稻田复种轮作系统能流物流特征研究

稻田复种轮作是循环农业发展的重要措施,能量转化与物质循环是生态系统的基本功能之一,是农田生态系统最主要的研究内容之一。为探明稻田复种轮作这一耕作制度的优势,采用田间定位试验的方法,对稻田生态系统连作处理方式和轮作处理方式的能流与物流特征进行比较分析。研究结果表明:稻田复种轮作系统能提高农田生态系统的能量流动与物质循环。在能量流动方面,稻田轮作处理平均总初级生产力为74.37×1010 J-hm-2,比连作处理高31.35%;轮作系统能量总投入平均为9.42×1010 J-hm-2,比连作处理高4.90%;轮作系统的光能利用率平均为1.55%,比连作处理高31.36%;轮作处理辅助能量产投比平均为7.89,比连作处理高25.04%。在物质循环方面,轮作处理的N、P、K养分利用率明显高于连作处理,各个处理的N、P输出/输入均小于1,说明农田生态系统中N素、P素均有盈余,呈正平衡状态,有利于土壤N素、P素的良性循环;但是系统中K素的输入值小于系统内K素的输出,说明系统内存在严重的K素亏损。因此,在南方稻区,采用稻田复种轮作方式有利于提高系统的能流物流,从而使农田生态系统处于良性循环,对循环农业发展有良好的促进作用。     

蚯蚓对秸秆-污泥混合物的消解转化效果

为了探明蚯蚓对秸秆与污泥混合物的消解转化效果,在实验室条件下进行了模拟培养试验。试验共设不同配比混合物料6个处理,即水稻秸秆与城市生活污泥的质量比分别为0/100、10/90、20/80、30/70、40/60和50/50,各处理混合物料接种蚯蚓后在常温下培养。根据物料的消耗情况进行计量补充,并根据需要及时补充水分,始终维持培养料湿润。培养6星期后,去除未被消解的混合物料,分离并计测蚯蚓重量与蚓粪有机肥重量及养分含量,计算混合物料的消解量。结果表明,在本试验条件下,掺入10%-30%秸秆显著提高蚯蚓对混合物料的消解速率。掺入10%和20%秸秆的处理蚯蚓生物量的增长速率显著高于掺入50%秸秆的处理。掺入10%-50%秸秆均显著提高蚯蚓转化污泥-秸秆混合物料形成有机肥的速率。蚓粪有机肥的有机质含量随着掺入秸秆比例的增加而提高;全氮和全钾含量无显著影响;与单纯采用污泥相比,当掺入秸秆比例达40%和50%时,蚓粪全磷含量显著降低。     

农林废弃物制备低碳烯烃系统优化及物质与能量转化分析

该文利用AspenPlus软件对农林废弃生物质固定床气化、经甲醇制备低碳烯烃工艺路线进行了系统综合模拟,以研究生物低碳烯烃系统的物质和能量转化效果。以生成1t低碳烯烃的生物质原料消耗量RF、耗水量RH2O和耗电量Relec及低碳烯烃能量效率和系统总能量效率ηole和ηT等为性能评价指标,重点分析了气化水蒸气及富氧气与原料质量比(S/B和O/B)、合成气氢碳比和甲醇合成平衡温度等系统参数对系统性能的影响。并运用基于低位热值的能量分析方法,对优化条件下系统的物质和能量转化进行分析评价。结果表明:在S/B=0.26,O/B=0.14,合成气氢碳比为2.0和合成甲醇温度为245℃下,低碳烯烃制备系统性能较优,RF、RH2O、Relec、ηole和ηT分别为7.86 t/t、15.9 t/t、4.12 MWh/t、40.7%和43.0%。系统可实现电力自供,系统耗水主要用于补充冷却塔空气带出的蒸发水。系统能量损失主要来源于空冷换热、冷却塔蒸发散热及排空尾气,占生物质原料能量的24.1%。     

植物废弃物饲养蚯蚓的试验研究

采用室内盆养方法研究了利用人工养殖蚯蚓的方法处理闽南地区废弃的香蕉假茎叶和菠萝加工皮渣。结果表明, 以香蕉假茎叶直接调配成的腐熟料不利于蚯蚓的生长, 而菠萝皮渣腐熟料对蚯蚓生长无不良影响; 香蕉假茎叶经过浸水处理2 d 后, 与菠萝皮渣或蘑菇废菌料按照一定的比例混合腐熟, 蚯蚓在其中的4 种混合饵料上生长良好, 日增重倍数为0.433～0.570, 均显著高于CK; 母蚓在香蕉假茎叶、菠萝皮渣、蘑菇废菌料以及牛粪的混合腐熟料上的产卵数平均为43.67 粒/条。     

