生物质气化多联产技术的集成创新与应用

生物质气化作为生物质能源的一种主要形式,近几十年来得到了国内外的广泛关注和研究。但是由于传统技术燃气中焦油含量高、气化产物单一致使经济效益不佳、存在一定的环境污染及设备系统不够完善等难题,极大地阻碍了生物质气化技术的发展以及实现工业化规模的步伐。笔者所在的团队在国内外率先提出了基于"生物质气化(能源)多联产技术"的新发展思路,并进行了相应的技术研究与产业化应用。根据生物质资源特性不同,研究开发了适合农作物秸秆类的流化床气化多联产炉、果壳类下吸式气化多联产炉和木质类上吸式气化多联产炉,并针对不同的生物质气化产物研发了相应的产品利用路线。其中气相产物(可燃气)用于发电、供气或者热燃气(未经气液分离)直接烧锅炉供热或带动蒸汽轮机发电,该技术解决了燃气净化和焦油的两大难题;液相产物(生物质提取液)制备液体肥料;固相产物(生物质炭)根据生物质原料的不同可分别用于制备炭基有机-无机复混肥(秸秆类原料)、高附加值活性炭(果壳类和木片类)以及工业用还原剂和民用燃料(木质类)。生物质气化多联产技术新理念的提出以及相关核心技术设备的开发与应用也为生物质利用探索出了一条符合绿色、环保和循环、可持续产业发展的良好路径,生物质能源的发展只有与环境保护(空气、水、土壤及食品安全)相结合才是最根本的出路。

炭基花生专用肥及有机肥替代部分化肥在花生上的应用效果研究

采用田间小区试验方法,研究炭基花生专用肥以及有机肥替代部分化肥与普通三元复合肥及不施肥相比,对花生产量、生物学性状、经济性状的影响。结果表明,炭基花生专用肥和有机肥对花生产量的提高有显著效果,能够增加花生分枝数和结果枝数,提高单株生产力,增加饱果数,提高百果重、百仁重、出仁率、荚果饱满度等各项经济指标。两者配合施用增产效果更加突出,其中炭基花生专用肥450 kg/hm^2+有机肥2160 kg/hm^2(有机肥中N+P2O5+K2O替代40%炭基肥基准用量中氮磷钾)处理较为理想。

炭基复混肥料对水稻氮磷钾吸收及产量的影响

为了研究炭基复混肥料(炭基肥)对水稻氮磷钾吸收及产量影响,以杂交水稻‘株两优819’为试验材料,于2014年和2015年采用大田随机区组试验。结果表明:2014年氮肥、磷肥、钾肥利用率分别比普通肥提高了5.6%,4.3%和7.6%。2015年氮肥、磷肥、钾肥利用率分别比普通肥提高了6.3%,6%和8.5%。炭基肥处理在2014年和2015年的水稻产量都分别高于普通肥处理1.75%和1.41%。炭基肥对氮磷钾肥利用率的提高顺序为磷肥>钾肥>氮肥。总之,炭基肥能提高土壤中的氮磷钾的生物有效性,提高肥料的利用率,从而提高产量。

磺化炭基复合肥对盐化潮土小麦生长及土壤养分的影响

为探究有机废硫酸低温炭化技术制备的新型磺化炭基复合肥在滨海盐化潮土区小麦上的施用效果,采用大田试验,研究了不施肥(CK)、磷酸二铵(DP)、15-15-15三元复合肥(CF)及炭添加量分别为6%、8%、12%、16%和20%的磷酸二铵炭基肥和三元炭基复合肥对小麦干物质累积量、产量、养分利用率及土壤养分状况的影响。结果表明:施用生物炭基复合肥显著提高了小麦籽粒产量,且随着生物炭添加比例的增加,小麦籽粒产量呈先增加后降低的规律。磷酸二铵炭基肥中CDP8%和CDP12%处理增产效果较好,分别较DP处理增产6.42%和5.82%;三元炭基复合肥中CCF12%处理较CF处理籽粒产量显著提高4.92%。生物炭的添加可增加植物体内氮、磷、钾养分的累积量,从而提高肥料养分利用率,其中炭添加量6%~12%表现效果最佳。施用生物炭基复合肥对小麦各生育期土壤速效养分具有不同程度的提高作用。在小麦拔节和孕穗期,炭添加量为6%~12%的两种类型炭基复合肥对土壤硝态氮含量增加显著,增幅分别为17.40%~40.34%和5.45%~12.31%;在成熟期,CDP6%、CDP8%和CDP12%处理土壤有效磷含量较DP处理显著提高了8.49%~13.95%。另外,施用磺化炭基复合肥较普通复合肥显著降低了小麦返青期耕层土壤pH。综上所述,施用生物炭添加量6%~12%的磺化炭基复合肥对于提高土壤速效养分含量具有积极作用,可提高小麦籽粒产量和养分利用效率。

