天然微藻水热炭理化特性及热解动力学研究

为探索天然微藻资源化的利用途径,该文以天然栅藻为原料,采用傅立叶转换红外线光谱分析, X射线衍射分析,X射线荧光光谱分析,环境扫描电子显微镜与热重分析仪对水热炭进行测试分析。研究结果表明,随着水热温度的升高,水热炭产率从47.29%(180℃)降低至43.01%(240%);水热炭的O/C摩尔比从1.45减小至0.28,碳化程度加强,水热炭具有应用于固体燃料的潜力。鉴于水热炭含有大量灰分,其热值为8.43～9.67 MJ/kg,因此脱灰预处理是必要的过程。经过水热碳化处理,天然栅藻的比表面积从4.36 m~2/g增加到35.26 m~2/g。热解动力学结果表明随着水热温度的提高,水热炭的热稳定性增强。研究结果对天然微藻的资源化利用提供了一定的理论参考。     

不同水热条件对秸秆微波水热碳化产物组成和结构特性影响

为了解秸秆微波水热碳化过程中产物形成机制及其理化结构演变规律,该文采用控制变量法进行了单因素试验设计,研究了水热温度、停留时间、催化剂和原料种类对秸秆微波水热产物组成和结构特性的影响。结果表明,随着水热温度升高和停留时间延长,液相产物的pH值先降低后增加,最低值为3.13,电导率和PO_4~(3-)–P质量浓度先增加后下降,最大值分别为9.38 mS/cm和308 mg/L,NH_4~+–N质量浓度增加,260℃最大值为155 mg/L,而水热焦的产率、H/C和O/C下降,固定碳、C、高位热值增加。高温和长停留时间使水热焦生成较多纳米碳微球结构,且使其O-H键先增多后减少。高温和K_2CO_3使水热焦的芳香烃结构和C=O、C–O含氧官能团增强,而长停留时间使其先增强后减弱。高温和长停留时间使水热焦的比表面积、孔体积和孔径均先增加后降低,而K_2CO_3使水热焦的纳米碳微球和比表面积增加,最大比表面积为10.975 9 m~2/g。玉米秆、水稻秆和油菜秆水热焦的纳米碳微球结构最明显,棉花秆水热焦的比表面积和孔体积最大。     

生物质炭催化玉米秸秆热解气重整提质研究

为研究生物炭作催化剂消减焦油提高热解气品质的效果,以玉米秸秆为原料,以焦油转化率、热解气产率和热解气热值为评价指标,研究重整温度、停留时间和生物炭特性对热解气提质的影响,并分析生物炭作为催化剂重整前后比表面积的变化。研究结果表明,与石英砂(高温裂解)相比,生物炭具有较好的催化特性,且稻壳炭、木屑炭和玉米秸秆炭对焦油的转化率分别为79.8%、78.6%、72.6%,热解气产率分别为39.7%、38.6%、37.9%。随着重整温度和停留时间的增加,热解气产率和焦油转化率增加,而热解气热值仅随着温度升高而增加,当温度为800℃时,热解气热值为17.6 MJ/m~3。800℃催化重整后生物炭比表面积为79.81 m~2/g,高于550℃热解生物炭比表面积37.96 m~2/g,生物炭作催化剂时不但可以提高热解气品质,而且生物炭比表面积也有所增加。     

低氧烟道环境制备污泥活性炭

为降低污泥制备活性炭的成本,以高温低氧烟道气为媒介,研究了活化时间、温度、蒸气含量以及氧含量对污泥活性炭性能的影响规律,结果表明：活化温度、活化时间及水蒸气流量的最佳值分别为800°C、90 min和34.8%,该条件下污泥活性炭比表面积、产率、甲基橙及亚甲基蓝吸附值分别为：246.3 m2/g、46%、14.8 mg/g、18.1 mg/g。因而,高温低氧烟气直接用于物理活化法制备污泥活性炭,活化气量（水蒸汽）不够,产品活性炭的性能差,活化温度高达800°C,运行成本仍偏高。将湿污泥用ZnCl2按1∶1浸渍16 h后活化炭化,在活化温度、活化时间、氧含量分别为550°C、90 min、2%时,污泥活性炭的产率为59%,其比表面积和亚甲基蓝吸附值分别达516.1 m2/g和129.8 mg/g,孔体积为0.29 cm3/g,微孔体积为0.16 cm3/g,平均孔径为3.95 nm,性能较好。氧气能促进活性炭微孔的形成与发展,最佳的氧含量为2%~4%。与无氧条件下制备的污泥活性炭相比,氧含量为4%时制得的污泥活性炭的比表面积增加了6.82%,亚甲基蓝吸附值提高了2.75倍。该研究表明：高温烟气作为热源、保护气和活化气,结合化学活化法,可将脱水湿污泥直接制成污泥活性炭。该结果可为低成本制备污泥活性炭、实现污泥处理的资源化利用提供一定的参考。     

