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关键词:滇龙胆草(Gentiana rigescens Franch.ex Hemsl.);生态学特性;生物学特性;濒危机制
中图分类号:Q949.776.4;Q948.1;Q948.112+.4 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2013)14-3364-03
滇龙胆草(Gentiana rigescens Franch.ex Hemsl.),别名坚龙胆、苦草、青鱼胆、蓝花根、炮仗花等,为龙胆科(Gentianaceae)龙胆属(Gentiana L.)多年生宿根草本植物,是云南省的道地药材,主要分布在海拔1 100~2 800 m的山坡草地、林缘及稀疏灌丛中,以地下肉质须根和茎叶入药[1-3]。滇龙胆草为提取龙胆苦苷(Gentiopicroside)的主要野生药用原料之一,是中国药典上龙胆药材的原植物之一。研究表明,龙胆苦苷具有清热解毒、消炎降压等疗效,对保肝、健胃、利胆有很好的功效[4-6]。
野生的滇龙胆草自然更新能力较低,加上人为过度采挖,在自然状态下仅有零星分布,物种已陷入濒危境地,现已被列为国家重点保护野生药材物种(三级)和云南省10种重要的濒危药用植物之一[7]。
迄今为止,对滇龙胆草的研究多停留在探讨其药用部分的药理作用和化学成分层面, 而对其生长发育特点、生境类型和繁育特点等生物学特性的报道较少。针对于此,试验开展了对野外生境下滇龙胆草开花物候期观察和生境调查,初步掌握了其生长发育、繁殖特性及致濒机制,旨在为有效保护和持续利用滇龙胆草资源提供必要的基础资料。
1 材料与方法
1.1 材料
分别在2007~2011年,对位于云南省西南部的临沧市五老山国家森林公园内生长的滇龙胆草进行了连续5年的实地生态学、生物学特性观测。
1.2 方法
1.2.1 生境调查及生长特性研究 在五老山国家森林公园内随机从生长有滇龙胆草的生境中选取4 m×4 m的样地10块,记录样地内滇龙胆草的植株数量、生长状况、根系分布(深度、方向及幅度)以及样地内的伴生植物种类和郁闭度。对样地内的滇龙胆草连续标记3年, 每年统计样地内滇龙胆草的丛数、株高、开花数、长叶数、落叶数、结果数、长势等,采用随机抽样方法对样株叶片、花器官的形态性状进行实地测量[8]。
1.2.2 开花结实物候期观察 在样地中随机选取滇龙胆草植株若干,从萌生花芽开始标记,每天记录花芽发育的状况,在单花初开、盛开、凋谢的各时期记录形态和颜色的变化。统计每天开花数, 记录授粉后花朵的形态和颜色开始变化的时间及持续时间、子房开始膨大的时间,在试验期内每年的12月末种子变色后记录成熟期并采种。判断单花开放的标准是花瓣刚展开扬起,判断花朵枯萎的标准是花被变色、失去光泽、质地变软,判断果实成熟的标准是蒴果果皮干燥开裂,种皮变成黄褐色。
1.2.3 繁殖特性研究 ①在生长有滇龙胆草的10块样地中记录样地内每年滇龙胆草植株的无性分蘖繁殖数量。②在盛花期取4个样地进行自然授粉观察,以确定传粉昆虫种类,每个样地有1个观察点,4个样地同时观察;观察时间为每天8:30~17:30,连续观察4 d。③为了比较野生滇龙胆草的授粉结实情况,2010年10月在样地中随机选取花瓣刚展开(花粉尚未露出)的花分别进行人工自花授粉、同株异花人工授粉、异株异花人工授粉,所用花粉从5 km外带入,授粉时间在早上9:00,连续授粉3次,每处理授粉250朵。授粉后用纸袋将已授粉的花套住,以自然自花授粉结实的为对照,在当年12月下旬记录其结果数,统计其结实率[9]。④2008年3月在室内做种子发芽试验,统计种子萌发率;将健壮苗移栽于野外生长,观察其在自然环境里的生长历程。
2 结果与分析
2.1 滇龙胆草生境类型
调查结果表明,滇龙胆草主要生于地势平缓、阳光充足、土层较厚、沙质土壤的山坡草地、林缘及矮稀灌丛间,野生种群在自然状态下仅为间断分布且种群内的植株数量较少,主要与低矮的禾本科(Gramineae)等草本植物伴生在一起,伴生植物为其提供了一定的阴蔽条件。主要伴生植物见表1。
2.2 生长特性
滇龙胆草一年生植株高约3~6 cm左右,长有4~7对叶,自种子萌发至开花结实需3年以上,多年生植株高约20~35 cm左右。根系为肉质须根,多年生植株具5~20条根,根长约12~20 cm,在地下4~7 cm处呈水平分布。主茎粗壮,有3~5条分支,丛生,直立,入土部分白色,地上部分略带紫色。叶倒卵形,先端钝圆,基部楔形,长约1.0~1.5 cm,宽约0.8~1.2 cm。花多数,簇生枝端呈头状花序,花冠漏斗形或钟形,花色蓝紫色或蓝色。蒴果长椭圆形或椭圆状披针形,长1.0~1.2 cm;种子多数黄褐色,有光泽,矩圆形,细小,长0.8~1.0 mm,表面粗糙。
2.3 开花结实物候期
根据滇龙胆草花芽发育状况、花蕾发育阶段、花瓣展开程度、果实成熟程度,将滇龙胆草的单花开放及果实成熟进程划分为6个阶段,分别是萌芽期(10~15 d)、现蕾期(6~10 d)、始花期(3~5 d)、盛花期(7~12 d)、花瓣凋谢期(5~10 d)、果熟期(50~70 d)。一般在授粉后第六天花瓣迅速萎蔫,5~8 d 后子房开始膨大,果实发育成熟一般需60 d 左右。未授粉的花朵,约5~10 d后花瓣开始凋谢;滇龙胆草开花结实的物候期观察结果为萌芽期在6月中旬、单花现蕾期在9月下旬、始花期在10月上旬、盛花期在11月中旬、花瓣凋谢期在12月上旬、果熟期在翌年1月下旬。居群开花结实物候期在10~11月开花,花期持续1~2个月,果期在11~12月。2011年自然开花结实期比以往年份推迟了15 d左右,可能是由于生境地遭遇春夏持续干旱导致地下部分推迟萌芽造成的。不同样地因环境条件不同,开花及果实成熟时间有近20 d的差异;气温高且居群生境土壤结板时花期缩短。
2.4 繁殖特性
试验同时进行了滇龙胆草的无性繁殖和有性繁殖,在无性繁殖方面,通过分蘖出新枝延长母株的寿命来实现无性繁殖。结果显示,滇龙胆草每年1月初地上部分枯萎,6月中旬在近地面处又会分蘖出新枝,每丛枝条数量仅比上一年多1~2支。在有性繁殖方面,自种子萌发至植株开花结实需3年以上时间。
在盛花期对4个样地进行长达36 h的授粉生物学初步观察中,均未观察到传粉昆虫。人工授粉的试验结果见表2。从表2可见,滇龙胆草的花既可进行自花授粉,又可进行异花授粉,人工自花授粉结实率(85.6%)略高于自然自花授粉结实率(82.4%),自花授粉结实率明显高于人工异花授粉结实率(不足50%),人工同株异花授粉结实率(46.4%)高于人工异株异花授粉结实率(33.2%)。虽然自然状态下结实率较高,但种子萌发率只有0.3%,发芽能力较低。野生生境下滇龙胆草群体的更新主要是通过有性繁殖实现,由于自身繁殖缺陷及人为掠夺性采集,成为滇龙胆草野生资源濒危的主要原因。
3 小结与讨论
自然状态下滇龙胆草自种子从萌发到植株开花结实需经历3年以上,这一现象使得滇龙胆草物种本身的自我更新较慢,野生种群在自然状态下仅为间断分布且种群内的植株数量较少。滇龙胆草根系在地下呈水平分布,根系入土较浅,这一特性使其抗旱性较差,在苗期如遇干旱天气,易导致成片植株死亡。滇龙胆草的伴生植物虽为其提供了一定的阴蔽条件,但其生长适应能力比伴生植物差,如果伴生植物大量繁殖,势必形成对滇龙胆草植株光照、水分及营养的胁迫竞争。近年来云南省出现的严重春夏连旱灾害天气使滇龙胆草种子的出苗率大大降低,并且易造成滇龙胆草地下部分休眠而推迟萌芽,进而使植株开花结实延后,开花结实期的推迟在高海拔冷凉地区往往由于遭遇寒冷天气而使种子发育不充实,进而不能正常发芽。
滇龙胆草虽多数花簇生枝端,漏斗形花冠呈蓝紫色或蓝色,但不靠昆虫传播花粉。其自花授粉结实率高于异花授粉结实率、同株异花人工授粉结实率高于异株异花人工授粉结实率的现象表明,滇龙胆草的雌蕊柱头对同一朵花的花粉亲和性高于对另一朵花的花粉亲和性,对同一植株花粉的亲和性高于对另一植株花粉的亲和性。滇龙胆草自然状态下的零星分布致使传粉都是在同一种群内进行,这一现象不利于滇龙胆草在自然状态下的自我更新。
滇龙胆草有无性繁殖(根茎分蘖)和有性繁殖(种子繁殖)2种繁殖方式,但无性繁殖能力较低,一丛枝条每年仅能分蘖产生1~2支新枝。滇龙胆草在自然授粉后5~8 d子房开始膨大,果实成熟期为60 d左右,果实成熟后可产生较多的细小种子,虽然自然状态下结实率较高,但种子萌发率只有0.3%,发芽能力较低,这也是滇西南地区滇龙胆草处于濒危状态的主要原因之一。
致谢:临沧师范高等专科学校生物教育专业的赵国斌、李文元、向洪波、刘友龙等同学协助了野外考察,在此表示感谢。
参考文献:
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[7] 李智敏,刘 莉,李晚谊,等.滇龙胆的药用资源研究与开发进展[J].云南大学学报(自然科学版),2009,31(增刊):485-487.
