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《首都师范大学》 2009年
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气候变化对中国农林生物质能的区域影响研究

马占云  
【摘要】: 气候是人类生存环境的基本组成部分,政府间气候变化专业委员会(IPCC)第四次评估报告(AR4)指出最近100年(1906~2005年)地球表面平均温度上升了0.74(0.56~0.92)℃。全球气候变化问题,不仅是科学问题、环境问题,而且是能源问题、经济问题和政治问题。在当前气候变化形势下,发展生物质能不仅有助于解决农村发展和农民生活问题,也有利于保护生态环境,保证国家能源安全,缓解能源危机。作为生物质能资源利用首先要清楚有多少资源量,分布如何。在2008年国务院办公厅下达的《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》要求,摸清秸秆资源情况和利用现状,分析未来发展趋势。所以定量计算我国生物质能的资源量,分析气候变化对其的区域影响,并预测未来气候变化条件下的发展趋势,对我国中长期规划和发展目标的确定具有重要的意义。 研究采用了统计资料分析、试验验证和模型模拟的方法对我国农业生物质能进行了现状和未来发展趋势的区域分析。在气象和统计年鉴资料的基础上分析了我国气候变化的事实,即温度和降水对我国水稻、玉米和小麦三大作物秸秆量的变化的影响;在FACE系统试验平台(Free-air CO_2 enrichment,FACE)基础上验证了CO_2浓度升高对冬小麦秸秆量和经济系数等指标的影响;利用CERES系列作物模型模拟了未来气候变化情景下主要农作物秸秆的变化趋势;还研究了气候变化对林业生物质能的影响;进一步分析了中国生物质能开发利用情况。结果表明: (1)我国气温增暖明显,而降水呈微小的下降趋势。我国过去50年的增暖主要发生在80年代中期以后,特别是90年代,增温异常明显。我国年平均气温呈现明显的上升趋势,全国2004年的平均温度比1974年增加1.09℃,除了1986年及其以前的温度低于平均温度以外,1987年到2004年各年平均温度均高于此31年的平均温度。 (2)气候变化对秸秆量的影响。利用农业统计年鉴(1983~2005),通过经济系数和作物产量计算得出1982~2004年我国三大主要粮食作物秸秆资源量,水稻秸秆年均产量为1.814×10~8t,小麦年均总产为1.636×10~8t,玉米年均总产量为1.206×10~8t。我国三大作物秸秆总量呈增加的趋势,当前随着温度的升高,水稻和小麦秸秆产量呈减少趋势,玉米秸秆产量呈增加的趋势,但是我国各区域变化趋势不同。温度升高对各区域的主要作物秸秆产量的影响以增加为主,且都通过了0.01水平的相关性检验,但降水则只有部分地区通过检验。可见温度对作物秸秆产量的影响比降水的影响大。 (3)通过CO_2浓度升高对冬小麦的影响试验(FACE)可以得出,CO_2浓度升高对冬小麦的株高、生物量和秸秆量的影响大致相同,结果都是促进作用,高于对照值。而且使冬小麦的经济系数减小,即增加了秸秆在生物量中的比重。CO_2浓度升高条件下,对于两个品种平均的经济系数减小,对照的平均经济系数为0.40,高CO_2浓度下的平均经济系数减小为0.38。这符合国际FACE试验的结果规律,在CO_2浓度升高的作用下,作物生长向着植株越来越高的方向发展。而且对于试验的对照条件和FACE条件相比则符合经济系数和株高成反比的规律,在FACE条件下经济系数减小,株高明显增高。 (4)在IPCC气候变化SRES(Special Report on Emissions Scenarios)排放情景A2和B2下,在考虑了CO_2肥效作用的影响下,利用作物模型模拟了未来主要农作物秸秆量的变化趋势,在A2情景下以减少为主,平均单位面积秸秆量在2020s增加0.13%,2050s和2080s分别减少0.24%和2.08%。B2情景增加,特别是小麦呈现幅度较大的增加,三大作物总平均单位面积秸秆量增加率分别为8.64%、11.99%和18.10%。且两个情景都是随时间变幅增大。 (5)在保证粮食安全的前提下,农作物秸秆和非农林能源作物作为能源利用可进一步加强。 在保证粮食安全的前提下,农作物秸秆和能源作物则是生物质能的重要原料,我国农作物秸秆资源丰富,仅三大粮食作物每年就可以产生5×10~8t左右的秸秆,除了部分还田以保持土壤碳含量外,尚有可用于生物能源的部分,此外我国尚有近1×10~8 hm~2宜农、宜林荒山荒地,可用于发展能源农业和能源林业,而且我国能源农林业物种资源非常丰富,农业主要有木薯、甘蔗、甜高粱、油菜、花生、向日葵等,林业有漆树科的黄连木,无患子科的文冠果,大戟科的小桐子,山茱萸科的光皮树等,以此为原料可以进一步加强我国的生物液体燃料等的生物质能利用方式。 (6)从农民增收的角度,农作物秸秆和非农经济林综合利用可进一步发展。 生物质能的开发利用对解决“三农”问题有重要的作用,农作物秸秆和非农经济林综合利用能进一步增加农民收入。在把农作物秸秆变“废”为“宝”的生物质能利用,收购农民手中的作物秸秆即可增加农民收入。另外生物质能的利用可以创造就业机会增加农民收入,而且以户用沼气为纽带的综合利用模式在很大程度上增加了农民的收入,在国家资金和政策的大力支持下,户用沼气和大中型沼气工程发展迅速。另外我国约有经济林2140×10~4hm~2,其中木本油料树总面积超过400×10~4hm~2,油料树的果实产量每年在200×104t以上,可作为生物柴油的原料。其中对林木、林果、林副产品等林业资源的经营管理,可以增加林农的收入。 (7)从环境保护角度,保证足够的秸秆还田量以后,农林生物质替代能源工程可作为新农村的基本设施建设纳入国家计划。 农作物秸秆用于生物质能利用减少了露天焚烧,减少了环境污染,在生物质能利用中提高了利用效率,较传统的直接燃料燃烧即节约了能源又改善了农村居民的生活环境和生态环境。而且秸秆还田可以减少CO_2和SO_2的排放,增加土壤碳,为保护环境和减缓气候变暖做出贡献。 (8)本文利用meta分析方法分析了我国近年来秸秆还田的文献资料,估算出我国秸秆还田量最适宜为4.78t/hm~2,理论上我国作物适宜秸秆还田的数量占总秸秆资源总量的87%。我国三大作物秸秆实际的直接还田量仅为0.61~0.81×10~8t,占其总产的13%~17%。利用水稻、玉米和小麦秸秆的可收集利用系数,估算我国三大主要农作物秸秆资源可收集利用量为3.715×10~8t,占三大作物总秸秆产量的79.76%。而在我国三大作物年均秸秆生物质能可利用量估计为0.817~1.485×10~8t。根据模拟未来气候变化A2和B2情景下秸秆量变化率,在假设种植面积不变的情况下,总产的变化率与相同,符合我国中长期规划的B2情景下的主要作物秸秆产量和生物质能可利用量都是随着时间而增加的,到2050s可以达到0.92~1.66×10~8t以上。
【学位授予单位】:首都师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:S216

【引证文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 牛少华;W县农作物秸秆直燃发电技术经济评价与比较[D];河北工业大学;2010年
2 成林;基于DSSAT的河南省冬小麦灌溉管理决策及气候变化响应研究[D];南京信息工程大学;2008年
3 彭洋平;中国古代农作物秸秆利用方式探析[D];郑州大学;2012年
4 戢娇;新型农作物秸秆复合墙体的应用研究[D];西安科技大学;2011年
5 袁静;气候变化对小麦生产的影响及适应措施分析[D];中国农业科学院;2008年
6 景璟;广西农作物秸秆综合利用现状与对策研究[D];广西大学;2012年
7 胡亚南;气候变化对中国玉米生产的影响及适应性研究[D];中国农业科学院;2008年
8 郝祺;气候变化对西北地区小麦生产影响的模拟研究[D];北京林业大学;2009年
9 安可栋;郑州市农业废弃物资源量调查及利用策略研究[D];郑州大学;2011年
10 矫常命;农作物秸秆阴燃特性及应用研究[D];山东理工大学;2006年
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