摘要：针对秸秆腐解产物复杂,导致在线监测困难的问题,提出以秸秆腐解CO_(2)排放量作为反映秸秆腐解动态特性的指标。并针对市面CO_(2)传感器成本高、体积大,在秸秆腐解监测中普及困难的问题,基于小型、低成本非色散红外(Non-dispersive infrared,NDIR)CO_(2)传感器、环境传感器及Arduino板,设计了秸秆腐解动态监测系统,实现秸秆腐解过程环境参数、秸秆温度以及CO_(2)浓度多位点的监测,并结合微生物群落数据,分析了秸秆腐解规律。以市面TR-76Ui CO_(2)记录仪为基准,对每个低成本NDIR CO_(2)传感器进行测试与校准,1829个数据点的线性回归模型决定系数R^(2)为0.97~0.99,RMSE为14.56~56.36μL/L,表明低成本NDIR CO_(2)传感器具有良好的检测精度和稳定性。秸秆堆体内部CO_(2)浓度具有周期性变化规律,变化趋势与温度的变化趋势一致,且振动幅度随秸秆干燥逐渐减弱,该现象反映了微生物活动的生物节律,揭示了秸秆堆体内部CO_(2)变化能够反映秸秆腐解的行为特征。分析表明,秸秆腐解速率与温度和含水率呈正相关,决定系数R^(2)分别为0.8137与0.892。调节秸秆含水率大于40%后,秸秆腐解速率迅速下降,至第4天趋于平稳。添加微生物菌剂后秸秆腐解速率在第7天开始明显下降,至第12天开始趋于平稳。监测周期内传感器未发生明显漂移,有较好的稳定性,检测精度可以满足秸秆腐解试验的分析需求,小型、低成本硬件对于秸秆腐解动态监测具有很好的推广应用潜力。

摘要：红蓝复合光是植物生长发育最有效的光谱组合,且红蓝光LED成为植物工厂进行水培叶菜生产的主流光源。采收前进行LED红蓝光连续光照具有增产和提高品质的作用,在植物工厂水培叶菜生产中具有应用前景。在植物工厂中应用水培方法和ICP-AES分析技术,研究了采收前LED红蓝光连续光照(CL)光质对三种供氮水平下水培生菜干物质累积和营养元素含量和累积量的影响。在光强150μmol·m^-2·s^-1下,试验设置了8, 10和12 mmol·L^-1三种供氮水平(N8, N10和N12),并在采收前3天设计了2种红蓝光质(2R∶1B和4R∶1B)的连续光照处理,光强为150μmol·m^-2·s^-1。结果表明,增加供氮水平可促进水培生菜地上部干重增加,采收前三天红蓝光CL后生菜地上部干重增加。供氮水平对生菜N, C和P含量无显著影响,而供氮水平的增加提高了Ca和Mg含量,但K, Fe, Mn, Cu和Zn含量却随氮水平升高呈现出降低的趋势。生菜地上部中N, Ca和Mg的累积量随供氮水平的增加而提高,但C, K, P和Fe的累积量与供氮水平无关,而微量元素Mn, Cu和Zn随氮水平升高呈现降低趋势。除C以外,其他营养元素含量和累积量均受采收前三天CL红蓝光质和供氮水平的共同影响。N浓度水平N10和N12条件下,红蓝光4∶1连续光照更有利于获得较高的营养元素含量和累积量。CL处理显著提高了生菜干物质中C的含量,但降低了K, P和Fe含量,对N, Ca, Mg, Mn, Cu和Zn的含量无显著影响;CL增加了N, C, K, P, Ca和Mg的累积量,但不影响微量元素的累积量。总之,高氮肥供给有利于提高水培生菜干物质产量和Ca和Mg含量和累积量。高氮水平下辅以LED红蓝光4∶1连续光照有利于增加较高的营养元素含量和累积量。CL处理提高了生菜干物质中C的含量,增加了N, C, K, P, Ca和Mg的累积量,但对微量元素的累积量无影响。高氮肥和采收前红蓝光CL可提高多数大中量营养元素的含量与累积量。

