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所谓“森林碳汇”是指森林植物通过光合作用将大气中的二氧化碳吸收并固定在植被与土壤当中,从而减少大气中二氧化碳浓度的过程。森林碳汇仅仅是指固定了空气中的二氧化碳,而林业碳汇则用了森林的碳汇功能,通过植树造林和森林的经营管理来达到减少空气中的二氧化碳的目的,并且按造相关的规则进行交易的过程和机制,简单的说,林业碳汇就是产生二氧化碳排放的企业或者个人通过一定的机构购买自己的减排量,购买机构用所得去植树造林,通过森林碳汇功能达到减排二氧化碳的效果,为减少温室气体作出贡献,森林碳汇体现的是森林的自然属性,林业碳汇是利用森林的自然属性达到社会属性。
在接受本刊记者采访时,北京园林绿化国际合作项目办公室主任王小平提到:“政府正在鼓励更多的企业购买碳汇。林业碳汇的提出将林业的生态效益变成了一种可以看得见、摸得着的生态产品。尤其是现在北京正在举办奥运会,碳汇在北京的发展不仅会成为北京绿色奥运的宝贵遗产,还会增加大家对北京环境意识的认识。”
丰富“绿色奥运”内涵
据了解,2006年都灵冬奥会期间,参加奥运会的运动员全部购买了自己的碳排放,由此,都灵成为第一个零排放奥运会。据王小平介绍,目前北京也正在和奥组委接洽,利用北京奥运的契机,促进参加奥运会的运动员以及官员自愿购买自己的碳排放。随着环境问题日益严重,全世界风起云涌的“自愿减排”潮流使这种方式已经成为国际社会中一种通用的减排方式。
王小平告诉记者,为了迎接北京奥运会的到来,北京市林业局在这方面已经做了相关的工作。比如已经设定了生态林的监测站,2006年启动了北京山区森林健康经营关键技术研究与示范,研究如何通过森林的经营来达到碳汇的效果,提高森林的碳汇能力。今年3月北京启动了大型公交车的行动,今年4月,北京市利用绿色奥运的契机启动了两个项目:房山的林业碳汇项目和八达岭的个人造林项目,其中房山项目是第一个以林业碳汇为目的的造林项目??这一系列活动的举办丰富了绿色奥运的内涵。
事实上,近年来北京市已经开始积极采取措施,减少碳排放应对气候变暖。作为目前国际公认的削减碳排放最经济有效的替代手段――通过造林、再造林等林业碳汇措施减少大气中CO2浓度,已经引起北京市各级政府和社会各界的广泛关注,对北京来说最有效的途径也是利用森林固碳来达到减排。
王小平提到,全国森林植被的平均碳密度为49吨/公顷,北京为22.5吨/公顷,不到全国平均水平的50%,这个数字说明北京具有巨大的碳汇服务市场潜力。此外,北京可以用来碳汇造林的面积为4.6万公顷,随着碳汇造林的不断增加,生态涵养区的生态效益将达到800亿元。
在采访中,王小平呼吁广大企业和个人参加到碳汇造林的活动中来,据王小平介绍,北京市正式启动的中国绿色碳基金中石油北京市房山区碳汇造林项目,就是中石油通过中国绿色基金会购买的碳汇项目,项目共造林6000亩。项目建成后不仅可以使项目区的植物种类和生物多样性显著增加,使林地涵养水源、水土保持和防风固沙的功能显著增强,还可以改善当地的生态环境,缓解了燕山石化带来的污染问题,增加二氧化碳等温室气体的吸收和氧气的排放量。与房山碳汇造林同时启动的还有来全国首批个人出资的碳汇造林项目――八达岭林场碳汇造林。从今年春天开始,八达岭林场在碳补偿资金的持续支持下营造以白皮松、栓皮栎、元宝枫等为主的碳汇示范林。根据专家计算,每出资1000元将获得5.6吨碳汇。
除了开展造林活动,王小平告诉记者,北京市还进一步推进鼓励市民在机动车使用中实现碳中和。据悉,目前,北京市机动车的数量已经突破了300万辆,并且正在以每天1500辆的速度增长,到奥运会之前,北京的机动车数量将达到325万辆左右。如按每车每年1.5-2.1万公里行驶里程计算,其排放量约5-7吨二氧化碳。据专家测算,平均出资1000元在京开展碳汇造林并使其生长20年,即可抵消一辆车的碳排放,从而实现车辆使用碳中和。当前,中国绿色碳基金开展的购买碳汇、赠送“绿色车贴”活动已经启动,围绕这些活动,不少车辆拥有者积极购买碳汇,实现碳中和,为绿色奥运贡献一己之力。
“目前相关政府部门正在大力进行碳汇知识的宣传,多渠道发放碳汇宣传资料,在一些公共场所或运动员驻地也设立宣传站和捐款箱,希望奥运期间境内外来京参加奥运的人士多多出资购买碳汇以抵消个人旅行及参会所排放的二氧化碳,兑现绿色奥运承诺,丰富“绿色奥运”内涵。”王小平告诉记者。
以市场化手段推进林业碳汇
一度被媒体热炒的北京环境交易所随着奥运临近将于近期正式推出。北京将以此搭建全国性的环境权益交易平台,并在适当条件下用市场方式推进碳交易。
“成立碳交易所,意味着中国企业也有减排义务。而目前碳交易还停留在企业之间,或者是企业与基金之间。”业内人士指出。王小平进一步指出,北京在这方面的探索已经先行一步,比如北京正在进行筹建的碳基金,这是处于奥运期间减少二氧化碳排放的绿色奥运需要。“清洁发展机制”(CDM)也在进行相关工作。
“北京产权交易所建立环境交易中心,对森林碳汇和减排有很重要的意义。”王小平提到,北京市正在积极推进碳汇交易,比如,将要成立一个专门的林业碳汇管理办公室,这个办公室对林业碳汇进行管理,进一步促进北京城乡一体化,促进北京对于生态涵养区的补偿功能。林业碳汇的发展首先可以在北京各区域之间进行交易:比如怀柔和朝阳。怀柔的区位环境有利于大力发展森林碳汇,而朝阳经济比较发达,林业不发达,可以在朝阳和怀柔之间实现碳中和。朝阳享受了怀柔的碳汇,就应该为这种享受出资,可以由政府来买单。王小平认为,目前在相关机制和体制都不健全的情况下,应该由政府主导来推动林业碳汇的发展,而且这种发展是需要一个过程的。
王小平进而提到,在对国内外有关森林碳汇管理、监测和评估体系进行充分调研的基础上,应该根据北京目前森林经营管理的实际情况,借鉴国际先进经验,探索企业与园林绿化部门在森林固碳方面的合作摸式,商讨制定相应的激励机制,降低碳交易成本,增加碳汇产品的有效需求,提高经济效益,全面构建碳交易管理政策体系,形成良性运作机制。同时,应该研究建立适宜北京地区的、一致有效的、先进的和具有国际可比性的碳汇生产、计量、监测和评估的方法学体系,开发制定相应的对森林碳汇进行科学管理的方法和模式。这套体系可作为政府评价碳中和的一个依据,真正实现政府主导下双方的一个共赢机制。
伴随着中国经济的飞速发展,环境污染已经成为中国经济发展进程中的重要问题。目前,中国已经成为第一大二氧化碳排放国。为了应对全球气候问题,中国政府已经把降低碳排放强度纳入到经济社会未来发展的主要目标中。中国粗放方式经济模式尤其是产业结构的不合理使得在经济发展进程中国将会面临更加严峻的环境问题。因此,低碳转型是中国对全球气候变暖、解决能源环境约束的重要途径。金融作为现代经济的核心,在低碳发展与产业结构调整过程中将起到重要的支持作用。因此,厘清我国金融发展、产业结构调整与碳排放的作用路径有助于更好地发挥金融发展对低碳经济的促进作用。
二、文献综述
