水葫芦能源利用的生命周期环境影响评价

水葫芦厌氧发酵能源化利用已成为水葫芦处理与资源化利用的一个重要途径,以汀苏省农业科学院水葫芦中试基地与常州市武进区水葫芦综合利用示范上程为案例,利用生命周期评价的方法建立水葫芦厌氧发酵产沼气工程污染物排放的清单,并对系统生命周期环境影响进行评价,以水葫芦能源利用产生1 MWh电能为功能单位,评价其对环境产生的影响.研究过程将整个生命周期分成3个阶段:水葫芦厌氧发酵预处理、水葫芦厌氧发酵产沼气发电和沼液沼渣农田应用,重点考虑了3种环境影响类型:全球变暖、环境酸化和富营养化.评价结果为:各类型环境影响指数分别为2.1×10-3、4.89×10-2和1.98×10-1,与能源作物发电及传统火力发电相比较,水葫芦厌氧发酵能源化利用中的CO2、SOx、NOx等污染物排放量均较低,对环境的负面影响最小,但水葫芦能源利用的生命周期效率仅为0.09,低于能源作物热电联用的技术途径(0.119).降低水葫芦厌氧发酵能源化利用中的石化能源消耗、控制堆肥及沼液沼渣有机肥施用过程中氨挥发损失,对于提高水葫芦能源转化效率与降低环境影响指数至关重要.     

农田施用水葫芦对水稻产量、养分吸收及土壤肥力的影响

粳稻品种武运粳23号种植于大田,对农田进行了施用水葫芦(将晒干的水葫芦按4500 kg/hm2施入农田)和不施用水葫芦处理,施氮量为120、240 kg/hm2等处理.结果表明:施用水葫芦使水稻产量显著提高;施用水葫芦使水稻成熟期氮、磷、钾的吸收量均极显著高于对照;在水稻抽穗期和成熟期,农田施用水葫芦使稻田土壤速效氮、速效磷、速效钾等养分物质含量均极显著高于对照;增施氮肥,使水稻成熟期氮、磷、钾的吸收量及稻田土壤速效氮、速效磷、速效钾等养分物质含量都显著或极显著提高,农田施用水葫芦与施氮处理的互作效应对水稻成熟期氮、磷、钾吸收量及稻田土壤速效氮、速效磷、速效钾等养分物质含量的影响未达到显著水平.农田施用水葫芦显著提高水稻抽穗期和成熟期稻田土壤速效养分物质含量是水稻产量和成熟期养分物质吸收量显著提高的重要原因.     

水葫芦压缩打包机设计与工艺参数优化

针对水葫芦容积密度小、含水率高,不利于资源化利用的问题,研制了一种基于液压打包原理的水葫芦压缩打包机,确定了压缩装置、出料装置等零部件的主要结构参数,完成了控制系统的硬件搭建与软件编程。为探究机器运行参数对压缩打包工艺性能的影响,以喂入量、切碎度、保压时间为试验因素,以打包密度、产量、含水率为指标,采用综合评分法,通过单因素试验和正交试验确定各因素的最优工艺参数组合。试验结果表明,当喂入量为7.0±0.1 kg,切碎度为6.75±2.25,保压时间为10 s时,水葫芦压缩打包工艺性能最优,打包密度为446.6 kg/m3,产量为238.8 kg/h,含水率为91.27%,综合得分0.941,上述结果可为水葫芦压缩打包机设计与工艺参数优化提供参考依据。     