一、研究目的
初中生学业分化是影响整体教育质量提高的大问题,分化产生的差生转化、优生提高迫切需要科学的教育 策略的指导。从现状看,这个问题的解决并未找到令人满意的方法,究其原因,恐怕一方面在于学业分化本身 原因的复杂性,另一方面则可能是由于对初中阶段不同学生的学习潜能缺乏足够认识。当前教育体制中的学业 评价体系主要是一种绝对判定标准,这种标准在应试教育背景下不失为是一种公平的选择尺度,而且对大多数 普通学生具有操作性方面的优点。但不容忽视的是,对学生分化群体的对象,这种绝对判定标准一定程度上掩 盖了学习活动中最为本质的内容,即学业潜能的发挥。而从学科成就值等相对判定标准角度分析研究初中生分 化群体,将不仅有助于正确诊断评价绝对标准下的优差生,而且更重要的是能从教学论角度进一步认识初中生 各学科学业分化现象的本质及其诊治之道,从而为提高九年义务制教育质量,促进素质教育向纵深发展提供有 益的启示。
二、研究方法
1、取样:本市普通中学94级8个班组385人,从初一预备班到初二下学期连续跟踪三年,根据生物 学科历次考试总评平均成绩取超过@①+0.95sd的对象为优生组,共41人,其中男13人,女28人 ;取平均成绩低于@①-0.95sd为学业不良组(以下称差生组),共40人,其中男29人,女11人 ,差生组中包括留级生7人,其中男4人,女3人。分化组群体占总体21.05%。
2、调查与测试:
(1)生物、语文、数学、外语学科成绩及总评统计及分析。
(2)智力测试:采用北师大心理学系修订的瑞文测验(spm)进行团体施测。
(3)问卷调查:自行设计,主要查明学生学习兴趣、学习习惯、学业负担、身体状况、家庭环境等。
所有数据均在foxpro中建立数据库,最后以spss软件作统计处理。
三、结果与讨论
(一)学科成绩调查及比较:
为了探明分化群体学生的知识结构及各学科学业成绩状况,将各种成绩标准化后作分析比较,结果见表1 。
表1 生物及其他学科优差生成绩比较
(附图 {图})
表1数据表明,以生物成绩分化为基准的优差生组,在语、数、外和各科总评成绩上均表现出极其显著的 差异(p〈0.001),进一步作生物与各科成绩的相关性分析,结果见表2。
表2 生物与其他学科相关系数比较
(附图 {图})
**:p<0.01
相关分析的结果显示,在初中学生总体上,生物学成绩与语、数、外及总评成绩均达强正相关程度,说明 生物成绩差异分布与语、数、外具有一致性。但在分化群体优生组、差生组中,生物学科成绩与其它各科成绩 均未达显著相关程度,留级生组中生物与外语、语文和总评分呈中强负相关,此结果说明在分化学生群体中, 生物成绩与语、数、外成绩具有与总体不同的变化趋势。
(二)智力发展水平与学生成就的关系
为了了解优差生分化与智力发展水平的联系,以瑞文量表对对象进行了智商测定,结果见表3。
表3 优差生及留级生智商分布
(附图 {图})
从表3结果可见,优生、差生、留级生的智商分布存在显著差异,优生组平均智商显著高于差生组。智力 水平优良的一级和二级(p[,75]以上)优生组有33人,占优生组总数80.4%,差生和留级生中仅 13人,占32.5%。智力水平中下的四级和五级(p[,25]以下)优生组2人,占4.9%,而差生 、留级生中有24人,占60%,这说明智力是影响学业分化的重要因素。
进一步分析智力与各学科成绩的关系,学生总体智商与各科成绩的相关性见表4。
表4 生物及其他学科成绩与智商的相关系数
(附图 {图})
结果显示,在总体上智力与各科成绩的相关系数均达显著程度,其中数学成绩与智力相关系数最高,达0 .6417,生物成绩与智商的相关系数也较高,达0.5544,语文成绩相关系数最低为0.4877, 这个结果与伯特(c·l·burt)报道的语、数、外结果基本一致。
在分化群体中,各组学生学科成绩与智商的关系见表5。
表5 各组学生学科成绩与智力的关系
(附图 {图})
表5显示,在优、差、留级生分化群体内,各科成绩与智商均未达显著相关程度,这说明在同类分化群体 中智力已不再是影响学业成绩的主要因素了。
(三)成就值(accomplishment score)差异比较
(附图 {图})
成就值是判定学生的学力是否同他的智力相适应的重要指标,其定义为学力离差与智力离差之差,若成就 值(as)为负值,可说明该学生不具备同其智力相称的学力,也就是说,学力潜力尚未或未能充分发挥,以 致未形成智力相称的现实学力,可视为学业落后或暂时落后。
经对优差生各种成就值测算,结果见表6。
表6 学生各科学力成就值比较
(附图 {图})
注:〈-8个体数:表示为低成就值人数。
表6结果表明1生物学科成就值优差生组间存在极其显著差异,如以as<-8为低成就值学业不良的标 准,则生物差生组as<-8的人数有24人,生物优生组有6人,与生物学科相似,外语学科成就值优、差 生组问亦存在显著差异,外语差生组as<-8的人数为22人,优生组有5人。而语文和数学两学科的优差 生组成就值差异不显著,各组as<-8的个体数也相对较少,这在一定程度上说明,生物与外语学科在初中 阶段具有某些相似性。低成就值表明学习潜能来充分发挥,其中还包含有相当比例的假性差生,故教育措施的 效能更为突出,由此可见初中生物和外语学科的差生或学业不良生转化的可能性相对较大。
(四)低成就值学生学习态度和学习环境分析
为了更全面地了解学习态度和学习环境对低成就值学生学业分化的影响,对优差生学生进行了专项问卷调 查,问卷包括学科兴趣、学习时间、对难题态度、辅导环境、业余时间安排、作息时间、家务劳动、家庭环境 、人际关系等20个方面。
调查结果显示,优差生低成就值者在学习态度上有显著差异,差生回家作业多需父母检查、督促或辅导才 能完成。父母天天检查作业的,差生组低成就值者24人中有14人,优生组仅1人;父母很少检查作业的, 差生组8人,优生组5人。实际学业负担优差生低成就值者都不重,且无显著差异,无论优差生每天做作业时 间都在几个小时内能完成,上学往返路程时间极大多数不到1小时,夜间睡眠大多8小时以上,但自我感觉课 业负担重的,差生低成就值者显著高于优生组,24人中有15人(62.5%)认为学习负担太重,没有一 个差生主动希望再多学一些知识,这反映出差生低成就者有“怕学习”和“厌学”情绪倾向。在对待难题的态 度上,差生低成就值者24人中17人(70.8%)持放弃态度,这说明这类差生缺乏学习的毅力和信心, 在学习环境方面的项目中优差生低成就者多数无显著差异,个别项目差生组还优于优生组,如家教辅导,差生 占67.5%,优生组占21.9%,月零花钱差生组平均高于优生组2.4元。问卷调查总体结果表明,低 成就值差生一般并不缺乏外部学习条件,故学业落后主要因素应归结为学习能力和学习的主观努力,适当的教 育措施可使这些学生中的相当部分成员的学习效能得到提高,要做到这一点,关键还是在于实现“教会学生学 习”这个教育的基本目标。
四、结论
1、初中生物学业分化在总体上与语、数、外学科具有某种一致性,但在分化群体中各种学业分化不完全 一致。
2、智力发育水平是影响生物等学科学业分化的重要因素,但不是唯一因素,相近的智力水平可有显著不 同的学业成就。
3、生物学业成就值在优差生间存在极其显著差异,生物学业差生的转化具有较大可能性,初中生物和外 语学科的学业分化具有某些相似性。
4、外部学习环境条件不是形成生物低成就值学业不良者的关键因素,对这部分学生的转化可从学习态度 和学习方法等教育措施方面着手。
参考文献
1.黄志林、乐秀峻,《教育理论与实践》,1989.(6)20-21。
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3.钟启泉,《差生心理与教育》,上海教育出版社,(1994)8。*
(1陕西师范大学生命科学院,西安710062;2白河县中医院,陕西白河725800)
摘要:为更好地掌握和了解陕西省安康市白河县药用植物资源的分布、种类等各种情况,为以后的开发和利用提供科学依据,笔者通过野外样地、路线调查及文献查阅相结合的方法,对当地的野生药用植物资源的组成和药用特点进行研究。在白河县共调查到野生植物302 种,隶属于109 个科250 个属,其中具有药用价值的植物272 种103 科227 属,所占比例较大,达到了90.07%。白河县药用植物中,草本占57.62%,木本类最多的是乔木,其次是灌木,最少的是藤本。从药用植物资源类别的分配情况来看,被子植物最丰富,为239 种,占药用植物总数的87.87%,蕨类植物与裸子植物野生药用植物资源相对较少,分别为28 种和3 种。药用植物中,绝大多数以全株类入药,占36.03%,其次为根及根茎类,共81 种,占29.78%。按照药用植物在医学上主要用途,白河县内解毒杀虫类的药用植物占得比例最多,占34.77%。最后针对该地区药用植物资源的分布特点和开发利用现状,提出了相应的建议和保护性对策。
关键词 :白河县;药用植物;资源调查;药用特点;开发及保护
中图分类号:Q-9 文献标志码:A 论文编号:2014-xb0661
基金项目:中医药公共卫生专项“国家基本药物所需中药原料资源调查和监测项目”[财社(2011)76 号];中医药行业科研专项“我国代表性区域特色中药资源保护利用”(201207002)。
第一作者简介:张亚娟,女,1989 年出生,河南济源人,硕士研究生,研究方向:植物种群与群落生态学。通信地址:710062 陕西省西安市陕师大长安校区,E-mail:zhangyajuan_123@126.com。
通讯作者:王孝安,男,1953 年出生,陕西西安人,教授,博士,研究方向:植物生态学。通信地址:710062 陕西省西安市陕师大长安校区生命科学学院,E-mail:wangxa@snnu.edu.cn。
收稿日期:2014-07-04,修回日期:2014-10-11。
0 引言
野生药用植物是在自然界生长、未经人工驯化栽培、具有药用价值的一类植物,是极其珍贵的天然药物种质资源库[1],中国对药用植物资源的开发利用历史悠久,然而在野生药用植物资源日趋减少的今天,如何更加合理地开发和利用这些重要资源已成为中药资源研究的核心问题,而要实现这一目标就必须得先掌握和了解药用植物资源的分布、种类等各种情况[2]。陕西安康市白河县位于巴山东部,其独特的地理环境,蕴藏着丰富的野生药用植物资源,以前所做的调查研究多是针对特定的某个药用物种或类型进行,对整个地区进行的调查研究较少。因此,根据第4 次全国中药资源普查的相关政策[3-4],笔者通过野外样地调查、标本采集和查阅资料的方法,对白河县野生药用植物资源的分布和利用进行全面调查,了解该地区野生药用植物资源的分布规律,阐释其组成和药用特点,为该地区野生药用植物资源的合理利用和开发提供理论依据。
1 研究方法
1.1 试验时间、地点
调查于2013 年4 月开始,在陕西省安康市白河县内进行样方调查和标本采集。
