毛竹催化热解动力学研究

利用热重技术在不同升温速率和氮气气氛下对毛竹Phyllostachys edulis的氯化亚铜催化热解失重行为进行了研究。结果显示：毛竹主要热解温度区间为200．0～379．0℃,当温度为328．5℃时达到最大热解速率17．18％·Min-1;添加氯化亚铜后,毛竹的热解温度降低,热解速率增大,热解所需时间缩短。还通过Flynn-wall-Ozawa法求解了毛竹热解的动力学参数,纯毛竹的热解平均活化能为213．21kJ·mol-1,平均指前因子约为1017;氯化亚铜的加入使指前因子增大了10倍,其值约为1018,平均活化能变化不明显。图6表3参12     

浙江缙云公益林生物量及固碳释氧效益

 根据浙江省缙云县117个公益林固定小班监测数据,在推算不同群落类型（松林、杉木Cunnunghamia lanceolata林、阔叶林、针阔混交林、毛竹Phyllostachys edulis林和灌木林等6种群落类型）生物量的基础上,估算了公益林植被碳储量与碳密度,并通过碳税法、工业制氧法对缙云县公益林固碳释氧效益进行了分析。结果表明：缙云县公益林生物量现存总量为282.73 × 10⁴ t,单位生物量为93.21 t·hm^－2,杉木林单位生物量最高（102.61 t·hm^－2）,阔叶林次之（100.93 t·hm^－2）,灌木林最低（21.76 t·hm^－2）;公益林平均植被碳密度为47.37 t·hm^－2;固碳释氧总量为38.59 ×10⁴ t·a^－1,总价值4.07亿元·a^－1。对缙云县公益林建设提出了一些意见和建议。图3表6参25     

毛竹热解特性及其动力学分析

采用热重分析方法,分析毛竹在不同原料粒径、升温速率及添加无水碳酸钠、氯化钠条件下的热解特性及热解动力学规律.结果表明,不同升温速率及不同原料粒径的毛竹的热解过程基本相似,可分为脱水阶段、快速热解阶段、慢速热解阶段;随着原料粒径、升温速率的提高,毛竹快速热解的起始温度和结束温度向高温方向移动;添加剂无水碳酸钠和氯化钠对毛竹热解都有不同程度的抑制作用.采用Coats-Redfem积分法计算毛竹热解动力学参数,结果表明升温速率对毛竹热解活化能无显著影响,热解活化能随着原料粒径的增大而增大,毛竹粒径为0.07-0.10 mm时最低热解活化能为11.092k J·mol-1.     

不同热解温度牛骨生物炭特征及对Cd2+的吸附

本文研究了不同热解温度条件下牛骨生物炭理化性质及对 Cd²⁺的吸附特性,采用限氧控温慢速热裂解的方式,在 300、350、400、500、700 ℃和900 ℃条件下制备牛骨生物炭。分别采用热重分析仪、傅里叶变换红外光谱以及扫描电镜能谱仪等设备对牛骨生物炭进行表征,并通过批量吸附实验分析其对Cd²⁺的吸附特性。结果表明：牛骨生物炭pH值、灰分含量随热解温度提高而增加,芳构度逐渐增强,孔径与比表面积增大,而挥发分、有机碳含量与全氮含量减少;准二级动力学模型可以准确拟合5种牛骨生物炭对Cd²⁺的吸附动力学过程（R²>0.999）,在接近吸附平衡时,吸附速率由颗粒内扩散主导;牛骨生物炭对Cd²⁺等温吸附过程更符合Langmuir模型,700 ℃条件下制备的牛骨生物炭对Cd²⁺的吸附效果最好,最大平衡吸附量为44.32 mg·g^-1;随着热解温度增加,牛骨生物炭对Cd²⁺吸附机制中官能团络合作用减弱,表面吸附、阳离子交换以及π电子配位作用增大。在实际规模化制备牛骨生物炭过程中应充分考虑能耗成本以及尾气收集问题。     

