循环利用的含义范文第1篇

关键词：循环流化床锅炉；灰渣；综合利用

现阶段我国的能源消费主要是煤炭，通过煤炭的燃烧产生热量带动生产。我国部分地区依然采用的是设备陈旧、效率低的模式，没有控制的排放造成了能源和环境污染严重。当前，节约能源与保护环境已成为现有燃煤技术所需解决的主要问题。循环流化床（Circulating Fluidized Bed简称CFB）燃烧技术是一项近二十年来迅速发展起来的新一代高效、低污染清洁燃煤技术。当前我国大范围出现的雾霾天气使得CFB锅炉成为发电厂和热电厂优选技术之一。但同时，随着国家节能减排措施，对大产能项目的支持，CFB锅炉的大型化逐渐普遍，其灰渣排放量将大幅度增加。因此研究CFB锅炉灰渣的处理和利用具有重要的实践意义。

一、CFB锅炉灰渣物化特性

（一）CFB锅炉灰渣物理特性

灰渣物理外形基本为颗粒状具有微细孔的分散颗粒，底渣含碳量较低，一般均在3 %以下，直径可达50μm～1 000μm，飞灰受分离器效率及炉膛中飞灰一次燃尽率的影响较大，含碳量一般均>10 %，化学活性较差，颗粒直径约为0.5μm～100μm，颜色呈白色或灰色。由于炉内加入了大量的脱硫剂，CFB锅炉灰渣量较多，其加大量与石灰石的纯度，煤的含硫量和发热量有关。底渣和飞灰的比例是不一定的，这取决于煤种特性、煤和脱硫剂的磨损特性、分离器性能以及锅炉的运行条件等，其中以煤的特性影响最大。

（二）CFB锅炉灰渣化学特性

由于CFB锅炉燃烧温度在1 000℃以下，属于低温燃烧，产生的灰渣主要是土质材料，化学成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO等。矿物组成主要为原煤中50 %以上的高岭石，在1 000℃以下燃烧形成的具有活性的无定形偏高岭石。由于低温燃烧和燃烧效率高使CFB锅炉排出的灰渣未经溶化过程不会软化和粘结，燃烧过程加入脱硫剂使得灰渣中含有大量的CaO和CaSO4，因此具有一定的自硬性。向灰渣中加入水，与氧化钙反应生成氢氧化钙，因此灰渣一般呈碱性，高钙是CFB锅炉灰渣最突出的特点。

二、CFB锅炉灰渣综合利用

（一）飞灰的利用

1.飞灰活化的利用

CFB飞灰中含有较高的氧化钙和未燃烧碳，但是活性氧化钙的量不高，这是由灰含有新生成的硫酸钙外壳，将未反应的氧化钙覆盖，而且氧化钙与二氧化硫反应后生成的硫酸钙将氧化钙的孔堵塞，大大降低了飞灰中氧化钙与二氧化硫反应的接触面积，用水和飞灰中的氧化钙在一定温度下混和，氧化钙反应生成氢氧化钙，由于氢氧化钙摩尔体积（33.1 cm3/mol）比氧化钙摩尔体积（16.9cm3/mol）大，所以大部分未参与脱硫的氧化钙因活化反应变成氢氧化钙后，挤压、膨胀硫酸钙覆盖面而暴露出来，增加了与二氧化硫接触的机会，实际上是改变了飞灰的孔径结构和比表面，因而活化后的飞灰在循环利用中，显著提高了钙的利用率和脱硫能力。

2.飞灰再燃烧利用

飞灰燃烧后有一定的含碳量，为了节约能源大多数厂采用飞灰的二次利用。将收集到的飞灰与煤掺混燃烧，能够节约大量的煤炭资源。飞灰中附有一定量的脱硫剂，对于流化床脱硫，降低脱硫剂量有重要作用。锅炉中采用的是电除尘，炉前设计了一小灰库。小灰库控制锅炉总飞灰量参与再燃烧。该装置的安装使飞灰可燃物含量大幅度下降，可以大大提高锅炉的利用效率，增加热值，增加飞灰的利用价值，节约了大量标准煤的消耗。

（二）灰渣综合利用

1.建筑回填利用

建筑工程上需要填充物，填充物的选择对建筑工程的质量具有重要影响。对于建筑中有大的承载物，需要能够承担负荷的填充物打基础。研究表明，在填充物的选择上，对于密度松散的物来说，不能承载大的物件。这需要有大小颗粒不一样，松散不均，结合在一起能够承载大的负荷，对建筑物来说也是安全的。

循环流化床灰渣，因它具有较高的pH值、高吸水性和一定的自硬性能，所以它还可以有效地应用在城市垃圾固化和酸性废弃物的中和方面、应用到交通工程的回填、路堤和路基中。另外，由于循环流化床灰渣70% ～80%的颗粒在砂的细度范围，现在我国很多地方的交通工程中缺少砂资源，因此可以利用循环流化床灰渣代替天然砂。调查得知，我国建筑工程中采用这种回填的方式已经非常普遍了，以后这种回填的方式还会进一步增加，这是灰渣综合利用中的又一杰作。

