联合收割机排放和油耗特性的试验研究

为掌握实际工作状态下联合收割机的排放及燃油消耗特性,该文基于车载排放测试设备选取10台典型的联合收割机,在其实际工作状态下进行了排放及燃油消耗特性的试验研究。研究结果表明：谷物、玉米联合收割机综合燃油消耗分别为6.80和10.29 L/h。基于燃油消耗率的CO、HC排放因子怠速工况下较高,而NOx排放因子在行走工况下较高,PM排放因子在作业工况下较高;谷物联合收割机比玉米联合收割机排放严重。2010年中国联合收割机NOx和PM排放量分别为4.84和0.47万t,分别占同时期机动车排放量的1.91%和1.94%,并给出了联合收割机排放量排在前10位的省份。该文为农业机械排放控制提供参考。     

低速货车的污染物排放特性

为分析实际道路行驶时低速载货汽车的排放特征,该研究利用车载测试系统(portable emission measurement system,PEMS)在国道和乡村道上对6辆低速货车的污染物排放进行了测试,结果表明:不论在国道还是在乡村道上,污染物排放速率与车速的变化密切相关。乡村道上车辆的行驶速度变化较多,各污染物瞬时排放速率也呈现剧烈的波动。在国道和乡村道上,低速载货汽车匀速工况的比例最高,平均比例分别为68.33%和63.77%。在2种道路条件下,4种污染物平均排放因子均为加速行驶模式下最高,匀速次之,减速模式下最低。CO在加速模式下的平均排放因子分别是匀速和减速模式下的1.86和2.30倍;HC在加速模式下的平均排放因子分别是匀速和减速模式下的1.32和1.42倍。对于NOx,加速模式下的平均排放因子分别是匀速和减速模式下排放因子的1.57和3.09倍。而对于PM,加速模式下的平均排放因子分别是匀速和减速模式下排放因子的1.22和1.39倍。颗粒物粒径分布结果表明,2种道路颗粒物粒径分布规律类似。但在乡村道上颗粒物数量浓度高于国道上颗粒物数量浓度,平均高约32.0%。该研究成果为低速载货汽车的排放控制提供了技术参考。     

大气压力对小型农用柴油机怠速工况燃烧与排放的影响

怠速是非道路用柴油机重要的运行工况之一。为了深入探究大气压力对小型农用柴油机怠速工况下燃烧与排放性能的影响,利用大气压力模拟装置,研究了满足非道路国III排放标准的小型农用柴油机在怠速工况下燃烧特性与排放性能随大气压力(80、90、100 kPa)的变化规律。试验结果表明:在怠速工况下,小型农用柴油机匹配的涡轮增压器不起作用,并且在高原地区涡轮增压系统不具备自补偿能力;最高缸内压力、压力升高率峰值以及放热率峰值均随着大气压力的升高而升高,大气压力每升高10 kPa,上述燃烧参数分别平均升高13.33%、37.24%以及6.76%;而最高缸内燃烧温度随着大气压力的升高而降低,大气压力每升高10 kPa,平均降低11.18%;大气压力对CO排放与HC排放影响较大,大气压力每升高10 kPa,CO排放与HC排放分别平均降低47.47%与55.77%;大气压力对NO_x排放与烟度的影响相对较小,大气压力每升高10 kPa,NO_x排放平均升高18.93%,而烟度平均降低11.90%。该研究可为高原地区小型农用柴油机怠速工况的排放控制提供参考依据。     