近几十年来,金融发展、产业结构调整与碳排放之间的关系开始引起学者的关注。首先,金融发展便利了消费者信贷活动,促使家庭能耗品需求增加;对于生产部门,金融发展为企业提供了融资便利,促使其扩大生产规模,导致碳排放增加(Sadorsky,2010)。其次,金融发展吸引大量FDI流入,促进研发投入增加,导致碳排放动态变化。另一方面,金融市场通过降低风险和融资成本,促进企业技术创新、引进先进技术,为环保项目提供融资,减少碳排放(Tamazian和BhaskaraRao,2010)。此外,产业结构调整是平衡经济发展和碳减排的重要途径,产业结构变动直接决定碳排放。陈兆荣(2011)研究发现产业结构高级化能减少碳排放量。金融市场作为资源配置部门,能够通过提高资金供给水平、资源配置效率促进产业结构优化调整。王定祥等(2013)研究发现中国金融结构、金融效率促进产业结构优化,而金融规模抑制了产业结构优化。
综上所述,金融发展、产业结构均对碳排放具有重要影响,同时在产业结构调整过程中金融发展也起到重要的支持作用。但已有文献主要是集中于金融发展、产业结构调整、碳排放两两之间的关系研究。本文基于低碳转型背景,从产业结构调整优化角度来研究金融发展影响碳排放的作用路径,探讨金融发展在直接影响碳排放的同时,是否存在通过产业结构调整间接影响碳排放的中介效应。
三、实证分析
(一)模型与方法
本文引入产业结构调整中介变量,采用中介传导模型分析金融发展对碳排放的直接和间接效应,模型如下:
其中,C代表各省碳排放水平,用人均碳排放表示;FD表示各省金融发展水平,用金融发展规模(FIR=金融机构存贷款余额/ GDP)和金融发展水平(FL=金融机构贷款余额/GDP)表示;IS为各省产业结构调整,用第二产业占GDP比重(SI)和第三产业占GDP比重(TI)表示。根据温忠麟等(2004)提出的中介效应检验程序检验各变量之间的中介效应:模型(1)检验碳排放与金融发展的关系,c是FD对C的总效应,若显著则进一步检验模型(2)和(3),若不显著,则停止检验;模型(2)检验金融发展对产业结构调整的影响,模型(3)检验金融发展与产业结构调整对碳排放的共同影响,如果a、b都显著,则进行第三步检验,如果a、b至少一个不显著,则进行Sobel检验;第三步:c’是FD对C的直接效应,若不显著,则是完全中介效应,若c’显著,则是部分中介效应。此外,ab是通过中介变量IS的间接效应,即中介效应。
(二)实证结果分析
农业是国民经济的基础产业。以低碳经济为核心理念的现代循环农业十分强调优化集成与合理循环,其在生物再生产、经济再生产上具有多维立体结构和功能,在广度上讲究对资源的保护性开发;循环农业既把握物流、能流转换规律,适度延伸食物链,又按照经济增值规律,延伸产品加工、贮运、销售链条,达到多维经济增值。为此,要积极在实践基础上探索有益的发展模式。
一是立足于适量投入、立体种养、高效利用、固碳减排,构建资源节约型复合生态系统的生产模式。以福建省福清星源农牧公司的农牧有机结合高优农业模式为例,仅一个出栏1万头的养猪场,通过实施循环农业模式可节约牛粪成本约6万元,节约电费约17万元。
二是立足于优化环节、合理循环、减少废弃、防控污染,构建环境友好型循环利用系统的生产模式。以秸秆资源化循环利用模式为例,以草生菌优良菌株选育为重点,循环利用秸秆资源、充分利用废弃物,形成多途径开发模式,每667平方米栽培草生菌可增收100元,菌渣有机肥替代化肥量30%,减少稻草焚烧造成的环境污染。
三是立足于农林复合、农牧配套、合理调控、促碳中和,构建固碳增汇型优化调控系统的生产模式。以林下经济模式为例,在郁蔽的林下养鹅,每667平方米可养500只,每年可养3茬,出栏1 500只,年纯收入在1.2万元以上;在林下栽培草菇,原料成本低(可以循环利用),种草菇后的培养基废料可作林地肥料,促进林木生长。
四是立足于发挥功能、优势互补、统筹集成、和谐发展,构建生态文明型统筹协调系统的生产模式。绿色家园建设,可以提高农民生活质量,减少温室气体排放,促进农业增效增收。例如建造一个8立方米的沼气池,每年可节柴2 000千克以上,相当于0.23公顷薪炭林或0.4公顷林地的年产林木蓄积量。
五是立足于技术密集、高效循环、科技创新、产业升级,构建科技示范型高效循环农业的园区模式。
随着社会经济的不断发展和广大人民生活品质的不断提高,生态学原理及可持续发展的理念在城市规划界越来越受到重视——提倡优化城市生态环境、提升城市生态品质、进一步提高城市风景园林建设的生态效益、增强城市可持续发展的生态承载力等原则,已成为我国城市建设发展的出发点和落脚点之一。由此可见,现代城市风景园林建设的不可或缺性与能源短缺的社会现实,已经成为一组亟待调和的矛盾。随着“低碳经济”概念应运而生的低碳理念,为解决这组矛盾带来了曙光。低碳风景园林营造有望成为建设生态良好、可持续发展的现代城市环境的新方法和有效途径之一。
2.低碳风景园林营造的功能特点
2.1降低风景园林建设中的能源消耗:在我国城市化迅猛发展的同时,风景园林建设领域(特别是城市中的风景园林)的高能耗现象越来越突出,它们贯穿在从园林材料的生产到园林的施工以及后期运行、拆除、更新等各个阶段。低碳风景园林营造可望从操作层面上切实降低能源消耗。
(1)通过本地或就近选择材料,可大幅度降低材料在交通运输中的碳排放,由此带来总体能源消耗的减少;(2)通过选择“低碳”材料替代“高碳”材料来减少风景园林建设中的碳成本,例如减少钢材、玻璃、水泥的用量;(3)鼓励、促进可再生能源(太阳能、光能等)和低能耗、超低能耗技术及其产品在风景园林中的推广应用(例如采用太阳能光伏发电的路灯来照明等);(4)以规划设计手段合理延长园林的使用寿命,从而降低风景园林设计中的能源消耗总量。(5)拒绝仅仅为所谓景观效果而设计高耗能(如大面积的玻璃墙,易散热的薄墙体,不必要的大空间等)的建筑或构筑物。
2.2 提高风景园林营造和使用过程中的能源效率:现代风景园林建设中越来越多地运用采伐木材(特别是古树、大树)、新材料(包括水泥、钢材、玻璃等人工材料),并且随着频繁的城市更新,又会对“旧”的材料弃之不用、移除重建。而低碳风景园林营造则提倡对园林材料的可持续利用,通过寻求对已成型、已使用材料的改装、重构等创新设计措施,使越来越多的园林材料得以循环再利用。各种园林材料在工程前、工程中和工程后的多次利用无形中就可以提高其所包含能源的利用效率,从而实现风景园林建设的可持续发展。
2.3 增强风景园林的碳汇功能,改善生态环境质量:充分发挥绿色植物的碳汇功能,将大气中的温室气体(二氧化碳为主)储存于植物根际或土壤中——积极扩大碳汇,是成本较低的减碳途径之一。据测算,每公顷阔叶林每年大约吸收360t 碳当量、每公顷针叶林每年大约吸收930kg 碳当量、每公顷草坪每年大约吸收870kg 碳当量,林木每生长1m2,平均吸收1.83t 二氧化碳。由此看来,植树造林、保护湿地、集约利用土地、提高城市绿化率,实际上就是在固碳减碳。低碳风景园林营造提倡充分利用绿色植物的碳汇功能,具体体现在多建生态景观,少建大面积硬地广场和草坪广场,限建高耗电的人工瀑布、喷泉,多营造有利于户外健身、增氧、减少热岛效应的林荫地等,并保留自然山体、河湖水景等在城区的原始位置,借此方法增强城市园林景观的碳汇能力,有效改善城市生态环境质量。