2.综合利用元素

CFB灰渣中常常含有多种重金属元素，对于综合利用意义重大。灰渣中可以提炼钒，钒是一种稀有金属，具有许多可贵的物理化学特性和机械特性，广泛地应用于近代工程技术中。从含钒灰渣中提取V2O5的方法很多，当前采用较多的是盐焙烧法，并成为标准流程。焙烧转化率的高低决定总回收率的高低，流化床焙烧是目前石煤提钒较先进的一种工艺，可达到较佳热工参数和状态。

目前的研究表明，粉煤灰空心微珠的生成与燃煤的成分和微结构以及煤粉颗粒的燃烧过程有关。颜色为灰色，形态是球形，由于微珠具有颗粒微小、质轻、绝缘、耐磨、抗压强度大、热稳定性好和耐酸、耐碱、可作为轻质、隔热、隔音、绝缘及耐磨材料，作为新型建材已经广泛运用到建材、塑料、化工、航空等领域。

3.工、农业综合利用

CFB锅炉灰渣中含有硅、磷、镁、钾等多种元素，在农业生产中可以用来制作肥料。在新一轮的国家鼓励产业中就有能源综合利用的政策，鼓励兴办二次利用工业废弃物，建造新型农业生产基地，新建农业产业化工厂，提供农业生产，保证农业顺利开展。改良土壤的碱性，对含脱硫产物和脱硫剂较高的循环流化床灰渣，因自由CaO和H2O反应生成Ca（OH）2，使灰渣呈碱性，因此，此种灰渣可用于农田、恢复酸性矿地、中和工业废料等方面。石煤渣也是强碱性物质，pH值在10～12，所以直接施用石煤渣后可以不同程度地提高土壤的碱度。石煤渣很适合在南方酸性土壤中施用，特别是在南方缺钾需硅的酸性水稻田里施用，更有良好的作用。也可以在工业企业中得到综合利用，可以为水泥厂提供原料，利用CFB的灰渣制作膨胀剂和膨胀，生产出的水泥具有性能好、成本低的优势。

CFB锅炉灰渣与普通煤粉炉灰渣有很多不同之处，需要技术改造和国家政策支持。随着国家对环保工作的逐渐重视，加上CFB锅炉自身的优点，在以后的生产中必定会得到推广和应用，加强对CFB锅炉灰渣利用研究具有重要的意义。

参考文献：

[1]闫维勇，高廷源，熊仁森.循环流化床锅炉脱硫灰渣综合利用研究[J].洁净煤技术，2000，6（1）

[2]杨文，谢晓闻，黄羽雕，等.循环流化床锅炉飞灰综合利用初探[J].工业锅炉，1999，（1）

[3]林宗虎，魏敦菘，安恩科，等.循环流化床锅炉[M].北京：化学工业出版社，2004：229.

[4]吕俊复.循环流化床锅炉运行与检修[M].北京：中国水利水电出版社.1998.

[5]岑可法.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京：中国电力出版社.2000.

[6]辽宁省电力公司.锅炉运行[M].北京：中国电力出版社.2003.

循环利用的含义范文第2篇

一、循环再利用设计的环境意义

循环再利用设计从源头间接减少对原始自然资源的消耗和对环境的破坏，在末端直接减少垃圾和处理垃圾的消耗，大大拓宽了废旧材料利用的方式和领域，将一些原先不能被有效利用的材料纳入到再利用的范畴，提倡“低技利用”和“高技利用”并重的方式将对环境的负面影响减至最小。在这个自然资源日趋枯竭的年代，任何脱离环境问题而展开的设计研究都将是毫无意义的。景观环境建设从建设材料的生产到建造和使用过程都需要消耗大量的自然资源和能源，并且产生大量的污染，例如成产1吨熟水泥排放1吨二氧化碳和大量烟尘。因此，在景观环境建设中节省原材料，采用耐久性强、对环境无害的废弃建造材料是节约能源、高效利用资源、减少污染的有效措施。

如生活中日光灯管，当它坏了的时候，大多数人会将其扔了。众所周知，废旧荧光灯存在汞污染的问题：一支管径36mm的荧光灯的汞含量达到25~45毫克，一支管径26mm的细荧光灯管的汞含量为20毫克，人体一次吸入2.5克汞，即会产生生命危险。如果废旧荧光灯不加处理，有害汞成分就会通过皮肤、呼吸或者食物进入到人体，产生极大危害。因而从环境价值而言如果能够运用设计师的智慧，充分发掘废旧荧光灯的美学价值，基于设计学和材料学的交叉研究，将大量的废旧荧光灯加以回收再利用，将有效解决这一环境难题。著名的照明设计师Dan Flavin利用荧光灯的标准化节点这一特性，对荧光灯管从事艺术创作，运用直杆荧光灯和环形荧光灯，用简洁异常的艺术语言，对其标准化节点加以设计和利用，表达出极简与抽象的艺术思考和摄人心魄的视觉魅力。