预处理方法对稻壳基活性炭性能的影响研究

以稻壳为原料,对其进行水热脱硅、添加磁化剂、添加活化剂预处理,于600℃下活化2 h,并对不同预处理后的稻壳和活化后的炭进行表征并分析,考察不同预处理工艺对磁性活性炭制备的影响。结果表明,水热脱硅预处理将稻壳中灰分含量由14.55%降低至2.00%,提高了挥发分和固定碳的相对含量,脱硅过程残留的Na2CO3对稻壳热解具有催化作用,增加了炭孔隙结构,水热的脱水脱羰作用减少稻壳中的含氧官能团,热值由16 235 kJ/kg增加至18 720 kJ/kg;添加磁化剂抑制了稻壳热解速率,提高热解产率,同时在表面形成管状碳结构,增大了比表面积,Fe3O4基磁性活性炭晶体的生成使得磁性能显著提高;添加活化剂促进了稻壳炭化,增加固体收益率,大大提高活性炭的孔隙结构,但有锌铁络合物生成,磁性能降低,但仍可以通过磁选分离。     

油茶壳热解产物特性及热解炭制备活性炭工艺优化

为了探究热解终温对油茶壳热解产物特性的影响,实现油茶壳热解多联产产物的有效利用,该文研究了油茶壳300～700℃热解过程中气、液、固的得率,特性和能量分布规律,讨论了油茶壳热解炭制备活性炭的工艺条件。研究表明,随着热解终温的升高,生物质炭得率下降,不可凝气体得率上升,生物质油得率则呈现先上升后下降的变化趋势。生物质炭的能量产率高达47.21%～81.59%,是油茶壳热解的主要产物,随着热解终温的升高,其固定碳含量增大,BET比表面积先增加后减小,在600℃达到最高值278 m2/g。油茶壳活性炭制备的最佳工艺条件活化温度850℃,活化时间1.5 h,水蒸气用量与炭的比2.0,此条件下的活性炭得率为37.47%,碘吸附值为825 mg/g,BET比表面积为736 m2/g。该研究为油茶壳热解多联产工艺及产物的综合有效利用提供参考依据。     

豆壳基炭材料的响应面优化设计及电化学特性

为了满足人们对新型储能设备的需求,以生物质尤其是农林废弃物基炭材料作为电极材料的超级电容器备受关注。该研究以农业废弃物材料刀豆壳作为前驱体,采用KOH活化方法制备高比面积活性炭并作为超级电容器电极材料。以材料比电容为响应值,活化温度和活化比例为试验因素,采用中心复合设计方法(CCD,Central Composite Design)进行响应面优化研究,并探究在最佳工艺条件下制备的活性炭的电化学性能。研究结果表明:活化温度和活化比例对刀豆壳活性炭材料的比电容均具有显著影响。优化得到的最优工艺参数为活化温度694℃,活化比例4.17∶1。验证试验得到刀豆壳活性炭材料的平均比电容为254 F/g,与预测值基本吻合。同时对活性炭进行了性能表征,采用扫描电镜(SEM,Scanning Electron Microscope)和透射电镜(TEM,Transmission Electron Microscope)观察活性炭的形貌特征,通过氮气吸-脱附测试研究了炭材料的孔隙结构,结果表明:刀豆壳活性炭材料表面分布大量纳米孔,最大比表面积可达3 129 m~2/g,总孔容达1.68 cm~3/g,微孔孔容达0.96 cm~3/g,有利于电解液流通和电解质离子吸附。     

