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随着世界范围内的人口增长和社会发展,对建设用地的需求不断增大。传统的化学灌浆材料和化学固化剂,大多含有有毒化学物质,常常对环境造成不良影响。研究一种新型环保的土壤加固方法就变得十分迫切。微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)是一种在自然界中广泛存在的生物矿化过程,机理简单,快速,环境耐受性好。将这一技术用于土壤加固,将会带来巨大的环境效益和经济效益。本文主要开展了巴氏芽孢杆菌(Sporosarcina pasteurii)催化尿素水解进行MICP固化土壤效果和影响因素研究,为这一技术的实际应用提供基础数据和科学依据。主要研究内容和成果为:45号钢板
(1)巴氏芽孢杆菌的培养和脲酶活性研究。在1%(V/V)接种量,200rpm连续培养时,巴氏芽孢杆菌的适宜培养条件为30℃,pH8~9,时间为38~40h,适宜保存条件为4℃,至少可以保存30d。(2)尿素水解MICP过程及影响因素研究。增大菌液(或脲酶)浓度,可以加快尿素水解过程。尿素浓度小于1.6M时,增加其浓度,可以提高细菌脲酶活性,而高浓度CaCl2对脲酶有明显的抑制作用。提高CaCl2和尿素浓度(小于1.5M)可以提高CaCO3生成量。pH为6~9时,对脲酶活性影响很小;高温(超过30°C)对脲酶活性有明显促进作用。(3)使用由土工布制作的全接触柔性模具和完全混合反应器进行实验研究,大大提高了样品的固化效果和均匀性。(4)细菌和人工提取脲酶MICP固化土壤的研究。增大细菌(或脲酶)浓度、粘结液浓度、反应时间都可以提高固化样品抗压强度和CaCO3生成量。砂土粒径对固化效果有很大影响,标准砂D50=0.46mm固化效果优于密西西比砂D50=0.33mm。MICP固化样品具有较好的水稳定性和热稳定性。在初始脲酶活性相近时,人工提取脲酶MICP固化效果不如细菌,脲酶MICP固化土壤的效率也比较低,并且其成本较高。因此,巴氏芽孢杆菌比脲酶更适宜实际工程应用。45号钢板
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在我国有效耕地面积日益缩小,重金属污染土壤面积却逐年扩大的严峻形势下,为明确生物炭治理镉污染土壤的应用价值,以生物炭理化性质分析与镉吸附-解吸动力学行为研究为基础,通过在镉污染稻田土壤上开展秸秆直接粉碎和炭化两种还田方式的比较研究,探讨了生物炭施入后对土壤镉赋存形态的影响及其相互关系,系统分析了生物炭结合土壤因子对镉胁迫条件下水稻生理65锰冷轧钢板
、生化性状及镉吸收、分配、转运和积累的影响,以及不同还田方式与水稻品质及糙米镉含量的相互关系,以期为改良与修复重金属镉污染稻区土壤,消减农产品中可食用部位镉残留,并有效防止污染面继续扩散提供理论依据,研究结果表明:1.不同 热解温度(HTT)生物炭理化性质分析结果表明,随着HTT升高,生物炭产率从60%降低到34%,灰分含量从12%升高到33%,挥发分下降到原材料稻壳的四分之一,在HTT400℃之前pH值急剧增大,上升至9以后开始放缓。HTT达到500℃时,生物炭的阳离子交换量、比表面积显著提高,较原材料增幅分别达到41%和85%。微观外表面结构逐渐清晰、规则,疏松多孔的结构增多,以上变化有助于提高生物炭的吸附能力。2.根据不同HTT生物炭对镉的吸附-解吸动力学行为特征差异及平衡时 吸附、固持量与生物炭理化性质的关联分析,初步构建了适于生物炭的动力学拟合模型。