水葫芦对重金属镉和铬的长期富集效应

[目的]探讨重金属复合作用下水葫芦富集能力的变化情况。[方法]通过为期2个月的室内水培模拟试验研究水葫芦对重金属镉、铬长期富集效果。[结果]水葫芦有较强镉转运能力,叶片也是富集镉的主要部位,最高可达根含量的77%以上。水葫芦对铬转运能力较低,叶片铬含量仅为根的10%~22%。镉、铬复合作用下,铬对镉的表现为拮抗作用,尤其是在叶片中。相反,镉对铬的影响规律不明显,叶中低铬浓度下(1.00 mg/L)抑制铬积累,高铬浓度下(4.00 mg/L)则促进,而该2个浓度下对根均无显著影响,可能主要影响了铬的转运。[结论]水葫芦根系镉和铬最高含量可达6 600 mg/kg和7 300 mg/kg以上,表明其较强镉、铬污染修复能力在重金属污染水体修复上具有良好的应用价值。     

水葫芦污水治理及资源化利用研究进展

水葫芦是“外来入侵物种”之一,如不加以控制,会造成多种危害,但是水葫芦有着很强的吸收氮、磷的能力,同时还能吸收重金属、抑制藻类生长等功效,如果合理利用,在污水治理方面具有较高的应用价值.在利用水葫芦进行污水治理的同时,要考虑到污染物最终转移出水体,以及收获后的水葫芦的最终处置方式,以避免造成二次污染和资源浪费.本文简要介绍了水葫芦的生长条件、生物量和营养成分,阐述了污水治理和资源化利用方面的研究状况,最后展望了水葫芦在这两方面的研究趋势.     

水葫芦残体资源化利用研究与应用

将水葫芦和其他材料按不同比例混合制成有机质,通过试验,筛选出水葫芦有机质配方1个、苗木种植基质配方1个、花木专用基质配方1个,为水葫芦残体的资源化利用提供一条较为合适的新路径。     

水葫芦能源化利用研究进展

水葫芦能源化利用,可获得数量可观的生物质能。水葫芦对生长环境要求不高,生长迅速,将其用于环境治理、生态修复、以及用作堆肥、饲料等领域,符合经济可持续发展的要求。近年来水葫芦能源化利用主要集中在水解和发酵、炭化、气化、固化成型、厌氧消化以及综合利用等方面,取得了一定进展,也存在一定问题。今后将重点研究如何提高水葫芦能源化利用的效率以及拓展水葫芦的利用途径,提高水葫芦的环境友好性。     

水葫芦有机肥对草莓产量和品质以及土壤养分的影响

通过设置低、中、高3种不同施氮量的水葫芦固态与液态有机肥(沼液)配合处理,研究了水葫芦有机肥对草莓产量、品质及土壤化学性状的影响.结果表明:草莓产量随着水葫芦有机肥施用量的增加而递减,处理间未达显著差异;各处理对可溶性固形物、还原糖、糖酸比等品质指标的影响明显,可溶性固形物随施氮量的增加而增加,处理间达显著水平;对Vc含量的影响不明显.水葫芦固液肥配施均能不同程度地提高土壤有机质、氮、磷、钾等养分含量,对后茬土壤的培肥作用优于对照.采用固液肥配施方法进行水葫芦有机草莓生产,建议使用低施氮量即464.4 kg/hm2,以兼顾产量、品质及培肥土壤,也可节约用肥成本.     

不同肥源有机肥对白菜产量及氮素吸收利用的影响

采用田间小区试验法,以白菜(苏州青)为供试作物,一次性施入有机氮(纯氮)600 kg/hm2,且连续种植3茬,研究了2种不同肥源有机肥对白菜产量及氮素吸收利用的影响.结果表明:水葫芦有机肥对白菜的增产作用显著低于鸡粪有机肥处理,但产量差异程度随种植茬数的增加而逐渐降低;有机肥类型对白菜吸氮量、氮素干物质生产效率、氮素利用率、氮素农学利用率均存在极显著的影响,水葫芦有机肥处理的白菜吸氮量、氮素利用率、氮素农学利用率小于鸡粪有机肥处理,而水葫芦有机肥处理的白菜氮素干物质生产效率、白菜收获后土壤全氮含量则大于鸡粪有机肥处理.     

