我国农业农村减排固碳标准现状与体系构建

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。

我国蔬菜废弃物利用研究进展

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。

双金属催化剂在生物质焦油催化蒸汽重整领域的研究进展

综述了双金属催化剂在生物质焦油及其模型化合物催化蒸汽重整领域的研究现状,梳理了常用双金属催化剂的类型及不同催化剂催化焦油重整的性能,总结了影响双金属催化剂性能的主要因素,探讨了焦油催化重整的反应机理,并阐释了催化剂失活-再生反应机制。文中指出:双金属催化剂丰富的活性位点和双金属之间的协同作用促进了催化剂性能的提升,双金属活性相和载体之间适宜的相互作用增强了催化剂的稳定性;双金属催化剂在焦油蒸汽重整方面具有潜在的应用前景。目前双金属催化剂的活性、稳定性仍然无法满足焦油催化重整的产业化应用需求。下一步需开发催化剂的精准调控技术,深入阐释其催化反应机理,为焦油催化蒸汽重整产业化发展提供技术指导。

水热炭强化秸秆厌氧发酵产甲烷效能及作用机制

以玉米秸秆和水稻秸秆为原料在不同温度下制备水热炭,观察原料种类与制备温度对水热炭理化特性的影响并进一步探究水热炭添加对秸秆厌氧发酵产甲烷的强化作用.研究发现,相同温度条件下,玉米秸秆的碳化程度较棉花秸秆更高;同一原料制备的水热炭,表面O-H、C-O含氧官能团丰度随温度升高而降低,但高温有利于材料碳化程度、表面孔隙复杂度的提高与表面碳微球构筑.将不同水热炭分别添加到秸秆厌氧消化系统中,发现水热炭对秸秆厌氧消化产甲烷具有明显强化效果.其中,Y1对秸秆厌氧发酵产甲烷强化效果最佳,累积甲烷产量与最大产甲烷速率较对照组分别提高13.74%与12.06%,发酵过程中VFA降解速度较对照组明显加快且体系应对pH值变化的稳定性增强.微生物群落结构研究发现水热炭添加使秸秆厌氧发酵体系中Firmicutes、Synergistota等产酸功能菌与Methanosarcina、Methanospirillum等氢营养型产甲烷菌得到富集,这可能与水热炭表面丰富的含氧官能团有关.

秸秆热解多联产技术的温室气体减排效益货币化评估

生物质能是全球公认的具有零碳属性的可再生能源,但其碳减排效益尚未有效体现。本研究基于全生命周期评价(LCA)方法,结合经济效益评价方法与环境影响货币化方法,构建秸秆热解多联产技术的温室气体减排效益货币化评价模型(EGE),以秸秆收集、离田储运、热解转化和产物利用全链条为边界,探究不同热解多联产技术在不同生产规模下的经济环境综合效益。结果表明:外加热热解炭气联产技术在规模化应用中的经济效益最好,年处理秸秆0.5×10^(4)~10×10^(4)t生产规模下,每消耗1t秸秆可减少1.01~1.07tCO_(2)eq。温室气体减排效益可显著提升秸秆热解多联产技术工程的经济效益,每消耗1t秸秆可增加57.5~103.1元效益,使秸秆热解多联产技术工程收益率提升1.6~14.0个百分点。预计2030年、2060年秸秆利用潜力分别达1.24×10^(8)t和1.67×10^(8)t,秸秆热解多联产技术的减排收益可达1.0×10^(10)~3.7×10_(10)元。本研究结果为实现双碳目标背景下生物质能产业发展提供技术支撑。

基于CO2排放量检测的秸秆腐解动态监测系统研究

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R2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R2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。

微藻生物肥施用对“土壤-作物”系统的影响及修复作用

我国是农业大国,长期大量使用化肥不仅造成资源浪费,还导致土壤质量下降、作物减产、污染加剧等问题,甚至危害人类公共健康。微藻生物肥因其原料广泛、营养元素丰富、含有活性物质等优点而成为了一种具有潜力的新型功能肥料。采用文献调研的方法,对微藻生物肥的制备形态、配方,以及其在“土壤-作物”系统和土壤污染修复方面的作用进行了综述。结果表明,藻肥以液体制备型为主,混合型藻肥的效果要优于单一藻肥;微藻可以通过自身的光合作用和固氮、固碳作用增加土壤的养分含量,并通过自身的细胞活性和代谢产生的活性物质刺激作物发芽、生长以及对养分的吸收,提升农产品产量和品质;最重要的是,微藻可以增加土壤酶活和微生物活性,从而改善土壤微生态,修复土壤荒漠化和酸碱化,降低土壤污染物含量。最后,对如何优选藻种、更大地发挥微藻在农业中的降碳固氮作用做出展望,以期为微藻生物肥的农业应用提供有益参考。