炭基肥对土壤性质以及蔬菜生长的影响

[目的]促进炭基肥的研究和农用。[方法]采用盆栽试验,研究炭基肥和复合肥不同施用对土壤部分化学性质、养分状况及3种不同品种蔬菜(奶油小白菜、四季小白菜、小青菜)植株养分、SPAD值及产量的影响。[结果]与普通复合肥相比,炭基肥可显著提高土壤有机质含量和阳离子交换量,蔬菜叶片SPAD值、产量、植株全磷和全钾含量。[结论]生物炭基肥可部分替代传统化肥,降低化学肥料的施用量,但不会影响产量;还能促进蔬菜对全磷、全钾养分的吸收利用并保持生物炭改良土壤的功能。

硝硫基复合肥添加纳米碳对上海青生长和植株氮、磷、钾含量的影响

为探讨硝硫基复合肥与纳米碳配合施用对作物生长和植株氮、磷、钾含量的影响,以上海青为研究对象,开展了盆栽试验,共设8个处理,每个处理重复5次。结果表明:不同施肥处理的上海青叶片相对叶绿素含量(SPAD值)呈先升高后降低的趋势,前期硝硫基复合肥处理的表现较好,后期添加纳米碳处理的占优势;随生育期推移,不同施肥处理的上海青叶片数逐渐增多,收获时最多,各处理间无显著差异;硝硫基复合肥与纳米碳配合施用可促进作物叶绿素合成,增强光合作用,并提高地上部和地下部干物质质量;纳米碳可减缓养分的释放,延长肥效,促进植株体内氮、磷、钾养分的积累。

炭基复混肥配方对土壤酶和烤烟生理、养分积累及产量的影响

为筛选适宜配方,通过贵州黄壤田间试验,研究不同炭基复混肥配方处理对土壤酶活和烤烟生理、养分及产量特征的影响。结果表明:随着炭基复混肥配方中生物炭比例的增加,土壤脲酶活性表现为递增趋势;烤烟净光合速率呈递增趋势,钾积累量逐渐升高,增幅为0.3%~10.4%,产量提高。BCF15处理土壤脲酶和硝酸还原酶活性最高;烤烟叶绿素含量、类胡萝卜素含量、净光合速率和水分利用率最高,氮和钾积累量最大,分别为7.28和8.15g/株,经济性状表现最突出,产量和产值分别达206.19kg/667m^2和4804.14元/667m^2。上述结果表明,BCF15(N∶P2O5∶K2O=9∶13∶22,生物炭比例为15%)是炭基复混肥较适宜的配方。

炭基复合肥对水稻植物学性状及产量的影响

主要研究炭基复合肥对水稻植物学性状指标及产量的影响,验证在河南濮阳水稻种植区炭基复合肥改良土壤、提高肥料利用率、降低化肥用量、有助于水稻稳产增产的效果。试验结果表明:与对照相比,处理1、处理2、处理3均可提高水稻株高、茎粗、单株分蘖数、穗数、穗粒数、千粒重等,其中处理1各方面效果最佳,产量比对照提高10.17%;处理4在降低空粒数、增加结实率方面优势最佳。因此,炭基复合肥适宜在濮阳水稻种植区进一步推广应用。