祁连山八宝河流域典型草地土壤入渗特征

利用Guelph入渗仪,对祁连山八宝河流域典型草地的土壤入渗进行了调查,并基于Kostiakov模型和Horton模型对其入渗特征进行拟合。结果表明,峨堡样区土壤初始入渗率平均为1.66 cm·min^-1,稳定入渗率为0.99 cm·min^-1;阿柔样区土壤初始入渗率平均为0.47 cm·min^-1,稳定入渗率为0.21 cm·min^-1。入渗率随着海拔的升高而升高,与土壤含水量成正相关关系。整个入渗过程可分为三个阶段：0～10 min为入渗速率急剧变化阶段,10～30 min为入渗速率缓慢变化阶段和30 min以后逐渐达到稳定入渗阶段。Kostiakov模型在阿柔样区拟合效果较好;而Horton模型适合在峨堡样区使用。     

山西东南部气候变暖背景下的霜冻特征分析

应用山西省东南部11个气象观测站1971-2010年春秋季及年平均气温、初终霜冻日期及无霜期资料,采用数理统计对比法,分析了该地初终霜冻的时域分布特征及成因,气候变暖背景下初终霜冻日期及无霜期的变化特征。结果表明：气温年际变化在1971—1996年属震荡缓慢升温期,1997年开始趋于明显增暖期,气候变暖速率为0.3℃·10a^-1;初终霜冻日期的时域分布与特殊的地理环境条件关系密切;在秋季气候变暖前提下,初霜冻出现日期的推后速率为2 d·10a^-1,其年际变化趋势表现为正负震荡推后期、偏早期和平稳推后期三个阶段;春季平均气温的增温速率为0.25℃·10a^-1,对应终霜冻出现日期呈现为提前趋势,提前速率为4 d·10a^-1,年际演变特征可分为偏晚期、偏早期、正负震荡期、偏早期四个阶段;无霜期在气候变暖背景下,年际变化特征可分为延长期、缩短期和平稳延长期三个时期,无霜期的线性变化延长速率为7 d·10a^-1。     

不同施肥处理对黑土硝化作用和矿化作用的影响

通过室内培养试验,研究了不同施肥处理对黑土硝化作用和矿化作用的影响。结果表明,与不施肥对照处理相比,施用氮肥显著促进了硝化作用的进行,但抑制了培养初期的氮素矿化作用,培养期间施氮处理的平均净硝化速率为4.21 mg NO₃^--N·kg^-1·d^-1,是对照处理的2.38倍;平均净矿化速率为1.18 mg N·kg^-1·d^-1,与对照处理没有显著差异。与对照处理相比,在施用氮肥的基础上配施猪粪进一步促进了土壤有机氮的矿化作用和硝化作用,培养期间的平均净硝化速率为8.14 mg NO₃^--N·kg^-1·d^-1,分别为对照处理和单施氮肥处理的4.59、1.93倍;平均净矿化速率为3.69 mg N·kg^-1·d^-1,是单施氮肥处理的3.12倍。与单施氮肥处理相比,氮肥配施秸秆处理显著抑制了硝化作用,平均净硝化速率下降62.7%,但与对照处理相比没有显著差异。氮肥配施秸秆处理的净氮矿化量在整个培养期间都是负值,平均净氮矿化速率为-1.62 mg N·kg^-1·d^-1,说明添加秸秆促进了土壤无机氮的同化。     

东江源沿江村镇生活垃圾物理特性分析

东江系广东及香港的饮用水源地,其源区包括江西省赣州市的寻乌、安远和定南3县。本研究在东江源区选取了3个典型村庄,调查农村生活垃圾的产生量及物理特性。调查发现:东江源区农村生活垃圾主要以厨余类垃圾为主,可达60%以上;其次是灰土类垃圾,可达12%以上,其他组分一般在10%以下。县级村人均垃圾产生量一般在0.2~0.47 kg·d^-1,平均0.36 kg·d^-1;镇级村人均垃圾产生量在0.18~0.35 kg·d^-1,平均0.29kg·d^-1;普通村人均垃圾产生量在0.07~0.33kg·d^-1,平均0.17kg·d^-1。混合生活垃圾含水率与厨余类垃圾所占的比例呈显著线性相关(R²=0.626,P=0.019)。混合垃圾平均热值在2 329 kJ·kg^-1,不适合直接进行焚烧处理。     