蚯蚓对天竺葵-土壤体系中Cd转运的影响研究

利用石墨炉(GF-990)原子吸收法对蚯蚓诱导下天竺葵-土壤体系中Cd的转移规律进行了研究。研究结果表明:在相同Cd浓度下,随着蚯蚓数量的增加,天竺葵各部位中Cd含量均有增高的趋势,10条蚯蚓对天竺葵-土壤体系中Cd转运的影响最大;在高Cd浓度(150 mg.kg-1)下,随着蚯蚓数量的增加(10~50条),天竺葵地上部分Cd的富集量明显大于地下部分,并且土壤中Cd含量明显出现降低的趋势,说明蚯蚓可以促进土壤Cd向天竺葵植物体中的转移。     

蚯蚓堆肥处理剩余污泥混合有机垃圾的效率研究

为了研究基质堆料高度和高密度接种条件对蚯蚓堆肥处理有机垃圾混合剩余污泥时蚯蚓生物量及其堆肥效率的影响,共设6个处理进行试验,按接种密度-堆料高度表示,分别为：1/10-10 cm组、1/10-15 cm组、1/15-10 cm组、1/15-15 cm组、1/20-10 cm组、1/20-15 cm组。试验结果表明,在堆料高度相同时,蚯蚓生物量与其接种密度呈显著的负相关关系,但接种密度对蚯蚓堆肥效率的影响有限,只有在1/10组同1/15组或1/20组比较时表现出显著差异,而后两个组别之间差异不显著;在接种密度相同时,堆料高度对蚯蚓堆肥效率的影响不显著,而对蚯蚓生物量的影响可能存在一个密度临界点（1/15）,在此密度附近,堆料高度对蚯蚓生物量的影响较显著,呈显著正相关关系,而在此密度以上或以下,堆料高度的影响不显著。从产业应用的角度,综合考虑蚯蚓维持种群繁衍的再生产能力以及混合污泥的堆肥效率这两个因素,赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）处理有机垃圾混合剩余污泥的最佳接种密度为1/15,堆料高度为15 cm。     

蚯蚓对土壤-植物系统中菲、芘降解的强化效应研究

采用盆栽试验方法,研究了蚯蚓（Pheretima sp.）对土壤-植物系统中菲、芘的去除效果的强化作用及对土壤酶活性的影响。结果表明,在试验浓度范围（0~322 mg.kg-1）内,蚯蚓对供试植物苏丹草（Sorghum vulgare L.）生长促进作用显著。接种蚯蚓的土壤中,苏丹草在菲、芘各浓度下总生物量较未接种蚯蚓土壤分别提高14.41%~25.91%、14.39%~23.9%;蚯蚓活动可促进土壤-植物系统中菲、芘的降解,接种蚯蚓处理中菲、芘各浓度下降解率较未接种蚯蚓处理分别高4.20%~9.76%、3.69%~9.38%。土壤酶活性测定结果也显示蚯蚓活动可增加土壤酶的活性。     

发酵床养猪垫料的养分转化与植物毒性研究

发酵床养殖技术也被称为原位堆肥技术,是一种值得推荐的控制畜场粪便排放与污染的生态养殖模式。本研究检测了发酵床的水分、温度和pH值变化以及在连续饲养两批猪后垫料中碳、氮和磷的组成与含量变化情况及其对植物毒性的强弱。结果表明,发酵床使用期间水分为58%-61%,垫料内部温度维持在40-55℃;在连续饲养两批猪后,垫料的pH值升高至8.16,氮、磷含量显著提高,铵态氮、亚硝态氮和硝态氮浓度显著升高,C/N比由养猪前的84∶1下降至31∶1,N/P比由2.8∶1下降至1.26∶1;垫料中的总铜浓度由7mg·kg^-1升高至89mg·kg^-1。以白菜种子作发芽试验考察废弃垫料的植物毒性,其相对发芽率为86.67%,相对根长为132.95%,发芽指数（Germination Index,GI）为115.23%,说明饲养了两批肥猪的发酵床垫料无植物毒性作用,对根的生长有促进作用,可作为有机肥还田。     

