被动调节模式环路热管型光伏光热系统性能分析

针对环路热管型太阳能光伏光热系统冬、夏季运行中的不利工况,该研究提出将空调排风引导至集热/蒸发器空气夹层的被动式调节方法,以进一步提升系统的太阳能利用效率。基于质量、动量和能量守恒定律,借助ANSYS Fluent软件建立了被动式调节模式下集热/蒸发器的数学模型,模拟分析了该调节方法对热管循环启动和系统性能的影响,通过室外试验验证了模型的准确性。研究结果表明,夏季工况,采用低档风速调节更有利于维持热管运行,而高档风速则更利于光电效率的提升;与调节前的系统相比,高、中、低档风速作用下的日均光电效率分别提高了8.4%、5.7%和3.5%,日发电量增加了8.0%,5.3%和3.5%。对不同调节策略的研究表明,第一阶段采用低档风速的运行策略可最大程度提升太阳能光热利用,同时保证较优的光电效率。冬季工况下,所提调节方法可有效缩短热管循环的启动时间,日出半小时内的有效集热量增加375.7%。因此,该调节方法对2种不利工况均有一定程度改善,调节策略对系统性能影响较大,应根据用户负荷需求进行选择与优化。     

气候变化条件下中国灌溉面积变化的产量效应

灌溉可以有效缓解气候变化对粮食生产的不利影响。采用中国不同区域2006-2019年实际灌溉用水量,对4个气候模式(GFDL-ESM2M,Had GEM2-ES,IPSL-CAM5-LR,MIROC5)驱动下的3种作物模型(GEPIC、PEPIC和LPJml)的灌溉用水量进行评估,优选模拟结果较好的前5个模式组合,分析RCP2.6和RCP6.0情景下,2021-2050年中国玉米、水稻、大豆和小麦产量变化,评估灌溉面积扩张的增产效应。结果显示:未来气候变化下,2021-2050年降水量的增加使得中国水稻和大豆以及北方地区玉米和小麦产量均呈现增长趋势,其中东北80%左右的地区和西北70%左右的地区玉米产量将提高0.2～0.8 t/hm~2,东北85%左右的地区水稻和大豆增产幅度分别超过1.0、0.5 t/hm~2,东北90%左右的地区和西北75%左右的地区小麦产量增幅分别介于1.0～2.0、0.5～1.0 t/hm~2之间。降水量的减少使得西南南部地区的玉米和小麦产量均下降0.2 t/hm~2左右。不同区域玉米和小麦的增产效应差异明显,由于北部地区光热条件较差、小麦基础产量较低,使得小麦灌溉增产潜力(1%～11%)以及增产效率((0.12±0.06)kg/m~3)均较高,北部地区小麦的灌溉面积扩张可有效应对气候变化的不利影响。     

连续式秸秆捆烧锅炉设计与供暖工程减排潜力分析

针对连续式捆烧设备在连续进料过程中,秸秆捆连续稳定燃烧性能差、挥发分气体燃烧不充分、秸秆捆难燃尽,而导致热效率低、排放高的问题,该研究基于分级燃烧原理与秸秆捆燃烧特性,在设计计算过程中,对燃烧、换热、配风系统等较为重要设计参数给出了合理的参考值,并通过烟气预热干燥秸秆捆、增加挥发分二次燃尽的三级风、往复炉排增加捆间间隙等方式提高秸秆捆的燃烧性能。设备试制后,利用玉米秸秆捆为燃料开展了热工与排放性能试验。试验结果表明,连续式秸秆捆烧锅炉的平均热效率为80.37%,颗粒物、NOx、SO2平均排放质量浓度分别为48、197、7 mg/m3,环保与能效指标均符合设计要求与国家标准。并对建立的采暖示范工程进行排放、污染物等测算,结果表明采用秸秆捆烧供暖单位面积可减少标煤使用量23.1 kg/m2,CO2当量排放量58 kg/m2。该研究能为秸秆能源化利用与北方清洁区域供暖提供技术支撑,助力农业农村领域碳达峰、碳中和的目标实现。     