低排放轻型车用柴油机结构及燃烧系统的优化

在现有4F20机械式燃油系统柴油机基础上,从机械系统和燃烧系统优化匹配、后处理系统选型等方面入手,进行了满足国Ⅳ排放标准的经济型轻型车用柴油机开发。机械系统设计中,对机体和缸盖的加强筋和冷却水套进行合理布置,有效提高整机刚度和缸套冷却效果,减少变形,并设计了结构紧凑、传动可靠且运转平稳的新型齿轮传动系统。燃烧系统升级优化方面,由直列泵式机械燃油供给系统升级为高压共轨电控燃油喷射系统,重新设计燃烧室形状的同时将压缩比从19.7降低为17.5,并优化燃油油束在燃烧室内的分布。通过燃油喷射、增压与废气再循环参数的协同标定改善了柴油机燃油经济性和排放性能。选用容积占有率为25%和75%的2级氧化催化转化器,对一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、可溶性有机成分(soluble organic fractions,SOF)和颗粒(particulatematter,PM)的净化效率分别达90%、85%、90%和20%。柴油机配套NHQ6492V3型SUV后整车排放测试结果显示:CO、NOx、总碳氢(THC)+NOx和PM排放分别为0.36、0.259、0.328和0.029g/km,距国Ⅳ排放限值有20%以上的裕度,综合油耗为7.217L/(100km),满足2015年即将实施的中国乘用车燃料消耗第3阶段法规限值。     

废气再循环改善生物柴油发电机的经济性和排放性

在单缸风冷四冲程柴油发电机上,采用0、16%、28%EGR(exhaust gas recirculation,废气再循环)率,分别以柴油和生物柴油为燃料进行了试验,测试并分析了经济性,NOx、HC、CO和烟度的排放性能。研究表明:生物柴油油耗高于柴油,在0、16%和28%EGR率时,生物柴油的体积油耗平均高出柴油约9%、10%和17%;与无废气再循环相比,16%和28%EGR率时,燃用柴油平均可减少NOx约17%和35%,燃用生物柴油平均可减少NOx约10%和24%,生物柴油的NOx排放量高于柴油平均约6.5%和17%;燃用柴油时随EGR率增大,HC的排放量增大,16%和28%EGR率时,生物柴油的HC排放低于柴油平均约6%和28.5%;28%EGR率时,生物柴油CO排放量低于柴油,平均降低约24%;随EGR率增大,生物柴油的烟度增大,燃用生物柴油在小负荷和中负荷时烟度高于柴油。     

抗氧化剂对生物柴油排放的影响

通过添抗氧化剂改变生物柴油的酸值与过氧化值,提高生物柴油的氧化安定性。该研究选择迷迭香（K1）和茶多酚（K2）2种抗氧化剂添加到生物柴油与柴油形成的调合油（B20）中,在186F柴油机上进行排放特性试验。考察了标定转速3000 r/min,10%、25%、50%、75%和100%负荷工况时,抗氧化剂对HC、CO、碳烟和NOx排放的影响。研究表明：与柴油相比,燃用B20调合油HC、CO排放和烟度值大幅降低,NOx排放增加;与B20调合油相比,燃用添加抗氧化剂（迷迭香和茶多酚）的K1B20和K2B20在各工况下生成的 HC、CO排放和烟度值的平均值分别升高了1.2%、10.2%、8.5%和6.4%、3.8%、4.3%,NOx排放分别比B20降低了9.5%和4.2%。添加抗氧化剂可以有效降低生物柴油的NOx排放。     

高性能低排放小型非道路柴油机的开发

以某小型非道路单缸直喷式柴油机为研究对象,综合运用CAE与CFD优化设计技术,从燃烧系统多参数优化匹配与机械系统改进设计2个方面入手,进行高性能低排放小型非道路柴油机开发。利用Hydism与Fire等多维模拟软件,对燃油供给系统参数、燃烧室与进气涡流参数进行虚拟协同优化,分析三者对燃烧过程与排放性能的影响,并确定了优化方案;同时利用有限元分析软件,对机体、缸盖及活塞等机械系统进行改进设计,提高整机的刚度强度及可靠性,有效降低机油耗。试验结果表明:最终优化方案与原机相比,燃油经济性与排放性能得到有效改善,CO、HC+NOx、PM排放分别减少了49%、58%、74%,燃油耗降低了6.9%,机油耗降低了59%,可满足EPA非道路柴油机第Ⅳ阶段法规限值,为高性能小型非道路柴油机开发提供了参考。     