2种水葫芦-微生物系统水质净化效果的比较

[目的]研究无锡本地水葫芦和云南紫根水葫芦的水质净化效果。[方法]采用10种分离培养基分析2种水葫芦根际微生物的分布和数量,并通过监测水葫芦生物性状及水质指标,分析比较无锡水葫芦和云南紫根水葫芦的水质净化效果。[结果]水体中自然存在的微生物、浮游动物等对COD、氨氮、总磷具有一定的降解能力,种养水葫芦能进一步增强总氮、COD、总磷的降解,且无锡水葫芦对总氮降解能力好于紫根水葫芦,紫根水葫芦对COD、总磷的降解能力较强;无锡水葫芦生物量明显大于紫根水葫芦,无锡水葫芦生物量的增加是由叶柄增重引起的,而紫根水葫芦是由根系增重引起的。2种水葫芦老根的根际放线菌数量差异不明显著,新根的大多根际微生物数量差异明显。[结论]云南紫根水葫芦净化水质的能力强于无锡本地水葫芦,为利用水葫芦修复富营养化水体提供了理论依据。     

水葫芦的资源化利用研究

针对目前水葫芦〔Eichhornia crassipes(Martius)Solms-Laubach〕疯长带来的污染大、难处理的问题,进行了水葫芦污水净化及日光玻璃温室干燥试验。结果表明,种植了水葫芦的食堂污水氮磷含量在较短时间内明显下降,去除率分别可达94.3%和94.2%,水葫芦吸收带走的氮、磷量(试验水葫芦中增加的氮、磷量)分别为490.2、130.5 mg/kg;此外,定时鼓风的玻璃温室的干燥速率比自然晒干快,若将水葫芦干燥至含水率为10%左右,温室干燥需要6 d,而自然晒干需要9 d。     

几种除草剂水体残留对水葫芦生长的影响

采用模拟除草剂水体残留的方法研究了稻田3种常用除草剂二甲四氯钠、苄嘧磺隆、丁草胺水体残留对水葫芦生长的影响。结果显示:水体中不同浓度的3种除草剂对水葫芦生长均有影响,其中3.36 mg/L二甲四氯钠处理的水葫芦植株的药害症状最为明显,0.10 mg/L苄嘧磺隆处理的次之,4.25 mg/L丁草胺处理的最小。3种除草剂不同浓度处理下水葫芦干物质产量、分株数均随除草剂浓度的增加而降低。     

水葫芦和香蒲对富营养化水体及其底泥养分的吸收

为探明水葫芦、香蒲改善富营养化水体水质的效果及其对底泥养分释放的影响,以其为试材,采用人工模拟试验方法,分析其对不同富营养化水体及其底泥养分吸收的情况。结果显示:水葫芦比香蒲有更好的适应性,在不同浓度的水体中生物量快速增加,而香蒲则需要较长的适应期;在总氮、总磷浓度分别为3.2～14.2 mg/L和0.2～1.0 mg/L的富营养化水体中,水葫芦、香蒲均可有效地消减上覆水中总氮和总磷。处理3个月后,水葫芦净化系统的总氮、总磷浓度分别降至0.84～0.86 mg/L、0.035～0.044 mg/L,对水体总氮、总磷的去除量分别为72.0%～94.0%、82.5%～98.1%,总氮、总磷的负荷去除量分别为18.4～105.8 mg/(m2.d)、1.3～7.6mg/(m2.d);香蒲净化系统的总氮、总磷的浓度分别降至0.96～1.09 mg/L、0.030～0.062 mg/L,对总氮、总磷的去除率分别为66.0%～92.8%、77.0%～93.8%,总氮、总磷的负荷去除量分别为8.4～52.3 mg/(m2.d)、0.6～3.7 mg/(m2.d)。表明水生植物水葫芦和香蒲可有效消减富营养化湖泊水体氮、磷等内源污染物,对富营养化水体水质具有良好的改善效果。     