白河县位于陕西省东南部,大巴山东段,北临汉江,隔江与湖北省郧西县相望,东、南部分别与湖北省郧县、竹山县接壤,西与旬阳县相连。地势南高北低,全县山脉与沟相间,无一处百亩平地。汉江从县境北部自西向东横过,县内冷水河与白石河从县境西南向东北大致平行流入汉江。全境东西长53.3 km,南北宽41.5 km,地理位置为109°37″—110°10″E、32°34″—32°55″N,地处亚热带向暖温带过渡气候带,属大陆性季风湿润气候区,受相对高差的山地地貌的影响比较大,垂直性气候明显,平均气温为12.2~16.5℃,平均降水量787.4 mm,无霜期为234~261 天。白河县全县境内植被较为复杂,多为次生林和斑块状分布的退耕还林(还草)工程实施后形成的人工经济林及灌木林,几无天然林的分布。
1.2 研究方法
根据白河县的地形地貌特征等综合因素,在山间谷地、山麓斜坡地、低山、中山、高山等5 类生境类型中选择6 个具有代表性的典型区域(或流域)。每个区域随机设置6 个1 km×1 km的样地(套方),每个样地(套方)中随机设置5 个10 m×10 m的样方,用于调查乔木;在每个样方中设置1个5 m×5 m的小样方和4个2 m×2 m小样方,分别用于调查灌木和草本植物。总共调查了6 个代表区域、6 条调查路线、36 个套方、180 个样方。除此之外,同时进行标本的收集,随后制成腊叶标本以进行物种鉴定。最终参照2010 年版《中国药典》以及前人的分类方法[5-7],归纳总结其药用部位及化学成分和用途。
2 结果与分析
2.1 药用植物的资源种类
调查结果统计分析(表1)显示,白河县共调查野生植物302 种,隶属于109 个科250 个属,其中具有药用价值的植物272 种,隶属于103 科227 属,占90.07%。从植物资源类别的分配情况来看,被子植物最丰富,药用83 科,占76.15% 。蕨类植物与裸子植物的药用植物资源相对较少,分别是15科和3 科;药用植物物种数的比较,被子植物最多,共239 种,占79.14%,其次是蕨类植物,共28 种,占9.27% ,裸子植物只有3种,占0.99%。孢子植物是口蘑科(Tricholomataceae)的香菇(Lentinus edodes)和多孔菌科(Polyporaceae)的灵芝(Ganoderma lucidum)。在药用植物中,以科为单位(前7 个科)进行统计,所含种类最多的是禾本科(Agrostidoideae,共16 种),其次分别是菊科(Compositae,共15 种)、豆科(Leguminosae,共14 种)、蔷薇(Rosaceae,共10 种)、荨麻科(Urticaceae,共10种)、百合科(Liliaceae,共8 种)、毛茛科(Ranunculaceae,共7 种)。在这些野生药用植物中,单科单种比较多,共46 科,如海金沙科(Lygodiaceae)仅有海金沙(Lygodium japonicum),杜仲科(Eucommiaceae)仅有杜仲(Eucommia ulmoides),松科(Pinaceae)仅有马尾松(Pinus massoniana)等。
2.2 药用植物的生长型
从植物的生长型分析白河县302 种药用植物的分布(表2)。其中木本植物126 种,占41.72%;草本植物174 种,占57.62% 。木本植物中,乔木57 种,占18.87% ;灌木53 种,占17.55% ;藤本植物16 种,占5.30%。草本植物中,多年生草本145 种,占48.01%;1年生草本29 种,占9.61%。表明白河县药用植物中草本占大多数,木本的药用植物最多的是乔木,其次是灌木,最少的是藤本。
2.3 药用植物的药用器官类型
参照《中国药典》和前人的分类方法[5-7],依照药用部位不同而将药用植物分为全株类(全草、全草)、根及根茎类(根、根茎、鳞茎、假鳞茎)、果实及种子类、花类(花朵、花蕾、花序)、叶类(叶、芽)、藤茎类(茎、茎髓、藤、枝)、皮类和其他8 大部分。通过比较分析(表3),白河县所调查和采集到的药用植物中绝大多数以全株类入药,占36.03%。其次为根及根茎类,共81 种,占29.78%。由于以全草或根茎类植物为药用部分的植物生长年限较长,过度采挖势必会造成资源枯竭和生态环境的破坏。科学、合理地采药是十分必要的,在利用资源的同时更要注重资源的保护,以保野生药用植物资源的永续利用。
2.4 药用植物药效类型
根据药用植物在医学上的主要用途,可将白河县调查的302 种药用植物分为以下16 类,并将各种功效所含种数及其占药用植物总数进行统计(表4)。从表4 中可看出,16 类药用功效植物的百分比变化范围为0.33%~34.77%,其中解毒杀虫类的药用植物占得比例是最多的34.77%,其次清热药占了30.13%,比例也是比较大的。表明该区的许多药用植物的功能还是比较全的,也有较强的药效专用性。
3 保护及开发利用
通过对白河县野生药用植物资源的系统调查和分析可以看出,白河县具有药用价值的植物有272 种,隶属于103 科227 属,所占比例较大,达到了90.07%。科学合理有效地利用野生药用植物资源,使其经济价值、社会价值、生态价值得到更充分的发挥,是值得人们亟待关注和研究的课题。根据实地调查、分析和比较,以及当地野生药用植物资源的现状,提出以下几点建议。
3.1 建立野生药用植物资源的数据库
除了药用植物的种类等方面作详细的调查外,对其在药用植物资源的空间分布、蕴藏量、濒危状况等方面的调查应该加强,为建立比较系统的药用植物资源数据库提供数据支持[8-9],特别是在重点的药用植物开发上,还应当提出一定的评价标准。王年鹤等[10]从药用价值、分类学意义、野生资源量、野生资源减少速率、栽培状况、保护现状及综合性开发现状提出了初步定量化的评价标准。贾敏如[11]对药用植物濒危程度提出了评价标准,并确定了一级保护的珍稀濒危常用中药物种10 种,二级38 种,三级64 种等。但是,因为对濒危植物的看法还存在区域性的不同,需从实际情况多方面考虑[12],避免可能带有的偏见和局限。
3.2 推广中药材的规范化种植和生产
可持续发展的概念已经提出很多年,但是面对储量有限、规格不一的野生药用植物,仍有很多制约。尤其是近些年来,生态环境的严重破坏,导致一些野生药用植物减少,甚至是趋于濒危。面对这令人担忧的局面,建议在进行植物资源保护的同时,有应该加快中药材的人工种植,加快引种和变种的速度,使中药材的生产能真正做到规模化、产业化以及商业化;同时也应该考虑建立药用植物的种质基因库[13],尤其是那些重点药用植物。实现药用植物的可持续利用,不仅是对传统中药学的保护和支持,还可以促进当地的经济发展,应当引起全社会的关注。尽管白河县已开展了丹参(Salvia miltiorrhiza) 和紫斑牡丹(Paeonia suffruticosavar. papaveracea)的种植,但规模小、规范化程度低,产量不高,效益不大,还需政府部门、社会团体和科研机构加大协助力度,尽快让中药材的种植规范化。
3.3 打造特色中药材的产业化生产
白河县拥有的重点药用植物数量是可观的,因此,当地政府可以根据本县的药用植物资源分布特点和当地地域条件,寻找其中具有潜力药用植物,结合当地的自然传奇和人文风情,打造属于自己的特色品牌。现有的资料表明,白河县发展木瓜(Chaenomeles sinensis)已经形成规范化种植并具有产业化加工能力[14],“一县一业”的项目,已经得到了省市县各级领导的高度重视,然而也存在着一些弊端[15],在发展特色产业的同时,急需结合现代生物技术提升产业的科技创新,加紧资源的深度开发和多层次利用,避免造成植物资源的浪费,只有把产业做大做强,才能够实现经济与生态的双赢。
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关键词 叶菜类蔬菜;害虫;无公害防治技术;吴江地区
中图分类号 S436.36 文献标识码 B 文章编号 1007-5739(2013)22-0120-01
吴江地区种植的叶菜类蔬菜主要有甘蓝、白菜、青菜及蕹菜等,种植面积广,品种多,在蔬菜生产消费中占有很大比重。叶菜类蔬菜的种植比较分散且不连片,以露地种植为主,由于其自身特点、种植管理技术及环境因素的影响,虫害发生较重,其中又以小菜蛾、斜纹夜蛾、甜菜夜蛾、菜青虫及黄曲条跳甲等害虫对叶菜类蔬菜的生产危害较大,历来是生产中防治的重点和难点。目前该文针对吴江地区叶菜类蔬菜主要虫害的发生特点,并提出相应的无公害防治技术,为叶菜类蔬菜的安全生产提供参考。
1 主要虫害的发生特点
1.1 小菜蛾
小菜蛾属鳞翅目菜蛾科,是为害十字花科蔬菜的重要害虫,成虫翅狭长,头部黄白色,胸、腹部灰褐色,前翅前半部浅褐色,后翅银灰色,前翅缘毛长,翘起如鸡尾。初孵幼虫深褐色,后变黄绿色,整个虫体呈纺锤形,臀足向后伸长。成虫具趋光性,对黄色敏感。成虫产卵有较强的寄主选择性,喜在甘蓝、花椰菜、白菜等作物上产卵。初孵幼虫潜叶取食叶肉,残留叶面表皮,使叶片成透明的斑块,2龄后为害叶面,前3龄食量少,4龄为暴食期,可将叶片吃穿成孔洞或缺刻,虫口密度高时,可将叶肉全部吃光,只剩叶柄和叶脉[1]。小菜蛾在吴江地区一年发生多代,世代重叠,每年的春末夏初和秋季有2个为害高峰,秋季发生常重于春季。
1.2 斜纹夜蛾
斜纹夜蛾属鳞翅目夜蛾科,成虫头、胸、腹均深褐色,胸部背面有白色丛毛,腹部前数节背面中央具暗褐色丛毛。前翅灰褐色,斑纹复杂,内横线及外横线灰白色,波浪形,中间有白色条纹,在环状纹与肾状纹间,自前缘向后缘外方有3条白色斜线,故名斜纹夜蛾。幼虫头部黑褐色,胴部体色因寄主和虫口密度不同而异:土黄色、青黄色、灰褐色或暗绿色。初孵幼虫在卵块附近昼夜取食叶肉,留下叶片的表皮,遇惊扰后四处爬散或吐丝下附或假死落地。2~3龄开始分散转移危害,也仅取食叶肉。4龄后昼伏夜出,晴天在植株周围的阴暗处或土缝里潜伏,在傍晚后出来危害[1-2]。吴江地区1年发生5~6代,世代重叠,盛发期为7—9月。
1.3 甜菜夜蛾
甜菜夜蛾属鳞翅目夜蛾科,成虫前翅灰褐色,基部有2条黑色波浪形的外斜线,并各有1个环形和肾形纹,后翅脉有黑褐色线条。幼虫体色变化大,一般为绿色或暗绿色,在腹部气门下有明显的黄白色纵线,此线一直达腹部末端,各气门后上方有明显白点。成虫白天躲在阴蔽处,夜间活动,有趋光性。初孵幼虫在叶背取食,并拉丝结网,咬食叶肉,留下表皮,成透明小孔。集中危害至3龄后即分散危害,并进入暴食期,可将叶片吃成孔洞或缺刻,严重时仅剩叶脉和叶柄[1,3]。4~5龄幼虫昼伏夜出,食量大增,占总食量的90%左右。吴江地区一年发生6代,世代重叠,7—9月是为害盛期。夏季连续高温、干旱,在天敌减少的情况下,该虫易大暴发。
1.4 菜青虫
菜粉蝶属鳞翅目粉蝶科,成虫体黑色,胸部密被白色及灰黑色长毛,翅白色,成虫常有雌雄二型,更有季节二型的现象,随着生活环境的不同而其色泽有深有浅。成虫夜间栖息在生长茂密的植物上,白天露水干后活动,中午前后活动最盛,卵多散产于叶正面。春夏之交和秋季是幼虫主要发生期,幼虫青绿色,胴部腹面淡绿带白色,背中线黄色。幼虫2龄前只能啃食叶肉,留下一层透明的表皮;3龄后可蚕食整个叶片,轻则虫口累累,重则仅剩叶脉,影响植株生长发育和包心,造成减产,此外,虫粪污染花菜球茎,降低其商品价值[1,4]。吴江地区一年发生5~6代,世代重叠,每年的3—6月以及9—10月是为害盛期。