河南省夏季秸秆焚烧污染物排放量的估算与分析

基于2007年夏季秸秆焚烧卫星遥感监测资料,结合粮食产量、谷草比、排放因子等,估算了河南省秸秆焚烧各污染物的排放量。结果表明,2007年夏季河南省秸秆焚烧共排放：PM2.5 30 433.9 t、SO2 1 586.2 t、NOx 12.2 t、NH3 76.1 t、CH4 39.6 t、VOC 82.2 t、CO477.8 t、CO2 2 799.9 t。秸秆焚烧污染物排放量空间分布受小麦种植面积影响较大,中东部多于西部,其中周口、驻马店和南阳排放量最多;夏季秸秆焚烧较为集中,PM2.5的排放多集中在5月下旬和6月上旬,且与郑州市PM2.5日均浓度有较好的相关性。     

可变喷嘴涡轮增压及废气再循环系统改善柴油机排放性能

针对一台废气旁通阀式（wastegate,WG）增压柴油机,提出可变喷嘴涡轮增压器（variable nozzle turbine,VNT）+文丘里管废气再循环系统（venturi exhaust gas recirculation,vEGR）的 VNT-vEGR 系统设计,并进行匹配优化。搭建了发动机台架试验系统,在保证原机经济性与颗粒物（particulate matter,PM）排放性能基本不变的前提下,对氮氧化物（NOx）排放进行重点优化。研究结果表明：优化后的 VNT+vEGR 柴油机的欧洲稳态测试循环（European steady state cycle,ESC）试验加权的有效燃油消耗率、NOx 排放和 PM 排放分别为229.4、3.53和0.055 g/(kW·h),相比于原 WG 柴油机的变化率分别为0.04%、?48.2%和14.6%,油耗和 PM 排放略有升高,而 NOx 排放大幅降低,且动力性整体提高约5%～10%。匹配新系统的柴油机能够满足现行的排放法规并具有满足未来排放法规的潜力。该研究为改善柴油机的排放性能提供了参考。     

二叔丁基过氧化物对生物柴油燃烧过程及排放的影响

采用十六烷值改进剂二叔丁基过氧化物(Di-tert-butyl peroxide,DTBP)对生物柴油的着火性能进行改进。通过柴油机台架试验,测量了标定转速2900r/min、不同负荷时柴油机的气缸压力和排放污染物,考察了DTBP不同添加比对生物柴油燃烧过程及排放的影响。研究结果表明,随着DTBP添加比例的增加,着火延迟期及缸内最高爆发压力均有所降低,DTBP添加比例为0.75%时,滞燃期缩短1.2°CA左右,燃烧持续期缩短3°CA左右,缸内最高爆发压力降低2.5%;添加DTBP后,HC、CO、NOx排放均有所改善,DTBP添加比例为0.25%时,排放降低最多:HC排放降低42.7%,CO排放降低13.9%,NOx排放降低15.7%,随着DTBP添加比的增加,排放略有升高,但对碳烟排放影响不大。     

不同灌溉模式下寒地稻田CH_4和N_2O排放及温室效应研究

为了研究寒地稻田CH4和N2O排放特征,选取黑龙江省寒地稻田为研究对象,采用静态箱—气相色谱法对控制灌溉、间歇灌溉、浅湿灌溉及淹灌四种水分管理模式等4个处理的CH4和N2O排放通量进行观测。结果表明,不同灌溉模式下的CH4和N2O排放高峰均出现在水稻生长旺季,而休闲期内排放较少。相对于淹灌,浅湿灌溉稻田CH4累积排放量降低了27.2%,控制灌溉处理的降低了34%,间歇灌溉处理的降低了48.2%。长期淹灌稻田N2O排放量比间歇灌溉稻田减少0.41kg/hm2,比控制灌溉稻田增加0.38kg/hm2,比浅湿灌溉稻田增加0.37kg/hm2。总体温室效应分析,节水灌溉模式能有效抑制温室气体的排放并显著地降低CH4和N2O的总温室效应。水稻生育期内,CH4排放量减少时期,N2O排放量有增加趋势,综合考虑CH4和N2O排放的消长关系,才能有效减缓稻田温室气体的排放。     