夏季台湾海峡南部海域上层水体的生物固氮作用

2011年6-7月,利用¹⁵N₂示踪法实测了台湾海峡南部海域的生物固氮速率,结合温度、盐度、天然颗粒物氮同位素组成的分布,分析并讨论了影响研究海域生物固氮速率的环境因素。结果表明,夏季台湾海峡南部海域的生物固氮速率介于 168-1080 nmol m^-3 d^-1之间,平均为537 nmol m^-3 d^-1,较高的生物固氮速率大多出现在次表层水体中。研究站位的积分固氮速率变化范围为11-40 μmol m^-2 d^-1,平均为23 μmol m^-2 d^-1。积分固氮速率的空间变化与不同水团的影响有关,在受黑潮水影响的海域,生物固氮速率较高,而在上升流和受河流冲淡水影响的海域,生物固氮速率较低,说明较低的水温及较高的无机氮营养盐可能会抑制研究海域的生物固氮作用。研究海域天然颗粒物δ¹⁵N与生物固氮速率之间呈现良好的负相关关系,表明天然颗粒物氮同位素组成可定性指征研究海域生物固氮作用的强弱。     

基于微分积分法和Friedman等转化率法的生物质热解动力学研究

[摘S要]生物质热解动力学是生物质热解反应器的设计和优化的理论基础。论文在5、10和15℃/min三种不同升温速率下对真实生物质核桃壳以及两种生物质组分纤维素、木质素进行了热重分析,并通过微分积分法和Friedman等转化率法进行热解动力学研究。结果表明,木质素含量高的生物质固体残渣含量高、反应速率低;纤维素含量高的生物质固体残渣少、反应速率高;升温速率的加快会使最大失重速率增大,热解过程向更高的温度范围移动。对三种生物质样品进行热解动力学研究,发现微分积分法的R²明显高于Friedman等转化率法,计算的动态参数更准确可靠;微分积分法中一维扩散反应模型(D1)是反应核桃壳、纤维素和木质素热解过程的机理模型,该方法计算得到的三种生物质样品活化能大小排列为：纤维素>核桃壳>木质素。     

毛竹林生态系统植硅体的分布及其影响因素

在浙江省临安市青山、安吉县船坝、新昌县巧英和新昌县大市聚等4个地点选取毛竹Phyllostachys edulis竹叶及林地土壤,运用微波消解及Walkley-Black方法,研究不同岩性土壤上发育的同一竹龄毛竹竹叶和同一岩性土壤上发育的不同竹龄毛竹竹叶中植硅体的产生和分布规律,为毛竹林植硅体碳汇调控提供科学参考。结果表明:①毛竹竹叶中植硅体质量分数为50.8~99.1 g·kg-1,基本上是由上部到下部递减,在不同岩性间的差异表现为花岗岩>花岗闪长岩>玄武岩>页岩。②毛竹竹叶中植硅体的产生通量变化范围为154.9~605.9 kg·hm-2·a-1,在不同岩性间的差异表现为花岗岩>花岗闪长岩>玄武岩>页岩。③若按目前全国毛竹林面积3.3×106hm2,植硅体产生通量209.5~420.2 kg·hm-2·a-1以及植硅体中碳含量(3±1)%计算,那么中国毛竹林通过叶植硅体约可以固定二氧化碳(76.1~152.5)×106kg·a-1。     