3. 低碳园林植物景观设计方法
3.1园林植物的绿量:植物的绿量是指所有生长植物中茎叶所占据的空间体积,是三维绿色生物量的简称[1]。植物的叶面积是植物产生环境效益的主体,绿色植物产生的一系列环境效益主要来源于植物的光合作用和呼吸作用,植物的固碳作用也不例外,这两种作用过程通过绿色叶面积与阳光和周围环境产生交流和作用完成,估算植物的环境效益值,就应以其绿量为标准。因此,若暂且不论具体的植物种类,植物的绿量在相当程度上决定了植物固碳能力的高下。本文从植物群落的结构、单株植物的叶面积指数以及其郁闭度三方面来探讨植物的绿量对其固碳作用的影响。
3.1.1植物群落的结构研究表明,随着植物群落层次的增多,固碳率明显增加:多层林>复层林>单层林。因此,推荐在城市园林绿化中多运用乔灌草结合的多层植物群落结构。
3.1.2叶面积指数植物的叶面积指数越大,单位面积绿地的叶片面积越大,固碳释氧量就越大。
3.1.3郁闭度城市园林植物的固碳率随着郁闭度等级的提高而增加。建议增加或选择郁闭度高的树种,并且加强养护管理,使植物能够提高其郁闭度。
3.2园林植物的种类
3.2.1固碳能力高的园林植物种类根据前人的测量数据发现,某些植物种类在固碳能力方面有较强的优势。固碳能力较高的园林植物如垂柳、糙叶树、乌桕、麻栎、醉鱼草、木芙蓉、荷花、蝴蝶花、火棘、锦带、刺槐、桃、夹竹桃、金钟花、金叶女贞、广玉兰、槐树、喜树、悬铃木、香樟、枇杷等。
3.2.2低养护、节约型园林植物种类除了考量单纯直接的植物固碳能力之外,考虑到低碳城市园林是需要统筹于低碳城市整体发展的宏观视野中来考量的,因此结合低碳城市的核心理念“低排放、高能效”来看,低养护、节约型的植物即符合这一要求。因此,城市园林绿化中应大力推广耐旱植物、耐瘠薄植物、节水植物、易养护植物、攀援植物、屋顶绿化植物、岩生植物以及优良的乡土树种等各类养护管理简单的园林植物。
3.2.3植物种类的丰富程度在植物群落中,植物种类越为丰富,其整体的固碳能力就越高。
3.3低碳城市园林植物配置模式:综合分析前人的研究成果,笔者发现园林植物的固碳能力会因其不同要素而凸显优劣差异。为了加强植物群落整体的固碳能力,本文尝试通过某几类园林植物在固碳方面的优势互补,共同营建低碳园林。园林中常见的植物配置模式包括以下几种:
3.3.1落叶乔木与常绿灌木搭配灌木树种在固碳释氧能力方面要显著高于乔木树种;灌木地被植物的固碳释氧量高于草本和藤本植物。另据试验,供试植物类型单位土地面积上固碳释氧能力表现为:常绿灌木>落叶乔木>常绿乔木>落叶灌木。因此,建议加大常绿灌木和落叶乔木的应用比率,并且两者可搭配使用:既可增加单位空间绿量、改善冬季绿地景观,还可以有效地增加绿地的固碳释氧能力。
3.3.2速生树种与慢生树种搭配研究表明,速生树种的固碳能力明显高于慢生树种。但出于长远考虑,速生树种与慢生树种搭配种植,既可有较高的固碳效益,又能形成长久良好的植物景观与生态效益。
3.3.3常绿植物与落叶植物搭配,适当增加彩叶植物彩叶植物的固碳释氧能力较常绿植物要强的多,这可能与其色素(花青苷)在叶片中含量和分布的差异有关,从而影响了叶片反射光谱的能力,同时也影响了叶片对光能的吸收。但考虑到大部分彩叶植物与落叶植物在秋冬都要落叶,其深秋及冬季的固碳效益几近于零。因此,将常绿植物与彩叶、落叶植物搭配,即可弥补这一不足,在保证秋冬季绿地的固碳释氧能力的同时,形成四季皆宜的植物景观。
4、结语
在全球气候变化日趋明显的今天,以低碳为目标的城市景观营造将成为建设可持续发展社会必然选择。就低碳、高效城市园林绿化建设而言,应当将植物的固碳释氧效应与滞尘、吸污、杀菌、降噪等其他各种生态功能指标结合起来进行综合考虑,努力构建植物景观的生态功能综合评价系统,最终才能确定其科学的植物配置方式,从而真正实现城市园林绿化建设的低碳、高效。
参考文献
[1]谷永新,李洪欣.“低碳城市”的思考[J].建筑节能,2008,8
摘 要 全球气候变暖的趋势下,西方发达国家纷纷推出低碳经济发展战略与政策。这些政策措施主要表现为:改造传统高碳产业,加强低碳技术创新;积极发展可再生能源与新型清洁能源;应用市场机制与经济杠杆,促使企业减碳;加强国际范围内的减碳协作等。对我国发展低碳经济的启示:①节能优先,提高能源利用效率; ②化石能源低碳化,大力发展可再生能源;③设立碳基金,激励低碳技术的研究和开发;④确立国家碳交易机制。
关键词 低碳经济 对应措施 中国经济
一、前言
2003年英国最早提出“低碳经济”这一概念以来,它迅速为世界许多国家采纳,成为一种新型的可持续发展模式。所谓低碳经济,是指在可持续发展理念指导下,通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段,尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗,减少温室气体排放,达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。究其提出的背景来看,在于三个方面:全球人口增长与经济增长的过程中向空气中排放了大量废气,烟雾,大气中二氧化碳浓度迅速上升带来的全球气候变化;(2)过多过滥、粗放式地使用资源,单位能耗与单位资源耗量过高,资源枯竭进一步加深;(3)企业生产排放出的未经过处理的废水、废气、废渣等高污染物威胁人类健康,动植物生命,破坏生物多样性,这些对人类社会赖以生存和发展的环境造成严重破坏。自英国提出低碳经济之后,德国、意大利、欧盟、日本、澳大利亚、美国等纷纷提出了低碳发展政策,本文从政策的角度分析各国的低碳措施及其差异,并提出对我国发展低碳经济的政策启示。
二、发达国家发展低碳经济的措施
发达国家在面对温室气体压力下担负起国际责任,提出低碳经济发展战略或者保护气候变化的方案。英国、德国、欧盟、澳大利亚、日本、美国等国家均出台了多项政策发展低碳经济。
纵观各发达国家的低碳政策,他们大多把重点放在改造传统高碳产业,加强低碳技术创新上,但又各具有侧重点。低碳技术的研发中,欧盟的目标是追求国际领先地位,开发出廉价、清洁、高效和低排放的世界级能源技术。英、德两国将发展低碳发电站技术作为减少二氧化碳排放的关键。他们认为,煤在中期和长期内仍将继续发挥作用,因此必须发展效率更高、能应用清洁煤技术的发电站。为此,英、德国政府调整产业结构,建设示范低碳发电站,加大资助发展清洁煤技术、收集并存储碳分子技术等研究项目,以找到大幅度减少碳排放的有效方法。德国还制定了二氧化碳分离、运输和埋藏的法律框架。
日本政府为了达到低碳社会目标,采取了综合性的措施与长远计划,改革工业结构,资助基础设施以鼓励节能技术与低碳能源技术创新的私人投资。对可以大规模削减温室气体的捕捉及封存技术予以大力支持,提出从2009年开始进行大规模试验,并在2020年前投入实用。此外,日本还持续投资化石能源的减排技术装备,如投资燃煤电厂烟气脱硫技术装备,形成了国际领先的烟气脱硫环保产业。
