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不同改性玉米秸秆生物炭对黄土丘陵地区土壤水力特性的影响

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环境科学 2024年

作者：畅芳玲张沛祯姚宗路罗娟赵立欣霍丽丽刘奋武中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所山西农业大学资源环境学院

为了探究改性玉米秸秆生物炭对干旱黄土水分入渗、蒸发和持水等水力特性的影响，以玉米秸秆为研究对象，在N2环境下经500 ℃热解2 h制得玉米秸秆生物炭。选择H3PO4、NaOH和NH4Cl 3种溶剂，分别在2种浓度(1 mol·L-1和3 mol·L-1)下通过... 详细信息

为了探究改性玉米秸秆生物炭对干旱黄土水分入渗、蒸发和持水等水力特性的影响，以玉米秸秆为研究对象，在N2环境下经500 ℃热解2 h制得玉米秸秆生物炭。选择H3PO4、NaOH和NH4Cl 3种溶剂，分别在2种浓度(1 mol·L-1和3 mol·L-1)下通过浸渍改性法获得不同改性玉米秸秆生物炭。系统表征了所有生物炭的元素组成、孔隙结构、官能团和表面形貌等理化特性。选取每种玉米秸秆生物炭，分别在3个不同添加量(1%、2%和3%)下开展土壤水力特性试验，通过恒定水头法、土壤蒸发试验和水分特征曲线等，分析不同玉米秸秆生物炭对土壤饱和导水率、水分累积蒸发量和体积含水量的影响。结果表明，添加改性玉米秸秆生物炭可显著降低土壤饱和导水率5.74% ～ 46.69%，提高土壤体积含水量0.74% ～ 37.33%，促进土壤水分蒸发，而相比改性前土壤水分累积蒸发量降低0.63% ～ 8.46%。随着生物炭添加量的增加，土壤饱和导水率显著降低，累积蒸发量逐渐增大，体积含水量呈现先增后减的趋势。改性溶液浓度与土壤饱和导水率、水分累积蒸发量和体积含水量均无相关性。研究可为提升陕甘黄土干旱地区土壤持水保水性能提供理论依据和技术支撑。

关键词：玉米秸秆改性生物炭干旱土壤土壤水力特性饱和导水率土壤水分特征曲线

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我国蔬菜废弃物利用研究进展

中国瓜菜 2024年第3期37卷 1-8页

作者：罗娟赵立欣于佳动姚宗路霍丽丽张沛祯农业农村部华北平原农业绿色低碳重点实验室·中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081

蔬菜产业是我国种植业中仅次于粮食的第二大产业,是乡村振兴的重要支柱产业,在保障人们生活必需品的同时产生了大量废弃物。概述了当前我国蔬菜生产及分布情况、蔬菜废弃物资源量及理化特性,从原位还田、好氧发酵、饲料利用、厌氧发酵4... 详细信息

蔬菜产业是我国种植业中仅次于粮食的第二大产业,是乡村振兴的重要支柱产业,在保障人们生活必需品的同时产生了大量废弃物。概述了当前我国蔬菜生产及分布情况、蔬菜废弃物资源量及理化特性,从原位还田、好氧发酵、饲料利用、厌氧发酵4个方面阐述蔬菜废弃物的利用技术研究进展,分析当前限制蔬菜废弃物处理利用产业发展的关键问题,提出构建全国蔬菜废弃物资源台账、提高技术装备经济性、开展绿色低碳循环试点示范、构建处理利用长效机制等对策建议,以期为提高蔬菜废弃物的转化利用率、减少环境污染提供参考。

关键词：蔬菜废弃物处理利用

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秸秆综合利用减排固碳贡献与潜力研究

农业机械学报 2022年第1期53卷 349-359页

作者：霍丽丽姚宗路赵立欣罗娟张沛祯中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 中国农业科学院农业农村碳达峰碳中和研究中心北京100081