二、循环再利用设计的经济意义

我国正处于经济和社会的高速发展阶段，资源与能源的消耗日益紧张，循环再利用设计正符合我国循环经济和可持续发展的要求。随着我国经济的快速发展，城市建设的规模也在不断扩大，公共设施也需要投入大量的资金，城市建设当中的主要消耗就是建筑材料，这将直接加大对原始资源的开采程度。循环再利用是以再利用的方式将废弃材料运用在公共设施设计当中，和传统所用的材料相比，由于没有对原始资源的开采运输过程，循环再生材料的价格有绝对优势，这将在很大程度上降低工程的庞大造价。在这样一个倡导节能，节约，发展循环经济的社会中，循环再利用设计日益体现出其巨大的潜在价值。目前，世界上很多中小型企业都在这一领域进行研制和开发，通过设计师的精心打造，从循环再生材料的独特美学价值中获得附加值，向市场推出富有创意的再利用产品，并获得令人满意的经济收益。英国有家生产和销售循环再生材料制成的户外景观产品的公司，其产品使用的材料全部是废旧塑料，产品的高品质和高附加值不仅为公司带来了可观的利益回报，更赢得了广大消费群体的肯定。

三、循环再利用设计的社会意义

不可否认当今社会越来越多人认识到环境保护的意义所在，但是真的为环境的保护做些切实的努力则另当别论。循环再利用设计在公共设施上的应用具有社会意义，可以通过现实的作品感染大众，启发大众。在北京思考乐书局里一面由三万五千个废胶卷盒搭建成的胶卷墙吸进了众多读者的驻足，这是读者与书局员工共同创意而成的“装置艺术”，引导人们在这个特定空间内思索环保及生活态度等现代人的困惑。

循环再利用的社会意义不仅在于启发消费者个体和社会大众环境保护意识，更蕴含着一种“资源再生文化”。在人们传统的观念中，垃圾是丑陋的、肮脏的，但是以独特的方式将废弃物中所包含的物能展现在人们面前，这其中不仅包括审美形式的可能、经济性使用的潜能，还可以重新认识物质功能的属性。

循环利用的含义范文第3篇

关键词：循环经济；绿色经济；生态经济；低碳经济

一、来源及含义

（一）循环经济的来源及含义

20世纪60年代环境保护思潮和运动崛起的时代产生。“循环经济”一词是美国经济学家波尔丁在20世纪60年代受当时发射宇宙飞船的启发来分析地球经济的发展提出生态经济时谈到的。

“循环经济”一词并非国际通用术语，在学术界尚存争议，从各种文献对它界定的共同性来看，就是指通过资源循环利用使社会生产投入自然资源最少、向环境中排放的废弃物最少、对环境的危害或破坏最小的经济发展模式。

（二）绿色经济的来源及含义

绿色经济的“绿色”，不是人们感知意义上的颜色，而是一种象征性用语。一般认为绿色经济是指人们在社会经济活动中，通过正确处理人与自然及人与人之间的关系，高效地、文明地实现对自然资源的永续利用，使生态环境持续改善和生活质量持续提高的一种生产方式或经济发展形态。

（三）生态经济的来源及含义

第一，生态经济是指在生态系统承载能力范围内，运用生态经济学原理和系统工程方法改变生产和消费方式，挖掘一切可以利用的资源潜力，发展一些经济发达、生态高效的产业，建设体制合理、社会和谐的文化以及生态健康、景观适宜的环境。生态经济是实现经济腾飞与环境保护、物质文明与精神文明、自然生态与人类生态的高度统一和可持续发展的经济。第二，生态经济是让整个产品的生产、使用和废弃的全过程像生态系统一样形成全封闭循环，最终达到资源的零输入和废弃物的零排放，使生产系统自持，也就是真正的可持续发展，是理想化阶段，在知识经济的后期才有可能做到。目前，各个国家生态经济的发展仅仅是经济活动的生态化趋势。

（四）低碳经济的来源及含义

低碳经济的发展理念最早起源于西方国家。早在2003年，英国颁布的《能源白皮书》，使之成为世界上最早提出“低碳经济”的国家。 低碳经济是碳生产力（单位碳排放的经济产出）达到一定水平的经济形态，它的着眼点是未来几十年的国际竞争力和低碳技术产品市场，目标是低碳高增长。低碳发展通过技术跨越式发展和制度约束得以实现，表现为能源效率的提高、能源结构的优化以及消费行为的理性。低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。低碳经济实质是高能源利用效率和清洁能源结构问题，核心是能源技术创新、制度创新和人类生存发展观念的根本性转变。

二、相同的理念、支撑点和追求

（一）新的价值观念和消费观念

新的价值观念包括：在考虑自然资源时，不仅视为可利用的资源，而且是需要维持良性循环的生态系统；在考虑科学技术时，不仅考虑其对自然的开发能力，而且要充分考虑到它对生态系统的维系和修复能力，使之成为有益于环境的技术；在考虑人自身发展时，不仅考虑人对自然的改造能力，而且更重视人与自然和谐相处的能力，促进人的全面发展。 新的消费观念摈弃过渡浪费和奢侈之风，提倡绿色消费，也就是物质的适度消费、层次消费。是一种与自然生态相平衡的、节约型的低消耗物质资料、产品、劳务和注重保健、环保的消费模式。在日常生活中，鼓励多次性、耐用性消费，减少一次性消费。而且是一种对环境不构成破坏或威胁的持续消费方式和消费习惯。在消费的同时还考虑到废弃物的资源化，建立循环生产和消费的观念。