美国政府发展清洁煤更是不遗余力,在《清洁空气法》、《能源政策法》的基础上提出了“清洁煤计划”。其目标是充分利用技术进步,提高效率,降低成本,减少排放。美国电力目前电力生产的50%来自煤炭,预计到2030年,这一比例将上升到57%。为了能更加环保,更加高效地利用储量丰富的煤炭资源,自2001年以来,布什政府已投入22亿美元,用于将先进清洁煤技术从研发阶段向示范阶段和市场化阶段推进。政府通过 “煤研究计划”支持能源部国家能源技术实验室进行清洁煤技术研发。
另外,降碳的重要措施是积极发展可再生能源与新型清洁能源,应用市场机制与经济杠杆,促使企业减碳,加强国际范围内的减碳协作等都是主要措施。
三、对我国发展低碳经济的启示
(一)节能优先,提高能源利用效率
我国经济发展速度的不断提高是以资源的大量浪费和生态的巨大破坏为代价的。研究表明,我国的能源系统效率为33. 4%,比国际先进水平低10个百分点,电力、钢铁、有色、石化、建材、化工、轻工、纺织8 种行业主要产品单位能耗平均比国际先进水平高40%,机动车油耗水平比欧洲高25%,比日本高20%,单位建筑面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的2~3倍。这说明我国能源利用比较浪费,提高能源利用效率的潜力是巨大的。因此,提高经济活动过程中能源利用效率是控制碳排放量的重要战略措施。
(二)化石能源低碳化,大力发展可再生能源
我国化石能源的“富煤、贫油、少气”的资源结构特征决定了煤炭是能源消费的主体。当前,煤炭在能源消费总量中的比重接近70%,比国际平均水平高41个百分点。虽然石油的比重有所上升,但只能以满足国内基本需求为目标,不可能用来替代煤炭。因此,以煤炭为主的能源消费结构难以在近10年得到根本改变。这就需要碳中和技术,在消费前对煤炭进行低碳化和无碳化处理,减少燃烧过程中碳的排放。
(三)设立碳基金,激励低碳技术的研究和开发
碳基金主要有政府基金和民间基金两种形式,前者主要依靠政府出资,后者主要依靠社会捐赠形式筹集资金。目前中国设立了清洁发展机制基金(政府基金)和中国绿色碳基金(民间基金),满足应对气候变化的资金需求。但是,现有的这两个基金主要资助碳汇的项目,还未将基金用于低碳技术研发的支持和激励上。碳基金的目标应该除了关注碳汇的增加外,还需要更加关注通过帮助商业和公共部门减少二氧化碳的排放,并从中寻求低碳技术的商业机会,从而帮助我国实现低碳经济社会。
(四)确立国家碳交易机制
在我国的不同功能区,一些区域是生态屏障区,一些地区是生态受益区,依照国际通用的“碳源——碳汇”平衡规则,生态受益区应当在享受生态效益的同时,拿出享用“外部效益”溢出的合理份额,对于生态保护区实施补偿。补偿原则是碳源大于碳汇的省份按照一定的价格(双方协商或国家定价)向碳源小于碳汇的省份购买碳排放额,以此保证各省经济利益和生态利益总和的相对平衡。
参考文献:
[1]庄贵阳.中国经济低碳发展的途径与潜力分析.国际技术经济研究.2005(08):14~15.
[目标化合物][中间体][中间体][基础原料][副产物][副产物][辅助原料][辅助原料][辅助原料] [?][?][?]
逆合成分析法与之相反,是从合成产物的分子结构入手,将分子中的某个键切断(也可以对切断后的小分子再切断),使分子转变为一种可能得到的原料。
逆合成分析法还有一种理解,就是按与实际合成相反的顺序,从合成产物反向推理,直到找到原料。如下示意图:
[目标化合物][中间体][中间体][基础原料][?][?][?]
基本思路如下:
[观察目标分子结构][目标分子的碳架特征,以及官能团的种类和位置][目标分子的碳架构建,以及官能团引入和转][以绿色合成思想为指导][由目标分子逆推分子并设计合成路线][对不同的合成路径进行优选]
1. 断酯基或肽键
许多合成产物属于酯或多肽,有的甚至是高分子。如果发现合成产物中有酯基或肽键,在逆向合成时,一般做法是先从酯基或肽键处切断,再根据具体情况将切断后的小分子变成原料。
例1 写出合成下列物质的原料。
(1)CH3COOCH2CH2=CH2
(2)HOOCCOOCH2CH2OH
(3)CH3(CH2)CONHCHCCOOHCH2C6H5
解析 (1)合成CH3COOCH2CH=CH2时切断位置是CH3CO OCH2CH=CH2,从而变成乙酸和丙烯醇。
(2)合成HOOCCOOCH2CH2OH时的切断位置是HOOCCO OCH2CH2OH,从而变成乙二酸和乙二醇。
(3)合成CH2(NH2)CONHCH(COOH)CH2C6H5时切断位置是CH2(NH2)CO NHCH(COOH)CH2C6H5,从而变成了甘氨酸和苯丙氨酸。
2. 用好题给信息
由于我们的合成手段还很有限,所以合成题一般都会给出新信息,要求我们有足够的学习和应用能力。对于这类题,一定要从结构上找出合成产物(或其切断后的小分子)与信息的联系。
例2 已知两个醛分子在一定条件下可以发生如下反应:
[R―CH2―CH=O+R′―CH―CHO] [OH-] [H] [H]
[R―CH2―CH―C―CHO] [-H2O][][RCH2CH=C―CHO][R′] [R′] [OH H]
巴豆酸(CH3-CH=CH-COOH)主要用于制合成树脂或作增塑剂。现应用乙烯和其他无机原料合成巴豆酸。根据以上信息,请写出各步反应的化学方程式,并指出反应的类型。
解析 观察巴豆酸(CH3-CH=CH-COOH)中有一个羧基和一个碳碳双键,题给信息的产物结构与之相似,仅是醛基与羧基的区别。于是,可设计如下路线:
CH2=CH2C2H5OHCH3CHO[CH3CHCH2CHO][OH] CH3-CH=CH-CHO巴豆酸
仔细分析会发现上述路线有问题,因为工业上用氧气将CH3―CH=CH―CHO的醛基氧化成羧基时,碳碳双键也将被氧化。所以,设计如下合成路线:
CH2=CH2C2H5OHCH3CHO[CH3CHCH2CHO][OH] [CH3CCH2COOH][O] [CH3CHCH2COOH][OH] 巴豆酸
3. 基团先上后消
较复杂的合成题还涉及到基团的保护、基团的定位、基团的消去等,从产物入手逆向思考往往也不那么顺利,需要我们结合题给信息、所学知识大胆尝试,多方位考虑。
例3 用乙炔和适当的无机试剂为原料,合成 [Br] [Br][Br] 。
已知信息有:
[NH2][+3Br2(水)] [NH2][+3HBr][Br] [Br][Br]
[NH2][+HCl+HNO3] [N2Cl][+H2O][H+] [N2Cl][+H3PO2+H2O] [] [+N2+HCl+H3PO3]
解析 观察得知,原料是碳链化合物,产品是芳环化合物,而且带有处于间位的3个溴原子。从乙炔得到苯是很容易的,然后由苯制间三溴苯,看起来只有一步之遥,可是,直接溴代却又得不到。怎么办?只有充分利用信息,先上一个基团(氨基),由它的定位效应在苯环上的三个邻位溴原子,再想办法将氨基消掉。联系已知信息设计出如下合成路线:
