不同农作物秸秆原料制备生物炭特性及重金属浸出行为

采用水稻秆、大豆秆、小麦秆和玉米秆为原料在550℃缺氧条件下制备生物炭,考察不同原料生物炭理化性质及热解后重金属(Cr﹑Ni、 Cu﹑As﹑Cd和Pb)迁移转化特征,及其在不同浸出液中的浸出行为.结果表明,4种原料制备的生物炭的理化特性和元素组成基本一致,其中玉米秆生物炭微孔体积(0.006 cm³·g^-1)和比表面积(110.120 m²·g^-1)低于其他原料生物炭.秸秆热解后重金属(除Cd外)含量增加了14.04%～410.81%,且大部分重金属(除Cd和Pb外)化学形态由不稳定态(弱酸提取态和可还原态)向稳定态(可氧化态和残渣态)转化.制备的生物炭中的重金属在超纯水和缓冲盐溶液中无浸出或浸出量较少,在乙酸溶液和腐殖酸溶液中浸出量较高.其中Cu在乙酸溶液中浸出量较高,为2.601～4.224 mg·kg^-1,As在腐殖酸溶液中浸出量较高,介于0.074～0.166 mg·kg^-1.热解后,各种重金属的环境质量指数(PI_i)和内梅罗...     

稻草秸秆生物质炭对重金属Cd2+的吸附性能研究

以稻草秸秆为原料,分别通过水热炭化和热解炭化制备生物质炭（分别记为RS-HC和RS-BC）,并采用不同的洗涤剂（蒸馏水、乙醇、四氢呋喃）对水热炭进行洗涤,分别记为RS-HC₁、RS-HC₂和RS-HC₃.探究了吸附时间、Cd²⁺初始浓度和溶液pH值对4种生物质炭吸附性能的影响.结果表明：4种生物质炭对Cd²⁺的吸附均符合准二级动力学方程,表明吸附过程主要受化学吸附速率控制;RS-HC对不同浓度下Cd²⁺的吸附符合Langmuir等温吸附模型,但对于RS-BC,Langmuir方程和Freundlich方程的拟合效果都比较好（R²>0.93）,说明水热炭对Cd²⁺的吸附多为单分子层吸附,而Cd²⁺在热解炭上的吸附则是多分子层吸附和单分子层吸附共同作用的结果;4种生物质炭的平衡吸附容量排序为：RS-BC > RS-HC₃ > RS-HC₂ > RS-HC₁,RS-HC₃和RS-HC₂的平衡吸附量分别是RS-HC₁的3.32和1.7倍;随着pH（3~8）的增加,生物质炭对Cd²⁺的吸附量逐渐增加,在pH=4时,RS-BC的吸附量是RS-HC₃的5.57倍.     

基于神经网络的东北地区秸秆焚烧预测

选取农作物秸秆露天燃烧严重的东北地区,采用人工神经网络的方法,结合卫星火点和气象数据,开展秸秆露天燃烧预测研究.结果表明：人工神经网络预测模型成功验证了松嫩平原地区2015年10月25日~11月15日的秸秆露天燃烧情况,其准确度为67.1%,经过多次试验,在神经网络建模与验证数据配比为80：20时,预测准确度最高,可达69.7%,同时该模型的稳定性较好.而对不同区域,不同时间段的预测研究表明,人工神经网络较适用于长时间序列的预测.就影响因素而言,相对湿度是影响秸秆露天燃烧的最重要因素.本研究结果可为空气质量模式提供火点预测数据,提高其预报预警能力,为区域联防联控政策的制定提供科技支持.     

Primary and secondary organic aerosol in an urban/industrial site: Sources, health implications and the role of plastic enriched waste burning

PM10 samples were collected from an urban/industrial site nearby Athens, where uncontrolled burning activities occur. PAHs, monocarboxylic, dicarboxylic, hydroxycarboxylic and aromatic acids, tracers from BVOC oxidation, biomass burning tracers and bisphenol A were determined. PAH, monocarboxylic acids, biomass burning tracers and bisphenol A were increased during autumn/winter, while BSOA tracers, dicarboxylic- and hydroxycarboxylic acids during summer. Regarding aromatic acids, different sources and formation mechanisms were indicated as benzoic, phthalic and trimellitic acids were peaked during summer whereas p-toluic, isophthalic and terephthalic were more abundant during autumn/winter. The Benzo[a]pyrene-equivalent carcinogenic power, carcinogenic and mutagenic activities were calculated showing significant (p < 0.05) increases during the colder months. Palmitic, succinic and malic acids were the most abundant monocarboxylic, dicarboxylic and hydrocarboxylic acids during the entire sampling period. Isoprene oxidation was the most significant contributor to BSOA as the isoprene-SOA compounds were two times more abundant than the pinene-SOA (13.4 ± 12.3 and 6.1 ± 2.9 ng/m³, respectively). Ozone has significant impact on the formation of many studied compounds showing significant correlations with: isoprene-SOA (r = 0.77), hydrocarboxylic acids (r = 0.69), pinene-SOA (r = 0.63),dicarboxylic acids (r = 0.58), and the sum of phthalic, benzoic and trimellitic acids (r = 0.44). PCA demonstrated five factors that could explain sources including plastic enriched waste burning (30.8%), oxidation of unsaturated fatty acids (23.0%), vehicle missions and cooking (9.2%), biomass burning (7.7%) and oxidation of VOCs (5.8%). The results highlight the significant contribution of plastic waste uncontrolled burning to the overall air quality degradation.     

