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农林剩余物综合利用的研究现状

2016-8-6 13:06| 发布者: wangziyi| 查看: 523| 评论: 0|原作者: zhangni|来自: [db:来源]

摘要: 0引言  农林剩余物就是指农业生产中留下的作物秸秆、叶子和皮壳等。作物秸秆是主要的剩余物,联合国环境规划署报道,世界上各种农作物秸秆每年可产约20亿t,我国每年农作物秸秆产量约7亿t. 2004年秸秆产量6. 48亿t ...

  0引言

  农林剩余物就是指农业生产中留下的作物秸秆、叶子和皮壳等。作物秸秆是主要的剩余物,联合国环境规划署报道,世界上各种农作物秸秆每年可产约20亿t,我国每年农作物秸秆产量约7亿t. 2004年秸秆产量6. 48亿t,农产品加工剩余物1.S亿t。粮食作物秸秆是我国的主要作物秸秆类型,稻草、玉米秸、麦秸依然是我国产量最高的3大作物秸秆。其中,棉秆占到全国秸秆总产量的6 . 24 % t。秸秆是一种宝贵资源,李新乐发现收获树干树皮、加倍采伐剩余物处理的杉木林生长最好。王同朝等研究发现:机械化全程覆盖可将自然降水的保蓄率由传统耕作法的25%-35%增至现在的50% - 60%,可提高土壤饱和导水率和蓄水能力。利用好林区剩余物不仅可节约木材,提高森林资源利用率,还可以增加企业经济效益,提供就业岗位,促进森林更新。大量秸秆剩余下来,不仅占用土地,影响新农村的形象建设,而且存在安全隐患,污染环境。宋湛谦介绍,我国生物质能资源丰富,农林剩余物每年产生20.29亿t,可用生物质仅为13. 24亿t。据统计,枝桠、伐根和枯立木等剩余物约占采伐量3 S %,枝桠所占比重最大,且利用价值也较高。

  改变传统生产模式,确立新观念,开发新技术,实现资源的综合性利用,加强秸秆饲料的研究;围绕秸秆能源化利用技术、秸秆化学品制造及应用技术、秸秆材料化技术、秸秆加工机械化技术综合开发研究。本文总结了国内外对农林剩余物的利用技术,概括介绍了国内生物质利用状况,并提出了展望。

  1我国对农林剩余物的利用

  我国的秸秆利用率约为33 % ,对农林剩余物的利用主要是秸秆还田、直燃发电、发酵制取生物油等。近年来,我国对农林剩余物进行了深度研究,并取得一定的进展。木质剩余物复合材料不仅具有良好的耐候性、耐腐蚀性、耐疲劳性,而且还可以减少各向异性,提高体积和形状的稳定性。农作物剩余物与煤粉混合燃烧有利于降低炉渣量并提高冶炼金属质量。 2011年,吉林省成立秸秆综合利用联盟,企业同科研单位和高校联盟,开展技术研发、成果转化、生产协作、担保融资、市场网络建设等方面的系统工作。吉林省国能辽源生物发电有限公司每年可消耗生物质燃料20万-20万t左右,生产电量2亿kW。吉林鼎基新能源开发有限公司对秸秆进行深开发,生产木糖醇、木质纸浆、酒精、可降解餐盒和生物质有机肥等,形成产业链。松原来禾化学有限公司能够生产优良特性的高纯度木质素和纤维素。

  2秸秆还田

  秸秆还田不仅节省土壤对碳、氮、磷、钾等元素的用量,还改善了土壤的理化性质,提高土壤的生产力;同时,还可减少了燃烧秸秆产生一氧化碳、二氧化碳等带来的污染环境的问题。资源的综合利用是任何产业有效发展的关键。面临耕地面积减少、土壤有机质下降、土壤结构板结、生产力降低和环境污染问题,有学者基于我国现状和循环农业概念,提出遵循减量化(Reduce)、再循环(Recycle )、再利用(Reuse)、可控制化(Regulating)的4 R原则。农作物秸秆全球每年生产20亿t,我国每年生产约6亿t。张静等通过田间随机区组设计试验,研究了玉米秸秆还田量对土质和小麦产量的影响。结果表明:在黄土高原灌溉地区,施加氮肥138kg/hm2。秸秆还田量为9 000 kg / h耐,能够增加土壤有机质,减少氮流失,提高土壤肥力,接茬冬小麦增产7.47%;将粉碎后的棉秆作为肥料,可减少施肥量20 %。马永良等研究秸秆还田后,在20cm以上的土壤容重比不还田的容重下降,增加了孔隙度,并为作物生长提供了较好的土壤环境。