乙炔苯硝基苯苯胺 [Br] [Br][Br][NH2] [Br] [Br][Br][N2Cl] [Br] [Br][Br]
1. 由环己醇制取己二酸己二酯,最简单的流程途径顺序正确的是( )
①取代反应 ②加成反应 ③氧化反应 ④还原反应 ⑤消去反应 ⑥酯化反应 ⑦中和反应 ⑧缩聚反应
A.③②⑤⑥ B.⑤③④⑥
C.⑤②③⑥ D.⑤③④⑦
2. 已知: [+] [],如果要合成 所用的原始原料可以是( )或( )
3. 对氨基苯甲酸可用甲苯为原料合成,已知苯环上的硝基可被还原为氨基, ―NO2 [Fe,HCl] ―NH2,产物苯胺还原性强,易被氧化。则由甲苯合成对氨基苯甲酸的步骤合理的是( )
A.甲苯 [硝化]X [氧化甲基]Y [还原硝基]对氨基苯甲酸
B.甲苯 [氧化甲基]X [硝化]Y [还原硝基]对氨基苯甲酸
C.甲苯 [还原硝基]X [氧化甲基]Y [硝化]对氨基苯甲酸
D.甲苯 [硝化]X [还原硝基]Y [氧化甲基]对氨基苯甲酸
1. B 【解析】 该过程的流程为:
[环己醇][消去][氧化][环己烯] [己二醛][氧化] [己二酸][己二醇] [己二酸][己二酯] [H2加成]
关键词:碳足迹;产品碳足迹;碳标识
中图分类号:F7文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)19-0182-02
引言
近年来,温室效应、气候变化已成为全球关注的焦点,产品生产和消费的环境影响已受到越来越多的重视。产品环保设计成为提升企业市场竞争力的重大议题。消费者在应对气候变化的行动中起着至关重要的作用。因此,当务之急是培养公众节能减排意识,引导公众环保消费,这也是社会各界共同努力的方向。
在这种形势下,产品碳足迹标识应运而生。但至今为止,产品碳足迹还是相对新颖的概念,尤其在中国,这个概念还没有普及。因此,本文将对碳足迹、产品碳足迹及产品碳足迹标识的相关概念进行介绍,分析国内、外有关产品碳足迹的发展现状,最后将对产品碳足迹今后的发展趋势进行展望。本文将对社会普及碳足迹概念和引导更多中国企业实施产品碳足迹起到促进作用。
一、碳足迹及产品碳足迹
1.碳足迹的定义。碳足迹首先是在英国提出,具体通过测量碳消耗产生的导致全球变暖的主要元素二氧化碳量来评估人类活动对环境的影响。英国的碳信托(Carbon Trust)公司将碳足迹定义为用以确定和衡量每件产品或每一项活动的供应链流程步骤中温室气体总排放碳当量的一种明确的方法和技术。比较权威和综合性的是Thomas Wiedmann的定义:碳足迹是社会活动或某一产品生命周期过程中产生的二氧化碳排放量。虽然温室气体还包括其他气体,但是碳足迹是以二氧化碳这个当量表达的全部温室气体量,即其他含碳气体都被换算成二氧化碳来表示。碳足迹表明人们应对气候变化的决心,帮助个人和组织评估其对环境的影响; 同时,碳足迹也是参考的基准,有助于评估和减少今后温室气体的排放量,还可以为企业的环境报告提供有效信息。
2.产品碳足迹。碳足迹可分为国家碳足迹、个人碳足迹、企业碳足迹、产品碳足迹四个层面。其中,产品碳足迹是应用最广的概念,即研究产品生命周期产生的温室气体排放量。
碳足迹标识是附加在产品上显示产品碳足迹的标识。设计该标识的目的之一是使企业更好地与其消费者进行产品信息上的沟通。此外,一些碳标识还提示消费者应如何更有效地使用、洗涤或者处置产品。
产品碳足迹分析的计算方法有若干种,但至今为止运用较普遍的是英国标准协会、碳信托公司和英国环境、食品与农村事务部联合的新标准PAS2050。基于PAS2050,全球已有数家企业进行了产品碳足迹分析,进行碳足迹分析的产品种类也多达75种。比较典型的是百事可乐、可口可乐、吉百利、金佰利、乐购、穆勒等。
3.产品碳足迹标识的作用。 对于企业而言,确定产品碳足迹是减少企业碳排放行为的第一步,有助于企业真正了解产品对气候变化的影响,并由此采取可行的措施减少供应链中的碳排放。此外,碳足迹标识是引导消费者的环保消费者行为的有效措施之一。企业通过碳足迹分析向消费者提品碳足迹信息,让消费者对产品生产的环境影响有一个量化认识,继而引导其消费决策。产品碳足迹作用可归纳为以下几方面:(1)发掘企业节能减排的潜力:公布产品碳足迹显示了企业产品生命周期的温室气体排放,可以帮助企业发现高排放温室气体的生产环节,并通过相应措施进行改进和完善,降低成本,节能减排,并利用分析数据制定企业环保报告。(2)有效沟通消费者:消费者可以跨媒介得到有关碳足迹标识的信息。如通过产品企业和服务提供商的网站、在线销售目录和在线服务、广告、产品手册等。此外产品碳足迹也可看做企业的差异化产品策略。(3)提高声誉强化品牌:近期学者研究显示企业应对气候变化的努力最有可能影响其企业声誉。碳足迹标识是企业向其利益相关者展示气候应对信心和努力的有效途径,可以帮助消费者和商业合作伙伴更好地做出商业决定。
企业通过产品碳足迹分析,可以改善内部运营、节能减排、节省成本,还可以作为一项营销策略帮助企业获得竞争优势,此外也是满足市场需求、促进沟通的有效途径。
二、国内、外产品碳足迹的发展
1.国外碳足迹标识产品的发展。随着产品碳足迹分析的发展和不断完善,很多企业已开始根据碳足迹分析结果,管理和优化生产、运输流程。英国、加拿大和美国的碳标识市场发展比较迅速,法国、德国、日本、韩国等国家近年来也加快了碳标识的发展。
英国碳信托公司致力于产品碳足迹的计算和咨询,截至2006年已帮助企业计算了75种产品的碳足迹,并且启动了其示范项目减碳标识。减碳标识展示了产品的碳含量且给出同一类产品的平均碳排放水平,以便于消费者更好地进行比较。通过减碳标识示范项目,六家著名英国企业,雀巢、乐购等已为其产品赋予减碳标识。最先推出碳标识产品的法国企业是连锁超市Casino和E. Leclerc。
美国华盛顿的Carbon Fund非盈利碳中和提供机构与ISO标准的碳管理中心、温室气体议定及英国碳信托在2007年一起开发了无碳认证标识。加利福尼亚的气候保护机构和斯坦福大学一起创建了气候关注标识。学者运用生命周期方法通过标识提品的等级分类(金银铜)显示产品对环境不同程度的影响,更简明地向消费者传达产品的环境影响信息。
2.国内产品碳足迹的发展。随着2010年全国两会的召开,低碳经济成为推动中国经济良性发展的热点话题。虽然碳足迹标识在中国还没有普及,但已开始有接受碳足迹评估的社会责任领域的领军企业。2008年7月,中国节能保护投资公司与英国碳信托公司签订合作协议,共同致力于为中国企业和产品建立可行的碳足迹分析评估方法。
大成食品亚洲有限公司董事会主席韩家寰指出,绿色可持续发展是大成的重要经营发展策略。自2009年开始,大成已开始邀请第三方对其产品进行碳排放分析。并在今后一年推出碳足迹标识产品。