Species diversity and leaf functional traits of understory vegetation one year after severe burning北大核心CSCD

以北京油松(Pinus tabuliformis)人工林为研究对象,采用独立样本T检验、冗余分析等方法,分析重度火烧1年后林下植被(灌木层和草本层)的物种多样性、叶功能性状及其与土壤因子的关系.结果显示:(1)与对照样地相比,重度火烧后灌木层物种丰富度指数极显著降低(P <0.01),但Shannon指数、Simpson指数以及Pielou指数虽呈下降趋势但未达显著水平(P> 0.05);草本层除Pielou指数外,各物种多样性指数均显著增加(P <0.05).(2)重度火烧样地灌木层和草本层的叶厚度(LT)、叶干物质含量(LDMC)、叶碳含量(LCC)、叶磷含量(LPC)均高于对照样地,而比叶面积(SLA)、叶氮含量(LNC)、叶片氮磷比(N:P)、叶绿素含量(CHL)低于对照样地,除灌木层LPC和N:P及草本层SLA、LCC和LPC外,其他各叶功能性状在火烧与对照间差异均达显著水平.对于不同生活型而言,对照样地的LDMC、LNC、LCC、CHL存在显著差异,而在重度火烧后差异不显著;LT、SLA在重度火烧和对照样地上均呈现显著差异;而LPC、N:P在重度火烧与对照样地上均无显著差异.(3)重度火烧后1年,灌木层和草本层的叶功能性状均仅与土壤含水率、容重和非毛管孔隙度密切相关.本研究表明在油松人工林重度火烧后1年,灌木层物种多样性降低,而草本层物种多样性增加,灌草层的各叶功能性状主要受土壤物理性质的影响呈现不同的变化规律.(图4参45)     

稻田落干过程砷甲基化效率变化与关键影响因素分析

研究稻田落干过程砷甲基化效率变化规律,分析关键环境和生物因素的影响,为今后水稻直穗病防控提供科学依据.开展室内培养模拟稻田落干过程,以采集自贵州兴仁（XR）和广西南丹（ND）的两种砷污染水稻土壤为供试土壤,各土壤设置添加（RS）和不添加（CK）水稻秸秆处理,分析自然落干0、24、36、48和60 h过程中Eh、pH、孔隙水总有机碳（TOC）、砷形态、砷甲基化功能基因（arsM）、硫酸盐还原菌（dsrA,砷甲基化相关微生物）、产甲烷菌（mcrA,砷去甲基化相关微生物）丰度和arsM功能微生物多样性变化.稻田落干过程土壤Eh由完全淹水状态下的-300~-200 mV向落干后的-150~-50 mV变迁,而pH值变化规律不明显;孔隙水无机砷（iAs）和二甲基砷（DMAs）浓度随落干过程变化更为显著,总体呈现增加趋势,且RS处理DMAs浓度显著高于CK,ND土壤孔隙水比XR土壤孔隙水DMAs浓度更高;随落干时间延长,XR-CK和XR-RS处理土壤砷甲基化效率有一定提升,但变化不显著,而ND-CK和ND-RS处理土壤砷甲基化效率显著增加.当培养为60 h时,ND-CK和ND-RS处理砷甲基化效率相比培养初期分别提高约61.8%和23.2%;随落干时间延长arsM和dsrA基因拷贝数明显增加,而mcrA基因拷贝数显著下降.秸秆添加后显著提高全细菌和arsM、dsrA和mcrA基因丰度;进一步基于多因素方差分析和冗余分析发现,供试土壤、秸秆添加、落干时间和其交互作用对于各砷形态、砷甲基化效率和关键基因丰度变化影响显著,TOC、Eh和砷甲基化相关基因与甲基态砷呈正向关联,而与无机砷iAs呈负向关联;基于arsM微生物测序发现,伴随落干过程还发生着砷甲基化功能微生物群落的更替.研究结果有助于提升稻田落干过程中砷甲基化变化的理论认知,为今后水稻直穗病科学防控提供指导.     