利用~(15)N示踪技术研究8种禾本科牧草对氮肥的吸收和转化效率

研究牧草对肥料氮素的吸收及动物转化效率所表现的基因型差异,对指导优良牧草品种的筛选具有重要意义。本研究采用15N同位素示踪方法,通过盆栽试验测定了杂交狼尾草、热研3号俯仰臂形草、热研8号坚尼草、热研11号黑籽雀稗、墨西哥玉米、苏丹草、黑麦草、高羊茅8种禾本科牧草对氮肥的利用效率,并利用15N标记牧草饲喂小白鼠,测定动物对牧草的消化吸收率。结果表明:8种牧草15N肥料利用率为5.197%~29.340%,其中以杂交狼尾草的氮肥利用效率最高;小白鼠对15N标记牧草的消化率为27.67%~68.20%,消化率依次为黑麦草苏丹草墨西哥玉米杂交狼尾草俯仰臂形草坚尼草高羊茅黑籽雀稗;鼠体对牧草15N的回收率为22.62%~43.90%,表明牧草对氮肥的吸收与转化效率存在明显的基因型差异。综合评价认为,6种夏季牧草品种中,以杂交狼尾草和热研3号俯仰臂形草的15N转化效果较好,冬季牧草品种黑麦草则优于高羊茅。     

生鲜农产品物流效率的研究——以超市为研究对象

随着以信息技术为主导的现代科技快速发展和社会经济的不断进步,生活水平极大的提高,传统的生鲜农产品流通模式已不能适应市场的变化和发展,已成为制约农业经济发展的瓶颈问题之一。该文以超市为研究对象,对生鲜农产品物流效率进行研究,提出建议。     

杂交狼尾草厌氧发酵的物质与能量转化率分析

为了解厌氧发酵过程中的C、N元素流动状况以及物质和能量的转化利用效率,以杂交狼尾草为原料,采用中温(35±1)℃批式厌氧发酵工艺,研究了杂交狼尾草厌氧发酵制备沼气的产气性能,在此基础上结合物质流分析方法分析了发酵过程中C、N元素的分布情况以及物质与能量的转化率.研究结果表明:C/N 167和25下,杂交狼尾草鲜料的VS(挥发性固体)产气量分别为280.02和242.33 mL/g,其中CH4体积分数分别为59.96%和61.46%;C/N 137和25下,青贮料的VS产气量分别为327.02和295.43 mL/g,其中CH4体积分数分别为58.49%和61.05%;C元素的流向分布:沼气33.1%,发酵液8.0%,发酵渣58.9%;N元素主要流入剩余物中:发酵液69.4%,发酵渣30.7%.杂交狼尾草厌氧发酵制备沼气的物质转化率和能量转化率分别为42.1%和33.1%.该研究为能源草本植物的资源管理和厌氧能源化利用提供了理论依据.     

基于物质流和能量流分析的循环农业园产业链优化

通过物质流和能量流分析产业链运行状况和存在问题,优化资源配置方案,促进农业园区生态保护和资源环境的永续利用。该文通过物质流和能量流分析方法,以天水国家农业科技园区为例,基于适当的指标体系评价园区循环发展状况,提出园区产业链的调整思路。结果表明:1)园区资源产出率为0.54万元/t,能源产出率为2.60万元/t,资源综合利用效率偏低,资源配置不合理,产业耦合程度较低,经济发展与生态保护难以兼顾。2)引进食品加工业,推进光伏发电、生物天然气工程和生物质成型燃料加工工程,使园区的资源产出率提高为0.67万元/t,能源产出率提高为3.35万元/t,促进了园区循环经济的发展。3)从供给侧调整,用市场需求决定经济导向,加强园区科技创新力度,做好示范和推广。这一方法对国内其他产业园区循环经济的发展、规划和评价有一定的借鉴意义。     

广西木薯燃料乙醇项目能效评估

广西具有丰富的木薯资源,以木薯为原料生产的燃料乙醇是一种可再生的燃料。采用净能量和净可再生能量两个指标评估木薯燃料乙醇系统的能量和可再生能量生产的效率,并对木薯乙醇在生命周期内与外界环境的能量交换进行了统计,把能量消耗按照燃料和其副产品进行了分配;以及按照是否再生进行了分别统计。计算结果表明,使用木薯生产燃料乙醇在能量生产和再生能量生产上是可行的,木薯乙醇的净能量为2．417MJ／L,净可再生能量是2．458MJ／L;广西的木薯资源每年能净产出相当于3．508万t汽油的可再生燃料。木薯单产和化肥用量是提高能源利用和再生能源的关键因素;加强副产品的开发有利于提高系统的能效,使用可再生的有机肥代替化肥,能有效的提高系统的可再生性。     