水葫芦栽培对池塘浮游细菌群落结构影响初探

应用高通量测序技术研究了浮床栽培水葫芦对罗非鱼养殖池塘中浮游细菌群落结构的影响,对水葫芦种植区和敞水区间细菌群落组成、多样性和丰富度的差别进行了分析,通过对主要环境因子与群落多样性和丰富度之间关系的分析,探讨了水葫芦栽培对浮游细菌影响的部分可能机理。结果表明:水葫芦栽培池塘中蓝细菌门、放线菌门和变形菌门是优势菌群;与敞水区相比,水葫芦种植区蓝细菌门的相对丰度较高,其他一些门类的相对丰度较低,细菌群落多样性和丰富度较低;主要环境因子中叶绿素a和亚硝酸盐氮与细菌群落多样性和丰富度呈负相关的现象,可能与水葫芦浮床栽培对藻类丰度和亚硝酸盐氮浓度的影响有关。     

凤眼莲修复农村微污染小型水域研究

为了解凤眼莲对农村微污染小型水域的修复效果,以流经郑州郊区农村的十八里河河水作为对照(A组),向其添加有机质、氮磷营养物质的B、C 2组为微污染水样,采用凤眼莲静态培养,通过测定水样中化学需氧量(COD)、总磷(TP)、总氮(TN)及氨氮(NH3-N)含量,监测凤眼莲对污染水样的净化效果。结果表明,凤眼莲对水样中COD、TP、NH3-N的去除率增幅随时间增加而减小,在最初6d都表现出较高的去除率,且各指标的初始质量浓度越高,去除率亦越大;对TN的去除率增幅随时间增加表现为先增加后减小,TN的去除是一个相对缓慢的过程。在18d内凤眼莲对水样中COD、TP、TN和NH3-N的去除率分别介于69.27%～74.15%、69.20%～83.61%、71.86%～75.01%和64.26%～94.50%。可见,凤眼莲对微污染水域中COD、TP、NH3-N、TN均具有较好的净化效果,可用于修复该类水体。     

入侵植物水葫芦对不同酸度条件的适应性(英文)

通过缩微实验,在网室中以pH值为3.5、5.0、7.0、9.0和11.0的Hoagland营养液培养水葫芦;通过测定水葫芦的形态和生理生化指标,研究了不同酸度下水葫芦的生长适应性.结果表明:在培养6周的时间内,水葫芦能够在pH值3.5-11.0的Hoagland营养液中生长,具有较宽的生存pH值范围.随营养液pH值升高,水葫芦的相对生长率从6.12倍降到3.08倍.pH值在3.5-9.0之间,水葫芦株高,叶柄长度,叶片的长度、宽度和厚度在不同酸度条件下无显著差异,根长、茎长和根系活力随pH升高明显下降.生理生化分析表明,随着营养液pH升高,水葫芦叶片的可溶性蛋白含量略有下降,MDA含量也略有变化,但不同处理间无显著差异.碱性条件下,水葫芦根系的CAT、POD活性高,MDA含量也高,CAT、POD和SOD活性失衡,表明碱性条件不利于水葫芦根系中活性氧的清除,导致自由基伤害.酸性条件下,水葫芦的根系活力和相对生长率均显著高于碱性条件,表明水葫芦更适于酸性环境生长,这是其能够在中国南方各种水域蔓延的重要原因之一.     