结果表明:(1)稻壳和3种不同HTT条件下制成的生物炭的吸附量均随着初始镉离子浓度的升高而增加,HTT500℃在0.5mg/L镉溶液浓度的吸附效果 ,达到99.55%,并且随着HTT的升高,生物炭在增加了吸附量同时也相对缩短了吸附进程;(2)解吸过程中,吸附态镉离子的解吸量随振荡时间的延长而不断增加,高热解温度制备的生物炭快到达解吸平衡,与Elovich方程拟合度 ;(3)能谱分析证实了生物炭对重金属镉离子存在吸附、固持作用,同时随HTT的升高,生物炭对镉离子的固持量增大,相对原子数量百分比值较原材料增幅达到3.4%;(4)通过相关分析表明生物炭酸碱度、阳离子交换量和比表面积对其固持镉离子能力有显著的正向作用。65锰冷轧钢板
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针对节水压采区水资源紧缺、种植结构不合理、灌溉定额较大等问题,提出了基于作物水分生产函数的多目标种植结构优化模型。以衡水市为例,以种植结构和灌水量为优化变量,以经济效益 和总灌溉水量小为优化目标,建立了多目标优化模型,通过改进的NSGA-II算法进行优化计算,45号冷轧钢板得出了不同灌溉水价水平下对应的种植结构和灌水量调整方案。结果表明,小麦种植面积比现状种植面积有所减少,玉米、花生等耗水量小的作物面积有所增加。通过优化,合理提高灌溉水价可促进高耗水作物种植面积的减少,扩大低耗水作物种植面积。
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我国分散经营的小农户生产方式和规模化生产的肥料工业之间的矛盾要求区域配肥在理论和技术上有新的突破。本文在明确了我国玉米、小麦和水稻施肥分区的基础上,通过大样本数据的整理与分析,研究我国玉米、小麦和水稻不同区域的磷肥和钾肥效应及其主要影响因素;基于磷肥恒量监控建立了大区域的磷肥技术指标;45号钢板
基于钾肥肥效反应建立了大区域的钾肥技术指标;并结合区域气候、栽培和土壤条件等特点制定我国玉米、小麦和水稻不同区域的肥料配方与施肥建议。 ,通过田间试验验证“大配方、小调整”区域配肥技术的农学和经济效应。取得的主要结果如下:(1)通过整理与分析2005-2010年在全国开展的7081、4232和9608个玉米、小麦和水稻田间肥效试验数据结果表明,玉米、小麦和水稻施磷增产效果显著,其中小麦施用磷肥的增产效果 (与不施磷处理相比,施磷下全国小麦的平均增产量为0.9t ha-1,增产率为18.8%,缺磷区相对产量为85.8%,磷肥的农学效率为8.8kg kg-1),玉米次之(与不施磷处理相比,施磷下全国玉米的平均增产量为1.1t ha-1,增产率为15.7%,缺磷区的相对产量为88.0%,磷肥的农学效率为12.4kg kg-1),水稻较低(与不施磷处理相比,施磷下全国水稻的平均增产量为0.8t ha-1,增产率为12.8%,缺磷区的相对产量为89.9%,磷肥的农学效率为13.1kg kg-1)。在玉米上,表现为东北春玉米区、西北春玉米区和西南玉米区的增产效果要高于华北夏玉米区;
在小麦上,表现为华北灌溉冬麦区的增产效果略低于其它区域;在水稻上,表现为东北单季稻区和长江流域单双季稻区的增产效果较好,江南华南单双季稻区和西南高原山地单季稻区的增产效果较差;长江流域中游单双季稻区的早稻施磷效果大于晚稻。作物的施磷效应一方面受到土壤磷状况的直接影响,随着土壤磷含量的增高,施磷的增产效应呈下降的趋势,另一方面受到不同生产体系和种植制度的影响,特别是温度和水份的影响。(2)通过整理与分析2005-2010年在全国开展的3124、3924和9490个玉米、小麦和水稻田间肥效试验结果表明,与不施钾处理相比,东北春玉米区、西北春玉米区、华北夏玉米区和西南玉米区玉米施钾的平均增产率分别为14.0%,4.3%,14.7%,19.4%;45号钢板
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