（二）支撑点是绿色科技和生态经济伦理

循环经济、绿色经济、生态经济和低碳经济都是以绿色科技和生态经济伦理为支撑点。

绿色科技是指科学技术的生态化，因而又称之为生态科技，主要是针对科学技术的功能及社会作用而言的，它涉及到科技伦理和科技价值问题。绿色科学技术或者生态科学技术是建立在人与自然和谐共处的基础上的，目的是促使人与自然协同演进、共同发展，是在生态自然观指导下，受生态意识支配和生态伦理、生态价值约束的科学技术，这种有利于促进人与自然和谐与统一的科学技术越是发展，人与自然间的关系越融洽，经济发展、社会进步和生态环境优化也就越有保障。自然性和人类性是绿色科技的显著特征。

生态经济伦理是适应当代人类发展的生态经济的新时代需要而产生的一种新经济伦理。生态经济伦理的深刻内涵是：生态经济伦理强调环境忧患意识的重要性；生态经济伦理追求平衡、和谐的道德境界；生态经济伦理的根本价值观是可持续发展。

三、不同的侧重点、突破口和核心

（一）研究的侧重点不同

循环经济侧重于整个社会的物质循环，强调在经济活动中如何利用“3R”原则以实现资源节约和环境保护，提倡在生产、流通、消费全过程的资源节约和充分利用；绿色经济关爱生命，鼓励创造，突出以科技进步为手段实现绿色生产、绿色流通、绿色分配，兼顾物质需求和精神上的满足；生态经济则吸收了生态学的相关理论，核心是经济与生态的协调，注重经济系统与生态系统的有机结合，以太阳能或氢能为基础，要求产品生产、消费和废弃的全过程密闭循环，需要长期的努力和坚持。而低碳经济是针对碳排放量来讲的，提高能源利用效率和采用清洁能源，以期降低二氧化碳的排放量缓和温室气候，使在较高的经济发展水平上，碳排放量比较低的经济形态。

（二）解决危机的突破口不同

循环利用的含义范文第4篇

关键词　畜禽；生态养殖、发展对策

中图分类号F326.3

文献标识码A

文章编号1004—8421(2012)02—247—01

1　生态养殖概念

生态养殖的核心主张是遵循生态学规律，将生物安全、清洁生产、生态设计、物质循环、资源的高效利用和可持续消费等融为一体，发展健康养殖，维持生态平衡，降低环境污染，提供安全食品。生态养殖是一种以低消耗、低排放、高效率为基本特征的可持续畜牧业发展模式。

生态养殖的概念在中国已经被提出了近20年，但理解上差异很大，大致上可以分为2种：广义的生态养殖和狭义的生态养殖。广义的生态养殖就是“农-林-牧-渔”模型，种养结合，相得益彰，以自然生态为基础，发展循环经济，提升综合生产效益。常见的如“猪-沼-果”，“桑-猪-鱼”等。可以说这是前20年生态养殖的主流，这种模式更准确的定义应该是“生态农业”，或者是“以养殖业为基础的生态农业”。而狭义的生态养殖则明确定位于牧场，原则上并不涉及农业林业等范围，其生态理念及生态技术实施的核心就是牧场，从而打造真正意义上的生物安全牧场、食品安全牧场、环境友好牧场、生态循环牧场、低耗高效牧场。可以说狭义的生态养殖才是当前养殖业最迫切需要的可持续发展模式，是养殖业摆脱污染、浪费、生物危机和恶性循环局面，走健康养殖业道路的必然选择。

2　生态养殖模式

2.1自然放牧与种养结合模式如林(果)园养鸡、稻田养鸭、养猪-果树等。主要通过林木、果树、作物等植物种植与畜禽养殖结合，从而有效解决并利用畜禽粪便，减少化肥农药用量，减少化学物质对环境的污染，减少药物残留，保持林果园良好的生态环境，或自然放牧利用昆虫、虫蚁喂鸡鸭，以生产优质果品和畜禽等无公害农产品。

2.2

立体养殖模式

立体养殖能够促进农业的生态化发展，实现挖潜降耗、降低污染的目的，有利于保护生态环境。①“鸡-猪-蚯蚓、蝇咀-鸡、猪”模式：以鸡粪喂猪，猪粪养殖蚯蚓、蝇咀等低等动物，蚯蚓、蝇咀生产蛋白饲料粉，其粗蛋白含量高达60％以上，用来喂鸡或猪，饲养效果与豆饼相同，更重要的是，蚯蚓、蝇咀体内含有甲壳素和抗菌肽，可以大幅提高猪、鸡、鹅等家畜对疾病的抵抗力。该模式既节省了饲料和药物的投入，又使鸡粪得到了循环利用处理，经济效益和环境效益十分明显；②“鸡-鱼、藕”模式：架上养鸡，架下鱼池，池中养鱼、植藕；③“水禽-水产-水生饲料”模式：坝内水上养鹅鸭，水下养鱼虾，水是养殖浮萍，同时，坝上还可养猪鸡。还有“猪-沼-果(林、草、菜、渔)等模式，都是非常好的立体养殖模式。