秸秆生物炭吸附对乙酰氨基酚的机制及其位能分布特征

作为药品和个人护理产品（PPCPs）中用量最大的一类,对乙酰氨基酚广泛存在于水环境中,具有潜在的环境风险;因此,有必要对其去除机制开展研究.基于我国农业秸秆资源高值转化的需求,通过热解制备秸秆生物炭吸附净化水中对乙酰氨基酚具有良好的应用前景.然而秸秆生物炭对对乙酰氨基酚的吸附过程和机制尚不清楚.选用4种秸秆（稻秆、麦秆、玉米秆和大豆秆）作为原料,通过热裂解在400℃和500℃制备生物炭,进行序批吸附实验,同时研究腐殖酸和pH对吸附过程的影响.结果表明,基于Freundlich模型和位置能量分布模型可知,500℃生物炭对对乙酰氨基酚的吸附量显著高于400℃生物炭（吸附系数K_F高出1.16~2.53倍）,且具有较多的高能吸附位点.高温热解生物炭的主要吸附机制为孔道吸附和π-π作用;低温热解生物炭的主要吸附机制为表面氢键作用.腐殖酸对对乙酰氨基酚在生物炭上的去除具有协同效应,这归因于所选腐殖酸具有一定芳香性,可促进与对乙酰氨基酚的相互作用.pH升高抑制生物炭吸附主要归因于对乙酰氨基酚团聚.吸附机制研究表明,可通过提高热解温度促进对乙酰氨基酚在秸秆生物炭上的孔道吸附和π-π作用;腐殖酸和pH影响研究表明,秸秆生物炭与对乙酰氨基酚的相互作用不受腐殖酸影响,在低pH环境下也具有良好吸附性能.     

紫色土旱坡地油菜/玉米轮作下氮流失的年际变化特征

明确三峡库区紫色土旱坡地氮流失的年际变化特征,为库区的施肥管理措施和面源污染治理提供参考.依托中国科学院成都山地灾害与环境研究所三峡库区试验站,于2018～2020年连续3 a设置不施肥(CK)、常规施肥(F)、优化施肥(OF)、化肥减量配施生物炭(BF)和化肥减量配施秸秆覆盖(SF)5种处理,研究紫色土旱坡地在油菜-玉米轮作模式下氮流失的年际变化特征.结果表明：(1)三峡库区紫色土旱坡地地表径流主要发生在5月和8月,壤中流主要发生在6～10月. 2018～2020年降雨量逐年增加,各处理地表径流产流量逐年减少,壤中流产流量大致呈逐年增加的趋势,年尺度下,壤中流产流量和产流次数均高于地表径流.(2)2018～2020年每年各形态氮的最高流失浓度出现时间大概一致,地表径流全氮、铵态氮和硝态氮最高流失浓度分别出现在5、 8～10和7月,壤中流各形态氮最高流失浓度分别出现在10、 10和5～7月.(3)地表径流各形态氮流失通量呈逐年降低趋势,壤中流各形态氮流失通量大致逐年增加.(4)生物炭和秸秆还田第一年降低氮流失通量的效果较好,但后续两年还田反而加剧了氮素流失通量.因此,三峡库区紫色土旱坡...     

保护性耕作对土壤线虫c-p类群及功能团的影响

以辽宁彰武县保护性耕作示范推广基地土壤为研究对象,通过实地调查和取样分析,对比研究了传统犁耕和6 a保护性耕作(免耕秸秆覆盖)条件下的土壤线虫c-p(colonizer-persister)类群及功能团,为评价保护性耕作的土壤生态效应提供理论依据.研究发现,与犁耕相比,保护性耕作显著增加了土壤线虫各c-p类群及绝大多数功能团的多度,但显著减少了Ba4和Om5功能团多度.此外,保护性耕作还改变了土壤线虫生活史和功能团的结构特征:在大部分研究土层,c-p1和c-p2线虫的相对多度显著提高,而c-p3、e-p4以及c-p3-5类群显著降低;Ba1、Ba2、Ba3、Fu4和H5功能团的相对多度显著提高,而Ba4、H3和Om5的相对多度显著降低,Fu2、H2和Om4相对多度的变化较复杂,在表土层表现为显著抑制,在15～30cm土层则为促进作用.土壤线虫c-p类群和功能团的多度及结构特征可能适合作为评价保护性耕作对土壤质量影响的生物学指标.     

调节风阀与风量的测量

根据玻璃熔窑助燃风系统 ,分析了工业炉燃烧自动控制过程中 ,调节风阀结构和流量计及其相对安装位置对风量测量及自控的影响 ,对通风自控系统设计、选型及安装具有一定的参考价值