1.5 黄曲条跳甲
黄曲条跳甲属鞘翅目叶甲科,主要为害甘蓝、花椰菜、白菜等十字花科蔬菜。成虫鞘翅上各有一条黄色纵斑,中部狭而弯曲。后足腿节膨大,因此善跳,胫节、跗节黄褐色。成虫有趋光性,对黑光灯敏感,以中午前后活动最盛,高温时还能飞翔。幼虫长圆筒形,黄白色,各节具不明显肉瘤,生有细毛。幼虫需在高湿情况下才能孵化,因此近沟边的地里多。幼虫只为害菜根,蛀食根皮,咬断须根,使叶片萎蔫枯死。成虫食叶,以幼苗期为害最严重,刚出土幼苗,子叶被食后,整株死亡,造成缺苗断垄。白菜受害,叶片变黑死亡,并且传播软腐病。成虫寿命长,产卵期可延续1个月以上,因此世代重叠,发生不整齐[1,5]。吴江地区一年发生6~7代,全年以春、秋2季发生严重,并且秋季重于春季,湿度高的菜田重于湿度低的菜田。
2 无公害防治技术
2.1 农业防治
合理布局,避免十字花蔬菜周年连作;蔬菜收获后,要及时处理残株败叶并立即翻耕,可消灭大量虫源;清除杂(下转第131页)
(上接第120页)
草,结合田间作业可摘除卵块及幼虫扩散危害前的被害叶;另外,施用有机肥也可降低黄曲条跳甲的种群数量[6]。
2.2 药剂防治
2.2.1 化学药剂防治。针对鳞翅目害虫的防治,根据幼虫为害习性,防治适期应掌握在卵孵高峰至3龄幼虫分散前施药,用足药液量,均匀喷雾叶面及叶背,使药剂能直接喷到虫体和作物上。在卵孵高峰期,可选用5%氯虫苯甲酰胺悬浮剂1 000倍液、24%氰氟虫腙悬浮剂800倍液、10%虫螨腈悬浮剂2 000倍液,任选一种均匀喷雾。针对黄曲条跳甲的防治,在翻耕后种植前可选用50%辛硫磷乳油,或52.25%农地乐1 000倍液进行土壤处理,防治幼虫可选用48%乐斯本乳油1 000倍液,或50%辛硫磷乳油2 000倍液进行灌根;防治成虫可选用10%氯氰菊酯乳油2 000倍液,或2.5%溴氰菊酯乳油3 000倍液喷雾防治。
2.2.2 生物药剂防治。防治鳞翅目害虫可选用苏云金杆菌(100亿芽孢/mL)乳油1000倍液、杀螟杆菌(100亿芽孢/g)粉剂1 000倍液、短稳杆菌(100亿孢子/mL)悬浮剂600倍液、6%乙基多杀菌素悬浮剂1 500倍液、2.5%多杀霉素悬浮剂1 000倍液,选择其中一种药剂在初龄幼虫盛发期喷药防治,7 d后再喷1次。
2.3 物理防治
利用成虫趋光性安装杀虫灯进行灯光诱杀;使用24~30目防虫网,可防止外来虫源迁入危害;利用性信息素的引诱作用,在田间放置针对不同害虫的性信息素诱杀装置,可有效诱杀成虫,减少虫源[7-8];利用黄曲条跳甲的趋黄性,悬挂黄色黏虫板可诱杀害虫,减少农药使用[9];在菜畦床上铺地膜,能有效防止黄曲条跳甲躲藏、潜入土缝产卵繁殖。
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关键词:新升本院校;应用型本科;特色专业;课改
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)42-0013-03
随着经济社会的发展和我国高等教育改革进程的加快,相继有一大批专科学校升为本科高校,而且这种进程还在进行着。这既是高等教育由精英教育向大众化教育转变的结果,也是我国经济发展调结构、转方式的现实需要,因为产业升级、结构提升相应必然需要更高层次的应用型专业人才。然而与竞相升本形成对照的是,大部分新升本院校在内涵发展、特色形成上并没有多大突破,以至于学校发展遇到了瓶颈。据有关部门统计,新升本院校学生就业率排在985、211高校,高职院校,老本科院校之后,居于末尾。究其原因,相当多的新建本科院校由于发展定位不明确,盲目照搬老本科院校的办学模式,导致专业特色不鲜明,培养的学生不能“适销对路”,造成就业难,甚至招生都成了问题。这也给刚刚升为本科院校的学校敲响了警钟,只有找准自己发展的路子,尽快形成自己的办学特色,避免走其他升本院校的老路,迈好发展征途上的第一步,才能促进学校的进一步发展。
加强重点特色专业建设,既是形势所迫,也是新升本院校自身发展条件所决定的。大多数该类高校面临着经费不足的问题,只能把有限的资金用在刀刃上,确保几个特色专业早发展、快发展。只有这样才能在较短的时间内确立学校的竞争优势,以图学校的更大发展。
具体到山东农业工程学院,作为一所刚刚由成人高校改建升为普通本科高校的学校,一定要保持清醒的头脑,正视自己的不足,发挥多年在农业教育方面的优势,重点建设几个特色优势专业,立足于为省会城市群经济圈发展服务,加快转型发展。在“新建期”我们必须下好三步棋:确定新的发展起点――将办学自觉地纳入本科教育的发展轨道;确立新的发展目标――建设一所合格的应用型本科院校;选择新的发展路径――突出自身特色,走特色立校之路。
何为特色专业。按照山东省高等学校本科特色专业建设标准,特色专业应具备:在长期办学过程中积淀形成,与国内、省内其他学校同类专业相比特有的优势与特色。具体体现在:⑴在专业办学过程中的办学理念、办学思路上的特色;⑵在专业教育上的特色――人才培养模式、人才培养特色;⑶在专业教学上的特色――课程体系、教学方法以及解决教改中的重点问题等;⑷在专业教学管理上的特色――科学先进的教学管理制度、运行机制等;⑸在学科专业建设上的特色。如何发挥既有优势,在学校的创新发展中找准重点,少走弯路,应从下面几项工作入手。
一、立足省会城市群经济圈经济社会发展,搞好特色建设顶层设计
为创建学校的办学特色,学校首先应做好办学指导思想、办学定位等特色建设的顶层设计。为此,按照区域经济社会发展对高等教育的要求,我们进行深入广泛的调研、论证。认真听取地方政府和用人单位对我院人才培养工作的意见和建议。组织教职工结合我院的客观实际发掘优势找差距,开展办学思想大讨论,继续解放思想,集思广益形成并不断完善学校新的办学指导思想和办学定位。形成了“师生为本,发展为要,质量为先,特色兴校”的办学理念,“学生、老师、学院三者一家,关心、教育、管理、服务四位一体”的育人理念和“公平、公正、公开、民主”的共识管理理念。以主动服务区域、行业发展需要为出发点和落脚点,结合学校实际,办学类型定位为应用型普通本科工程院校。办学层次定位为以本科教育为主,适度发展优质专科教育。服务面向定位为立足省会城市群经济圈、面向基层、服务社会、辐射山东。发展目标定位为紧紧围绕人才培养这个根本任务,把学校建设成为涉农学科优势突出,应用型人才培养结构合理,办学特色鲜明,在山东乃至全国具有较大影响的应用型普通本科院校。
二、巩固现有特色专业的优势
教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见指出:引领高等学校合理定位,发挥优势,办出水平,办出特色。按照优势突出、特色鲜明、新兴交叉、社会急需的原则,择优选择和重点建设3000个左右特色专业点,引导各级各类高等学校发挥自身优势,努力办出特色。山东省高等学校特色专业建设实施方案要求:特色专业建设以培养满足山东省经济社会发展所需人才为出发点,以突出培养具有高度社会责任感、勇于探索的创新精神、解决实际问题的实践能力的高素质应用型人才为基本目标。作为一所长期从事农业干部培训和高职教育的成人高校,我院在以往长期的办学历史过程中培育了几个特色专业,积累了一些经验。比如国土资源管理、食品营养、机电一体化等专业都有自己的特色。
国土资源管理专业2001年被评为“省级教学改革试点专业”,2006年被评为“省级特色专业”。2008年,土地估价课程被评为“省级精品课程”,2011年国土资源管理专业教学团队被评为“省级教学团队”,2012年,建设用地管理能力课程群(土地利用规划管理、建设用地管理、地籍管理、土地市场管理)被评为“省级精品课程”;2011年地籍测绘与土地管理信息技术专业被评为“院级重点专业”,地籍测绘专业教学团队被评为“院级教学团队”,“房地产营销策划课程群”(4门课程)、“工程造价”等5门课程为“院级精品课程”。土地管理专业的国土资源管理专业作为“省级特色专业”,坚持“项目带动、顶岗实习、工学交替、参与教师科研”等实践教学模式。这些特色专业在全省乃至更大的范围都具有较好的社会声誉,学生就业率高。我们必须巩固既有优势特色专业,把它们保护好、发展好,将它们好的做法嫁接到新上专业上。
三、适应经济社会发展新形势,审慎确定新上专业
未来几年将是我院新上专业的高峰期,应当立足于山东省会城市群经济圈发展规划,从服务于地方经济社会发展出发谋划新上专业。这既是学校定位的要求,也是为学生将来就业前景考虑。另外还应当正视山东作为全国的农业大省已有两所老牌农业院校:山东农业大学、青岛农业大学。与这两所在全国都有良好影响的老牌高校相比,我院确为小老弟,无论是学校底蕴还是教学管理抑或是师资水平都有较大差距。我们只有错位发展,以应用型人才为培养目标,抓住省会城市群经济圈发展的大好机遇,紧跟区域经济社会发展的步伐,找准经济圈的产业优势,以服务于区域经济社会发展为目的,谋划新上专业。如基于济南发达的现代交通发展起来的物流产业下一步必将得到更大发展,我院新上了物流工程和物联网工程专业。新上专业既要考虑到未来经济社会发展的需要,还要面对学校自身师资水平、实验实训条件的许可。值得注意的是有相当数量的升本院校不顾学校自身条件许可盲目扩张专业,不注重内涵提升,这势必会影响将来的可持续发展。
四、把发展转型的突破口放在课改
教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见要求,推进高等学校在教学内容、课程体系、实践环节等方面进行人才培养模式的综合改革,以倡导启发式教学和研究性学习为核心,探索教学理念、培养模式和管理机制的全方位创新。山东省高等学校本科特色专业建设标准也要求:教学内容与课程体系改革符合新世纪高素质应用型人才培养要求,能整合、深化已有教学改革成果,重视对学生创新精神、实践能力和创业能力的培养。学校有了明确的定位,制定了切实可行的人才培养方案,这些工作最后的落脚点还是课堂教学,一句话,高等教育本科转型的中心问题还是课改。
(一)构建新的课程内容体系
从整体看,新建本科院校课程体系最显著的问题是:理论课偏重于一类本科院校,实践课偏重于高职高专院校;理论与实践、专业知识培养与实践能力培养存在相互脱节的趋向。应用型本科培养的学生应是既有系统理论基础又掌握实践技能的复合人才,而现有的课程内容体系在专业基础知识和实践能力的有机结合上做得显然不够。一些新升本院校的基础课、专业基础课教学内容要么偏重于知识理论的系统性,要么像高职院校那样以必需、够用为原则,课程内容体系支离破碎,不利于学生扎实的理论基础的形成,更不利于学生复合能力的培养。目前,较为流行的做法是教学内容“模块化”,不是说“模块化”不好,而是应当在实行“模块化”教学时尽量保持好内容的衔接,不仅仅为应景而搞“模块化”。我们努力的方向应该是:让学生在掌握系统理论知识的基础上,培养训练能适应多岗位的通用能力,尽量不要过早做得太专,这对将来的就业会带来困难。
(二)重建新的课程结构