2.3

以沼气为纽带的种养模式畜禽养殖粪便在沼气池厌氧环境中可通过微生物的分解转化产生沼气、沼液、沼渣等再生资源，沼液、沼渣可用来生产生物有机肥，同时沼渣还可用于蚯蚓、蝇咀等低等动物养殖，养殖后的低等动物用于生产优质蛋白饲料和提取传统抗生素替代品、生物营养保健液、饲料添加剂等产品；生物有机肥用于生产绿色无公害食品和种植果、草、花卉等。从而形成以“畜禽养殖一果、蔬、草、花卉-蛋白饲料开发、抗生素替代品研发”的综合利用生态链。

3　生态养殖技术

3.1资源化利用技术养殖蚯蚓、蝇咀等低等动物：蚯蚓和蝇咀等体内含有丰富的蛋白质，还富含人体和动物所需的各种天然氨基酸和抗菌肽。在西方许多国家，早就有运用人工养殖蝇咀和蚯蚓处理养殖场粪便和城市生活垃圾，再以蝇咀和蚯蚓加工生产蛋白饲料，利用蝇咀和蚯蚓富含氨基酸和抗菌肽的特性来饲养经济动物和开发抗生素替代品和生物保健品。利用畜禽粪便、农作物副产品等农牧废弃物饲养蚯蚓、蝇咀，再饲养畜禽，既能降低这些废弃物对环境的污染，还能把养殖后的粪便用于生产优质生物有机肥，用于生产绿色无公害食品；低等动物饲养畜禽可增强对疾病的抵抗力，提高畜禽蛋白含量和氨基酸水平，提高畜产品品质；同时还可深加工，开发人体和动物所需的生物营养保健品、抗生素替代品和饲料添加剂。因此，加强对畜禽养殖粪便、农作物副产品、低等动物养殖的研究是提升生态养殖水平，实现畜禽养殖可持续发展和生态环境保护的重要组成部分。

3.2畜禽粪尿处理

3.2.1

营养调控畜禽日粮配方。通过研究畜禽所需的最佳日粮配方及研究环保型饲料添加剂，可以降低粪便中吲哚、硫化氢、氨气等有害气体和粪便的排泄量，起到生物除臭和节料减排的作用，对于改善养殖环境十分有利。

3.2.2综合利用畜禽粪尿。沼气化处理技术采用现代生物发酵工程技术，以畜禽废弃物为原料，配以多功能发酵菌，通过厌氧发酵和连续池式发酵，使畜禽养殖废弃物通过有益微生物的处理，经过除臭、腐熟、脱水等一系列化学反应、最终转变成沼气和活性生物有机肥，使之无害化、资源化。

3.2.3采用生物和化学的方法处理污水。生物处理模式就是利用微生物将粪尿中复杂的有机物降解为简单的无机物和合成微生物体，达到处理粪尿、污水，保持自然环境的目的。生化处理模式，从采用的工艺技术来看，有厌氧处理、好氧处理、厌氧+好氧处理等，占地少、适应性广，但投资大、能耗高、运转费用高。

3.2.4采用新型的环境保护型的畜禽舍。采用清洁生产技术和先进粪尿回收工艺技术，对产生污染的环节实行全程控制。

4　对策

(1)因地制宜，从当地环境实际出发，探索循环规律，找出良性生态循环的养殖模式，以获取最大的生态效益、经济效益和社会效益。建立适合生态养殖业发展的创新机制。完善有关的法规制度和有效发展机制。提高集约化养殖环境控制能力，加强设施建设，建立生态型养殖小区，实现粪污零排放。

(2)积极开发生态饲料，开发微生态制剂和中草药添加剂，逐渐向有机养殖业方向发展。必须将畜禽日粮配合纳入整个生态系统，使畜牧业逐渐走上生态型畜牧业的轨道。通过营养调控提高营养物质的利用率，降低废弃物的排泄量，研究开发新型的绿色饲料添加剂。

