硅胶管气样原位采集技术研究土壤N_2O浓度及通量变化

箱法被广泛用于监测土壤N_2O排放通量,但在原位采集高浓度土壤N_2O、全天候监测N_2O通量变化、动态研究土壤剖面N_2O的行为等方面存在弊端.本研究通过室内模拟硅胶管对N_2O的通透性,探索硅胶管用于原位采集土壤气样的理论可行性.田间试验设施用铵态氮肥(NH_4~+)、施用硝态氮肥(NO_3~-)及施用硝态氮肥加葡萄糖(NO_3~-+C)等3个处理,同时安置硅胶管和采样箱,验证硅胶管法在原位采集高浓度土壤N_2O气样、监测土壤N_2O浓度以及排放通量的实际效果,并与箱法进行比较.结果表明,硅胶管内外的N_2O气体经2.9 h达到95%的平衡,完伞能满足大田采样要求;用硅胶管法原位采集高浓度土壤N_2O气样的效果显著优于箱法采样.其浓度变化表现出明显的时间规律,浓度梯度法计算的N_2O排放通量与箱法测定结果呈显著正相关,但数值偏低;偏低的程度取决于采样位置和土壤中N_2O产生位置的匹配程度.建议采用埋于土壤表层的硅胶管计算地面N_2O排放通量,或在不同土层埋人硅胶管研究土壤剖面N_2O行为的时空变异.     

生物质能与节能减排及低碳经济

生物质(Biomass,原意生物量)一词出自生态学,现已成为生物质能和生物基材料的惟一可再生性原料的专用词.生物质可部分替代化石能源,减少化石能源使用产生的温室气体及污染物.我国农业和农村在节能减排中应有所作为.农业是惟一生产生物质的产业,在我国的节能减排及向低碳经济战略转型中,生物质能可发挥重大作用,也能成为生态农业的新内涵.     

柴油机应用不同配比生物柴油的经济性和排放特性

生物柴油经济性能和排放特性的试验对研究生物柴油的适用性具有重要意义。该文采用柴油机台架试验,测量了4种不同配比的生物柴油混合燃料的经济性和排放特性。试验结果表明：在不作任何调整的情况下,生物柴油及与石化柴油的混合燃料可以直接应用于柴油机,随着生物柴油掺混比例的增加,柴油机的烟度、碳氢化合物HC和一氧化碳CO有较大幅度的下降,改善了柴油机的排放特性。采用生物柴油掺混比例为10%或20%时,可在柴油机经济性能改变较小情况下,改变柴油机的排放状态并减少污染物排放。     

耕作措施对华北农田CO_2排放影响及水热关系分析

为探讨不同耕作措施对农田土壤呼吸排放的影响及其与土壤温度、水分之间的关系,该研究利用长期定位试验研究翻耕、旋耕、免耕3种耕作措施下冬小麦、夏玉米生育期农田CO2的排放通量及其季节变化规律,并通过农田土壤温度、水分对CO2的排放通量进行回归统计分析.结果表明:不同耕作措施下农田CO2排放通量具有明显的季节排放规律,冬小麦、夏玉米生育期农田CO2排放通量:翻耕>旋耕>免耕,且处理间差异都达到显著或极显著水平.不同耕作措施对农田土壤温度及土壤含水率具有显著的影响,免耕条件下农田各层土壤温度最低,冬小麦季免耕农田土壤水分含量高于其他两处理.各处理条件下农田CO2排放通量与土壤温度具有显著的相关性,其中翻耕处理的CO2排放通量与10 cm土温相关性最高,旋耕和免耕则均与20 cm土温相关性最高.当土壤温度高于10℃时CO2排放通量与5 cm土壤含水率具有显著的相关性,此时土壤水分成为CO2排放的主要影响因素.     