Above and Below Ground Measurements of Greenhouse Gases from Swine Effluent Amended Soil

Abstract

As a means of economic disposal and to reduce need for chemical fertilizer, waste generated from swine production is often applied to agricultural land. However, there remain many environmental concerns about this practice. Two such concerns, contribution to the greenhouse effect and stratospheric ozone depletion by gases emitted from waste‐amended soils, have not been thoroughly investigated. An intact core study at Auburn University (32 36′N, 85 36′W) was conducted to determine the source‐sink relationship of three greenhouse gases in three Alabama soils (Black Belt, Coastal Plain, and Appalachian Plateau regions) amended with swine waste effluent. Soil cores were arranged in a completely random design, and treatments used for each soil type consisted of a control, a swine effluent amendment (112 kg N ha^?1), and an ammonium nitrate (NH₄NO₃) fertilizer amendment (112 kg N ha^?1). During a 2‐year period, a closed‐chamber technique was used to determine rates of emission of nitrous oxide (N₂O)–nitrogen (N), carbon dioxide (CO₂)–carbon (C), and methane (CH₄)–C from the soil surface. Gas probes inserted into the soil cores were used to determine concentrations of N₂O‐N and CO₂‐C from depths of 5, 15, and 25 cm. Soil water was collected from each depth using microlysimeters at the time of gas collection to determine soil‐solution N status. Application of swine effluent had an immediate effect on emissions of N₂O‐N, CO₂‐C, and CH₄‐C from all soil textures. However, greatest cumulative emissions and highest peak rates of emission of all three trace gases, directly following effluent applications, were most commonly observed from sandier textured Coastal Plain and Appalachian Plateau soils, as compared to heavier textured Black Belt soil. When considering greenhouse gas emission potential, soil type should be a determining factor for selection of swine effluent waste disposal sites in Alabama.     

基于动态箱法的北京延庆区牛粪堆放CH4和N2O排放量估算

畜禽粪便堆放管理会造成甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)等温室气体的大量排放。通过联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)建议的排放系数等方法,可以实现对某一区域范围内畜禽粪便管理系统的温室气体排放总量的估算,但由于其排放受粪便管理、气候条件等因素的显著影响,直接套用IPCC的默认系数会产生较大的误差。为更加准确估算中国奶牛粪便管理所造成的CH_4、N_2O排放,该文在对北京延庆区奶牛生产与粪便管理模式进行了实地调研的基础上,采用动态箱法模拟了奶牛粪便不同季节短时自然堆放管理模式下的CH_4、N_2O排放过程,并对区域内的年温室气体排放总量进行了测算。研究结果表明,奶牛粪便在一个月的自然堆放管理模式下,每千克牛粪挥发性固体在春、夏、秋季的CH_4排放量分别为223.97、4 603.31、351.38 mg,每千克牛粪N_2O排放量分别为5.86、9.43、0.81 mg。2016年北京延庆区全年奶牛粪便CH_4、N_2O排放总量分别为13 342.50、347.87 kg。延庆区奶牛粪便堆放管理过程的CH_4排放因子为1.50kg/(头·a),小于IPCC指南中的1.78 kg/(头·a);受堆放时间较短的影响,N_2O的排放因子则显著小于IPCC的推荐值。若直接使用IPCC默认参数估算延庆区奶牛粪便堆放管理过程中的CH_4和N_2O排放量,会造成排放量的高估。     