摘要：“碳达峰、碳中和”是中国对世界的庄严承诺,也是当前指导我国可持续发展的重要战略。碳排放的空间分布表明,城市及其周边地区是最主要的碳排放区。随着我国的城市化进程不断推进,如何有效减少城市碳排放、增加碳汇成为关系着双碳战略成效的关键问题。作为城市空间中唯一的自然碳汇,城市绿地生态系统的固碳增汇作用日益突出。加强城市绿地的碳汇建设,如果按照传统的人工营建思路,只种植在当前情景下碳汇能力强的少数植物种则很可能会减少生物多样性。基于植物分配有限资源时存在权衡关系的生态学一般原理,不仅选取当前情景下碳汇能力强的植物,还要考虑适应环境变化、在未来环境下碳汇能力强的植物,以及遭遇极端环境时有一定碳汇能力的植物。在此框架下,选取恰当的植物多样性组合有望实现更好的城市绿地碳汇功能,即环境稳定时碳汇能力更强,环境变化时碳汇能力更稳,出现极端事件时碳汇损失更小。具体的做法包括:(1)扩展绿地物种库信息,纳入植物的碳减排能力、适应环境变化能力、应对极端变化能力等信息;(2)考虑植物在碳汇能力与应对气候变化能力之间的权衡关系,将植物分成不同类型的组,比如高碳汇低适应、低碳汇高适应;(3)根据不同城市的环境和未来气候变化特点,因地制宜地选择恰当植物组合营建城市绿地;(4)开展城市绿地建设的全生命周期碳计量,以近自然方式营建和管养城市绿地,减少管护过程的碳排放。这些举措有助于实现城市绿地碳汇能力提升与生物多样性保护的双重目标。城市生态系统的结构与功能共赢,对落实双碳战略和生态文明建设意义重大。

摘要：针对传统农业气象观测和当前传感器技术系统、方法存在的不足,设计了一套基于远程监控的农业气象自动采集系统,其硬件设备由农田小气候信息采集前端、视频图像信息采集前端、数据采集装置、数据传输装置和供电设备组成。该系统实现了农田小气候和视频图像信息参数采集与传输的高度集成,自动采集降水量、气温、空气湿度、风速、风向、光合有效辐射、土壤温度、土壤湿度和农作物视频图像信息,并通过远程客户端软件实现各要素信息的实时动态显示和远程监控。通过在郑州市、鹤壁市、温江市和荆州市开展的采集试验和系统试运行表明,系统显示出较好的稳定性,农田小气候和视频图像要素数据的采集、传输、动态实时显示与远程监控等各项功能均可满足各级用户需求。

摘要：针对秸秆分区布局规划不完善,导致地区性、季节性、结构性秸秆过剩,资源浪费与环境污染问题突出,研究秸秆综合利用规划理论,提出“一主多元、农用优先”秸秆综合利用途径。中国秸秆综合利用潜力总量8.76亿t,比2015年增加利用量1.56亿t,其中秸秆肥料化、饲料化和能源化利用量分别增加8 722.4万t、5 122.3万t和1 720.1万t。通过肥料和饲料化利用,可直接和间接替代化肥潜力氮肥(N)1 481.6万t、磷肥(P2O5)419万t、钾肥(K2O)1 885.1万t,节本增效节约化肥成本约685.9亿元(折合98.5元/t秸秆);通过能源化利用,可替代煤炭等化石能源5982.4万t(标准煤),可减排二氧化碳1.5亿t、二氧化硫448.7万t、氮氧化物224.3万t,烟尘4068万t,经碳排放交易经济效益可达20.25亿元(折合16.9元/t秸秆),环境和经济效益显著。

摘要：该研究针对当前规模化养殖场畜禽粪污处理技术模式区域差异大、缺乏综合效益评价等问题,以规模化畜禽养殖场为研究对象,从规划布局、粪污收储运、高效处理转化、农田利用的全链条出发,应用层次分析法构建了一套全面衡量畜禽粪污处理的综合评价指标体系,涵盖技术、经济、环境3个方面,包括3个一级指标、6个二级指标和15个三级指标,并运用该指标体系对中国3个主要奶牛养殖区6种粪污处理技术模式进行评价比较。结果表明:东北地区宜采用前分离肥料模式和前分离垫料模式,西北地区宜采用肥料模式和前分离垫料模式,华北地区宜采用厌氧发酵模式。进一步以河北某规模化奶牛养殖场为例进行应用分析表明,该养殖场的粪污处理水平达到了良好水平,与实际情况相符。该指标体系能够客观评价规模化养殖场畜禽粪污处理的综合效益,且能根据评价情况给出优化改进建议,具有实践指导性和可操作性,可为粪污处理工程建设和综合效益评价提供方法体系和理论支撑。