重建新的课程结构应遵循:既有学科理论知识的系统性,又能体现应用能力、实践能力的培养;既要体现一般本科教育的普遍性,又能体现院校特色的特殊性。课程设置时,学科理论知识的系统性应主要体现在基础课、专业基础课的设置上,以稍低于一般本科院校的要求为宜。专业课设置应注重强化应用能力、实践能力的培养,要求应高于高职院校。除着眼于培养就业岗位要求的普遍通用能力外,为体现学校特色,基于学校实验实训条件,还可适当开设选修课,根据学生的兴趣差异,让他们掌握一技之长。
(三)开发几门校本课程
在首先满足国家关于本科人才培养目标要求的前提下,立足于我院优势和特色的形成开发几门符合区域经济社会发展需要的校本课程。济南作为省会城市群经济圈的核心城市将加快现代农业建设步伐,着力发展都市型、城郊型农业和农产品加工业,为城乡居民提供丰富多样的农产品。我们应立足于农业工程院校的现实和优势,做好调研,逐步开发几门具有地方特色的课程,做到人无我有。
(四)高素质的师资是课改的保障
课改的实施由合格的教师队伍来完成。就现有教师队伍的状况来看实施新课改有难度,必须抓紧进行青年教师实践能力的培养和实用型人才的引进。在人才的培养和引进上应避免片面追求高学历,不是所有具有博士学位的都是我们适用的人才。对于应用型本科院校来说,那些具有扎实的理论基础,同时又掌握熟练的操作技能的“双师型”人才才是我们的最爱。
五、逐步建立现代大学管理制度
特色专业的建设和形成需要高效的管理制度来保证。山东省高等学校本科特色专业建设标准要求:教学管理制度健全;教学质量保证和监控体系运行良好;有教学指导委员会,能实质性参与人才培养全过程;能够经常性地对社会需求和毕业生质量进行跟踪调查。要做到:(1)建立健全鼓励教师积极参与教学的政策、制度与措施。从制度层面上吸引和保证高水平教师从事教学工作,鼓励和支持本专业骨干教师与相关企业进行合作、交流和学习。(2)建立推动本科生参与科研创新实践活动的长效机制。调动学生自主参与科研、教师指导学生科研的双向积极性。建立学生深入社会开展实践实习的有效机制,形成教学、科研和社会实践有机结合的人才培养模式。(3)构建科学合理的教学质量保障体系和评估机制。根据学科和行业发展要求,结合本专业特点,研究建立专业教学质量保障体系,探索建立学校、教学单位、行业部门和用人单位共同参与的学生考核评价机制。
学校应梳理以往的教学管理、人事管理、行政管理制度,对照高等学校本科特色专业建设标准要求,废止与现代大学管理制度不相符的部分,全面提升管理水平和效率。把各项工作的重心转到为教学工作服务上来,为特色专业的建设保驾护航,为学校的可持续发展提供制度保障。
总之,特色专业的建设和形成不是一蹴而就的事情,必须下大气力,与学校的内涵提升同步进行。它应当经过较长时间的努力,随着良好社会声誉的提升,学生就业率的提高自然形成。
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【关键词】 生物质燃烧特性 积灰结渣 硫指数 氯指数
1 引言
全球气候变暖日益显著,已成为各国政府和公众关注的焦点。生物质在锅炉中燃烧,是最直接的生物质能利用方式,是实现我国发展可再生能源、控制碳排放目标的重要手段之一。由于生物质与煤在大容量燃煤锅炉中的混合燃烧发电技术,具有投资改造费用和运行费用低、热效率比直燃锅炉高、通过主燃料煤的调整可以弥补生物质燃料来源特性多变等特点,是国际上先进的生物质能发电技术方向,利用生物质混烧发电是我国资源利用的迫切需要,也是解决能源出路的有效途径之一。
2009年12月26日国家修正的《可再生能源法》明确提出:国家鼓励清洁、高效地开发利用生物质燃料,鼓励发展能源作物。《可再生能源中长期发展规划》也确定了到2020年全国生物质固体成型燃料年利用量达到5000万吨、生物质发电总装机容量要达到2000万kw,年替代2800万吨标准煤。国家环境保护总局、国家发展和改革委员会下发的环发[2006]82号文件《关于加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知》中规定:“国家鼓励对常规火电项目进行掺烧生物质的技术改造,当生物质掺烧量按照热值换算低于80%时,应按照常规火电项目进行管理。”
此时生物质的燃烧特性对于大规模锅炉就显得极为重要,了解和利用生物质的燃烧特性对于生物质与煤的混烧发电有着至关重要的作用。而生物质作为燃料同时也面临着新的挑战:生物质燃料中的碱金属含量很大,燃烧时很容易在炉膛内部产生积灰,积灰会增大热阻,减小锅炉效率,造成经济损失的同时,大热阻也会产生安全隐患[1];而碱金属和酸性离子在高温下也会腐蚀炉体表面[2]导致重大后果。这些问题不得到克服,生物质的混烧发展就难以继续。
到目前为止,针对生物质的积灰的研究有很多,一些文献中采用熔渣指数构建模型进行预测[3]还有一些运用灰熔点温度进行预测[4]。随着计算流体力学(CFD)的发展,CFD已经成为了生物质积灰预测系统的重要组成部分[5],但是在建立模型的过程中,存在着大量的估计以及经验公式作为计算模型,而以往的研究多是以单独的煤或者大量的煤和少量的生物质的混烧作为模型背景的,随着以后可能出现的生物质燃料比例的上升乃至单独生物质燃烧的锅炉,煤占主导的燃烧模型会出现比较大的偏差,那么对生物质燃烧以及结渣特性的研究作为CFD模型的参数补充就显得尤为重要。在生物质燃料的发展中,寻找生物质燃烧积灰过程中的结渣特性的规律迫在眉睫。
本实验对常见并具有代表性的十种生物质进行单独燃烧,观察和分析它们在燃烧过程中的特性以及结渣现象,并对燃烧现象进行TGA分析,再以熔渣指数为基础,加入对其他元素(硫元素和氯元素)的考虑并对结渣现象进行分析,对十种生物质积灰速率进行估计以及拟合,希望找到一种对于生物质燃烧和积灰结渣特性有效而相对准确的预测体系,一方面为大型利用生物质的发电方式提供生物质燃烧特性,另一方面也为今后CFD模型的数据补充提供生物质相关的参数。
2 实验介绍
2.1 实验材料
本项目的研究共收集了十种代表性的燃料,分别为小麦秆、水稻秆、玉米秆、大豆秆、棉花秆、油菜秆、玉米芯、稻壳、树皮、木片十种生物质。从大的类型上,这十种生物质除了木片和树皮属于木本植物之外,其他的都是草本植物。在实验中需要用不同的方法进行粉碎,对十种生物质秸秆都进行了磨碎(磨碎粒度200-300um),以进行燃烧特性、一维炉积灰实验研究。
表1分别给出十种生物质燃料的燃料特性分析(按设计燃料35.5%水分折算),从表中可以看出,十种生物质燃料挥发份含量很高,在41.86%-52.68%之间,而固定碳含量偏低,固定碳含量在8.72%-13.51%之间;生物质燃料的发热量普遍不高,十种生物质的低位发热量范围在9.41-11.45MJ/kg,不到煤的一半;灰分含量总体水平不高,但十种生物质差别很大,灰分最低的玉米芯仅有1.12%的灰分,而稻壳的灰分含量达到了12.26%,差别非常明显。
表2中给出的是这是种生物质结焦的灰化学成分以及其含量,十种生物质的灰成分区别较大,重要积灰成分等含量有着明显的差异。
2.2 实验设备
实验在清华大学一台25kw的高温一维炉实验系统上进行,如图1所示,煤粉或其他燃料可以通过一台1-8kg/h给粉量刷式微量称重螺旋给料机进行实时定量给料,由一次风气力输送送到多燃料组合燃烧器的一次风入口。多燃料组合燃烧器的配风由一次风和二次风构成,二次风经过电加热器时,其温度被加热到400℃后,通过燃烧器出口旋流片加旋后送入到一维下行炉中,一次风和二次风在下行炉燃烧器出口区域形成了一段回流区域,增加烟气的返混,以增强燃烧器出口燃料的加热,以及实现燃料和空气的快速混合。燃烧在直径为150mm、高3.2m的下行炉膛中进行,燃尽后的烟气经过烟气冷却器、布袋除尘器后排入到大气中。
本研究中,选用刮板式给料机(MFOV-1VO)为一维炉系统输送生物质燃料,输送速度调节范围是0.1-20cc/min。使用的高温积灰采样系统为清华大学自行设计具有自主专利的积灰取样系统,除了能够进行实验室的积灰实验外,也可以用于实际锅炉中的积灰采集实验。其中采样管外径根据采样当地的流场参数确定,保证积灰采样时流场条件贴近实际情况。
本项目考察生物质烧结积灰的影响,选择采样管表面温度: 600℃。当一维炉实验系统达到预定工况并稳定后,火焰区温度约为1150℃,采样处烟气温度降至750℃左右,采样时间为60min,各工况生物质燃料输送速度均设置600g/h。
样品的热重分析实验采用德国NETSCH公司的STA-409 C/3F热重分析仪,该仪器可以同时进行试样的TG和DSC/DTA分析。本次测试采用空气作为环境气体,按照10℃/min的升温速率由室温升温到1000℃,测量燃烧失重曲线。
3 实验结果分析
事实上,不同生物质的灰含量都有很大差别,而实验积灰温度为600℃,各种物质在60min的积灰量在表3中给出。本文分别从燃料燃烧过程中的失重速率以及燃料自身的结渣特性分析生物质燃烧过程中的积灰情况。
3.1 生物质燃烧特性的TGA分析
通过TGA分析可以得到生物质的热稳定性和组分特点,在本次在燃烧特性实验中,生物质的燃烧特性以TG、DTG燃烧分布曲线来反映,样品的失重过程可以假设分成3个阶段:①由于样品中的吸附水和挥发气体析出,温度在200℃以下;②生物质样品中的半纤维素、纤维素以及木质素的热解和挥发分的燃烧反应,温度在200―350℃;③生物质中剩余木质素热解以及焦炭燃烧,温度在350―600℃。其特性参数有以下:
(1)着火温度Ti(℃)。着火温度是燃料着火性能的主要指标,着火温度越低,表明燃料的着火性能越好。
(2)最大失重速率(最大燃烧速率)(dw/dt)max,%/min,DTG曲线上的峰值点所对应的反应过程中最快的反应速率即是最大燃烧速率,(dw/dt)max越大,挥发分释放得越强烈。
(3)Tmax最大失重速率所对应的温度,℃。Tmax越低,则挥发分的释放高峰出现得越早,越集中,对着火越有利;反之,则越不利于着火。
实验中的十种生物质的TG-DTG曲线中的各个样品的主要燃烧特性如表4所示。与煤的着火温度相比,生物质的着火温度很低,由表中可以看出,十种生物质的着火温度在220℃-286℃之间,豆杆的着火温度最低,为220℃,着火温度最高的树皮也仅仅286℃;在从最大失重速率及其对应的温度来看,十种生物质的最大失重速率发生在269℃-335℃之间,相对来说十种生物质的Tmax都比较低,玉米芯最大失重速率对应的温度最低,为269℃,树皮最大失重速率对应的温度最高,为335℃;从开始着火到最大失重速率出现,十种生物质的温度浮动都很小,在30℃-72℃之间,说明生物质会迅速析出挥发份,迅速燃烧。
生物质由于其成分的原因,无论在着火温度,还是最大失重温度上跟煤都有较大区别(煤着火温度350―450℃左右,最大失重温度在500℃左右[6]),由于其着火温度和最大失重温度低,是着火性能非常好燃料;另一方面,也说明煤和生物质的燃烧特性有所区别,用煤的燃烧参数代替生物质是不够准确的。