为推进秸秆综合利用,提升农业农村减排固碳能力,针对秸秆综合利用存在的温室气体排放因子基数不明、底数不清等问题,基于IPCC指南(2006年)温室气体排放核算理论框架,构建秸秆综合利用评价方法。明确评价范围与边界,科学核算不同秸秆利... 详细信息

为推进秸秆综合利用,提升农业农村减排固碳能力,针对秸秆综合利用存在的温室气体排放因子基数不明、底数不清等问题,基于IPCC指南(2006年)温室气体排放核算理论框架,构建秸秆综合利用评价方法。明确评价范围与边界,科学核算不同秸秆利用技术的温室气体排放因子,评价秸秆五料化减排固碳底数,基于不同情景预测2030年和2060年秸秆综合利用的减排固碳潜力。结果表明,2020年秸秆综合利用的温室气体净减排贡献为7.0×10^(7) tCO_(2)e,其中,露天焚烧和自然腐解的温室气体排放量为5.6×10^(7) tCO_(2)e,秸秆五料化利用减排量为1.26×10^(8) tCO_(2)e;肥料化和燃料化利用的减排量最高,减排量分别为7.9×10^(7) tCO_(2)e和3.8×10^(7) tCO_(2)e。预计到2030年秸秆综合利用温室气体减排固碳贡献潜力为1.52×10^(8)~1.72×10^(8) tCO_(2)e,到2060年贡献潜力可达2.20×10^(8)~2.73×10^(8) tCO_(2)e;秸秆肥料化在五料化利用中的减排贡献最大,并持续稳定增加,2030年和2060年减排贡献占比分别为40.7%和31.9%;秸秆燃料化的减排潜力最大,2030年和2060年减排贡献占比分别为55.2%和62.8%。秸秆综合利用应重视土壤/森林碳汇和化石能源替代的双重减碳作用,应坚持农用为主、多元利用的原则,加大力度推进全量利用,减少焚烧废弃的温室气体排放,充分发挥其减排固碳的作用,为实现碳中和目标提供支撑。

关键词：秸秆综合利用温室气体减排固碳

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中国农业农村减排固碳标准现状与体系构建

农业环境科学学报 2022年

作者：霍丽丽姚宗路赵立欣罗娟张沛祯张心怡中国农业科学院农业农村碳达峰碳中和研究中心中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业农村部华北平原农业绿色低碳重点实验室

农业农村是温室气体排放源之一，也是固碳增汇的重要方面，我国农业农村领域仍存在减排固碳底数不清、监测方法和核算标准体系不健全、认证缺乏指导依据等问题，因此，亟需构建农业农村减排固碳技术标准体系，充分发挥标准基础性、引领... 详细信息

农业农村是温室气体排放源之一，也是固碳增汇的重要方面，我国农业农村领域仍存在减排固碳底数不清、监测方法和核算标准体系不健全、认证缺乏指导依据等问题，因此，亟需构建农业农村减排固碳技术标准体系，充分发挥标准基础性、引领性作用，提升农业农村减排固碳技术水平和管理效能。本文对国内外农业农村领域碳排放、碳减排、固碳等相关标准进行梳理，分析现阶段标准现状和存在问题，明确建立农业农村减排固碳标准体系的思路及整体框架，加快关键领域标准制定与实施，重点围绕稻田甲烷、农田氧化亚氮、反刍动物肠道甲烷、畜禽粪污管理、秸秆露天焚烧及农村生活用能等“排放源”，农田和渔业“碳汇源”，以及可再生能源替代“减排源”等主要领域，研编一批国家、行业、地方标准，提出标准体系建设有关建议，为推进农业农村领域建立健全统一的碳排放数据监测计量、核算、报告、核查等技术规范体系，推进农业农村绿色发展提供技术支撑。