摘要：环境控制模拟系统,是开展农田生态系统对全球气候变化响应研究的有效手段,但目前应用于试验中的模拟系统均存在一定局限,如CO_2气体过量消耗、试验成本较高、模拟的试验环境与真实的自然环境差异较大、试验空间有限、不易重复等。针对这些问题,本研究对半开放式CO_2浓度和温度递增模拟系统(CTGC)进行了硬件升级和设计改进,针对其CO_2浓度的控制效果包括CO_2浓度监测、CO_2气体释放两大系统进行改进,使其能达到精准控制CO_2气体释放,降低试验成本,精确模拟未来高CO_2浓度的生产环境,其空间面积较大,适合多种作物同时试验。改进后的系统利用电磁阀组和CO_2浓度检测传感器组成的多通道监测系统,实时检测各处理区域内的CO_2浓度,实现精准监测。在CO_2气体释放源端,采用比例调节式减压器,有效减少了CO_2从储气罐中被减压后在气体管路中的压力积蓄,控制CO_2气体精量释放;系统将CO_2释放方式由纵向改为横向,释放管道由主管加支管组成,由控制流量调节阀将主管与支管相连接,使气室内形成均匀的CO_2释放区域,从而达到CO_2浓度梯度升高的模拟效果。试运行结果表明,改进后的CTGC系统可以实现CO_2浓度387±4.5、441±13.4、490±20.9、534±24.3和567±28.9μmol·mol-1的梯度递增,系统对环境变化的响应速度加快,能够精确实时监测气室内各处理区域CO_2浓度的变化,并实现CO_2气体的精量释放;系统内的CO_2浓度梯度递增趋于稳定,从而更好地模拟大气CO_2浓度逐渐升高的过程,满足作物对气候变化响应研究的需要。

摘要：为探究生物炭内源重金属在酸性土壤中的迁移转化规律,科学指导畜禽粪便生物炭农田应用,该研究以猪粪生物炭为研究对象,开展土壤培养试验,利用扫描电镜、物理吸附、X射线衍射物相分析、X射线光电子能谱和电感耦合等离子体质谱等方法表征不同培养时间生物炭表面形貌、孔隙结构、元素分布的变化规律,以及土壤孔隙溶液中重金属、磷酸盐等组分的变化规律。结果显示生物炭内源重金属Cu、Zn主要存在形态为氧化提取态,Cu、Zn氧化提取态比例分别为79.37%和53.43%,生物炭矿物质元素主要以氧化物形式存在于生物炭颗粒表面,施入酸性土壤后,生物炭比表面积及孔容增加,颗粒表面Cu、P、K等元素含量降低,土壤孔隙溶液中pH值、EC、Cu与PO_(4)^(3-)含量显著升高,PO_(4)^(3-)的浓度范围为2.26~298.00 mg/L,Cu的浓度范围为1.81~2.86μg/L,生物炭颗粒粒径越小,PO_(4)^(3-)和Cu溶出率越高,生物炭施入土壤30 d时,土壤孔隙溶液中PO_(4)^(3-)和Cu的浓度最高。研究表明酸性土壤可促进以碳酸盐、磷酸盐氧化物形式存在的Cu以及被碳酸根与磷酸根沉淀的Cu不断释放进入土壤,但生物炭内源Zn在酸性土壤环境不易释放,且生物炭可吸附土壤中的Zn,降低Zn的生物有效性。

摘要：试验采用自主设计制造的流化床反应器,对猪粪展开空气气化研究。该文主要考察了原料粒径和启动温度对气化过程的影响。试验结果表明,原料粒径会影响固体颗粒在反应器内的停留时间和异相反应的接触面积。随着粒径增大反应器内温度场分布最高温度区上移,因此要求反应器有足够的流化高度;粒径越大,液体产率越高,固体产率越低,气体产率以0.5mm粒径最高;在1.0mm以内的原料粒径对气态产物的成分没有明显影响;通过对燃气热值、碳转化率和气化效率3个气化指标的计算,结果显示0.5mm效果最佳。试验结果也表明反应器启动温度越高,反应器启动时间就越短,越有利于气体产物形成;由于当量比保持不变,所以固体产物得率基本没有变化,液体产物随启动温度提高而减少;小分子气态物质含量随启动温度升高而升高,一些相对大分子物质成分含量随温度升高而减少;启动温度对3个气化指标的影响不是很明显。

摘要：为了增加日光温室有效蓄热量,改善日光温室夜间温度环境,保障作物安全越冬,该文设计了一种以日光温室后墙为结构支撑的温室蓄放热帘增温系统,白天利用该系统的集放热板吸收太阳辐射热,并通过水介质将热量储存于蓄热水池中;夜晚通过水介质的循环将蓄积的热量释放到温室中,以提高夜晚温室内空气温度。试验结果表明:晴天时应用温室蓄放热帘增温系统能将温室夜间平均气温提高4.6℃,阴天时能提高温室夜间平均气温4.5℃;试验期间当室外最低气温为-12.5℃时,对照温室最低气温仅为5.4℃,而试验温室最低气温为10.1℃;该系统在阴天平均集热效率为42.3%,在晴天时平均集热效率为57.7%;与电加热方式相比该系统的节能率达到51.1%以上。