Si@Al吸附剂制备及其对水体中镉和铅的吸附性能

为制备一种成本低、效率高,且能去除水中镉(Cd)和铅(Pb)的吸附剂,电絮凝沉淀废弃物与硅酸钠以质量比4∶1混合,在200℃下烘干2 h,制备出Si@Al吸附剂。吸附剂表征和污染物吸附实验结果表明:Si@Al吸附剂呈现颗粒均匀、层次分明、疏松多孔样貌,内部结构呈散射无晶体结构。Cd的最佳吸附条件:初始浓度15 mg/L、吸附剂用量3.0 g/L、反应时间10 min、pH=4.5,去除率最高可达95.26%;Pb的最佳吸附条件:初始浓度40 mg/L、吸附剂用量1.0g/L、反应时间30 min、pH=8.5,去除率最高可达99.95%。吸附剂对Pb的吸附是以单层均质为主的化学吸附行为,而对Cd的吸附是以多层非均质为主的化学吸附行为;对两者的吸附机理包括络合作用、离子交换、表面沉积和静电吸引作用。

生物炭负载蒽醌-2-磺酸钠对厌氧消化的影响

为提高厌氧消化系统的降解效率,以生物炭(BC)为载体负载蒽醌-2-磺酸钠(AQS),制备复合材料BC/AQS并应用于厌氧消化系统.在中温条件(35℃)下开展批式厌氧消化试验,探究BC/AQS对玉米秸秆厌氧消化的影响.结果表明,当AQS浸渍浓度为1mmol/L时,BC/AQS强化厌氧消化的产甲烷效率最高,此时最大产甲烷速率Rmax达到10.64mL/(d·g),最大累积甲烷产量Pmax达到240.41mL/g,单位挥发性固体(VS)累积产甲烷量分别比空白对照组和添加BC的试验组提高20.60%和12.11%(P<0.05).产甲烷古菌中甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)和甲烷泡菌属(Methanofollis)得到富集.此外,BC/AQS在发酵前期促进了挥发性脂肪酸(VFA)的生成,使总VFA浓度在第10d比对照组提高了7.73%~18.54%;在中后期促进了VFA的降解,其中BC/AQS-1mmol/L使总VFA浓度下降77.43%,降幅最大.BC/AQS提高了水解产酸菌群Ruminofilibacter、Proteiniphilum、Fermentimonas和不动杆菌属(Acinetobacter)的丰度.

秸秆高值利用合成中链脂肪酸研究进展

秸秆是我国主要农业废弃物之一,经资源化处理可生产沼气、有机肥、饲料等,但产品附加值不高。近年来,一种基于碳链延长(chain elongation,CE)的厌氧发酵技术可生产中链脂肪酸(medium-chain fatty acids,MCFAs),显著提高了产品附加值,为秸秆综合利用提供了新思路。秸秆通过生物和热化学转化途径为CE合成MCFAs提供适宜底物,通过工艺调控实现MCFAs定向生产,目前基于生物和热化学转化过程发酵液中的己酸含量约10和2 g·L-1·d-1,同步提取可达到57.4 g·L-1·d-1。以秸秆高效转化合成MCFAs为视角,分析了其典型转化路径及功能微生物代谢特征,总结了电子供体和电子受体调控特性、影响CE效率的重要因素和强化手段,归纳了可行性应用工艺,并对应用及提高秸秆转化产品附加值提出建议,为实现秸秆高值利用提供技术支撑。

移动式玉米秸秆热解炭化原位还田设备研究

针对目前秸秆炭化还田主要以异位为主,移动式热解设备结构复杂,难以实现秸秆田间炭化还田等问题,基于秸秆内热式低氧炭化原理,建立自供热反应系统,研制热解炭化反应器和热解气清洁燃烧室等关键部件,集成秸秆捡拾收集、粉碎输送、烟气回用烘焙、生物炭原位还田技术,研发移动式热解炭化原位还田设备。样机试制后,进行了静态调试试验,结果表明:该设备原料处理量为50 kg/h,炭得率为21%,系统能量利用率74.6%;排放烟气中NOx质量浓度为184 mg/m^(3),SO_(2)质量浓度为26 mg/m^(3),颗粒物质量浓度为17.8 mg/m^(3),达到烟气排放要求;生物炭中总碳、固定碳及金属元素含量符合DB21/T 3314—2020《生物炭直接还田技术规程》中的Ⅰ级生物炭要求。该设备能够实现低碳排放、炭化能源自给、田间作业等功能,为秸秆还田提供支撑平台。