速效氮与缓控释氮配比一次性侧深施对双季稻产量、氮素利用率及氮素损失的影响

为探究在机插同步一次性侧深施肥作业方式下的速效氮与缓控释氮合理配比,保证水稻产量,提高肥料利用率,降低氮素流失,实现水稻的清洁化生产,采用田间小区试验,设置7个处理,分别为CK:不施肥,T1:农民习惯施肥(施N量早稻150 kg·hm~(-2),晚稻165 kg·hm~(-2)),T2～T6:机插同步一次性侧深施肥(施N量早稻105 kg·hm~(-2),晚稻132 kg·hm~(-2)),其中T2～T6处理的缓控释氮分别占总氮的0%、10%、20%、30%、40%。结果表明:在早稻季,各处理间产量差异不显著;晚稻季,T3～T5处理的产量间差异不显著,T6处理产量显著低于T4和T5处理;与T1处理相比,T2～T6处理的氮肥吸收利用率提高了8.08～14.10(早稻)个和6.68～26.61(晚稻)个百分点。与T2处理相比,早、晚稻T3～T6处理氨挥发累积量分别降低了5.20%～38.20%、29.41%～35.60%,田面水总氮平均浓度下降了20.90%～38.22%、7.39%～29.14%,田面水铵态氮平均浓度降低了26.26%～46.09%、42.57%～45.61%,其中T4处理早、晚稻不减产,肥料吸收利用率达到37.93%(早稻)、61.32%(晚稻),氨挥发累积量、田面水总氮平均浓度和铵态氮平均浓度分别下降37.00%、30.48%、31.88%(早稻),35.58%、12.88%、52.58%(晚稻),综合效果最好。研究表明,在湖南双季稻生产中,采用机插同步一次性侧深施肥作业方式,缓控释氮占总氮的20%较为合适。     

养殖废水处理设施自动化智能化运营与管控

为实现养殖废水处理设施自动化智能化运营与管控,本文以日产废水250 m³的某规模化养殖场废水处理设施为例,通过配置视频监控系统和在线监控设备,并设置预警预报功能,来展示自动化智能化运营与管控效果。实时监控结果表明,污泥浓度、DO、pH值等关键运行参数均控制在合理范围,分别为4 000~7 000 mg·L^-1、1.5 mg·L^-1（一级好氧池）和3~5 mg·L^-1（二级好氧池）、6.5~8.5;两级AO出水水质COD、氨氮均达标,分别为70 mg·L^-1以下和10 mg·L^-1以下,保障了设施运行效果,出水水质稳定达标,规避了环境风险。通过视频监控、在线监测、预警预报等功能,可有效监控废水处理设施每个处理环节运行状态,做到及时发现问题和解决问题,从而提高设施的管控效果和效率,并降低运营人员的投入,有效降低运营费用。实际运营结果表明,废水处理设施实施自动化智能化运营与管控,既能有效提高管控效果和效率,最大程度规避环境风险,又能降低运营成本,从而实现降本增效。     

冬季作物-双季稻轮作模式资源利用效率及经济效益比较研究

湖南省是长江中游双季稻主产区,冬季作物-双季稻轮作模式是该区重要的三熟种植制度。为优化种植模式、促进资源高效利用及农民增收,开展了13年的长期冬季作物-双季稻轮作种植定位试验,分析比较冬闲-双季稻、马铃薯-双季稻、黑麦草-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻5种轮作模式的光热资源利用效率、NPK养分资源利用效率及经济效益。结果表明：马铃薯-双季稻模式年总光能利用率显著高于其他模式;马铃薯-双季稻模式轮作周年光能生产效率比黑麦草-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻模式分别显著提高了0.16、0.18、0.21 g·MJ^-1（P<0.05）,轮作周年积温生产效率比黑麦草-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻模式分别显著提高了1.24、1.36、1.52 kg·hm^-2·℃^-1·d^-1（P<0.05）。各模式轮作周年P养分干物质生产效率差异不显著（P>0.05）;各轮作模式周年N养分干物质生产效率大小依次为马铃薯-双季稻（73.23） > 冬闲-双季稻（69.84） > 油菜-双季稻（68.30） > 黑麦草-双季稻（65.47） > 紫云英-双季稻（60.99）;各轮作模式周年K养分干物质生产效率大小依次为紫云英-双季稻（70.63） > 冬闲-双季稻（66.10） > 油菜-双季稻（57.58） > 黑麦草-双季稻（56.37） > 马铃薯-双季稻（47.91）。各轮作模式的早、晚稻NPK偏生产力差异不显著（P>0.05）,晚稻NPK收获指数差异显著（P<0.05）。各轮作模式经济效益大小依次为马铃薯-双季稻>油菜-双季稻>黑麦草-双季稻>紫云英-双季稻>冬闲-双季稻。马铃薯-双季稻模式为高投入高产出型,黑麦草-双季稻和油菜-双季稻模式为低投入中产出型,紫云英-双季稻模式为低投入低产出型。综合来看,马铃薯-双季稻模式适合在湖南双季稻区推广应用。     