本实验中的积灰速率和燃料燃烧最大失重速率关系如图2所示。由于趋势明显不符,去掉了稻杆的数据(最大失重速率11.8(dw/dt)max(%/min),积灰速度9.12(mg/min)),可能由于测量中对其最大失重速率的测量计算存在偏差或者植物自身的特殊属性。在其余的9个数据中当(dw/dt)max处在8(%/min)左右的时候生物质的积灰速率达到最大,当在8(%/min)左右,无论增大或减小,都会使得其积灰速率有所减小。
一方面,积灰的形成,初期机制是凝结成核,包括气相成灰物质的冷凝以及较细小颗粒的沉积,当燃料失重速率小时(小于8(%/min)),成灰物质会形成以K为代表的碱金属涂层,增大采样管的表面粘性,积灰速率会随着燃料的失重增快而增大;如果燃料失重速率大(大于8(%/min)),含有Si,Al等元素的飞灰也会很快析出,并且被捕集,与容易析出的高反应性碱金属共同构成采样管外壁,使得外层采样管的粘性下降,对飞灰的捕集能力下降,此时即使燃料失重速率变大,也会使得积灰速率下降;如果积灰速率很大,采样管表面热阻也会在短时间内大大增加,温度升高,熔融态的成灰物质比例增多,表面粘附力又一次增强,但伴随积灰增厚,外层积灰更容易在大速率产生的飞灰的冲刷下脱落,当二者达到平衡时,成为积灰的“饱和”态,形成稳定的积灰。
另一方面,积灰的形成不仅和燃料的失重速率相关,和燃料的灰成分特性也有很大的关系。不同的灰成分的燃料会表现出来不同的特性,其积灰速率也会受到很大影响。这一点在文章的后面给予说明。
3.2 生物质的熔渣指数分析
3.2.1 熔渣指数
很多文献中都提到过熔渣指数Slagging Index[7],用来预测生物质或煤的结焦特性,基本的理念是基于碱性氧化物和酸性氧化物的比值作为基础,然后进行分析,一般的公式如下:
有些时候这个指数也会添加一些其他的因素作为修正。但是,由于添加的修正因素并不会影响大的趋势,在众多涉及这个参数的文献中[7][8],都提到,在SI位于0.75-2.0这个范围的时候结渣强度会非常大,而小于0.75或是大于2.0范围都会使结渣强度降低。
而在本实验中的熔渣指数和积灰速率的关系正如图3所示,由于油菜杆和豆杆的灰成分中的碱性氧化物含量非常大,而等酸性氧化物的含量很低,导致SI值相比于其他实验组大了很多,在图中可以看到当SI>1后的几个点已经趋于稳定在2mg/min左右的积灰速率上。
可以发现,积灰速率在SI小于0.6的时候是较高的,并且在0.2,0.4左右出现两个峰值,在SI大于0.6后,虽然略有波动,但相对保持平稳状态,积灰速率也保持在2mg/min左右小幅波动。
大多数文献中所体现的0.75-2.0的值域,并没有在本次实验中得到很好地体现。事实上,整个SI参数和值域的提出都是针对煤在燃烧过程中的特性提出的,虽然生物质和煤的结构类似,燃料特性和积灰成分也有一些相似之处,但相较之下还是有很多不同点。生物质中通常有较高量的K,P,Ca元素,但是Fe,Ti元素都低于常见的煤。此外,生物质中的碱金属元素通常以离子或有机物的形式存在,而煤中通常是以矿物质存在。而在燃烧过程中,离子和有机元素相比于矿物质会更加不稳定一些,非常容易蒸发、冷凝然后形成沉积,而矿物质会更难一些。
但考虑到煤和生物质形成的沉积物的成分大致一致,都作为生物燃料,它们的相似性也是存在的。考虑到上述离子和矿物质形态的碱金属元素的迁移难易问题,由于生物质中的碱金属以离子态和有机物态存在,更容易迁出[9],生物质的积灰速度和SI曲线相比于煤也应该会向左偏移。
相比于煤SI在0.75-2.0之间的积灰速率最大,生物质SI可能会在0.6以内就出现积灰速率的迅速增大。但是由于SI在0.6以内的试验点数目所限,规律还不是非常明确。
3.2.2 硫指数和氯指数的考虑
一些文献中也提到了在结渣过程中,特定元素对积灰的影响非常大,一些研究中也引入了硫指数这个概念[10],用熔渣指数乘以硫元素在干燃料中的比例,得到一个新的指数――硫指数。即
SIs=SI*
不过,考虑到氯元素在生物质燃烧过程中对碱金属的蒸发起到的重要作用,本文中也引入一个新的指数,用熔渣指数乘以氯元素在干燃料中的比例,得到一个新的指数――氯指数,即:
SICl=SI*
式中分别表示硫元素和氯元素在干燃料中的比例。
如前文所述,去掉大的指数对图表比例的影响,积灰速度和硫指数的关系如图4所示,而积灰速度和氯指数的关系如图5所示。
S作为煤燃烧结焦的重要元素,在生物质燃烧积灰的图样中并没有体现出来很好的特性,但与最初的SI指数相比,还是保持了双峰的特点,并且排除的由于横坐标值过大的点,它们的积灰速率基本上在2mg/min,这也说明了在硫指数比较大的时候,积灰速率也趋于平稳,这个和SI曲线是一致的。但整个图像比较散乱,规律性不好,这也是因为S元素并不是生物质燃烧积灰的最重要元素。
相比之下,Cl作为生物质燃烧积灰的重要元素,图像的特点非常明显。与其它指数不同,图像中的两个最大值点(积灰速率10mg/min左右的点)在氯指数的图中是连续的两个点,中间没有大幅的下降的点,构成了一个比较明显的“峰”,且在这个大“峰”的右侧,积灰速率都有明显的下降,并趋于平缓;而在“峰”的左侧,积灰速率虽然有所波动,但是也是在2mg/min上下波动,而且区别较大的两个点(积灰速率在4mg/min)是树皮和木片,这两种材料组成非常接近,并且是明显的木本生物,而其他的实验组多为草本生物质,导致了这个实验规律的略微差异。
由此可见,Cl元素作为生物质燃烧积灰的重要元素,在积灰结渣中起着重要的作用。
首先,是它的传输作用,在生物质燃烧时,氯元素有助于碱金属元素从燃料颗粒内部迁移到颗粒表面与其它物质发生化学反应;
第二,氯元素有助于碱金属元素的气化,它可以与碱金属硅酸盐反应生成气态碱金属氯化物,比如,Cl在焦炭表面与K发生反应生成KCl,而后KCl和含氧的官能团进一步发生发应,导致Cl以HCl的形式进入烟气。当Cl与碱金属形成气态或者形成HCl的时候,在燃料粒子的周围形成了一个气膜,改变了燃料的传热性能,一方面增大了热传导的热阻,使得周围的高温空气换热变得困难,另一方面,形成的气态KCl、HCl在周围形成了一个“遮热板”的涂层,使辐射传热过程增加了阻力,辐射换热量减小,此时,热量不是由炉壁直接传给燃料表面,而是由炉壁先辐射给周围的Cl化物膜,再由这层膜辐射给燃料粒子。在增加了这个“遮热板”后,使得换热量受到一定影响。由于这两方面的共同影响,整个燃料颗粒的换热减弱,吸收的热量减小,燃烧不充分,形成一部分熔融的堆积,以致形成沉积。
而且随着碱金属元素气化程度增加,形成的气膜加厚,致使整个沉淀物和燃料颗粒的温度下降,而固体和液体的粘性随着温度的降低而增加,即沉积物数量和其粘性也增加。随着沉积物的粘性增加,导致其撞击效率一定的基础上管壁的捕集效率增加,使得沉积速度增加,沉积总量增大。
但是随着氯指数的比例进一步增大,一方面,由于结渣指数在之前图像中的特性,会使得整个积灰的总量下降;另一方面,由于氯元素在这里起到的是一个加强效果的作用,随着氯自身的比例增加,会使结渣成分的比例降低,也会使得积灰的总量受到影响而下降。
对本次实验的生物质而言,当氯指数在0.05-0.1之间的时候,积灰速率很大,小于0.05或者大于0.1的时候,都会使积灰速率减小并趋于平稳(对多数草本生物质),趋向于2mg/min。
4 结语
研究发现,生物质同煤相比,着火点很低,而且最大失重温度都集中在300℃左右,且从着火点到最大温度的浮动很小,只有30-70℃左右,综合来看着火性能非常好,且明显异于煤。由于燃料特性和积灰机理,在实验燃料失重速率达到8(%/min)左右时,积灰的速率达到峰值。
一些文献中提到的熔渣指数(SI)和其补充指数硫指数(SIs),在对煤的燃烧判断和积灰预测中可以体现出不错的效果,但在针对生物质燃烧积灰的模型中实验符合程度并不理想。新提出的氯指数,对生物质的燃烧特性和积灰特性的说明符合上做的更好,实验表明,当氯指数在0.05-0.1之间的时候,积灰速率增长很大,小于0.05或者大于0.1的时候,都会使积灰速率减小并趋于平稳,趋向于2mg/min。
实验作为生物质的特性研究,系统地对不同生物质的燃烧和积灰特性做了分析,对煤与生物质的混烧配比以及生物质的混合燃烧起到了一个预测和指引的作用,为工业发电中煤与生物质混烧的减少积灰提供实验依据。
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关键词:CFB锅炉 改造生物质实践
中图分类号:TK223文献标识码: A 文章编号:
1前言
连云港协鑫生物质发电有限公司是协鑫集团控股有限公司投资兴建的环保型热电联产企业,公司地处江苏省连云港市赣榆县经济开发区内。项目设计规模为三炉二机,一期工程为二炉二机,主要设备选型为二台15MW抽凝式汽轮发电机组,配套二台75T/H循环流化床锅炉,机组于2005年7月投产发电,同年10月实现了对热用户供热。
以煤炭为主的能源消费结构及能源利用效率低下等因素使我国环境恶化日益严重,生态遭到破坏,SO2、CO2排放量分别列世界第一、第二位 ,造成的经济损失约占GDP总量的3%—7%。然而我国生物质能资源非常丰富,椐初步统计,我国生物质能如用以代替煤炭发电,近期可相当5亿吨标煤,远期可相当10亿吨标煤以上。
连云港协鑫生物质发电有限公司从09年初开始,利用原有工厂厂区,对公司原有的2台75T/H循环流化床燃煤锅炉(CFB锅炉)进行了全燃生物质技术改造。经过8个月努力,实现了企业从燃煤到全燃生物质的根本转变,燃煤电厂成功升级为全燃生物质电厂。 目前连续运行已超过4年时间,运行情况稳定良好,达到了预期目标。
全燃技术改造的可行性
连云港协鑫发电有限公司地处连云港市赣榆县,赣榆县是一个农业生态县,生物质资源非常丰富,全县85万亩耕地面积,年产各种秸秆类生物质资源总量达到80万吨,扣除各种减量因素及农民自用量后,仍有40万吨左右的生物质资源可以供综合利用。同时连云港协鑫生物质发电有限公司前阶段,在循环流化床锅炉大比例(≥80%)掺烧生物质秸秆运行方面已摸索出较成熟经验,因此对循环硫化床燃煤锅炉进行全燃生物质改造是可能的。
生物质燃料的特性
北京国家煤炭质量监督检验中心对连云港及周边送检生物质样品的化验结果,见表1、表2所示:
表1、生物质工业分析及元素分析
表2 生物质灰成分分析
表3生物质灰熔融性分析
通过上表分析,生物质成分组成、特性、产地、气候及生产过程等变化很大,仍具有共性:
1.1 工业分析
送检样品很干水分较低,实际收购水分较大,从我们公司收购入炉情况看,水分有时会在40%左右。生物质的灰分一般较低,除稻壳和稻草在14%左右,其余都在6%以下;挥发份较高60%-80%,固定碳在10%-20%之间。
1.2元素分析
生物质应用基含碳在40%左右,氧量35%左右,氢5%左右,硫0.05%-0.2之间。生物质与煤炭对比,生物质为低炭燃料,属于清洁能源,含硫量少、含氯量小、含灰量低 ,生物质中有害物质,硫、灰份等,仅为中质烟煤的1/10左右(煤炭含硫一般高于0.8%)。同时,生物质燃烧时CO2的排放,和生物质生长时CO2的吸收,构成自然界的碳循环,因此,生物质能的利用,可有效减少SO2排放形成的大气污染,并实现温室气体CO2零排放 。.