关键词：农业农村温室气体减排碳汇标准体系

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农业生物质与塑料共热解技术进展

化工进展 2022年第10期41卷 5306-5315页

作者：谢腾赵立欣姚宗路霍丽丽贾吉秀张沛祯田利伟傅国浩中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 中国农业科学院农业农村碳达峰碳中和研究中心北京100081

共热解技术是将多种原料通过热化学方法转化为清洁能源的重要手段。本文综述了以农业生物质为主要原料与塑料(聚丙烯PP、高密度聚乙烯HDPE、低密度聚乙烯LDPE、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET等)共热解技术的发展现... 详细信息

共热解技术是将多种原料通过热化学方法转化为清洁能源的重要手段。本文综述了以农业生物质为主要原料与塑料(聚丙烯PP、高密度聚乙烯HDPE、低密度聚乙烯LDPE、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET等)共热解技术的发展现状和研究进展。分析农业生物质与塑料共热解的动力学模型以及各组分之间的协同效应,阐述农业生物质与塑料的共热解机理;总结了温度、升温速率、滞留时间、原料混配比等因素对共热解协同作用的影响规律;探究生物质与塑料共热解固、液、气三相产物特性及分布规律,总结共热解技术优势及存在问题,展望未来发展方向,可为生物质与塑料共热解制备高附加值产品提供参考,同时也为农业生物质和农膜处理问题提供新方法、新思路。

关键词：农业生物质塑料共热解技术进展农膜

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我国农业农村减排固碳标准现状与体系构建

农业环境科学学报 2023年第2期42卷 242-251页

作者：霍丽丽姚宗路赵立欣罗娟张沛祯张心怡中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业农村部华北平原农业绿色低碳重点实验室北京100081 中国农业科学院农业农村碳达峰碳中和研究中心北京100081

农业农村是温室气体排放源之一,也是固碳增汇的重要方面,我国农业农村领域仍存在减排固碳底数不清、监测方法和核算标准体系不健全、认证缺乏指导依据等问题,因此,亟需构建农业农村减排固碳技术标准体系,充分发挥标准基础性、引领性作用... 详细信息

农业农村是温室气体排放源之一,也是固碳增汇的重要方面,我国农业农村领域仍存在减排固碳底数不清、监测方法和核算标准体系不健全、认证缺乏指导依据等问题,因此,亟需构建农业农村减排固碳技术标准体系,充分发挥标准基础性、引领性作用,提升农业农村减排固碳技术水平和管理效能。本文对国内外农业农村领域碳排放、碳减排、固碳等相关标准进行梳理,分析现阶段标准现状和存在的问题,明确建立农业农村减排固碳标准体系的思路及整体框架,加快关键领域标准制定与实施,重点围绕稻田甲烷、农田氧化亚氮、反刍动物肠道甲烷、畜禽粪污管理、秸秆露天焚烧及农村生活用能等“排放源”,农田和渔业“碳汇源”,以及可再生能源替代“减排源”等主要领域,研编一批国家、行业、地方标准,提出标准体系建设有关建议,为推进农业农村领域建立健全统一的碳排放数据监测计量、核算、报告、核查等技术规范体系,推进农业农村绿色发展提供技术支撑。

关键词：农业农村温室气体减排碳汇标准体系

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低水分农产品射频加热均匀性研究

低水分农产品射频加热均匀性研究

作者：张沛祯西北农林科技大学

学位级别：硕士

射频加热是农产品采后杀虫灭菌中一种具有极高应用价值且有巨大发展前景的技术。射频加热均匀性是射频技术在实际应用中经常会遇到且急需解决的问题。为了解决射频加热均匀性的问题,在本研究中,使用了一套6 kW,27.12 MHz的平行板自由震... 详细信息