阳台壁挂式太阳能:推进太阳能与建筑节能的结合

中国是一个发展中国家,人均能源资源相对贫乏。目前中国总面积为96亿hm2,耕地面积只有1.2亿hm2,人均耕地面积才只有933.8 m2。每年城乡新建建筑竣工面积约为15亿至20亿m2;建筑能源耗能占全社会总耗能近37%,其中建材的生产能耗占16.7%,用水占城市用水的47%,建筑使用的钢材占全国用钢量的30%,水泥占25%。目前,在中国已建成的近400亿m2的建筑中,99%为高耗能建筑,新建建筑中95%以上也仍属于高耗能建筑,因而建筑节能就成为重中之重。随着节能省地型建筑的大面积推广,高层住宅建筑在城镇建筑中越来越广泛,如何推广太阳能在高层节能建筑中的应用,成为政府、建筑商关注的一个要点。     

太阳能除湿系统中混合盐溶液的除湿/再生效率

太阳能混合盐溶液除湿技术,是工农业生产中空气除湿降温的关键技术难题,而系统的除湿/再生效率又是整个系统的核心问题。该文利用已建立的太阳能混合盐溶液（CaCl2和LiCl）除湿/再生试验台,测量并分析了除湿器进、出口空气的含湿量与除湿效率的计算关系;研究了再生热源温度与再生量、扩散系数以及再生效率的关系。结果表明：随着太阳能集热器热源温度的升高,再生量、扩散系数、再生效率三者都会相应的升高。当再生热源的温度为104℃时,再生空气含湿量的增量可以达到10 g/kg,扩散系数最高可到0.277 cm2/s,再生效率为55%;但是当热源温度低于50℃时,系统将无法再生,因此太阳能混合盐溶液除湿系统的有效再生热源温度不低于70℃。根据Chung提出的除湿效率计算模型,得到了太阳能混合盐溶液除湿系统叉流绝热型除湿器的除湿效率公式并得到了验证,经过计算叉流绝热型除湿器的除湿效率为56.8%。该研究为温室等设施除湿技术提供了研究基础。     

LED光源红蓝光配比对生菜光合作用及能量利用效率的影响

为了提高植物光能及电能利用效率,降低植物工厂光源的投入产出比,该文从不同红蓝光配比(R/B)对生菜光合作用影响机理入手,分析不同R/B对生菜光能及电能利用效率的影响。以荧光灯处理(FL)作为对照,通过设置不同红蓝光配比(R/B)共7个处理进行试验,测定不同R/B下生菜的Ru Bis Co羧化速率和氧化速率、光合电子流分配以及叶氮分配。结果表明:1)当R/B≥8时,增大蓝光比例显著降低了总电子传递速率向参与光呼吸的光合电子流的分配,促进了叶氮向羧化系统和生物能学系统中的投入,提高了叶片的光合作用;2)当R/B≤8时,生菜电能利用效率(electric-energy use efficiency,EUE)和光能利用效率(light use efficiency,LUE)随着R/B增加而显著增大,R/B≥8处理间EUE无显著性差异,但R/B=12处理下LUE较R/B=8处理高12.5%。综上所述,在光强为200μmol/(m2·s)的红蓝LED植物工厂中,R/B为8是影响生菜光合作用、光能及电能利用效率的转折点;为保证生菜高效生产,以红蓝光配比不小于8为宜。     

Effects of tillage method and crop rotation on non-renewable energy use efficiency for a thin Black Chernozem in the Canadian Prairies