反应条件对水稻秸秆慢速热解产物的影响与评价

秸秆炭化还田是培肥地力和土壤固碳的重要途径。该研究采用慢速热解试验平台，研究了热解温度 (450、500、550、600和650 ℃) 和停留时间 (30、40、50和60 min) 对水稻秸秆热解产物理化性质（以还田利用指标为主）的影响，同时分析了不同生产条件下的产品收率和能量分布。试验结果表明，热解温度为450～650 ℃时制备的水稻秸秆炭O/C均低于0.2，H/C均低于0.7，且随着热解温度升高和停留时间的增加，O/C和H/C呈现明显减小趋势；随着热解温度升高，水稻秸秆炭的比表面积、电导率和pH值均呈上升趋势，其值分别为4.5～83.4 m²/g、688～1 059 μs/cm和9.8～10.5；阳离子交换量在43.7～71.1 cmol /kg之间无规律波动；随着反应条件变化，水稻秸秆炭的比表面积、电导率和pH值具有较强的相关性，比表面积与pH值相关系数达到0.83，pH值与电导率相关系数为0.66，比表面积和电导率相关系数为0.54。随着热解温度的升高，炭产率降低，热解气产率增加，热解气中H₂、CH₄等可燃气组分富集，热值增加，最大可达到15.74 MJ/m³；热解温度为445～650 ℃变化时，水稻秸秆炭能量收率为45.2%～53.8%，热解气能量收率为11.6%～19.1%。该研究为水稻秸秆炭化还田轻简化热解设备开发提供了基础支撑。     

文冠果壳基活性炭制备工艺优化与性能表征

文冠果壳为文冠果榨油后的废弃物,为避免环境污染,充分利用这种废弃物制成高附加值的活性炭,该研究以文冠果壳为原料,采用磷酸活化法制备活性炭,以固液比、磷酸浓度、活化时间和活化温度为自变量,活性炭的碘吸附值为因变量,经响应面试验优化制备工艺,探究文冠果壳活性炭的吸附性能。结果表明,通过响应面试验优化得到最佳工艺条件：固液比1∶1 g/mL,磷酸浓度71%,活化时间158 min,活化温度540℃,此时碘吸附值为(1 127.377±2.406) mg/g,与预测的碘吸附值误差仅为0.390%。与文冠果壳相比,经活化得到的活性炭水分和灰分明显降低,C元素质量分数升高至69.702%;活性炭的比表面积为841.438 m²/g,总孔容为0.593 cm³/g,平均孔径为4.361 nm,孔隙结构发达,主要以介孔为主,且官能团主要为羰基。因此可以用文冠果壳制备出吸附性能好的活性炭,该结果可为磷酸活化法制备文冠果壳基活性炭的工业化生产提供一定参考。     

保温时间与粒度对稻秆和棉秆热解产物组成及能量转化影响

热解炭化技术的开发对秸秆的能源化利用具有重要意义。试验研究了保温时间与粒度对水稻和棉花秸秆热解产物理化特性及能源转化的影响。结果表明,保温时间从0到120 min中,秸秆生物炭产率先降低后略增加,热解气中CH_4、C_nH_m和H_2百分含量增加,其高位热值和能量转化率增加,而生物炭的pH值、电导率、灰分、固定碳、C、高位热值增加,保温时间为90 min的生物炭的炭化程度最好。秸秆中能量有1.5%~5.4%保留在热解气中,有50%~57%保留在生物炭中。不同粒度相比,粗粉秸秆的生物炭的炭产率、挥发分、H、O、N及碳转化率最高,细粉秸秆热解气中CO和CH_4百分含量、高位热值和能量转化率最高,而超微秸秆生物炭的pH值、灰分、C最高。棉花秸秆生物炭的挥发分、固定碳、C、H、碳转化率、高位热值和能量转化率高于水稻秸秆生物炭。     

论水土、水土生态与水土生态保持

在论述水土在陆地生态系统中的地位和作用的基础上,提出了水土生态的概念,认为植被与水土不可分割的整体观念是水土生态的重要特征。同时,对水土生态保持的含义作了新的定义,并将水土生态保持划分为四大类型,即生态型、自然型、生产型、建设型。从水土生态的高度,从源头上、要素的联系中去认识和防治水土流失,是一种主动的、有机的、整体的水土保持观念,是水土保持认识观的深化和发展,将使水土生态保持事业进入一个崭新的时代。     

我国滑坡、崩塌的区域特征、成因分析及其防御

论述了我国滑坡、崩塌的区域分布特征,滑坡和崩塌的危害程度,滑坡和崩塌类型和成因分析,并且提出了灾害的防御措施,以期达到环境保护成为社会发展过程中的一个重要组成部分。     