1.3灰分分析
生物质的灰分中碱金属及氯在燃烧中会引起受热面的结渣、积灰及腐蚀。通过4年的运行锅炉的过热器、省煤器管道表面结渣积灰非常严重,2个月需要停炉清理一次。旋风分离器因积灰通流面积降低需要停炉清理。
1.4 发热量及自然堆积密度
生物质收到基地位发热量一般在13-16MJ/Kg之间,与锅炉设计煤种20.31MJ/Kg相比,发热量低很多。生物质堆积密度较小,一般在120-160kg/m3之间,平均密度仅为煤炭的1/8。生物质的单位热值密度比煤炭低的多,约为煤炭的1/10。由于生物质自身特点,生物质的入炉问题是改造的重点和难点之一。
1.5燃烧特性
生物质自身挥发份含量很高,而CFB锅炉主要是通过内部蓄热循环提高炉效。生物质在炉内燃烧时间短、循环倍率低是降低炉效的一个因素。
二、全燃生物质产生主要问题采取的对策:
2.1.结焦问题
生物质燃料的灰熔点低,玉米秆灰熔点DT 1100℃,麦秆灰熔点DT 940℃,棉花秆灰熔点DT 12200℃,树枝灰熔点DT1500℃,在燃烧时很容易引起炉膛内部结焦,解决结焦问题的关键是控制好温度。在运行中要注意在不影响锅炉效率的情况下控制好锅炉各个部分的温度加以控制:采用合理的风帽结构,确保在运行过程中床层流化均匀;控制锅炉床温800~900℃左右,炉膛出口烟温850~890℃左右,确保炉膛和布风板不结焦。
2.2.腐蚀问题
生物质燃料中的氯元素容易造成高温腐蚀和低温腐蚀。其中高温腐蚀主要发生在水冷壁和过热器处,其发生的条件有两个:一是由烟气温度和介质温度确定的工作点在腐蚀区,二是受热面管子附件是还原区。低温腐蚀主要在下级省煤器和空预器处,其发生的条件是管壁温度低于酸露点温度。针对高、低温腐蚀的情况,采取炉膛富氧燃烧、高温过热器最后两排管子采用喷涂处理、采用适当的排烟温度、空预器最后一排管组采用耐低温腐蚀的考登钢材料等解决。
2.3.高温粘结灰问题
生物质燃料中含有较多的碱金属,燃烧时容易在对流受热面形成高温粘结灰,堵塞烟道并引起积灰腐蚀,从而影响锅炉的效率和使用可靠性。针对高温粘结灰,可以采取及时补充循环物料,以加强内外循环冲刷作用、在过热器等易积灰处布置吹灰器、人工定期停炉清理冲洗等来解决。通过4年的运行锅炉的过热器、省煤器管道表面结渣积灰非常严重,2个月需要停炉清理一次。
2.4.飞灰问题
改变二次风布局,降低烟气上升速度,增加炉内循环,确保细的燃料颗粒一次燃尽,增加水冷壁的辐射热交换,减少旋风分离器中二次燃烧份额,在控制旋风分离器中烟气温度的同时,确保旋风分离器不结焦分离效率得以保障。降低飞灰热损失。
2.5 分离问题
生物质全燃改造后由于燃料品种质的改变,分离器磨损已经不存在,由于生物质的灰熔点较低,在分离器内会发生粘结,在旋风分离器四周增加吹扫风通过运行时间断扰动降低旋风分离器积灰,利用停炉进行清理可以解决此类问题。
结语
生物质全燃改造实现了锅炉改造的预期目标,系统运行正常,燃烧稳定,锅炉的热效率基本达到设计值。徐州电力试验中心试验报告认为:全燃生物质燃料时锅炉排烟温度及排烟氧量比纯燃用煤及掺烧时有所升高,因此排烟损失比较大。由于受热面没有改动,循环流化床燃煤锅炉进行全燃生物质改造后出力将有所下降,约下降为原来出力的80-85%左右。75 T/H循环流化床燃煤锅炉改燃生物质,出力约为60-65T/H左右。
09年9月完成1#、2#循环流化床燃煤锅炉全燃生物质改造并全燃生物质运行发电,至今已4年多时间,运行状况稳定良好。通过数年刻苦努力探索,系统和设备不断修改完善,运行方式不断调整优化,道路虽然曲折,但在燃煤锅炉全燃生物质改造和运行方面也积累了丰富的经验。
参考文献
1、《循环流化床鼓励理论设计与运行》 中国电力出版社 1997
关键词:生物发电 企业管理 燃料管理
中图分类号:F2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)10(c)-0135-02
1 生物质发电相关背景
随着国民经济的高速发展和生活水平的不断提高,我们对能源的需求也日益增加。而主要传统能源(煤炭、石油等)的有限性和环境污染等因素,促使我们积极开拓和发展可再生能源。生物质能发电作为可再生能源利用的一种形式,一直得到政府的大力支持,相继出台有利于生物质发电的政策,2009年1月1日起执行的《关于资源综合利用及其他产品增值税政策的通知》规定,生物质发电增值税实行即征即退政策,2011年国家发改委将农林生物质能发电价钱同一上调为每千瓦0.75元,诸多优惠政策出台,将进一步促进生物质能利用发展,生物质发电行业迎来了新的春天。
2 生物质能发电特点及影响因素、应对措施
在生物质能发电行业蓬勃发展的同时,由于布局规划、生物质能燃料收储运、企业管理等诸多原因,导致生物质能发电企业普遍存在盈利能力较弱甚至是亏损的现象。
生物质能发电企业对设备运行稳定性和经济技术指标管理的要求远没有目前燃煤火电企业的要求高,管理相对粗放。影响机组运行经济性的主要因素表现在锅炉运行效率较低。一是因为进入锅炉的燃料均匀性较差,造成锅炉运行不稳定,参数波动相对较大;二是燃料含水量不能得到保证,有的达40%~50%,因此热损失较大;三是灰、渣可燃物含量较大,机械不完全燃烧损失较大,因此锅炉效率相对较低。
生物质能发电企业管理的关键点在企业主要领导,在机制。生产经营协调一体非常重要,市场、政策、燃料、生产、算账、一切围绕经营。对外要与政府协调、同业竞争要联合协调,要大量思考应对未来,应对燃料市场变化。因此企业主要领导要思路清晰,有明确的工作思路,工作重点突出。
燃料管理更是生物质能发电企业管理关键中的关键。燃料要做到精细化管理,不能怕麻烦,燃料生产要做到一盘棋。通过反复试验(燃烧试验和实验室检验)分析,掌握各种燃料热值属性,详细掌握含水量与热值关系。通过反复试验(燃烧试验和实验室检验)分析,掌握不同燃料参烧热效益;另外燃料采购还要用考核对经纪人的诚信划分培养,要实行对经纪人的动态开放原则。燃料管理要有思路、有点子,关键又在落实。在掌握燃料市场方面要遵循市场培育―市场引导―市场发展―市场控制―市场博弈技巧这样一个过程,主要领导定期协调召开区域内秸秆电厂的主要领导联谊会,商量协调控制秸秆最高收购价格。就整体采购市场来讲,原料的总量是不变的,要避免同业恶性竞争,就要区域内生物质能发电企业的主要领导一起,根据行业有能力承受、经纪人有效益、农民得到实惠的原则,不要刻意地去抢市场,以避免哄抬价格,商量协调控制秸秆最高收购价格,个别企业存在通过调节质检手段来实施同业竞争的现象,不利于长期发展。
3 生物质能发电燃料管理
生物质能发电最关键点还是在燃料供应上,做好燃料的收购储运及管理工作,对生物质能发电企业的生存至关重要。结合当前各地实际,在做好燃料供应方面,应该从以下几个方面考虑。
一是前期资源的调研。在生物质发电项目建设之前,要通过深入调研,了解当地资源分布状况、可利用生物质总量、气候特点、收集的难易程度、运输状况、劳动力情况以及潜在的竞争对手。为避免决策失误,作为投资主体,在投资前一定要对拟建项目的地方资源做认真核查。
在资源核查时,要深入乡镇、田间地头,切忌搞形式主义、走过场。对农作物秸秆核查,要真正掌握各类农作物的种植面积和粮食产量,了解当地收割方式、留茬高度和秸秆的实际利用率,推算草谷比系数和项目可收集率,从而计算出可收集量。对林业剩余物资源的核查,要掌握当地林业的年砍伐量和实际加工量,了解加工产生废弃物(如枝桠柴、树根、树皮、锯末、边角废料等)的数量和实际利用情况,测算可收集率,从而计算出可收集量。
二是秸秆市场的启动。从生物质的种植―管理―收集―运输―加工―销售到进厂入炉,这是一个产业链,不同的链节要由不同的人来做,即专业人做专业事。生物质燃料保证渠道只有走市场化运作之路,必须立足于实际,依托当地现有资源,积极推进市场化运作。
随着国内生物质利用率的提高,以前被认为农林废弃物的生物质会逐步被收集销售,农林废弃物逐步转化成商品,这部分资源已经不再是废弃物。在市场经济的条件下,生物质的收集就应该遵循市场规律。生物质原料市场的成功运作没有什么诀窍,只有按照市场规律去做,正确掌握市场运作的几个阶段。
(1)宣传发动阶段。根据前期调研,掌握资源的分布区域,再由生物质采购人员有目的地深入乡村,一方面散发传单、张贴标语,进行大规模的宣传;另一方面,深入田间地头与农户交流,提高农民对生物质的认识,从而提升农民从事生物质产业的欲望。
(2)技术引导阶段。通过宣传和走访,一部分有经济实力的人开始筹划运作,这批人将成为产业的带头人,要牢牢抓住他们,给予他们技术服务,提供必要的资金或设备支持。特别是技术跟踪和引导,要教会他们如何去做,让他们掌握生物质收集、储存、加工和运输各个环节的技能,了解如何降低各环节费用支出;在设备采购方面,为他们提供优质设备信息,帮助他们做好设备选型和配置,并指导他们使用。
(3)合理定价阶段。前期市场启动阶段,在不同种类生物质价格的确定上,既不能盲从其他同行业的收购价格,更不能凭空拍脑袋定价。定价的依据是资源考察和市场调研,根据资源收集、加工、运输等各环节的实际费用加上经营者的合理利润测算出来。收购市场启动初期,应充分考虑加工人员的熟练程度、设备资金投入和实际运作过程中可能出现的问题,定价要略高于正常价格,让参与者获得实实在在的利益。防止出现带头人全部亏损的局面,这样不仅会打消了前期参与者的积极性,而且会把具有从事生物质行业愿望的人拒之门外。