射频加热是农产品采后杀虫灭菌中一种具有极高应用价值且有巨大发展前景的技术。射频加热均匀性是射频技术在实际应用中经常会遇到且急需解决的问题。为了解决射频加热均匀性的问题,在本研究中,使用了一套6 kW,27.12 MHz的平行板自由震荡式射频加热系统,设计了三组试验来对比和评估低水分农产品射频加热的均匀性。三组试验分别是对四种不同厚度的物料进行加热;对两种不同含水率的相同厚度的物料同时加热;以及对两种不同物料在相同厚度和含水率条件下同时加热。选择的加热条件均为加热时间5分钟以及极板间距为120 mm。另外设计了一组试验来提高在工业生产中射频加热的均匀性,即将低含水量的物料放在矩形框的边角,将高含水量的物料放在中心,这样有效的避免了加热后的边角过热现象,从而提高射频加热均匀性。最后利用基于有限元法的COMSOL软件来模拟以上三组试验并对均匀性进行评估,并利用试验数据对模型进行验证,最终得到一个为今后的试验设计与优化提供有效依据的模型,同时本研究也为射频加热杀虫过程提供改善均匀性有效方法与技术参数。具体研究内容和结果如下:(1)研究相同含水率的不同厚度大米经过射频加热的温度分布。以大米作为低水分农产品的代表进行试验,研究选择四种厚度分别为2 cm、4 cm、6 cm、8 cm且其水分含量均为9%的大米,在加热时间为5分钟以及极板间距为120 mm的条件下的射频加热均匀性。试验结果显示,随着大米厚度的增加大米整体的平均温度逐渐增加;且加热后大米的边角温度明显高于大米的中心温度;大米的中层温度也要高于上层温度;随着厚度的增加射频加热均匀性也在提高。(2)研究相同厚度物料不同含水率的大米射频加热后的温度分布。选择含水率为9%和11%而厚度同为4 cm的大米进行相同条件的射频加热试验。结果显示同上述试验相同的现象,即边角温度高于中心温度;随着水分含量的增加大米的平均温度也在增加;大米中层面的均匀性优于上层面。(3)研究相同含水率和厚度的大米和黄豆射频加热后的温度分布。选择含水率为9%且厚度为4 cm的大米和黄豆进行相同条件的射频加热均匀性试验。结果也显示了边角温度过高的现象;大米的平均温度高于黄豆的平均温度。(4)建立射频加热均匀性优化实验。针对以上三组试验中共同出现的边角温度过高的现象,为了提高工业生产过程中射频加热均匀性,分别将低水分含量的大米放在四个边角处,高水分含量大米放在中心来改善和提高加热均匀性。结果表明,该方法可以有效地提高射频加热均匀性。(5)使用基于有限元法的COMSOL软件建立了计算机模型,并通过试验数据对模型进行验证,得到可靠的模拟精度。选择含水率分别为7%,9%,11%的大米放置在6 cm×6cm的四个正方形角落进行仿真;以及模拟仿真将四个正方形角落的面积选为2 cm×2 cm;4 cm×4 cm;6 cm×6 cm时的温度分布和均匀性,对各组试验条件下均匀性进行评估,得到更好的改善加热均匀性方案。

关键词：射频热处理加热均匀性低水分农产品计算机模拟

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秸秆综合利用减排固碳贡献及潜力研究

农业机械学报 2021年

作者：霍丽丽姚宗路赵立欣罗娟张沛祯中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所中国农业科学院农业农村碳达峰碳中和研究中心

为推进秸秆综合利用，提升农业农村减排固碳能力，针对秸秆综合利用存在的温室气体排放因子基数不明、底数不清等问题，基于IPCC指南（2006）温室气体排放核算理论框架，构建秸秆综合利用评价方法。明确评价范围与边界，科学核算不同秸...