不同生长条件下切花向日葵生产效益和碳足迹分析

为探究切花向日葵生产碳足迹和经济效益,通过调研切花向日葵生产企业,利用生命周期评价法评估露地,拱棚和日光温室3种不同生长条件下切花向日葵碳排放,核算生产成本和效益,结果表明：露地切花向日葵生产碳足迹为2174.46kg/hm2,生产成本51994元/ hm2,收入178608元/ hm2;拱棚向日葵生产碳足迹为2041.13kg/ hm2,生产成本59443元/ hm2,收入175973元/ hm2;日光温室向日葵生产碳足迹为2038.92kg/ hm2,生产成本58465元/ hm2,收入179544元/ hm2。3种不同生长条件下切花向日葵生产的主要成本均来自人工,种子,地租和肥料,碳排放最主要的来源均为厩肥和氮肥。在未来切花向日葵生产中,可通过优化生产技术提高肥料利用率,研发专用机械降低劳动力投入,增加轮作等途径来实现减排增收的目的。     

基于APSIM模型的旱地春玉米施肥类型及氮肥用量研究

为探究玉米高产和减少硝态氮残留的合理施肥模式,通过山西寿阳旱地春玉米田间试验和APSIM模型模拟,研究不同施肥类型和施氮量对春玉米产量、硝态氮残留量和氮肥利用率的影响。田间试验设置3个施肥类型主处理,包括化肥单施、有机无机肥配施（配施比例1∶1）和有机肥单施;7个施肥梯度副处理,分别为0、50、100、150、200、250、300 kg·hm^-2,并利用2019—2021年试验站点数据对模型进行校准验证。结果表明：APSIM模型可以较好地模拟当地玉米产量和硝态氮残留量状况。各降水年型下,随氮肥施用量的增加,玉米产量先增加后减少,硝态氮残留量显著增加,氮肥利用率有所降低;相同施肥类型及施肥量下,丰水年的春玉米作物产量最高,硝态氮残留量最低,氮肥利用率最高;相同降水年型及施肥量下,有机无机肥配施方式的春玉米产量最高,硝态氮残留量居中,氮肥利用率最高。相较于化肥单施和有机肥单施方式,有机无机肥配施对于干旱地区玉米产量提升效果更好,其土壤硝态氮残留量对降水变化的敏感性相对较低,其氮肥利用率受降水影响也更小。综上,当施氮量介于148~168 kg·hm^-2时,有机无机肥配施方式下土壤硝态氮残留量维持在阈值内,春玉米产量可达到理论产量的95%左右,适宜在研究区域推广应用。     

长期不同施肥方式对旱地轮作土壤养分和作物产量的影响

为明确黄土高原半干旱区不同施肥方式下旱地土壤养分和作物产量及其相互关系,筛选出农田最佳施肥管理措施,于2015—2018年进行田间试验,研究了9种不同施肥设置[有机肥配施磷肥(MP)、有机肥配施氮肥(MN)、磷钾肥配施(PK)、氮磷肥配施(NP)、种植作物不施肥(CK)、氮磷钾肥配施(NPK)、氮钾肥配施(NK)、有机...     

根际生命共同体：协调资源、环境和粮食安全的学术思路与交叉创新

植物营养学研究近年来在植物养分高效分子机理、植物-微生物互作、根际互作与微生态调控、农田养分管理等研究领域取得了一系列原创性进展。然而,当前如何协调粮食安全、资源高效和环境可持续性仍面临巨大挑战。针对这一重大问题,本文提出"根际生命共同体(Rhizobiont)"学术思路,围绕"根际互作与养分高效"这一重大科学命题,构建"植物-根系-根际-菌丝际-土体及其微生物"根际生命共同体理论体系,突破植物-微生物、微生物-微生物关键界面互作机制,阐明根际生命共同体结构、功能及其在养分活化、吸收与利用中的作用机制,建立共同体多界面互作增效的生物学调控新途径,开辟植物-土壤-微生物交叉创新领域,根际生命共同体理论创新有助于破解粮食安全、资源高效、环境保护多目标协同的难题,支撑我国农业绿色发展。文章指出了根际生命共同体与养分高效研究的重点方向与内容,尤其是深入揭示和调控植物第二基因组——微生物组的作用正成为农业科学的研究前沿。