Producers in the Canadian Prairies have begun to extend and diversify their cereal-based rotations by including oilseed and pulse crops, and by managing these newer cropping systems with minimum- and zero-tillage practices. This study examined the implications of these land use changes on non-renewable energy requirements (both direct and indirect), energy output, and energy use efficiency for monoculture cereal, cereal–oilseed, and cereal–oilseed–pulse rotations, each managed using conventional (CT), minimum (MT), and zero (ZT) tillage practices on a thin Black Chernozem in Saskatchewan, Canada. The crop rotations included: spring wheat (Triticum aestivum L.)–spring wheat–winter wheat–fallow (Ws–Ws–Ww–F), spring wheat–spring wheat–flax (Linum usitatissimum L.)–winter wheat (Ws–Ws–Fx–Ww), and spring wheat–flax–winter wheat–field pea (Pisum sativum L.) (Ws–Fx–Ww–P). The findings, based on 12 years of data, showed that non-renewable energy use for the complete cropping systems was largely unaffected by tillage method, but that it differed significantly with crop rotations. Energy requirements were lowest for Ws–Ws–Ww–F (average 6389 MJ ha⁻¹), intermediate for Ws–Fx–Ww–P (11% more), and highest for the Ws–Ws–Fx–Ww (28% more). The substitution of pea for spring wheat in the Ws–Fx–Ww–P versus Ws–Ws–Fx–Ww rotation reduced total energy use by 13%, reflecting the minimal requirement for N fertilizer by pulses due to their ability to biologically fix N, and from the lower fertilizer N rate that was applied to spring wheat grown after the legume. The use of MT and ZT practices provided significant energy savings (compared to CT) in on-farm use of fuel and in machine operation and manufacture for some cropping system components (e.g., summerfallow preparation, spring wheat grown on pea stubble, and for pea grown on cereal stubble), but these savings were often offset by higher energy requirements for herbicides and for N fertilizer with conservation tillage management. Gross energy output averaged 32 315 MJ ha⁻¹ for Ws–Ws–Ww–F, 41 287 MJ ha⁻¹ (or 28% more) for Ws–Ws–Fx–Ww, and 42 961 (or 33% more) for Ws–Fx–Ww–P. Tillage method had little overall influence on energy output for the monoculture cereal and cereal–oilseed–pulse rotations, but it was generally lower with CT than with MT or ZT management for the cereal–oilseed rotation. Energy use efficiency, measured as grain produced per unit of energy input and as the ratio of energy output to energy input, was highest for the cereal–oilseed–pulse rotation (373 and 6.1 kg GJ⁻¹, respectively) and lower, but generally similar, for the cereal–oilseed and monoculture cereal rotations (298 and 5.1 kg GJ⁻¹, respectively). The use of conservation tillage management enhanced overall energy use efficiency for the two mixed rotations, but not for the monoculture cereal rotation. We concluded that adopting diversified crop rotations, together with minimum and zero tillage management practices, will enhance non-renewable energy use efficiency of annual grain production in this sub-humid region.     

长期施肥稻田土壤基础地力和养分利用效率变化特征

【目的】 研究长期不同施肥措施对土壤基础地力和氮磷钾养分吸收利用效率的影响,探明土壤基础地力和氮、磷、钾养分吸收利用效率的相互关系。 【方法】 采集双季水稻种植制度下 33 年长期定位施肥试验的不施肥 (CK)、施氮磷钾肥 (NPK) 和氮磷钾肥配施稻草 (NPKS) 3 个处理的土壤,设置施肥与不施肥盆栽试验,监测水稻产量、土壤基础地力产量和基础地力贡献率、水稻氮磷钾养分吸收量、氮磷钾养分利用效率,分析氮、磷、钾利用效率对土壤基础地力贡献率的响应。 【结果】 早晚稻土壤基础地力产量和基础地力贡献率三个处理土壤大小顺序均为 NPKS > NPK > CK,NPKS 处理土壤早晚稻两季平均基础地力产量和基础地力贡献率较 CK 处理土壤分别增加 113.8% 和 93.7%,NPK 处理分别增加 100.7% 和 81.9%。在同一施肥水平条件下,早、晚稻均以土壤基础地力较高的 NPKS 处理氮、磷、钾肥偏生产力,土壤养分依存率,氮、磷、钾素收获指数较高,氮、磷、钾肥回收利用率,肥料农学效率,肥料对产量的贡献率则较低。回归分析表明,氮、磷肥回收利用率,氮、磷、钾肥农学效率,氮、钾素生理利用率均随土壤基础地力贡献率的提高呈显著或极显著降低;氮、磷、钾肥偏生产力,氮、磷、钾素土壤依存率随土壤基础地力贡献率的提高呈显著或极显著提高。 【结论】 长期施氮磷钾肥或长期氮磷钾肥配施稻草均能提高土壤基础地力,以长期氮磷钾肥配施稻草的效果更显著。在较高基础地力土壤上生产,可以在保证作物高产稳产的情况下实现减量化施肥,实现农业生产的可持续性。      

提高谷子水分利用效率的研究

采用不同品种、播种期、肥料、植物生长调节剂,实施地膜覆盖和综合栽培技术体系试验证明,品种基因型、播种期和施肥对谷子水分利用效率影响的作用较大,植物生长调节剂和地膜覆盖也有较好作用。提高谷子水分利用效率应以选用水分利用效率高的良种,适期播种,科学施肥和选用生长调节剂为中心集成的综合栽培技术体系。试验证明,防秕增粒高产栽培体系能提高水分利用效率26.5%～36.9%,分带种植高效栽培体系能提高水分利用效率33.3% ～49.3%。     

一年两熟地区小麦的磷肥累积利用率研究

本研究是在田间试验和土壤、植株实验室大量分析结果基础上完成的。通过连续三茬的磷肥后效试验 ,弄清了小麦施用不同量级磷肥条件下 ,磷肥首季利用率的变化及后季作物对前茬残留磷肥的利用状况。为适当降低或隔茬施用磷肥 ,实行测土调控施磷 ,合理利用磷肥资源提供科学依据。