循环利用的含义范文第5篇

养分循环是森林生态系统中重要的功能过程之一，是系统生产力及持久性的决定因素，并直接关系到生态系统的连续与稳定［1］。系统地研究人工林生态系统中养分元素的含量、积累和循环规律，不仅对人工林生态系统的稳定性、可持续性以及生物生产力的提高具有重要意义，同时也有利于揭示森林经营对森林土壤肥力的影响，探索维持林地生产力的机理和生态学过程。枫香(LiquidambaformosanaHance)为金缕梅科(Hamamelidaceae)枫香亚科(HamamelidaceaeHarms)枫香属(LiquidambarL．)的高大落叶乔木［2］，别名枫木、黑饭木、三角枫、香枫等，是我国重要的乡土树种，也是亚热带地区优良速生落叶阔叶树种。其适应性广、生长迅速、抗风、抗大气污染、对土壤要求不高、耐干旱瘠薄、耐火烧、采伐迹地能天然更新恢复成林、生态效益好，是人工林树种结构调整的首选树种之一［3］，在观赏、药用、用材方面都有重要作用。国内外目前对森林生态系统养分的研究很多，但对人工林养分循环研究相对较少，对枫香人工林养分循环特性的研究尚未见系统报道。笔者通过对枫香人工林养分积累分布与循环特征进行研究，旨在为促进枫香人工林管理和可持续经营提供参考和依据。 1研究区概况 试验地设在湖南省林业科学研究院天际岭林场内，位于东经113°01'30″，北纬28°06'40″，林场总面积267hm2。试验林场属长沙市南郊低山丘陵地貌，海拔50－108m，地势较为平缓，坡度在20°以下。该区属亚热带季风湿润气候，四季分明，雨量充足，年平均气温17．2℃，极端最高气温40．6℃，极端最低气温－9．5℃，年无霜期约272d，年平均降水量1411．4mm，土壤主要类型为第四纪网纹层母质发育的酸性红壤，pH4．5－5．5，砾石含量中等。试验林场森林资源丰富，覆盖率达76%，共有100多个物种，以枫香、杉木(Cunninghamialanceolata)、马尾松(Pinusmassoniana)、樟树(Cinnamomumcamphora)、湿地松(Pinuselliottii)、桤木(AlnusCremasto-gyne)等10多个树种为主的纯林和混交林，林分质量较好。枫香人工林于1986年炼山造林，初植密度均约2000株•hm－2，营林和管理措施相同。笔者所选的样地均位于林场北向中坡，2007年8月调查时枫香林相整齐，2样地保留密度分别为1500、1475株•hm－2，林下植被有木荷(Schimasuperba)、苦槠(CastanopsissclerohyllaSchottky)、山矾(SymplocoscaudataWall．EtA．DC．)、五节芒(Miscanthusflo-ridulusWarb)，林冠下层有少量樟树(Cinnamomumcamphora)。试验地林分基本情况见表1。 2研究方法 2．1样地的设置与调查 2007年10月，在对天际岭林场内枫香人工林进行全面调查的基础上，依据典型性和代表性原则选取枫香林固定样地2块，样地面积均为30m×20m，并进行每木调查。根据胸径、树高和冠幅等测树因子，在每样地选取3株平均木，共选6株平均样木并伐倒，按2m区分段，测定各区分段的干、皮、枝、叶各器官的鲜重，同时按树高不同层次分别采集伐倒木的分析样品，带回室内烘干测定其含水量。地下部分采用“挖掘法”分别测定根头、大根(＞0．5cm)、粗根(0．2－0．5cm)、细根(≤0．2cm)的鲜重，同时采集分析样品(在80℃烘干至恒重，计算出各器官干物质重)。因枫香人工林各径阶分化不明显，故用平均木法对全林生物量进行估测，考虑到同龄人工林特点，采用年平均生物量作为净生产力的估算指标［4］。由于枫香是落叶乔木树种，树叶的生物量是当年新萌发的，因此枫香人工林树叶净生产力就是当年的生物量。在每个固定样地的对角线上离4个角各1m处和样地中心设1m×1m小样方5个，记录每个小样方内的植物种类、林下植被和枯落物，采用“全挖实测法”分别测定其鲜重，同种植物的相同器官取混合样品，枯落物全部测定生物量，取混合样品，80℃烘干至恒重后再估算干重。 2．2样品采集与分析方法 2008年，在枫香林固定样地内选择生长中等的立木4株作为样木(不伐倒)，当年4月(春季)，7月(夏季)，10月(秋季)，以及2009年的1月(冬季)，分别采集干、皮、枝、叶、根系(根系营养元素含量为根头、大根、粗根和细根养分含量平均值)、林下植被和枯落物分析样品。土壤分0－15cm、15－30cm、30－60cm三个层次，随机采集3－4个样点来测定土壤养分含量。分层测定土壤容重，根据容重计算单位面积土壤重量，根据养分含量推算土壤中养分含量。对所采植物及土壤样品进行分析，全N含量用半微量凯氏测定法，全P含量用钼锑抗比色法测定，K、Ca、Mg(均为全量)含量用HP3510原子吸收分光光度计测定［5］。采用养分利用系数、循环系数和周转时间来分析养分循环特征［5］，其中现存量为乔木层养分积累量，存留量为净生产力与元素浓度之积，归还量为凋落物元素浓度与凋落量之积，吸收量为存留量和归还量之和，周转时间为养分元素经历一个循环周期所需的时间，由养分的总贮存量除以归还量，养分利用系数和循环系数分别为吸收量与现存量、归还量与吸收量的比值。在Excel中建立数据库，运用SPSS软件进行数据分析。 