青岛啤酒也与中国标准化研究院和中国质量认证中心签订了啤酒行业的第一份低碳研究协议。青岛啤酒将对其啤酒产品的整个生产过程中产生的温室气体数量进行评估和分析,并且依据数据对生产流程进行优化,将推出附有碳足迹标识的青岛啤酒。其次,沃尔玛和乐购已在国外市场推出了碳足迹标识产品,并计划一年内在中国市场推出碳足迹标识产品。
关于企业碳足迹分析,中国首先进行碳足迹评估的是制浆造纸行业的APP集团。此外,拜耳中国在子公司和其生产基地实施了拜耳中国碳足迹评估项目,项目目的是分析检测其生产和商务过程中所产生的碳排放量。
三、产品碳足迹发展展望
国际市场上,产品碳标识已经被广泛应用,越来越多的公司开始接受碳足迹评估,并使用碳足迹标识,将其作为一种营销手段。欧洲许多国家,没有碳标识的产品是不允许进入当地市场的。
在中国,随着人大会议上低碳经济的提出,为了响应低碳经济的号召,中国本土企业已渐渐开始积极实施碳足迹分析及碳足迹标识,它们是环境保护和社会责任领域的先锋企业。在这种发展下,中国减少温室气体排放的能力将不断得到加强和改善。同时,作为最大的产品出口国,国外对中国产品的环保性要求逐渐提高,且在某些国家,有趋势实施对中国出口非碳足迹商标产品的关税限制。今后,实施碳足迹标识将很大程度上影响中国的出口市场。因此,实施碳足迹分析是今后的一个发展趋势,企业可以通过对产品实施碳足迹分析,优化生产流程,降低成本,增强市场竞争力,提升企业声誉、巩固产品品牌。
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Product Carbon Footprint Label and Current Development Status
YU Xiao-di,DONG Da-hai, ZHANG Xiao-fei
(Management School, Dalian University of Technology, Dalian 116023, China)
关键词 稻田土壤;有机碳;碳固定;展望
中图分类号S153.6文献标识码A文章编号 1007-5739(2011)11-0257-02
StudyandProspectofOrganicCarbonSequestrationinPaddySoils
ZHANG Hong-xiang 1XIAO Qun 2LI Xiao-jun 3 *WANG Shao-xian 4
(1 Hedong Agricultural Technology Extension Station of Qingyuan District in Ji′an City in Jiangxi Province,Ji′an Jiangxi 343009;2 Tianyu Town Economic Management Station of Qingyuan District in Ji′an City; 3 Qingyuan Agricultural Bureau in Ji′an City; 4 Zhejiang University)
AbstractSoil organic carbon(SOC)has been shown as one of the largest and most mobile carbon pools of the earth surface ecosystem. For the last decade,in China,increasing attention has been given to the SOC pool(especially in paddy soils)change in relation to the sink or source effect of air CO2,to the water quality,to the soil fertility,and to the dynamics under global change scenarios. In this paper,the issues of paddy soil carbon sequestration differences from dry land,organic carbon distribution,mechanism of soil carbon sequestration,its fertilization factor and prospect researches were discussed.
Key wordspaddy soil;organic carbon;carbon sequestration;prospect
土壤碳库为地球表层系统中最大的碳储库。土壤中的有机碳库与无机碳库都是陆地生态系统重要的碳库,对于温室效应与全球气候变化同样有着重要的控制作用。全球土壤有机碳库(SOC pool)达到1 500~2 000 Pg,是大气碳库750 Pg的2倍以上,是陆地生物量500~600 Pg的2~3倍;无机碳库(SIC pool)也达700~1 000 Pg。但由于土壤无机碳存在更新周期,有资料表明为8 500多年,因此土壤有机碳库在全球变化研究中显得更为重要。1850―1995年,全球CO2释放总量约为270 Pg C。其中,由于砍伐森林和土地利用方式的改变所造成CO2释放量约达136 Pg C。全球每年因土壤呼吸作用释放到大气的总碳量约为68 Pg,全球每年因焚烧燃料释放到大气的碳远低得多,仅为6 Pg。土壤贡献于大气CO2的年通量是燃烧化石燃料贡献量的10倍。因此,土壤呼吸的变化能显著地减缓或加剧大气中CO2的数量,进而影响气候变化。据估计,如果全球范围内土壤有机质下降1%、2%、3%,将导致大气CO2浓度分别增加5.0、12.5、20.0 mg/kg。在过去的 150年期间,由于土壤有机碳下降贡献于大气CO2浓度升高80 mg/kg的6%~25%[1]。
中国水稻土面积约3 000万hm2,植稻有7 000年的历史,水稻种植面积占世界水耕土面积的23%,占全国耕地总面积的25%。水耕土壤(广义的水稻土)是特殊的人为湿地土壤,是自然土壤在人为水耕熟化过程中形成的,具中国特色。对中国土壤有机碳库的统计表明,中国表层土壤有机碳库约20 Pg,主要土壤类型之一是水稻土,为1.1 Pg,共有6个表层土壤有机碳库在1.0 Pg以上。有机碳的积累是水稻土水耕熟化过程中的普遍趋势。要使中国争取更多温室气体排放量,进行稻田土壤有机碳监测尤为重要。20世纪80年代以来,中国大多数水稻土碳固定效应十分显著,土壤有机碳库呈现增长的趋势[2]。因此,研究稻田土壤有机碳固定意义重大,为中国外交斡旋提供基础。
1水稻土与旱作土固碳效益差异