  玉米秸秆直接还田-小麦秸秆高留茬还田模式使其土壤保水相对较好,减弱了季节性干旱造成的影响,保障了农业生产,提高了作物产量。玉米秸秆连续翻压的土壤有机质比清茬平均年增加0. 02%0. 039%,小麦、玉米秸秆还田后土壤微生物明显增加。许静等研究发现:坡耕地秸秆覆盖栽培秋马铃薯能减少土壤泥沙流失57. 1%-71.4%,能够抵御冬季的极端温度,还可以防止水分蒸发,提高保墒能力,增加土壤生物多样性。王海景等l研究发现:小麦秸秆体闲覆盖还田3-9年,土壤中的有机质含量增加0. 50-3.058/kg,全氮含量增加0. 02-0. 43 g /kg,速效钾含量增加13. 80-35. 80m8 /kg,土壤容重降低0 . 03 -0. 07 g / cm3;同比小麦秸秆复播覆盖还田,有机质含量增加1. 07-3.958/kg,全氮含量增加0. 020.0498/kg,速效钾含量增加10. 60-36. 79 mg /kg,土壤容重降低0. 03-0. 048/c亩。屈会娟等研究麦玉米秸秆还田对小麦的影响发现:小麦玉米秸秆连续全量还田小麦的小穗位结实粒数、小穗质量、小穗平均单粒质量均呈现二次曲线变化趋势,提高了小麦穗结实粒数和粒重。杨振兴等采用粉碎还田配秸秆腐熟剂对玉米增产效果显著,腐熟剂提高土壤中微生物数量、促进秸秆较快腐解,减轻和防止多量秸秆还田给作物生长带来的不利影响,同时可稳定提高土壤养分含量。王应等提出了适合于黄土高原地区推广农作物秸秆还田模式,通过玉米秸秆青贮、氨化、微贮、秸秆养畜过腹还田及秸秆覆盖还田、秸秆机械化直接还田等综合利用模式,进一步完善秸秆还田技术,得出了玉米秸秆深层覆盖还田技术适合本地区。结果表明:秸秆还田3年比未还田每公顷增产玉米525 kg,增产率7.2%;还田9年比未还田每公顷增产1215 kg,增产率16.5% 。

  秸秆经热解制成生物炭后在关中地区。关中地区的石灰性土壤条件下比秸秆物理粉碎直接还田具有更加稳定的特性,不仅具有在缓解全球气候变化、减少温室气体的排放方面发挥积极作用的潜力,而且在增加土壤稳定性碳库,改善土壤有机质含量方面具有很大的潜力。

  机械化秸秆还田影响着地上部作物的生长和发育,增加作物的有效光合面积,增加根条数、小麦的分孽数等,进而影响作物的干物质积累与分配,最终影响到产量和经济效益。研究发现:过量的秸秆还田会造成土壤中N,P元素的过度富集,引起土壤富营养化;秸秆腐化会吸收水分,影响种子发芽。有研究表明,将生物质热解成生物炭加入到土壤中,可以增加有机质的含量,并且在气候变化方面增汇减排、改善土壤质量方面增效迅速且稳定。

  3直燃发电

  生物质能是世界上最丰富的可再生能源;但是其利用却非常有限,目前仅有1%-3%的生物质能源被利用,占世界能源消耗总量的15 %。

  3. 1国外农林生物质发电现状

  生物质直燃发电产业在欧美等国发展很快,据统计,截至2004年,世界生物质发电装机己达3 900万kW,年发电量约2 000亿kW ,可替代7 000万t标准煤。瑞典和丹麦等欧洲国家己经把以生物质为燃料的小型热电联产作为主要的供热方式,并保持持续、稳定地增长。目前,向商业化推进的生物质能研究及应用减少了石油的消耗,不断增加工业产值。瑞典2006年提出到2020年告别石油的目标。丹麦的BWE公司开发的生物质直燃发电技术处于世界先进水平,同时还被联合国列为重点推广项目。在美国,利用生物质发电己经成为大量工业生产用电的选择,2002年具有9 733 W发电能力的生物质,己经成为非水利发电站生产电能的唯一的、最大的来源,并己被美国用于现存配电系统的基本发电量。芬兰、德国和奥地利都在积极推行建立生物质直燃发电联产厂。印度、巴西和东南亚等发展中国家也积极研发或者引进技术建设生物质直燃发电项目。

  3.2我国生物质发电技术

  生物质的分散性、季节性、高含水率和低能量密度使其收集、运输和存储成为规模化利用的难点。据统计,我国目前秸秆综合利用率达到70.6%。其中,作为燃料使用(含秸秆新型能源化工利用)的仅占到17 .8%。

  我国生物质直燃发电产业发展的主要技术问题是农林生物质燃烧锅炉及高效燃烧技术。生物质直燃技术可以有效解决农林剩余物堆放、燃烧带来的污染和安全问题。我国生物质发电中,蔗渣占主要地位,占总发电装机容量的85 %;但是由于锅炉容量小,采用中压技术,所以效率较低。与风光发电相比,生物质发电不具有波动性和间歇性,更稳定、安全。张莉等利用林间剩余物直接燃烧来加热蒸汽炉内的水,产生蒸汽推动汽轮机转动进而带动发电机发电,并发现汽轮机转速与锅炉压力、充电电压与汽轮机转速、充电电流与汽轮机转速都呈线性关系。那贵森结合东北三省玉米种植面积情况,研究出建设50MW(2 x25MW)装机容量的玉米秸秆燃料发电厂,发电量达到100亿kW,节约煤炭400万t多。另外,农作物剩余物中硫磷元素含量比化石燃料低,且秸秆中的含碳量约占40 %,同煤粉一样具有燃料价值。与煤粉混合燃烧有利于降低炉渣量并提高冶炼金属质量。

  结语

  农林剩余物是一种宝贵的资源,但是利用率很低,技术没有广泛推广,粗放式是目前主要的利用方式。其综合利用技术落后,没有规模或规模小,多作为肥料、饲料和燃料,没有其他突破,粉碎还田和秸秆饲料依然占主导。对于秸秆,利用率低,秸秆还田、秸秆肥料技术没有广泛地推广和应用,缺乏秸秆转化技术,未曾培育优良的作物秸秆品种;林间木材利用空间小,因收集、运输困难,阻碍了林业剩余物的发展。因此,应争取政府大力支持,还要同企业、科研院所及各高校联合起来,实现政策上引导鼓励、技术上支持、应用上稳定、市场上繁荣等一系列措施。


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