3结果与分析 3．1枫香人工林营养元素含量特征 枫香人工林各组分营养元素含量见表2。由表2可以看出，枫香树叶和树根的营养元素含量呈现N＞Ca＞K＞Mg＞P的趋势，树枝中营养元素含量大小排序为Ca＞N＞K＞Mg＞P，树干和树皮的营养元素含量呈现Ca＞N＞Mg＞K＞P的趋势，营养元素含量中P的含量均为最低。各器官之间的营养元素含量存在较大差异，其中树叶的N、P、K、Mg含量均最高，树皮的Ca含量最高，而树干的各种营养元素含量均最低。枫香林下植被层的营养元素含量均较丰富，与乔木层各器官相比，除低于树叶(Ca、Mg也低于树枝)外，均明显高于其它器官，可见林下植被层对于森林生态系统的养分循环是非常重要的。林下植被营养元素含量大小排序为N＞K＞Ca＞Mg＞P。枯落物中的营养元素含量呈N＞Ca＞K＞Mg＞P的趋势，与树叶中营养元素含量排序一致;与树叶相比，枯落物中的Ca含量较高，而N、P、K和Mg含量较低;与树枝相比，枯落物中的N、P含量较高，K、Mg含量较低。枯落物主要由落叶和枯枝构成，可以推断，在凋落和分解过程中，枯落物的Ca含量呈增加趋势，而K、Mg的含量不断减少，这与Ca的移动性差，K、Mg的移动性强有关。枫香人工林土壤层营养元素含量见表3。由表3可知，枫香林地土壤各层均以K的含量最高，N含量次之。其中N、P含量随土层增加而下降，而K含量随土层的加深而增加，Mg含量变化为30－60cm＞0－15cm＞15－30cm，Ca含量变化为0－15cm＞30－60cm＞15－30cm。土壤中各元素平均含量排序依次为K＞N＞Ca＞Mg＞P。#p#分页标题#e# 3．2枫香人工林养分积累与分布 人工林生态系统养分积累量为生物产量与各组分中营养元素之积，不仅取决于生物量的大小，而且取决于营养元素含量的高低。枫香人工林生态系统中各组分的积累量和空间分布如表4所示。由表4可知，枫香人工林生态系统各种营养元素总贮量为99963．181kg•hm－2，其中土壤中的养分量占生态系统总储量的97．66%。枫香人工林乔木层营养元素总积累量为2049．653kg•hm－2，占整个生态系统总储存量的2．05%，各器官的积累量规律为树根＞树干＞树皮＞树枝＞树叶。在各营养元素中，Ca和N的积累量明显高于其它营养元素，Ca的积累量最大，占50．50%，其次是N，占27．81%，之后是Mg，占8．35%。林下植被层的养分积累量为130．558kg•hm－2，各营养元素积累量排序为N＞K＞Ca＞Mg＞P，与乔木层营养元素排列顺序不同。枯落物层的养分积累量为158．182kg•hm－2，各营养元素积累量排序为N＞Ca＞K＞Mg＞P，与树叶积累量排序相同。林下植被层和枯落物层的养分积累总量为288．740kg•hm－2，占整个生态系统的0．29%。系统各层次营养元素积累量排序为土壤层＞乔木层＞枯落物层＞林下植被层。表5列出了枫香人工林各组分养分的年积累量。枫香人工林各种营养元素的年净积累量为177．793kg•hm－2•a－1，各营养元素的年积累量变化总的规律是树叶积累速率最高，占总积累量的54．22%。各器官年净积累量排序为树叶＞树根＞树干＞树皮＞树枝。总的来看，Ca的积累速率最大，依次为Ca、N、K、Mg和P。 3．3枫香人工林的养分富集系数 植物所需养分主要通过根系从土壤中吸收，并输送到各个器官。植物中的营养元素含量取决于植物种类和器官，与土壤中的有效养分含量也有关。将植物体中某种营养元素的均值与土壤中同名元素的均值的比值，定义为植物对元素的富集系数。根据富集系数大小来评定植物对土壤某元素的富集能力［6］。通过计算表明(表6)，枫香对土壤中营养元素的富集能力是不一致的，对营养元素富集能力的总趋势是Ca＞Mg＞N＞P＞K。Ca的富集能力最强，远远高出其它营养元素。虽然K在土壤中的含量最高，但枫香对其的富集能力最弱。各器官对土壤中营养元素富集能力排序为树皮＞树叶＞树枝＞树根＞树干。树叶对N、P、K、Mg的富集能力最强，树皮对Ca的富集能力最强，而树干对营养元素的富集能力最弱。 3．4枫香人工林营养元素的生物循环 营养元素的生物循环包括植物根系从土壤中吸收各种营养元素，将一部分用于构成植物体而存留下来，同时将另一部分元素通过凋落物、分泌物及雨水淋洗归还给土壤［7］。是指森林土壤和植物间营养元素的流动过程，包括吸收、存留和归还3个环节，循环平衡公式为:吸收=存留+归还［8］。林分养分的归还包括枯落物的归还、净降水淋洗和树干茎流淋溶，本次研究仅计算凋落物的归还量，结果比实际稍低。因枫香为落叶树种，叶系当年形成，当年归还，固在系统养分存留项中不予计算，而将其列入归还量。从表7可看出，各种元素的总归还量为254．590kg•hm－2•a－1。大量元素总归还量的排列顺序为N＞Ca＞K＞Mg＞P。各元素吸收量之和为335．975kg•hm－2•a－1，以Ca最高，其次为N。年归还量和存留量分别为254．590和81．386kg•hm－2•a－1，年归还量占年吸收量的75．78%。与养分含量的结果一起考虑来看，N、Ca是制约枫香林生产力的重要元素，也是判断林地衰退的指标。表7列出了各元素生物循环参数，枫香人工林总的养分利用系数为0．179，周转时间为8．960a，各元素中P的循环速度最快，利用率也最高，Mg的循环速度最慢，利用率也最低。 