来水对照灌区,农田上升不明显.与对照相比,公园绿地与农田再生水灌区0～20 cm土层土壤微生物量碳平均含量分别上升了60.1%和14.2%,公园绿地再生水灌区0～20 cm土层中土壤酶活性平均增幅为36.7%,而农田为7.4%.调查区土壤微生物量碳及酶活性均随土壤深度的增加而降低,其中公园绿地0～10 cm与10～20 cm土层间差异极显著.因此,北京地区城市绿地使用再生水长期灌溉有助于提高土壤生物活性.     

巢湖藻类生物量季节性变化特征

在2008年对巢湖浮游藻类的生态分布进行了为期1 a的调查研究,并采用自制"藻类上浮/下沉捕集器"定量研究了水柱中藻类上浮和下沉速率的季节性变化.结果表明,蓝藻为巢湖主要的水华优势群落,但各个季节优势水华种群有所差别,春季鱼腥藻占优势,微囊藻次之;夏、秋两季微囊藻占绝对优势.5月开始,水柱中藻类生物量明显增加;8月份达到最大值,叶绿素含量全湖平均为146.37 mg.m-3.表层沉积物中藻类生物量在9.75～16.24 mg.kg-1之间,最小值出现在夏季,然后逐渐升高,最大值出现在冬季的11月.研究期间(5～10月),水柱中浮游藻类一直存在上浮和下沉现象,上浮速率在总体上呈先上升后下降的趋势,最大值出现在8月初,为0.036 8 mg.(m2.d)-1;下沉速率则呈现先缓慢上升后急剧下降的趋势,最大值出现在9月初,为0.032 1 mg.(m2.d)-1.多元逐步回归统计表明,温度是巢湖藻类生物量变化最为显著的影响因子,其次为总氮(TN)和总磷(TP).     

硫酸铵施用量和温度对红壤稻田土硝化作用及微生物特性的影响

以红壤稻田土为供试土壤,设置不同硫酸铵(简称硫铵)施用量,分别在15、25、35℃条件下培养,研究短期内土壤硝化作用、微生物生物量和微生物功能多样性的变化。结果表明,在相同硫铵施用量下,不同温度处理土壤NH4+含量差异不显著;温度变化对于对照和常规硫铵用量(折纯N 120 mg·kg-1)处理土壤NO3-含量有显著影响,但对中、高量(折纯N 600和1 200 mg·kg-1)处理无显著影响。对照和常规硫铵用量处理土壤硝化速率均随温度升高而显著增加;中、高量硫铵处理土壤硝化速率普遍较低,且不同温度之间差异不显著;相同温度条件下,硝化速率随硫铵施用量的升高而降低。中、髙量硫铵处理对土壤微生物生物量碳有显著影响,且土壤微生物生物量碳随硫铵施用量的增加而显著降低;相同硫铵施用量下,不同温度处理土壤微生物生物量碳由高到低大致为25、15和35℃。BIOLOG分析显示,中、高量硫铵处理平均吸光值和多样性指数均较低,各处理中以25℃时对照处理的平均吸光值和Shannon、Simpson、McIntosh指数最大,其次为25℃时常规硫铵用量处理。过量施用硫铵有可能造成土壤生物结构和功能衰变。     

梵净山不同森林植被生物量、净生产量、碳储量及空间分布特征

为做好梵净山国家级自然保护区森林植被保护,摸清自然保护区森林植被资源家底,采用2016年第四次森林资源规划设计调查数据及变更至2019年的森林资源数据,计算和分析保护区内森林植被生物量、净生产量、碳储量.梵净山8种森林类型的总生物量为443.72×104 t,总碳储量为219.80×104 t,总生长量为29.75×1...     

不同土地利用方式对土壤有机碳及其组分影响研究

测定了5种土地利用方式下（人工草地、围封样地、一年耕地、弃耕地、自由放牧样地）土壤有机碳、土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳组分含量特征,比较分析土地利用变化对典型草原土壤起源下土壤有机碳组分的变化。结果表明,1）人工草地土壤有机碳含量为（14．98±3．47）g·kg-1,围封样地的为（12．41±6．40）g·kg-1,一年耕地的为（12．20±5．59）g·kg-1,弃耕样地的为（10．39±5．08）g·kg-1,自由放牧样地的为（9．45±3．19）g·kg-1。人工草地土壤有机碳含量明显高于其他样地,围封样地和一年耕地的含量相似,自由放牧样地的含量最小。2）土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳的含量在不同土地利用方式下的变化趋势与土壤有机碳含量的变化趋势基本一致。土壤有机碳及其组分含量在土壤剖面上,随着土层深度的增加而逐渐降低。3）土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳的平均分配比率在不同类型样地范围分别为0．24％～0．66％、0．002％～0．019％和0．05％-0．25％,显示出各组分对土壤环境变化的敏感度不同,其中土壤微生物生物量碳更能反映土壤有机碳的早期变化,可以作为表征土壤有机碳变化和土壤肥力的敏感指标。     

板材类生物质燃烧及动力学特性热重研究

采用非等温升温法研究了4种板材类生物质在空气气氛下的燃烧特性和动力学特性。通过对TG、DTG等曲线的分析,发现4种板材燃烧过程均可分成3个阶段,即水分蒸发阶段、挥发份析出(或燃烧)阶段和固定碳燃烧阶段。综合燃烧特性:松木集成材>纤维密度板>夹芯胶合板>刨花板。4种板材均具有良好的燃烧特性。4种生物质燃烧均存在1个吸热峰和2个放热峰,分别与挥发分析出峰、挥发分燃烧、固定碳燃烧对应。采用Fridman法和Fridman-Carroll法分别对4种板材的动力学参数进行了计算,2种方法得出的结果符合较好。分析得出:由于生物质燃烧与环境换热、挥发分析出吸热、固定碳燃烧放热等因素作用,4种生物质的表观活化能高温区均低于低温区。动力学计算结果表明:松木集成材平均表观活化能最低,燃烧反应能较容易进行。