河道堤防滩地的水土流失及其防治

平原地区河道堤防滩地的水土流失,直接淤积河床,影响行洪安全。堤防滩地的水土流失是自然因素和人为因素共同作用的结果,以新修堤防的水土流失最为严重,对其防治须实行工程措施、植物措施和人为预防相结合。     

城镇开发区建设中的人为水土流失及防治措施

简析了婺源县城镇开发区建设过程中造成水土流失的状况、危害、原因后,提出了其防治措施,并阐明开展城市（镇）水土保持的紧迫性。     

Sodium and potassium effects on cation concentration and yield of lucerne and phalaris grown separately and together

Abstract

Lucerne (Medicago sativa L.) and phalaris (Phalaris aquatica L.) were grown separately and together in a pot trial on a yellow‐brown pumice soil with three rates of sodium (Na) and two rates of potassium (K) in factorial combination. Lucerne alone had a low Na concentration but growing phalaris as a companion grass produced herbage with a Na concentration adequate for stock. Na application increased the Na concentration in phalaris and the mixture of phalaris and lucerne much more than in lucerne alone; had little effect on K concentration; slightly reduced Mg concentration; and greatly reduced Ca concentration but not as much in lucerne as in phalaris or the mixture with lucerne. K application increased K concentration and reduced Na, Ca and Mg concentrations throughout. Yield of phalaris grown alone and in combination with lucerne was increased significantly by Na application when K concentration in the plants was low. Yield of lucerne was not affected by Na application and it is concluded that Na did not substitute for K in this species. It is concluded that field trials are warranted to investigate the possibility of growing a special purpose mixture of lucerne and phalaris on New Zealand yellow‐brown pumice soils to provide feed that has adequate Na for grazing animals.     

建设类与建设生产类开发建设项目水土保持方案的异同分析

20世纪末,开发建设项目水土保持方案的编报工作已经实现了规范化和制度化,但有不少的编制者在编制建设类和建设生产类项目的水土保持方案时往往出现失误.建设类和建设生产类项目的水土保持方案在很多方面都存在很大区别.根据多年编制两类水土保持方案的实践经验,总结出了这两类项目水土保持方案的编报工作在水土保持要求、服务年限、预测时段划分、防治目标等方面的异同,以防止在编报过程中出现水土流失量预测、水土保持措施体系以及水土保持监测等方面产生较大的偏差.     

分布式移动农业病虫害图像采集与诊断系统设计与试验

为了便捷地采集和实时诊断农业病虫害图像,设计了一个分布式移动农业病虫害图像采集与诊断系统。该系统由多个便携式图像采集终端和一个图像处理服务器组成;其中,图像采集终端包括嵌入式相机、可伸缩的手持杆和装载控制App的手机;图像处理服务器包括农业病虫害诊断、信息记录和反馈模块等。手持杆可将安装在其前端的嵌入式相机送到人手或视觉难以企及的病虫害区域,手机可实时预览前端相机的拍摄画面和实现控制相机完成农业病虫害图像采集等功能;系统通过HTTP协议实现多个采集终端与图像处理服务器的数据交互,协同进行分布式计算,可以减少网络移动资费和服务器的负载。利用该系统对水稻纹枯病图像采集与诊断测试结果表明,该系统的图像采集终端可以便捷地采集到水稻纹枯病图像,手机端视频预览画面延时低,对相机控制命令无误,图像采集终端与服务器通信稳定,服务器端对水稻纹枯病图像处理和诊断实时,基于图像的水稻纹枯病为害等级诊断准确率为83.5%。如果服务器端加载不同的农业病虫害图像处理和诊断算法,该系统可广泛应用于各种农业病虫害图像的采集与诊断。     