毛竹林下多花黄精种群生长和生物量分配的立竹密度效应

 为优化出毛竹Phyllostachys edulis-多花黄精Polygonatum cyrtonema复合经营的立竹密度,以立地条件基本相似的3种立竹密度D₁（1 500～2 500株·hm^－2）,D₂（2 500～3 500株·hm^－2）,D₃（3 500～4 500株·hm^－2）的陡坡地粗放经营毛竹林为对象,调查分析了不同立竹密度毛竹林下多花黄精种群生长状况和生物量积累与分配规律。结果表明：毛竹林立竹密度对多花黄精地径、叶片叶绿素值和各构件生物量分配比例影响不明显,而对多花黄精种群密度、株高、各构件生物量和总生物量积累有一定的影响,均随着立竹密度的增大而减小。不同立竹密度毛竹林下的多花黄精生物量分配格局均为地下块茎＞根、叶、地上茎,地下块茎生物量分配比例占70%以上,显著大于生物量分配比例差异不明显的其他器官（P＜0.05）。立竹密度是影响毛竹林下多花黄精种群生长的重要因素,在试验毛竹林立地条件和经营水平情况下,毛竹?鄄多花黄精复合经营适宜的立竹密度为1 500～2 500株·hm^-2。图1表6参22     

毛竹拉丝材加工利用碳转移分析

 毛竹Phyllostachys edulis竹材经拉丝可加工成竹席、竹筷和竹帘,是毛竹竹材加工利用中的重要产品。调查了179株不同胸径分布的毛竹,截取拉丝段竹杆按照4种不同的规格进行粗刨开片和拉丝,将毛竹拉丝段加工成竹席丝,竹筷条和竹帘丝。分析了不同规格竹片的刨片对竹拉丝碳转移的影响,不同胸径的竹拉丝对碳转移率的影响,并建立不同胸径单株毛竹与拉丝材产品的碳储量模型。结果表明：①4种不同规格竹片的竹青和竹黄粗刨碳转移率差异显著（P＜0.05）,竹筷条比竹席丝和竹帘丝碳转移要高;由于拉丝段的竹材随着壁厚的减小变窄的趋势,导致不同规格随着小头壁厚的减小,碳转移率呈逐渐下降。不同规格竹片的拉丝材平均综合碳转移率为34.11%。②不同胸径毛竹拉丝材生产的综合碳转移率为24.20%～41.83%,平均为32.51%。③不同胸径毛竹拉丝材生产的整株综合碳转移率为9.97%～29.30%,平均为18.09%;④建立不同胸径单株毛竹与拉丝材产品碳储量模型为y=0.006 5x^{2.236 2},R²=0.631 8。图5表3参12     

覆盖经营雷竹林的土壤热通量季节变化特征

2010年10月至2011年9月,运用土壤热通量板和常规气象观测仪器对浙江省临安市太湖源镇覆盖经营的雷竹Phyllostachys violascens林土壤热通量和气象因子进行了观测研究。结果表明:在月尺度上5 cm土壤热通量日变化均成S形,但月均值差异明显（P＜0.05）。年尺度土壤是热源,净年热通量为-20.01 MJm－2,土壤月均值热通量占月净辐射的－6.2%~3.5%,年总值为净辐射的－0.67%。分析地温、净辐射因素与土壤热通量的关系,土壤热通量与5 cm,50 cm和100 cm土壤温度月均值回归研究表明:与5 cm相关性最显著,说明土壤温度变化是以热通量变化为基础的。土壤热通量月均值与净辐射显著相关（P＜0.05）。覆盖的雷竹林12－3月土壤为热源,土壤热通量负向数值减小,说明覆盖物减少了土壤能量辐射。图5参16     

热处理工艺对竹材性能的影响

采用热处理温度为160,180,200℃,热处理时间为2,4,6 h的高温热处理工艺对毛竹Phyllostachys edulis竹材进行改性处理,分析不同热处理工艺对竹材化学成分和力学性能的影响,将分别在160,180,200℃下处理4h后的竹材进行傅立叶变换红外光谱图表征。结果表明:热处理温度越高和时间越长,竹材中木质素质量分数也越高,综纤维素、α-纤维素质量分数呈现下降的趋势,竹材的纵向抗弯强度呈减小趋势,并且抗弯弹性模量呈减小趋势。200℃,6 h热处理竹材与未处理竹材相比,木质素质量分数上升了115.0 g·kg-1,综纤维素质量分数下降了93.1 g·kg-1,α-纤维素的质量分数下降了239.4 g·kg-1,毛竹竹材的抗弯强度较未处理材减小了84.5 MPa,抗弯弹性模量较未处理材减小了1.86 GPa。红外谱图中竹材表面羟基数目随热处理温度的上升和热处理时间的延长不断减少。     