滇池水葫芦控制性种养适宜区域选择研究Ⅰ

为了筛选水葫芦生长适宜区域,在滇池草海与外海共选择了6个试验点,采用围栏控制性种养水葫芦,开展不同水域条件下水葫芦生长特性与氮、磷吸收能力的对比试验。结果表明:在各试验点中,草海水面平稳,水体接近中性,氮磷浓度最高,是最适宜水葫芦生长的区域,该点水葫芦生物累积量最高,氮磷吸收能力最强;龙门村水域需规模化控养水葫芦形成优势种群,方能与大量富集的蓝藻构成生物竞争;富善村水域风浪拍打造成水葫芦植株损伤严重,不适宜水葫芦生长;白山湾地处湖湾,成片的水葫芦对风浪有消减作用,该点水葫芦生物累积量较大,氮磷吸收能力较强。     

养殖池种植凤眼莲对左江鳖幼鳖生产性能的影响试验

采用对比法,研究在池塘面积、养殖密度、养殖池底质和养殖饲料相同的条件下,养殖池水面种植一定面积的凤眼莲对左江鳖稚鳖培育养殖成活率、增重量、饲料系数的影响。结果表明,在左江鳖养殖的稚鳖培育阶段,在培育水体中种植风眼莲可以营造一个适合稚鳖健康生长的生态环境,能获得较高的养殖成活率、增重量和较低的饲料系数,收获的幼鳖体色光鲜,无疖疮、腐皮等现象,鳖体生猛活泼,攻击性强,应在稚鳖培育中推广应用。     

水葫芦根系脱落物的氮磷含量分析

为了探讨水葫芦净化富营养化水体过程中根系脱落物的氮磷释放对于水质的影响,在滇池草海水域,利用围栏控制性种养水葫芦,于2013年5-11月,每隔30 d监测单元框内水葫芦生物量(鲜重)与干重,采集水葫芦样品测定植株氮磷含量;收集单元框内根系脱落物,并监测鲜重与干重及其氮磷含量。结果显示:(1)5-9月(旺盛生长期)和10-11月(逐渐枯萎期)的水葫芦植株干物质氮磷含量无显著差异(P>0.05),但是旺盛生长期内水葫芦的生长速率明显高于逐渐枯萎期(P<0.05),使得旺盛生长期内水葫芦对水体氮磷的净化效果明显优于逐渐枯萎期。(2)根系脱落物的鲜重仅占水葫芦鲜重增加值的7.72%;根系脱落物的干重仅占水葫芦干重增加值的2.10%,根系脱落物含氮量仅占水葫芦植株含氮量增加值的2.50%;根系脱落物含磷量仅占水葫芦植株含磷量增加值的3.05%。分析认为,与水葫芦植株从水体带走的氮磷量相比,随着根系脱落物降解释放而返回水体的氮磷量极少,不会对湖泊水质造成负面影响。     

水葫芦生态工程措施对太湖竺山湖水环境修复效果的研究

采取以水葫芦(Eichhornia crassipes Solms)等为代表的生态工程措施净化污染水体,成为污染水体治理的发展趋势。在太湖流域,虽然已有多年的工程措施经验,但尚无针对该种生态工程措施实施过程中对水质改善影响的系统性研究,为此对2011年太湖竺山湖种养66.7 hm2水葫芦期间水体营养盐吸收和水质净化效果进行了调查研究,结果表明:受风浪扰动等水文气象条件的影响,工程区内外水体交换强烈,水体透明度、p H等基本理化指标变化不明显,水葫芦种养区内未出现厌氧现象,水葫芦工程措施对颗粒物及蓝藻具有滞留效果,使得水葫芦种养区水体TN、TP含量较高,其变化幅度分别为1.13~3.30、0.085~0.165 mg·L-1,低于外围水体中TN、TP含量;受气温及水流等影响,水体中蓝藻密度在8月份达到高峰,放养区内叶绿素含量为77.97 mg·m-3,同期边缘和外围含量分别为84.40、86.84 mg·m-3,植物根部叶绿素含量较高,表明水葫芦根须对蓝藻细胞具有较强的拦截作用。全年收获20000 t水葫芦,从水体中共带出N、P、K的量分别为19.8、2.4、44.5 t,表明规模化种养以水葫芦等为代表的生态工程措施具有较好的水体净化功能,为扩大利用水葫芦等速生漂浮植物建立的"移动湿地式"生态工程措施治理较大面积富营养化水体提供了依据。