为推进秸秆综合利用，提升农业农村减排固碳能力，针对秸秆综合利用存在的温室气体排放因子基数不明、底数不清等问题，基于IPCC指南（2006）温室气体排放核算理论框架，构建秸秆综合利用评价方法。明确评价范围与边界，科学核算不同秸秆利用技术的温室气体排放因子，评价秸秆五料化减排固碳底数，基于不同情景，预测到2030年和2060年秸秆综合利用的减排固碳潜力。结果表明，2020年，秸秆综合利用的温室气体净减排贡献为0.70×10;t CO;e，其中，露天焚烧和自然堆腐的温室气体排放量为0.56×10;t CO;e，秸秆五料化利用减排量为1.26×10;tCO;e；肥料化和燃料化利用的减排量最高，减排量分别为0.79×10;t CO;e和0.38×10;t CO;e。预计到2030年秸秆综合利用温室气体减排固碳贡献潜力为1.52×10;～1.72×10;t CO;e，到2060年贡献潜力可达2.20×10;～2.73×10;t CO;e；秸秆肥料化在五料化利用中的减排贡献最大，并持续稳定增加，2030年和2060年减排贡献占比分别为40.7%和31.9%；秸秆燃料化的减排潜力最大，2030年和2060年减排贡献占比分别为55.2%和62.8%。秸秆综合利用应重视土壤/森林碳汇和化石能源替代的双重减碳作用，坚持农用为主、多元利用的原则，加大力度推进全量利用，减少焚烧废弃的温室气体排放，充分发挥其减排固碳的作用，为实现碳中和目标提供支撑。

关键词：

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农业生物质能温室气体减排潜力

农业工程学报 2021年第22期37卷 179-187页

作者：霍丽丽赵立欣姚宗路罗娟张沛祯谢腾贾吉秀邓云魏欣宇中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 中国农业科学院农业农村碳达峰碳中和研究中心北京100081 农业农村部农业生态与资源保护总站北京100125

中国拥有丰富的农作物秸秆和畜禽粪污等农业废弃物资源。农业生物质能技术是促进农业废弃物资源有效利用的重要途径,既能够解决农业废弃物的环境污染问题、减少因焚烧或无序堆放排放温室气体,又能够替代化石能源减排CO_(2)、提升土壤固... 详细信息

中国拥有丰富的农作物秸秆和畜禽粪污等农业废弃物资源。农业生物质能技术是促进农业废弃物资源有效利用的重要途径,既能够解决农业废弃物的环境污染问题、减少因焚烧或无序堆放排放温室气体,又能够替代化石能源减排CO_(2)、提升土壤固碳能力,未来在“双碳”背景下发展潜力很大。该研究基于LCA全生命周期评价方法,研究8种不同生物质能技术的温室气体排放因子,核算农业生物质能转化与利用过程消耗能源的排放、抵扣化石能源减排、副产物土壤碳汇3个方面,并基于秸秆和畜禽粪污两大类农业废弃物资源禀赋及能源化利用潜力,预测3种不同情景下,农业生物质能替代化石能源的潜力,以及减排温室气体的贡献。结果表明,从减排因子看,热解炭气联产和规模化沼气/生物天然气技术的温室气体减排贡献最大。其次为成型燃料、捆烧供暖、生物质发电、炭化和燃料乙醇等技术,而户用沼气的减排贡献相对较小,8种不同生物质能技术的温室气体排放因子分别为-3.47、-3.20、-2.57、-2.63、-2.58、-2.48、-2.42 t/t(单位为标准CO2当量/标准煤当量);基于现有政策及规划情景、技术水平提升情景、能源需求结构变化情景等3种不同情景下,评价农业生物质能对温室气体减排贡献潜力。结果显示,2030年农业生物质能替代化石能源潜力为6490×10^(4)~7664×10^(4) t,温室气体减排贡献为1.97×10^(8)~2.34×10^(8) t;2060年替代化石能源潜力为9073×10^(4)~10763×10^(4) t,温室气体减排贡献为2.79×10^(8)~3.36×10^(8) t。该研究为实现农业农村领域碳达峰碳中和目标提供数据支撑。

关键词：生物质温室气体减排潜力农业废弃物秸秆畜禽粪污