集约化奶牛养殖场不同粪尿处理阶段氮素分布及氨排放特征

为促进奶牛养殖场的大气氨排放控制,形成奶牛养殖场粪便中氨排放的阻控体系,该文在冬季和夏季对内蒙古呼和浩特地区奶牛养殖场A和奶牛养殖场B的大气、牛粪和牛尿进行了采样试验分析,研究了2种奶牛养殖场不同处理工艺的氨排放特征。静态试验结果表明,奶牛养殖场A和奶牛养殖场B氨气排放浓度最高的是氧化塘处理工艺、预处理工艺,分别为冬季0.862,3.169 mg/m3,夏季2.785,2.130 mg/m3。动态试验结果表明,牛粪的氨排放系数要高于牛尿1.85倍,奶牛养殖场A和奶牛养殖场B平均排放系数分别为29.23%、49.36%。奶牛养殖场A和奶牛养殖场B总大气氨排放量分别为冬季172.69,1 101.00 kg/d,夏季284.70、1 395.32 kg/d。2种处理工艺冬季和夏季大气氨含量均满足畜禽场环境质量标准,但超过人居空气质量标准。     

综合产量和土壤N2O排放的马铃薯施氮量分析

施氮可提高作物产量,但同时也增加温室气体N_2O的土壤排放量。研究施氮量与产量和土壤N_2O排放的关系,对保障作物产量并兼顾环境效应的农业生产实践具有重要指导意义。该研究设置N0(0)、N1(67.5 kg/hm~2)、N2(125 kg/hm~2)、N3(187.5 kg/hm~2)4个施氮水平,采用静态箱-气相色谱法对土壤N_2O排放进行田间原位测定,研究施氮量对马铃薯产量、土壤N_2O排放的影响,分析综合产量与土壤N_2O排放的合理施氮量。结果表明:施氮显著增加马铃薯产量和土壤N_2O累积排放量,较不施氮(N0)处理,N1、N2和N3处理马铃薯产量增加78.5%、93.1%和95.6%;生育期N1、N2和N3处理马铃薯土壤N_2O累积排放量分别是N0处理的2.3、4.4和6.7倍。同时,随施氮量增加,N_2O排放系数、硝态氮强度和单产N_2O排放量均显著增加。在低氮处理(N0、N1)时,土壤N_2O排放通量与土壤温度、湿度显著正相关,而在高氮水平时,土壤N_2O排放通量与土壤硝态氮含量显著正相关。施氮67.5 kg/hm~2可确保研究区马铃薯产量并有效降低土壤N_2O排放。     

不同施肥量对设施菜地N2O排放通量的影响

为明确北京地区设施菜地的N2O排放特征,寻求既能减少N2O排放又使蔬菜增产或保持原有产量的切实有效措施,该研究采用静态箱/气相色谱法对北京地区设施菜地的黄瓜进行了全生长季N2O排放通量的观测,并分析了不同施肥量对N2O排放量、蔬菜产量和经济效益的影响。结果如下：土壤N2O排放通量的季节变化有明显的时间变异性,试验初期受基肥的影响,N2O排放量较大,随着时间的推移,土壤N2O排放量有所减少并保持稳定;试验后期由于追肥,出现一次排放高峰,且持续时间较长。各处理土壤N2O排放总量的次序是：T4（常规施肥量+鸡粪）＞T3（3/4常规施肥量+鸡粪）＞T1（1/4常规施肥量+鸡粪）＞T2（1/2常规施肥量+鸡粪）＞Tn（鸡粪）＞T0（无肥处理）,各处理之间N2O排放量差异达到极显著水平。综合考虑施肥量、N2O排放量和黄瓜产量,研究认为T3（3/4常规施肥量+鸡粪）的施肥量比较合理,可以为合理施肥、降低农民生产成本以及估算中国农田温室气体排放量和编制温室气体排放清单提供 依据。     