水热炭特性及强化厌氧发酵潜力研究进展

厌氧发酵技术可以对作物秸秆,畜禽粪便,市政污泥等有机废弃物进行清洁转化,生成的沼气,沼渣和沼液在能源,农业,环保等领域有极大的应用价值.但目前厌氧发酵技术仍存在停滞期长,发酵过程中微生物活性受氨氮和有机酸等代谢产物与微塑料,酚类等有毒物质抑制,沼气中甲烷含量低等问题.水热炭是生物质在高温密闭环境以及亚临界水的作用下发生热化学反应得到的固体产物,具有丰富的孔隙结构和表面含氧官能团,是一种新兴的多功能炭基材料.厌氧发酵体系中适量添加水热炭能够有效缩短停滞期,缓解不同物质的抑制效应,促进微生物种间电子传递,增强甲烷生成等,具有综合的强化效果.对水热炭理化特性以及水热炭强化厌氧发酵的作用方式与机理进行了解,有利于进一步开展水热炭强化厌氧发酵以及农业废弃物高效厌氧处理的研究与应用.

木质纤维类废弃物定向生物转化乳酸、乙酸研究进展

依托厌氧发酵技术处理秸秆和牛粪等木质纤维类废弃物,是资源循环利用的重要方式之一。乳酸和乙酸是厌氧发酵的重要中间产物,是生产沼气、中链脂肪酸等能源化工产品的重要前体物质,但定向生物转化协同生产效率不高、对木质纤维类废弃物协同产乳酸、乙酸机制等问题有待深入探索。本文基于对产酸代谢途径机理的分析,梳理了同步发酵和分步发酵协同产乳酸、乙酸特性,归纳了影响生物转化产酸效率的关键因素,发现在较高含固率15%~20%、接种20%~40%的活性物质和适宜的过程参数[pH为5.0左右、中温和有机负荷5~10kgVS/(m^(3)·d)]下,木质纤维类废弃物具有良好的协同产酸效果。进一步探明物化和生物强化耦合手段对木质纤维素降解和目标产物的促进效应,为开发生物转化乳酸、乙酸协同生产关键技术以及促进秸秆等木质纤维类废弃物高值转化利用提供理论依据。

干法厌氧发酵装备同步升温发酵及微生态网络研究

干法厌氧发酵是提高农业农村废弃物处理效率及资源高效循环的重要技术之一。先前围绕该技术产甲烷效率低、传质传热不均匀等问题,提出了微好氧同步预升温干发酵技术,设计了配套装备,开展了小试和中试试验,产甲烷效率得到改善。为进一步提高放大装备的实际应用质量,在对发酵装置密封、进出料、喷淋循环系统等关键部件优化的基础上,探明了最优曝气量及实际应用中微好氧预升温阶段物质转化特性,揭示了微生物生态网络关系,评价了实际运行效果。结果表明:对关键部件的优化显著提升装备运行稳定性,微好氧同步预升温阶段最优曝气量为10 L/min,容积产气率达到1.20 m^(3)/(m 3·d)。物料在第40小时升温至42℃,曝气组各层物料温度较未曝气组均提高45.54%、32.46%和52.06%。同步预升温促进了物料各层纤维素和半纤维素的降解,提高了酸化效率,有机酸质量浓度分别提高59.83%、50.69%和20.85%,物料产气潜力提高34.9%。探明了微生物网络关系以及与发酵环境因子变化的相关性,发现微好氧预升温阶段具有协同作用的功能微生物SBR1031、Synergistales和Gaiellales,丰度提高57.67%、15.88%和68.59%。