河龙区间水沙变化特点及减水减沙量分析

研究计算了河口镇—龙门区间水土保持治理后和近期的降雨、天然径流量、实测水沙量以及降雨径流关系、水沙关系的变化。结果表明:各因子普遍减小,近期的减幅大于治理后;对于近期,降雨量的减幅最小,沙量的减幅最大;各因子的减少主要发生在汛期,更集中在主汛期;主汛期降雨径流关系未发生显著变化,而近期同样实测水量条件下沙量明显减少。根据水文法初步估算了各因素的减水减沙量,分析了降雨和人类活动因素对减水减沙的作用及其随研究时期的变化规律。     

基于IPCC排放因子法估算碳足迹的京津冀生态补偿量化

构建合理的生态补偿量化标准关系着京津冀区域的健康发展。采用IPCC排放因子法计算京津冀地区2006-2015年的碳足迹,结果表明:10 a间京津冀地区碳足迹变化趋势分为2个阶段,2006到2013呈现快速增长趋势,年增长率约为8.5%,2013年之后基本保持不变;考虑森林、草地、农用地的固碳能力的前提下,测算了京津冀地区2006-2015年的碳承载力,结果表明:2009年京津冀地区的碳承载力有明显增高,之后基本保持平稳,略有提升;为了对比不同区域内(人口和区域面积)碳赤字对生态的影响,提出了碳赤字敏感度,进而利用碳赤字敏感度构建了生态补偿因子的概念,并据此确定京津冀三区生态补偿的量化标准,结果表明:河北和北京每年都应得到天津支付的一定额度的生态补偿,其中河北2012年应获得补偿最多(161亿元),北京2013年最多(61.5亿元)。研究结果对加快建立完善的京津冀横向生态补偿机制有参考意义。     

农业机械污染排放控制技术的现状与展望

农业机械作为一种重要的非道路机械类型,其主要动力源为柴油机,而柴油机固有的燃烧方式会导致其颗粒物(PM)和氮氧化物(NOx)等污染物排放严重,开展农业机械污染排放控制技术的研究对人体健康和环境保护均具有重要意义。该文从农业机械排放法规、降低农业机械污染排放的单项技术路线、满足更高排放限值要求的组合技术路线3个方面进行阐述。农业机械排放法规分析了欧盟、美国和中国法规对排放限值和测试循环的要求以及各国法规的差异。中国目前正在实施的农业机械国III排放标准,与欧盟的Stage IV和美国Tier IV标准相比,排放限值相对宽松;欧盟农业机械排放法规的NRSC测试循环主要包括8工况循环和5工况循环,而中国和美国规定,19 k W以下的非恒定转速的农业机械柴油机也可使用6工况循环进行测试;欧盟和中国规定污染物测量的最终结果为冷启动循环结果的10%和热启动循环结果的90%的加权,而美国将冷启动循环结果的比例调低至5%。单项技术路线对油品技术、机内净化技术和机外排气后处理技术进行了介绍。其中,油品技术包括提升燃油和润滑油品质、采用替代燃料等;机内净化技术包括农业机械柴油机本体优化设计、增压及增压中冷、燃油喷射优化和废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)等;机外排气后处理技术包括柴油机氧化催化转化技术(diesel oxidation catalyst,DOC)、柴油机颗粒捕集技术(diesel particulate filter,DPF)和选择性催化还原技术(selective catalytic reduction,SCR)等。组合技术路线总结了满足国III和国IV阶段以及国外最新排放标准的技术路线。"优化燃烧+SCR"技术路线的柴油机比采用"EGR+DPF/CDPF"技术路线的柴油机节省5%~7%的油耗,若扣除尿素消耗,前者仍有一定节油优势;模块构建和单体式后处理系统等先进的农业机械污染排放控制技术是满足Stage IV/Tier IV和Stage V的重要技术路线。最后,针对农业机械污染排放控制技术研究,进行了总结和展望。为满足未来国IV排放标准,加装机外排气后处理催化器已经成为一种重要手段;开发低成本、高净化效率的集成式机外排气后处理催化器,是未来农业机械污染排放控制的重要研究方向。     

楔形减阻旋耕刀设计与试验

为解决旋耕整地作业阻力大、能耗高等问题,该文基于旋耕刀理论受力模型设计了一种楔形减阻旋耕刀。采用Inventor和HyperMesh软件分别创建国标旋耕刀及楔形减阻旋耕刀的三维模型和切削土壤模型,分析了楔形减阻旋耕刀的应力强度,对比了国标旋耕刀与楔形减阻旋耕刀的切削阻力。通过田间试验对比了国标旋耕刀与楔形减阻旋耕刀的扭矩、功耗与碎土率。结果表明:楔形减阻旋耕刀所受最大应力为29.49 MPa,远小于材料的屈服强度430 MPa,在保证刀身强度的前提下,与国标旋耕刀相比,楔形减阻旋耕刀质量减轻8.3%;平均切削阻力较国标旋耕刀下降10.65%。在相同工况条件下,楔形减阻旋耕刀的平均扭矩为648.916 N·m,较国标旋耕刀下降11.35%;楔形减阻旋耕刀的平均功耗为67.3kW,较国标旋耕刀下降9.29%,碎土率提高4%,耐磨性能与国标旋耕刀持平,能够达到在降低作业功耗的同时,提高耕作质量并保证刀具使用寿命。     