(4)模式确立阶段。收购模式的确立直接关系到前期市场启动的好坏。为拓宽资源渠道,调动广大农户从事生物质收集的积极性,快速启动市场,在市场启动阶段,最有效的收购模式是采取挂牌收购,公开收购价格和质量标准。这样可以让有实力并愿意尝试的人全部参与进来,不会因为某个人的操作不当造成整个区域的资源流失。其次,可以根据市场情况,物色一些供货商,每个月跟公司签订当月供货合同,确保机组发电需要。再次,可以测算分析某一品种市场全年平均价格,可以以略高于平均价的价格与其签订全年供应合同,这种方式主要与一些厂或公司合作,能达到双赢。第四,可以与一些有实力的供货商洽谈,根据市场情况,分月签订合同,每年如果超过一定量的燃料总量,给一定数额的奖励,促进供货商在淡旺季都能稳定供料。
(5)政策协调阶段。政策协调就是要为秸秆经营户创造便利条件,争取国家政策补贴,从而降低原料成本。
首先,在车辆运输方面。每天消耗生物质秸秆量1000 t左右,全部为汽车、农用车运送。但是由于生物质自身密度较小,装车后体积蓬松(约6 m3/t);运输重量远远低于运输其他货物,导致客户经营成本增大,利润空间降低。为降低运输成本,运输户不得不对车辆改型或装车加长、加宽和加高,这势必对交通秩序造成影响,交警、交通、城管等部门会给予干预。为保障生物质燃料的及时性和连续性,生物质电厂就必须出面请求地方政府协调相关部门,为各类生物质燃料运输车辆开辟“绿色通道”。
其次,在资源控制方面。在很多地方,农民不再以秸秆做薪柴,也不再进行畜牧养殖,秸秆的利用率极低,为了忙于抢种下季作物,大量秸秆就地焚烧或弃于沟壑腐烂,这样不仅造成大量的资源浪费,而且严重污染了环境。各生物质电厂要以此为契机,请求政府下发禁烧文件,并加大宣传力度,利用政府职能监督落实,防止秸秆流失。
最后,在政策补贴方面。电厂要及时了解国家可再生能源相关扶植政策,积极为经营户争取,如秸秆收集补贴、农机政策补贴等,江苏省政府明文规定,对秸秆经营户,每收集1 t秸秆给予30元补贴;合肥市也出台了相关政策,秸秆收集每亩给予20元的补贴。另外,根据国家相关政策规定,对在目录的农业机械,还可以给予购置补贴。各电厂要多与地方发改委联系,及时掌握可再生能源利用政策。
三是收购价格的调节。衡量生物质电厂收购生物质价格高低的依据是收购生物质的热量单价。各电厂在秸秆收购时,对收购秸秆的热量单价一定要做到心中有数,合理控制秸秆价格,逐步提高质量标准。秸秆水分控制非常重要,在收购生物质的含水率达到50%时,其低位发热量仅有1500kcal/kg左右。生物质的含水率越高,其实际利用价值就越低,因为生物质水分过大,在炉内燃烧产生的实际烟气量增加,这样不仅会增大引风机的负荷,提高厂用电率,而且这部分水分入炉后还会吸收炉内热量,转变为140℃左右的蒸汽,随烟气排出时将大量的热量带走。随着市场的拉动,供货商操作熟练程度不断提高,各环节的费用在不断降低,利润空间也越来越大,这时就可以进行价格调整。
价格调整要注重方式方法,根据料场生物质储备和市场调研情况,在保证生产需求的情况下,对拟降价生物质种类采取停收措施,造成源头货源量过剩积压,然后再宣布价格下调方案。这样不仅可以抑制源头组织者对原材料过高的期望值,而且可以保证经营者的合理利润空间。价格下调幅度要适中,确保调整后的市场稳定。
四是实现资源属地化。随着生物质电厂的纷纷上马,将导致资源的无序竞争。为合理控制收购价格,防止价格哄抬,首先,生物质各电厂必须建立行业同盟,加强行业交流,共同平抑价格,达到资源共享的目的;其次,各生物质电厂必须立足于当地,积极开发和利用地方资源,实现资源的属地化。
对秸秆的认识和实际运作需要一个过程。各生物质电厂在前期收购市场拉动阶段,为满足机组运行需求,积极扩大收购范围,收购半径可能超过100 km,运输费用居高不下。根据实际测算,60 km半径范围内的生物质资源量,完全能够满足一个30 MW的生物质发电项目的原料需求。所以,随着收购市场拉动,要逐步加大当地资源的利用力度,秸秆采购渐渐过渡到地方资源。实现资源的属地化也是生物质能发电企业的最终出路。
五是人才的选拔培养。具有一定的营销意识、头脑灵活、善于学习、爱岗敬业、廉洁自律,是从事生物质采购人员的必备素质;能够具有一定热动专业知识和机械常识,将更有助于生物质采购工作。在生物质采购中,一直存在某些误区,很多人认为硬质燃料热值高、熬火,岂不知热值高和熬火是完全不同的两个概念。生物质(稻壳、稻草除外)的高位热值是基本相同的,而电厂考虑的是低位热值。低位热值的差异主要取决于生物质的水分含量,水分越高,低位热值越低;其次取决于生物质的腐变程度,随着腐变程度的增加,可燃成分流失越大,灰分越大,低位热值越低。在同等水分含量的情况下,稻壳、稻草的热值偏低,其主要原因是稻壳、稻草自身的灰分(不可燃成分)较大。
具有一定的热动专业知识和机械常识,就容易掌握上给料系统特性,了解锅炉的燃烧原理。只有根据上料系统的特点和不同类型锅炉的燃烧原理,选择控制生物质收购标准,才能确保生产需求。
六是料场的科学管理。生物质料场管理是一项综合而复杂的工作,涉及到原料的计量―质检―卸料―取样―化验―结算―储存―倒运―掺配―上料等程序,也是来料控制、降低消耗、确保安全和生产稳定的重要环节。生物质能发电企业要结合自身特点做好现场科学管理流程。由于生物质原料来自千家万户,质量千差万别,如果随机上料,将造成锅炉燃烧工况大幅度变化,负荷剧烈波动。这样不仅燃烧调整困难,而且严重影响机组效率。为确保锅炉稳定运行,提高机组整体效率,上料前,要根据来料的干湿度和颗粒度情况进行合理掺配,力求炉前进料相对稳定。
关键词:污水处理厂 恶臭污染 生物脱臭
中图分类号:X5 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)08(c)-0144-01
1 恶臭污染来源及危害
随着社会经济发展,人口急剧增多,地球大气环境日趋恶化。近年来一些有害气体的排放尤其是一些恶臭气体所散发的气味已引起了人们的不满,原有的大气污染防治工作已远远不能满足人们的要求,恶臭治理逐渐引起人们的重视。
1.1 恶臭污染来源
恶臭是一种感觉公害,已成为世界上七种环境公害之一。恶臭物质多达40~50多万种,其中主要成分是含硫化物、含氮化物、含氧化物、卤素衍生物和各种烃类,其对人体造成的危害在七种环境公害中居于第二位,仅次于噪声。
近年来由于城市建设不断发展,土地资源减少,导致城市污水处理厂位置越来越靠近居民生活区,污水处理过程中排放的恶臭气体不可避免成为城市恶臭气体的主要排放源。在污水处理厂中,从预处理装置到生化处理装置,污水处理的各个单元均产生恶臭,其主要的致臭成分是含硫化合物,如硫化氢和甲硫醇。
1.2 恶臭污染的特点
(1)测定困难:恶臭物质极低浓度就可以使人感觉不快,而正常人对多数恶臭物质的嗅觉值都在10-9以下,测定起来有很大的难度,远远超过了分析仪器对恶臭物质的最低检出浓度(10-6~10-9)范围。
(2)评价困难:恶臭污染源多为常见、局部的无组织排放源。污染多为短时间、突发性的,扩散方式复杂,难于捕捉,所以现在还没有一种公认的恶臭评价方法。
(3)治理困难:恶臭污染以心理影响为主要特征,给人的感觉量与对人的刺激量的对数成正比。有调查表明即使恶臭物质去除了90%,人的感觉却认为只去除了50%。
1.3 恶臭污染的危害
(1)心理影响。一般恶臭物质超过人的嗅阈值几十倍乃至几百倍,都不会对人的生理上产生影响。而且由于每个人的自身状况不同,对恶臭的敏感程度也不同,因此对心理上产生的影响也有一定的差异。恶臭物质只是由于给人的感觉器官刺激,造成了心理负担,才使人产生了心理压力。
(2)生理影响。恶臭物质达到一定浓度后就会对人的生理产生不良影响。恶臭会反射性的抑制吸气,妨碍正常呼吸功能,同时会使人产生厌食、恶心,甚至呕吐,进而发展到消化功能减退,刺激会使人内分泌系统功能紊乱,影响机体代谢,使人烦躁不安,思想不集中,判断力和记忆力下降,影响大脑的思维活动。如人吸入70~150mg/m3硫化氢2~5min后对臭气敏感度下降,最后会导致大脑皮层兴奋和抑制的调节功能失调。而低浓度甲硫醇气体可引起头痛、恶心等,高浓度可引起呼吸麻痹致死。
2 恶臭的主要处理方法
2.1 物理化学处理方法
常见的物理法有掩蔽法、中和法、稀释法、冷凝法和吸附法等。该类方法不改变恶臭物质化学性质,只是将恶臭物质由气相转移至液相或固相,或用一种物质将它的臭味掩蔽和稀释。化学法的原理就是用一种物质与恶臭物质进行化学反应, 使之转变为无臭物质或臭味较低的物质。比较成熟的方法有热力燃烧法、催化燃烧法、化学氧化法和洗涤法等。物理、化学方法在相当长的时期是脱臭方法的主流。这些方法虽然各有其优点,但都存在着所用设备繁多,工艺复杂,二次污染后再生困难,能耗大等问题。因此,国外从50年代便致力于用生物氧化的方法来处理恶臭物质。
2.2 生物脱臭法
生物脱臭法是利用微生物代谢活动降解恶臭物质。对于无机硫化物一般氧化为硫酸,而有机硫化物的氧化终产物为硫酸和二氧化碳。同时由于氧化分解,微生物获得了自身细胞增殖所必需的细胞物质和生长所需要的能量。
2.2.1 活性污泥法
活性污泥法是利用悬浮生长在液相中的微生物来去除恶臭物质。一般做法是在污水处理厂中将恶臭物质直接通入曝气池中,利用其中的微生物来降解恶臭物质,该过程类似于废水的活性污泥处理法。
2.2.2 生物过滤法
生物过滤塔内部填充活性填料,恶臭气体经过增湿或降温等预处理工艺后,进入生物过滤塔中,通过滤层时恶臭物质与填料上附着的生物膜吸附接触,最终被微生物分解掉,净化后的气体从生物滤塔的顶部排出。
2.2.3 生物滴滤法
在生物滴滤塔中,恶臭物质的吸收和降解都在同一反应器中进行。滴滤塔内装有惰性填料,微生物都以生物膜形式生长在填料上,含有微生物新陈代谢所需营养物质的液体不断地喷洒在填料上,当恶臭气体通过滴滤塔时污染物被降解。生物滴滤法的特点是恶臭气体不用增湿,而是在生物滴滤床填料上方喷淋循环水,而且由于滴滤塔的填料是惰性的,没有或少有土著微生物,填料上的生物种类单一,有针对性,处理臭气浓度大,效率高。