中国大面积农业土壤保持有机碳的主要途径之一是灌溉及其水耕熟化作用。据全国第二次土壤普查资料,中国水田土壤共3 000万hm2,与旱地土壤相比,全国水田土壤有机碳含量普遍较高。据计算,水田保存表层碳密度是旱地土壤的137.7%,有机碳量达0.9 Pg。在长江中下游、华南、黄土高原和华北地区,有机碳固定最为显著,我国灌溉农业的发展相当于增加有机碳固定达0.3 Pg。据江苏省第二次土壤普查,水田土壤平均有机碳含量接近12 g/kg,而旱地土壤约6 g/kg。1949年时全省水田面积为93.47万 hm2,1998年达266.97万hm2,40年间的碳固定速率达到20 g/(m2・年),碳固定效应可达17 Tg。湖南省第二次土壤普查资料表明,旱地土壤与水田土壤的平均有机碳含量分别为10.22 g/kg和18.36 g/kg。同样,江西省是南方土壤有机碳十分缺乏的省份,截至1980年,该省旱地削减到 46万hm2,水田则发展到300万hm2。水田土壤有机碳的平均含量达16.6 g/kg,旱地土壤为9 g/kg,不同母质起源的土壤中,水田土壤有机碳均显著高于旱地土。荒漠地区土壤水分条件较差,但这种水田土壤的碳固定作用也十分明显。甘一新干旱平原区资料表明,在引水灌溉和耕垦培肥后,不同荒漠土壤有机碳的升高幅度在1~3 g/kg。与普通灌淤土相比,宁夏植稻历史较长的灌淤土的有机碳含量显著较高。根据第二次全国土壤普查中面积、耕层厚度和容重等资料计算,中国灌溉农业下的水田土壤累计碳固定效应达0.22 Pg[3]。因此,水耕熟化作用可稳定和提高水田土壤中有机碳。
2稻田土壤有机碳的分布
土壤的有机碳剖面分布明显存在差异,耕层以下土层的有机碳含量较上层低,耕层、犁底层等耕作活动层积累有机碳显著。某些自然森林1m厚度的土壤碳库储存量较大,为20~30 kg/m2;与红壤、白浆土等低产土壤相比,乌泥土、黄泥土和白土1m厚度的土壤碳库储存量分别为 11.72、9.88 、6.77 kg/m2,更高于江苏省耕作土壤的SOC平均值[4]。
关于有机碳在团聚体的分布及其变化备受关注。土壤团聚体有机碳分配是土壤中的重要地球化学性质之一。对水稻土中有机碳团聚体分布的资料不多,对土壤团聚体有机碳分布的研究集中于旱地土壤、植被改变的土壤以及有机物料处理后的土壤。太湖地区土壤的团聚体及其有机碳含量分析结果如表1所示。由表1可知,往深层以0.02~0.25 mm的微团聚体为主,黄泥土耕层中0.25~2.00 mm和0.02~0.25 mm粒组含量相近,乌泥土、白土中0.25~2.00 mm粗砂级团聚体占50%以上。不同土壤团聚体粒级分异明显。淮北白浆土中以0.02~0.25 mm粒组为主,大于0.02 mm的团聚体粒组占60%~80%。富含氧化铁的江西红壤团聚体粒组以0.25~2.00 mm粒组为主,黄泥土在全剖面中小于0.002 mm颗粒占30%左右,大于0.02 mm粒级的团聚体却占70%左右,而检测到的黏粒级团聚体甚微。白土的母质以粉砂(0.002~0.020 mm)为主,其次是0.02~0.20 mm粒级,约占全土 1/3。因此,肥力较高的太湖水稻土团聚体分布的特点是 0.02~0.25 mm微团聚集较多。
土壤有机质的主要性质之一是土壤有机质的活泼性,即有机质易氧化性,是土气交换的主体部分。Blair等评价农业活动对自然土壤有机碳影响,将1/3 moL/L的 KMnO4可氧化碳的比例作为参数。可氧化SOC含量随着KMnO4浓度的不同,浸提的差异较大。1/3 moL/L的 KMnO4可氧化66%,1/6 moL/L的KMnO4可氧化50%,1/30 moL/L的KMnO4可氧化浸提SOC占11%左右。Majumder等(2008年)用K2Cr2O7和H2SO4氧化SOC。
3稻田土壤碳固定的可能机制
20世纪70年代以来,对水稻土中有机碳的分布、含量及其微团聚体分配、有机―无机结合的性质与数量进行了较多研究[5]。最近对太湖地区3种水稻土的培养试验表明,不同发生起源与土壤矿物组成的水稻土,其有机碳在升温下的碳损失规律迥异,渗育型富晶质氧化高铁的黄泥土的有机碳在升温下仍然十分稳定,而沼泽起源与贫氧化铁矿物的水稻土有机碳损失较快。近年的研究表明[6],太湖地区黄泥土中新增加的有机碳主要固定在0.25~2.00 mm粒组的微团聚体中,提示不同粒径团聚体中有机碳的组成与活泼性存在差异。土壤中氧化铁是水稻土中活跃的化学成分,它通过水稳性团聚体的形成促进有机碳的复合,作为水稻土高度熟化标志的鳝血(一种有机氧化铁络合物)是否可以代表某种固定机制尚不得而知。水耕过程中土壤有机碳的增加还伴随有机质的腐殖酸组成与结构的演变。最近的资料显示,无论是江西红壤起源的水稻土,还是西北灌淤土,水耕熟化过程HA/FA升高。对于水稻土中有机质的研究,过去较多是腐殖质的C/O、C/H和E4/E6的分析,认为水耕熟化过程中,腐殖质光密度降低、C/H减小而C/O提高,羧基含量降低。促进水稻土中有机碳的固定机制尚不清楚。对于相同类型的水稻土来说,运用重液区分法得到的有机碳复合量一般与全土有机碳呈线性相关,但复合度与有机碳含量无关,说明有机碳在水稻土中与不同物质的结合关系是复杂的。有机碳复合度在不同粒径的团聚体中的分布因土壤类型与肥力状况而异。但对于团聚体中有机碳的形态与化学结构、有机碳的化学活泼性的研究还很少,除了用G0、G1、G2等分组区分团聚体稳定性,用松结态、稳结态和紧结态区分结合程度外。对这种固定效应还无法仅用物理保护作用来解释。何云峰等[7]提出采用不同的络合浸提剂提取土壤中和不同黏土矿物结合的腐殖质,与不同酸性土壤用碱性焦磷酸钠提取的结合态腐殖质的稳定性相似,可能意味着这些土壤的结合态腐殖质的化学特点类似,化学保护机制相同。水稻土有机碳固定是一个复杂的问题,不但必须要从有机碳的微团聚体分配及其与土壤矿物的结合方式进行研究,而且这需要现代分子水平的研究技术[7],还必须从有机碳的化学结构与反应性(有机质组成与基团结构)的改变进行深入研究。
4稻田土壤有机碳固定的施肥影响
施用有机肥可使稻田土壤固定更多的碳,施用化肥也有一定影响。周萍等[8]研究了长期不同施肥处理(化肥与秸秆配施、化肥与猪粪配施、单施化肥和不施肥)下,水稻土总有机碳和颗粒态有机碳含量变化,指出不同的施肥处理主要影响耕层土壤的TOC(总有机碳 )和POC(颗粒态有机碳)含量,化肥与猪粪配施处理,由于有机物质的输入TOC和POC含量显著高于其他3种处理,不施肥处理的POC含量显著高于单施化肥和秸秆配施化肥。陈义等[9]对浙江省(下转第270页)
(上接第258页)
黄岩水稻土开展的26年长期施肥定位试验表明,长期施用有机肥可以促使土壤有机质持续增长,增长幅度随有机肥用量增加而增加。袁颖红等[10]对江西红壤性水稻土研究发现,长期施用无机肥、有机肥、无机肥与有机肥配施能显著增加0.002~0.020 mm微团聚体的含量,而降低
5结语