利用整体分析法研究华北地区奶牛产业温室气体排放

为了研究奶牛产业生产效率对温室气体排放的影响,对单位牛奶产量所产生的温室气体(甲烷、氧化亚氮和二氧化碳)进行科学的评估是非常重要的。在该研究中,利用整体分析方法评估了2012年华北地区奶牛产业的总温室气体排放以及单位牛奶的温室气体排放。估算的排放源包括奶牛胃肠道发酵以及粪便管理系统产生的温室气体(greenhouse gas,GHG)排放、奶牛饲养过程中耗能所带来的GHG排放、饲养奶牛所需作物种植管理过程中以及所需农业机械设备制造所产生的GHG排放、化学肥料生产和施用所来的GHG排放。估算方法采用政府间气候变化专门委员会(IPCC,Intergovernmental Panel on Climate Change)评估报告中的方法学以及相关文献的研究成果。研究结果表明:在华北地区奶牛产业系统中总温室气体排放量为22437.85×103t。甲烷(CH4)是主要的排放源,为8516.53×103 t,其中奶牛胃肠道排放占84%,粪便管理系统占16%;氧化亚氮(N2O)排放为6240.27×103 t,二氧化碳(CO2)排放为7681.05×103 t。基于排放强度,得出单位牛奶的平均温室气体排放量为1.3 kg/kg。     

中国猪粪尿NH3排放因子的估算

畜禽粪尿导致的NH3挥发及其沉降所带来的环境污染已成为全球关注的热点问题,并逐渐成为环境外交的重要议题.确定各种畜禽养殖生产过程NH3排放因子和数量是制定减少NH3排放措施的重要步骤.针对中国养猪业占主要地位的生产实际,该文以猪粪尿NH3挥发为研究对象,在查阅文献资料和实地调研的基础上,运用养分流及RAINS模型的理念,以"猪舍-储藏-农田施用"为链条,初步研究了中国不同养殖方式和粪肥管理模式下不同猪种粪尿NH3排放因子与挥发特征.旨在为中国今后确定畜禽粪尿NH3排放因子及NH3排放量提供方法及数据依据.结果表明:1)中国农户散养猪NH3排放因子,育肥猪在"沼气模式"(即将猪粪尿进行沼气池发酵处理)和"堆积模式"(即将猪粪尿进行露天堆积处理)下分别为4.75～4.93和7.36～7.50 kg·(头·a)-1,成年母猪分别为8.64～8.97和13.38～13.64 kg·(头·a)-1;集约化养殖下,育肥猪、成年母猪、幼猪NH3排放因子分别为3.13～3.29、5.76～6.12、0.57～O.60 l(g·(头·a)-1;2)不同养殖方式下,各环节NH3挥发特性有所不同.集约化养殖与农户散养"沼气模式"下,猪舍NH3挥发量最大,而农户散养"堆积模式"下,储藏过程NH3挥发量最大;3)与国外NH3排放因子相比,中国农户散养育肥猪NH3排放因子"堆积模式"下略高于联合国欧洲经济委员会(UNECE)数据,"沼气模式"略低于UNECE数据;而母猪、集约化养殖各猪种NH,排放因子均较国外数值小.     

基于减排潜力与减排成本的水稻种植模式综合评价——以湖北省为例

种植模式是影响农业碳排放的重要因素之一,分析通过改变种植模式实现碳减排的可行性,筛选并推荐适宜的低碳种植模式,对实现农业低碳高效发展具有重要的意义。本文以湖北省水稻种植为例,在识别区域主要种植模式的基础上,核算模式间的碳排放强度和生产成本,分析通过生产模式转换实现碳减排的可行性和潜力,并最终筛选出适宜的低碳排、高效益型种植模式。结果表明,湖北省3个主要水稻种植区20种种植模式间碳排放强度及生产成本差异明显,通过种植模式的调整可实现碳减排。鄂中水稻种植区适宜推广的种植模式为:中稻-油菜、间歇灌溉、适量施肥、秸秆不还田和机械耕作;江汉平原水稻种植区适宜推广的种植模式为:中稻-油菜、淹水-烤田-淹水-间歇灌溉、适量施肥、秸秆不还田和机械耕作;鄂东北水稻种植区适宜推广的低碳种植模式为:中稻-小麦、间歇灌溉、适量施肥、秸秆不还田和机械耕作。种植模式从基准模式向各个区域推荐模式转换过程,可以实现碳排放强度和生产成本的同时降低。研究结果可以为种植模式综合评估和低碳农业发展路径选择提供参考。