4结论与讨论 植物中化学元素含量反映了植物在一定生境条件下从土壤中吸收和蓄积矿质养分的能力，由于植物不同器官的生理机能不同，不同营养元素在植物体内的功能也不同，营养元素在植物不同器官及不同营养元素在同一器官中的分布也有差异［9］。枫香树叶和树根的营养元素含量均以N最高，Ca次之，而树枝、树干树皮中的营养元素含量以Ca最高，N次之;各器官营养元素含量均以P最低。除Ca外，各元素含量均以树叶最高，树干最低。树叶作为作为光合作用器官，其生命力旺盛，生长周期短，是合成有机物质的场所，也是代谢最活跃的器官，需要大量的养分参与同化作用，其营养元素含量总是最高，而干材以木质为主，其生理生化作用较弱，相应的养分含量就少的多。 枫香林下植被与乔木层相比，林下植被养分含量相对较高，尤以N、P、K元素明显，除Ca外，其他元素含量均高于乔木层各器官平均养分含量。枫香人工林林下植被含量＞乔木植物含量，呈现自上而下递增的趋势，可见林下植被对养分的储存能力是较强的，而且林下植被积累的养分归还快，大部分在当年就归还给了林地，因此对生态系统养分循环起着十分重大的促进作用。加强林下植被的管理，对枫香人工林系统的养分平衡有着极积的意义。 枫香林枯落物的营养元素含量均较高，各营养元素含量大小排列次序与树叶的排列次序一致，但多数营养元素含量明显高于除树叶外的其它器官。据Boerner［10］报道，不论是天然群落还是人工群落，P和K在凋落前均发生大量的转移。枫香叶中N、P、K、Mg浓度明显高于枯落物中的浓度，而Ca则呈相反的规律。表明在叶凋落之前，N、P、K、Mg发生了内转移，其中K的内转移量最大，N次之，而Ca则相对富集。从林分枯落物养分年平均含量看，枫香人工林枯落物养分含量大小为N＞Ca＞K＞Mg＞P，与刺槐(Robiniapseudoacacia)林［11］、厚荚相思(Acaciacrassicarpa)［12］、马占相思(Acaciamangium)［13］和麻栎(Quercusacutissima)［6］人工林群落研究结果一致，而与杉木［14］、马尾松［15］、油松(PinusTabuleaefomi)［16］、秃杉(Taiwaniaflousiana)［7］等略有不同。土壤肥力状况是影响植物生长发育及元素分布的重要原因，由于受到大量枯落物分解作用的影响，0－15cm土层N、P含量均明显高于其它层次，并随土层深度的增加而减少。土壤层养分含量均值顺序均为K＞N＞Ca＞Mg＞P。虽然K含量最高，但与我国南方的杉木［14］、马尾松［15］、马占相思［13］、福建柏(Fokieniahodginsii)［17］等人工林土壤相比，本调查地土壤中的K含量明显较低。#p#分页标题#e# 森林生态系统中，乔木层是最活跃、最重要的亚系统，该系统所进行的初级生产既是能量的固定过程，亦是营养元素的积累过程［9］。枫香人工林中林木积累N、P、K、Ca、Mg5种元素总量为2049．652kg•hm－2，仅占整个生态系统养分总贮存量的2．05%。高于30年生福建柏(617．96kg•hm－2)［17］、38年生马尾松(1950．32kg•hm－2)［15］5种元素总量。各器官营养元素积累量存在明显的差异，主要原因是植物体内各组分生理活性不同及不同组分间生物量间存在差异［9］。养分积累量与林分生物量变化规律相似，但与生物量不成比例关系，树干生物量占62．39%，养分积累量却只占24．23%。因此，枫香林的采伐利用应仅取走树干而在林地中留下其它部分，让其分解使养分元素归还给土壤。林下植被与枯落物层二者的养分积累量为288．74kg•hm－2，占整个生态系统的0．29%，比例较小，但仍是重要的养分库，但在养分循环中起非常重要的作用。 枫香林中营养元素的年积累量为177．793kg•hm－2•a－1，明显高于相同或相近林龄的马尾松、杉木［14－15］年净积累量。各营养元素的年积累量变化规律是以树叶的积累速率最高，N的积累速率最大，依次为N＞Ca＞K＞Mg＞P。 枫香对土壤中营养元素富集能力的总趋势是Ca＞Mg＞N＞P＞K。虽然K在土壤中的含量最高，但枫香对它的富集能力最弱，这可能与土壤中K绝大部分以无效态形式存在有关。生理功能不同导致各器官对土壤中营养元素的富集能力差异明显，各器官对土壤中营养元素富集能力顺序是树皮＞树叶＞树枝＞树根＞树干。 枫香人工林各营养元素吸收量分别为137．543、8．459、32．05、139．113、18．81kg•hm－2•a－1，总量为335．975kg•hm－2•a－1，年归还量分别为115．567、7．361、22．576、97．117、11．969kg•hm－2•a－1，总量为254．590kg•hm－2•a－1，高于杉木［14］，低于马尾松［15］、巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E．urophylla)［18］等速生树种，营养元素的循环系数为0．750，利用系数为0．179，周转期为8．960a，表明枫香人工林营养元素循环较快。 研究可知，枫香人工林林地中土壤K元素含量明显较低，说明其对土壤要求不高，其自身也是一种秋色景观观赏树种，营养元素循环较快，是很有潜力的造林绿化树种。加强对枫香人工林的研究，对枫香林持续生产力的维持和提高，促进南方人工林结构的调整具有现实意义。