甲基硫茵灵及其代谢物在不同种植模式黄瓜和土壤中的残留

采用液质联用仪比较分析了3个不同种植区域（江苏南京、广西南宁和湖南长沙）露地和大棚两种种植条件下黄瓜和土壤中甲基硫菌灵及其代谢物多菌灵的残留动态,同时对黄瓜中的最终残留量进行了比较分析。施药后,甲基硫菌灵在黄瓜和土壤中均能很快转化为多菌灵[施药后1 d甲基硫菌灵未检出（〈0.01 mg·kg-1）],多菌灵在露地黄瓜和土壤中的原始沉积量均低于大棚。3个试验点露地黄瓜中的半衰期分别为2.3、1.4 d和1.4 d,在大棚黄瓜中的半衰期分别为2.6、1.7 d和2.0 d。在3个试验点露地土壤中的半衰期分别为1.6、1.7 d和2.3 d,在大棚土壤中的半衰期分别为2.3、2.0 d和2.3 d。最终残留试验在最后一次施药后1 d采样时,大棚、露地黄瓜中的甲基硫菌灵均未检出（〈0.01 mg·kg-1）,多菌灵在3个试验点露地黄瓜中的最终残留量为0.014~0.162 mg·kg-1,而在3个试验点大棚黄瓜中的最终残留量为0.121~0.561 mg·kg-1。参照我国所制定的黄瓜中多菌灵的MRL（0.5 mg·kg-1）,露地种植方式下所有处理黄瓜中甲基硫菌灵代谢物多菌灵的最终残留量均符合国家标准的规定,但大棚种植方式下其残留量有超标的风险。     

Forest soil respiration and its heterotrophic and autotrophic components: Global patterns and responses to temperature and precipitation

Quantifying global patterns of forest soil respiration (SR), its components of heterotrophic respiration (HR) and belowground autotrophic respiration (AR), and their responses to temperature and precipitation are vital to accurately evaluate responses of the terrestrial carbon balance to future climate change. There is great uncertainty associated with responses of SR to climate change, concerning the differences in climatic controls and apparent Q₁₀ (the factor by which respiration increases for a 10 °C increase in temperature) over HR and AR. Here, we examine available information on SR, HR, AR, the contribution of HR to SR (HR/SR), and Q₁₀ of SR and its components from a diverse global database of forest ecosystems. The goals were to test how SR and its two components (AR and HR) respond to temperature and precipitation changes, and to test the differences in apparent Q₁₀ between AR and HR. SR increased linearly with mean annual temperature (MAT), but responded non-linearly to mean annual precipitation (MAP) in naturally-regenerated forests. For every 1 °C increase in MAT, overall emissions from SR increased by 24.6 g C m⁻² yr⁻¹. When MAP was less than 813 mm, every 100 mm increase in MAP led to a release of 75.3 g C m⁻² yr⁻¹, but the increase rate declined to 20.3 g C m⁻² yr⁻¹ when MAP was greater than 813 mm. MAT explained less variation in AR than that in HR. The overall emissions in AR and HR for every 1 °C increase in MAT, increased by 12.9 and 16.1 g C m⁻² yr⁻¹, respectively. The AR emissions for every 100 mm increase in MAP, increased by 44.5 g C m⁻² yr⁻¹ when MAP less than 1000 mm. However, above the threshold, AR emissions stayed relatively constant. HR increased linearly by 15.0 g C m⁻² yr⁻¹ with every 100 mm increased in MAP. The Q₁₀ value of SR increased with increasing depth at which soil temperature was measured up to 10 cm and was negatively correlated with HR/SR. Our synthesis suggests AR and HR differ in their responses to temperature and precipitation change. We also emphasized the importance of information on soil temperature measurement depth when applying field estimation of Q₁₀ values into current terrestrial ecosystem models. Q₁₀ values derived from field SR measurements including AR, will likely overestimate the temperature response of HR on a future warmer earth.     

论生态恢复与水土保持

 生态恢复是研究生态整合性的恢复和管理过程的科学,现已成为世界各国的研究热点。目前,恢复已被用作一个概括性的术语,包括重建、改建、改造、再植等含义,一般泛指改良和重建退化的生态系统,使其重新有益于利用,并恢复其生物学潜力。生态恢复的原则包括自然法则、社会经济技术原则和美学原则。我国的水土保持小流域治理是通过工程的手段进行生态恢复的典范。水土保持小流域治理应以生态经济系统理论作指导,正确处理好人口再生产、自然再生产和经济再生产三者之间的关系,才能真正做到人与自然的和谐共处。水土保持小流域治理的方法是系统工程方法,包括综合调查与系统诊断、模型开发与治理规划、防治体系与模式设计、组织机构与运行机制等方面的内容。我国的水土保持工作亟需开拓创新,创新是水土保持工作的灵魂。只有认真纠正目前水土保持工作中存在的2种偏向,全面贯彻人与自然和谐共处的发展方针,把当地人民群众的社会需求与水土保持工作有机结合起来,才能实现“山川秀美”的宏伟目标。