对于稻田土壤有机碳的研究,提出以下展望。一是稻田土壤碳饱和。水田土壤有机碳含量普遍高于旱地土壤,固定碳更多。而王绪奎等[11]在研究近20年江苏省环太湖稻田土壤有机碳动态特征后提出,该区土壤有机碳饱和。有待进一步研究如何提高稻田土壤固碳潜力切实可行的技术途径,从而建立稻田土壤碳的新平衡。二是稻田土壤固碳机制。有机碳一般与土壤中的矿物颗粒结合,或形成有机无机复合体。但究竟是什么机制促进了水稻土中有机碳的固定尚不清楚。值得进一步深入研究[12-14]。三是稻田土壤固碳影响因素。施肥和耕作对稻田土壤固碳影响较大,并可较好调控。施用有机肥可显著增加稻田土壤固碳量,施用化肥也有一定影响。以往着重于土壤有机质及肥力的研究很多[15-18],现在研究碳在土壤中的固定及其对环境的影响成为热点。频繁耕作显然提高了有机碳的氧化,不利于土壤固碳,欧美在旱地广泛推广免耕少耕,原因就在于此。但免耕使表层土壤紧实,不利于作物生长,主要还不能通过耕作将表层较多有机碳混入到较下层,从总量上看,可能也不利于土壤固碳。耕作对稻田土壤固碳影响还需研究[19]。
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关键词:柴油机 喷油系统 排放控制
柴油机的有害排放取决于柴油机混合气形成及气缸内燃烧过程,而这些归根到底是由喷油、气流、燃烧系统以及缸内工作特质的配合所决定的。柴油机净化的关键,是如何有效地消除NOχ(氮氧化物)和微粒碳烟的生成量。而这两项排放物的生成规律常常是互相矛盾的。因此,任何一个单项措施总有它的负面影响。人们总是在采取某项措施的同时,应用另一项措施来加以补救和平衡。最后,常常是多项措施的综合应用,才使排放性能达到一个新的水平。柴油机是一个多性能、多工况、多因素综合影响的统一体,再加上各种各样的排放净化措施,如何进行选优、折中和综合控制是一个极为困难和复杂的问题。柴油机的电子控制和综合管理是有效解决这一问题的最佳途径,也是使各种机内净化措施得以充分发挥效用的保证。在所有净化措施中,喷油系统的改进无疑是最为重要的环节。
农业机械使用的柴油机中常用的燃油喷射系统有两大类,直列泵系统和转子分配泵系统。直列泵系统包括直列多缸泵、单体泵和泵喷嘴系统,多用于大、中型农业机械的柴油机上。转子分配泵系统有端面凸轮驱动的VE泵系统和内凸轮驱动的径向对置柱塞系统,多用于小型农业机械的高速柴油机上。上述各系统都是应用柱塞往复运动、脉动供油的方式工作。以下是五种控制柴油机排放的具体措施:
一、推迟喷油提前角降低NOχ排放
喷油提前角是喷油始点早于气缸压缩上止点的角度。柴油机都要求喷油提前,这是因为从喷油到着火燃烧有一段滞燃期,为保证实际燃烧放热中心能接近上止点,避免燃烧拖后,经济性下降,因此,柴油机喷油要提前。单从动力性、经济性角度出发,最佳提前角随转速上升而增大,随负荷加大而略有增加。农用柴油机因为在宽广的转速范围内工作,所以在大、中型农业机械的柴油机上有专设的转速自动提前装置来满足此要求。同一工况,若提前角改变,会使滞燃期改变。一般推迟喷油时,因初期喷油更接近上止点,故缸内压力、温度较高,滞燃期缩短。其结果是滞燃期的预混喷油量减少。当然,若喷油太迟,使滞燃期挪到上止点之后,则缸内压力、温度未必上升。这种情况一般难于碰到。预混燃烧阶段是影响NOχ排放最重要的时期。预混油量及混合气量的减少将使速燃期中压力、温度上升程度降低,从而大大减少NOχ的排放量。同时,由于压力升高率的下降,噪声也大大降低。因此推迟喷油提前角这一措施,是最早应用的有效降低NOχ排放和噪声的对策。推迟喷油,直喷机的NOχ大幅下降,而间接喷射式涡流室柴油机的下降幅度则小一些。但是喷油过迟,则燃油消耗率和烟度均会恶化,对CO和HC也有不利影响。油耗和烟度的恶化是喷油推迟,燃烧跟着推迟以及缓燃期油量增加,燃烧时期也拉长的必然结果。早期控制排放的措施不多,为了排放达标,不得不牺牲经济性能。近期已可通过提高喷射压力等多种办法来综合解决这一问题。
二、燃油高压喷射降低微粒碳烟排放
近年来,提高喷油压力的高压喷射措施,日渐成为直喷式柴油机机内净化的最佳手段。而间接喷射式柴油机,由于主要依靠气流进行雾化、混合,所以对喷油压力要求较低。在循环喷油量及喷孔大小和分布不变的情况下,提高喷油压力就是加大喷油速率,它直接产生两方面的效果。
1.降低微粒碳烟的排放量
可以看出,喷油压力增高,则粒径减小,贯穿距加大,雾锥角加大,喷雾区的总容积也跟着加大,再加上紊流的增强,这些都直接促进了燃油与空气的混合。其直接效果是降低了每一时刻浓混合气成分的比例,使生成微粒碳烟的范围自然缩小。即使不可避免仍有过浓混合气出现,但因粒子小,周围空气多,也会加快燃烧和氧化速率,使碳烟形成之初就被加速氧化。所以高压喷射必然使微粒碳烟排放降低。
2.降低燃油消耗率
喷油速率增大必然缩短喷油时间,燃烧加速,使燃烧放热更集中于上止点附近,从而降低了燃油消耗率。高压喷射降低烟度和油耗的优点,恰恰弥补了推迟喷油所带来的缺点。反过来,高压喷射不可避免地使混合气快速变稀,燃烧加速,温度上升,从而NOχ排放必然有所增大。这一缺陷又会被推迟喷油,降低的NOχ功效所弥补。但是,高压喷射并没有过大削弱推迟喷油,减小滞燃期喷油量所带来的改善NOχ排放的显著效果。因此若两种措施同时应用,进行合理调配后,NOχ和微粒碳烟排放都会同时降低。
三、喷油率控制技术
广义的喷油率控制,指的是喷油规律控制,它包括定时(喷油提前角)控制、喷油期长短控制和喷油率大小控制。此处撇开喷油定时,单指在定时和循环油量不变时,喷油长短和喷油率大小的控制。喷油率是除混合气形成因素外,对燃烧过程又一重大的影响因素。当然,喷油率本身也和混合气形成是密不可分的。可以设想,如喷油时期控制得很长,即使大幅度提高喷油压力,也无法缩短放热和燃烧时间;又如,初期喷油量很大,即使推迟喷油,也无法把NOχ和噪声降得很低。反过来,如能把初期喷油量控制得很小,就是不推迟喷油,也可达到同样效果。可见,喷油率若能控制,将极富成果,因此,它成为近年来喷油系统研究、开发的热门课题。
理想的喷油率可分为三个时期,即喷油初期,喷油中期,喷油后期。理想的喷油率一般公认为:初期要求喷油率低,喷油量少,以降低NOχ和噪声;中期要求短而高的喷油率段,以提高喷油压力,缩短缓燃期,促进混合气形成,使微粒碳烟排放和耗油率降低;后期则要求迅速结束喷油,以减少后燃油量和促进碳烟氧化。喷油中期的控制,一般是通过提高喷油压力来实现。控制初期喷油率的主要技术有:机械式预喷射装置,双弹簧喷油器,电控喷油系统控制预喷射。大量试验结果表明,要获得良好的效果,预喷射油量、主预喷射的间隔角度以及油量和时间的控制精度都有严格的规定。只有电控高压共轨式喷油系统才能全面满足这些要求。末期喷油段要求迅速关闭,可以通过减轻油嘴往复运动部分(针阀、推杆、弹簧)的质量,加速针阀关闭速度来控制。这就是已广泛推广使用的低惯量喷油器和小型喷油器。此外,增大针阀开启压力也可加速针阀落座。但是真正有效控制手段,仍是使用电磁阀电控喷射系统实现迅速断油。
四、小直径、多喷孔加速雾化混合
在喷油速率不变情况下,可以通过减小喷孔直径,增加喷孔数目,使喷注在燃烧室内分布更均匀、更充满的方法,来加速油、气混合,获得较好排放效果。六孔喷油嘴与四孔喷油嘴相比,六孔的总混合容积加大,单个喷注较窄,芯部浓混合气易于扩散、燃烧。这些都与加大喷油压力的效果相似。增加喷孔数后,可以降低对气流的要求。涡流比可以减小,从而改善了燃油经济性。若喷孔过多,由于贯穿不足和相邻喷注的干扰,反而有不利效果。