减氮配施有机肥对夏玉米——冬小麦土壤硝态氮及氮肥利用的影响

为实现华北平原夏玉米-冬小麦的高产及氮肥的高效利用,采用田间小区试验方法,研究了氮肥减量及其与有机肥配施对夏玉米-冬小麦轮作体系内土壤硝态氮分布及氮肥利用的影响。结果表明:与不施氮处理(CK)相比,施用氮肥增加了冬小麦和夏玉米的生物量和产量,而在农民习惯施氮基础上减量1/3不会显著影响到生物量和产量。其中减氮配施有机肥(ONM)处理的周年总产最高,相比习惯施氮(CN)和减氮处理(ON)分别提高了1.85%和3.78%。处理CN的0~180 cm土壤硝态氮累积量的周年变化均值达502.7 kg hm^-2,分别是处理CK、ONM、ON的2.95、2.17、1.56倍。与处理CN相比,处理ONM显著降低了剖面(0~180 cm)土壤中的硝态氮含量,其中在夏玉米季和冬小麦季的降低幅度分别为18.1%~66.7%和37.3%~87.2%。处理ON和ONM相比处理CN,植株周年总吸氮量无显著性差异,氮肥利用率却得到了显著提高。其中处理ONM的周年氮肥利用最高,比处理CN提高了36.9%。综合分析,减氮与有机肥配施不仅显著降低了0~180 cm土壤硝态氮含量,大幅度提高了氮肥利用率,且有助于增加冬小麦和夏玉米的生物量及产量。     

氮磷钾减量配施硅肥对玉米养分吸收、利用及产量的影响

为研究氮、磷和钾减量条件下,增施硅肥对玉米氮、磷和钾养分吸收、利用及产量的影响,采用2因素裂区设计,主区为3种氮、磷和钾肥用量组合(F_(100)—常规用量,F_(80)—等比例减少20%和F(60)—等比例减少40%),副区为2种硅肥用量(SiO_2施用量分别为37.5和75 kg/hm~2,记为S_3和S_7。),测定玉米植株拔节期和成熟期的干物质积累量,氮、磷和钾的积累量,产量及产量构成。结果表明:与常规用量F100相比,F80和F60植株拔节期和成熟期的干物质、氮、磷和钾积累量显著降低,植株成熟期干物质、氮、钾、硅素在籽粒中的分配比例显著下降,穗粒数、行粒数和穗长均显著下降,秃尖长度增加20.96%~25.33%,减产10.77%~17.77%。F_(100)和F_(80)中,与S_3相比,S_7能显著提高植株拔节期、成熟期干物质积累,增加拔节期和成熟期植株氮、磷、钾和硅素积累量,提高磷素干物质生产效率、磷素籽粒生产效率及磷肥偏生产力以及籽粒产量。在处理F_(100)中,与S_3相比,S_7能提高成熟期籽粒中氮和钾的分配比例,显著降低成熟期茎秆中氮和钾的分配比例;在处理F_(80)中,与S_3相比,S_7能提高成熟期茎秆中磷和硅素的分配比例,降低成熟期籽粒中磷素的分配比例;在处理F_(60)中,与S_3相比,S_7能显著降低成熟期茎秆和籽粒中硅的分配比例。F_(100)和F_(80)中,与S_3相比,S_7能显著提高氮、磷和钾肥偏生产力。综上所述,氮、磷和钾肥减量会降低玉米植株关键生育阶段干物质积累量,以及氮、磷和钾素营养积累量,最终降低籽粒产量;氮、磷和钾常规用量或减施比例≤20%条件下,增施75 kg/hm~2硅肥能促进植株对氮、磷和钾素的吸收,增加干物质生产能力,优化成熟期干物质分配比例,增加籽粒产量,同步提高氮、磷和钾肥利用率。