基于热重红外联用技术的竹综纤维素热解过程及动力学特性

利用热重红外联用技术(TG-FTIR)研究了竹材综纤维素在不同升温速率下(5.0, 10.0, 15.0, 20.0和30.0℃·min-1)的热解特性和热解动力学。热重分析/热重一次微分曲线(TG/DTG)表明:竹材综纤维素热解可分为干燥、快速裂解和慢速裂解等3个阶段; 随着升温速率增加, TG/DTG曲线往高温一侧移动; 竹综纤维素热解过程发生复杂的化学反应, 包括多重、平行和连续反应; 热解挥发分主要由小分子CO, H₂O, CH₄和CO₂, 以及一些醛类、酮类、酸类、烷烃、醇类和酚类等有机物组成。利用无模式函数积分法, 即Flynn-Wall-Ozawa(FWO)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)积分法, 对其热解动力学进行研究。结果表明:竹材综纤维素的活化能随着转化率的升高先增大后减小再增大, 活化能数值的变化与纤维素/半纤维素不同的热解特性有紧密联系。     

毛竹气体交换特征

 为了探讨毛竹Phyllostachys pubescens叶片光合作用的时空动态变化规律,运用Li-6400便携式光合作用测定仪测定了毛竹叶片的气体交换日变化及林冠不同层次叶片对光照强度的响应。结果表明：①毛竹叶片的净光合速率日变化规律表现为不是特别明显的双峰型曲线,但具有“光合午休”现象,上午的峰值明显大于下午的峰值;②蒸腾速率的日变化规律呈单峰曲线,而水分利用效率日变化规律呈双峰型曲线,且与净光合速率的日变化趋势相似;③毛竹林冠上、下层次叶片的净光合速率日变化规律一致,但在相同的光照强度下,上层的净光合速率高于下层,毛竹林冠上层的叶片较下层的叶片具有更强的适应强光的能力。图6参22     

毛竹林叶面积指数和郁闭度空间分布协同克里格估算

在地面调查的基础上,利用协同克里格插值法对研究区内毛竹Phyllostachys edulis林叶面积指数(LAI,leaf area index)和冠层郁闭度(CC,canopy closure)2个冠层参数进行空间分布估算研究,并与普通克里格插值法进行了比较。研究结果表明:①球状模型可以用来反映LAI和CC的空间变异,且两者具有强烈的空间自相关特征。②协同克里格插值得到的LAI预测值与实测值之间的决定系数R2为0.635 1,而CC的决定系数R2为0.428 5;与普通克里格法相比,基于协同克里格法的LAI和CC预测精度均得到改善,其中LAI预测精度提高了1.94%,均方根误差减少2.00%,平均标准误差减少0.18%,而CC预测精度提高了4.82%,均方根误差减少1.90%,平均标准误差减少1.30%。③安吉县毛竹林LAI和CC都具有从西南到东北逐渐递减空间分布格局,在一定程度上反映了安吉县不同区域毛竹林经营水平的差异。     

毛竹笋快速生长过程中冠层参数动态及其与光合有效辐射的关系

基于冠层参数连续监测,研究了毛竹砌订lostaehysedulis笋快速生长过程中冠层参数动态,并分2个阶段分析了叶绿素质量、叶面积指数和冠层郁闭度与冠层上方光合有效辐射的关系。结果表明：①单位面积叶绿素质量、叶面积指数和冠层郁闭度值在毛竹笋快速生长过程中呈增长趋势,相应增量分别为5．5μg·cm-2,1．0和0．6;（②放叶前母竹叶绿素与光合有效辐射的相关性高于展枝放叶后两者的相关性,相关系数由0．57（P=0．180）降为0．14（P=0．860）,在一定程度上反映了放叶前母竹为竹笋快速生长提供更多的光合产物：③在新竹放叶过程中．叶面积指数和冠层郁闭度与光合有效辐射的关系呈正相关,复相关系数分别为0．7960（P=O．120）和0．9916（P=O．004）．说明在这一阶段毛竹林冠层对光能的利用和分配增强．图6参24