黄淮海地区蔬菜尾菜产生系数测算及资源台账构建研究

针对蔬菜尾菜存在的资源底数不清、利用方向不明等问题,探索建立科学规范的蔬菜尾菜产生系数测算方法,明确系数推荐值范围,并以北京市昌平区为例构建了蔬菜尾菜资源台账。研究表明:黄淮海地区典型蔬菜尾菜的产生系数在0.9%~10.7%之间,可收集系数在0.22~0.93之间,收获时的含水率均在80%以上,不同蔬菜尾菜的产生系数、可收集系数、含水率存在很大差异;与以藤蔓为主的瓜果类、豆类、茄果类尾菜相比,叶菜类尾菜的收集难度更大。2021年北京市昌平区尾菜理论资源量为1.48万t(鲜质量),可收集量为1.12万t,尾菜综合利用率约为55.39%,市场化主体利用占比超过90%,直接还田量约为8%,农户分散利用量仅占不到2%;利用途径基本为肥料化利用,占比高达99.69%。综上,我国蔬菜尾菜离田利用方式以肥料化为主,整体资源化利用水平仍较低。

不同成熟期玉米秸秆特性分析及利用潜力评价

为深入探究不同成熟期玉米秸秆组成特性之间的关联性以及生长时间对不同秸秆资源化利用潜力的影响,以3个不同成熟期,生长时间分别为110~116、116~122、122~132 d的玉米秸秆为原料,系统分析14个指标特性(纤维素、半纤维素、木质素、可溶性糖、粗蛋白、C、H、O、N、S、灰分、挥发分、固定碳、低位发热量),采用主成分分析法对3种利用路径进行综合评价。结果表明,在玉米植株生长时间为110~132 d的整个成熟阶段,秸秆的纤维素、半纤维素和低位发热量显著升高,升幅分别为7.6%、14.0%和2.8%,粗蛋白、可溶性糖、N、S和固定碳显著降低,降幅分别为19.8%、96.7%、18.9%、73.8%和3.1%,木质素、C、H、O、挥发分和灰分无显著差异;玉米秸秆利用潜力综合评价结果表明玉米秸秆营养养分利用适宜采收时期为乳熟期,生物化学转化利用适宜采收时期为蜡熟期,燃烧利用适宜采收时期为完熟期。

土壤-蔬菜系统中抗生素耐药基因污染研究进展与展望

作为一种新兴的环境污染物,抗生素耐药基因(ARGs)的广泛存在带来了一系列的环境和人类健康问题.畜禽粪污被认为是ARGs重要的储存库,其资源化利用存在潜在环境风险.土壤-蔬菜系统是农业生产中的核心环节,也是人类与环境进行交流互通的重要途径,畜禽粪污在农业生产中的资源化利用导致ARGs在土壤-蔬菜系统中增殖和传播.土壤-蔬菜系统中的ARGs可能会通过食物链被人类摄取,进而对人类健康造成威胁.因此,在简要论述土壤-蔬菜系统中ARGs来源及危害的基础上,聚焦土壤-蔬菜系统中ARGs的环境行为,梳理总结了土壤-蔬菜系统中ARGs的赋存特征、迁移规律及关键影响因素,并提出适宜于土壤-蔬菜系统中ARGs污染防控的建议及展望,以期为我国的农业绿色发展提供理论支撑.

基于文献计量的蚯蚓研究态势与热点分析

为了解国内外蚯蚓领域研究现状、热点及未来发展趋势,采用文献计量学方法,以“蚯蚓”为关键词,检索Web of Science数据库和CNKI数据库中2012—2022年发表的相关文献,并利用CiteSpace软件对获得的文献进行信息挖掘和整理,探究文献数量的演变、核心研究作者和研究机构的分布,分析重要关键词频次和中心性,并在关键词聚类的基础上,进一步对关键词进行突现分析,从时间维度分析该研究领域的演进历程和发展特征。结果表明:1)从蚯蚓研究的总体趋势上看,研究领域英文文献贡献量较大;国际上蚯蚓研究呈快速发展态势,研究热度不断上升;国内相关研究较为稳定。从合作机构上看,中国科学院承担着大量的研究工作,研究成果在世界范围内影响较大。2)已有蚯蚓研究内容较为全面,研究框架与体系也逐步完善;中文文献和英文文献研究方向和热点呈现了不一样的历程,但都很注重蚯蚓堆肥和生态毒理学研究。3)蚯蚓研究热点不断演变、创新;蚯蚓研究热点前期主要围绕对动植物的生长品质影响、蚯蚓堆肥、生态毒理学等方面的基础研究。该领域未来研究热点将转向更深层次的群落结构、肠道微生物等方面的微观研究。