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河海学子“三下乡”:等离子体固氮,助力乡村振兴

来源:河海大学机电工程学院 作者:吴奇洪

建设绿色乡村,科技助力农耕。2022年7月15日,由陈秉岩老师指导、由孙亚辰、张雨洲、王榕、吴奇洪四名同学组成的“绿色农业,振兴乡村”固氮系统设计实践团于河海大学常州校区物理创新实验室完成最后的实验结论总结,推进了等离子体固氮模型的研究,正式宣告为期15天的“三下乡”社会实践收官,一展河海水之子青春风采。

等离子体固氮农业新用

本次社会实践活动之前,实践团所在的实验室提供了一定的技术基础,该实验室的研究方向之一便是高压放电等离子体在环境治理中的运用,其核心技术为本次实践中运用的技术之源。同时,实践团的成员为本次实践做了许多前期准备工作,有关研究已经申报了大学生创新创业项目,并进行了一定的调研了解。

在传统固氮方式中,雷电固氮量小,固氮量仅5 Tg N/year,占生态系统总固氮量的2%;生物固氮规模小,无法完全替代人工固氮;工业固氮则反应条件高、高污染高耗能。

相比于传统固氮方式,该固氮方式采用滑动弧放电联合光催化人工固氮,具有稳定性高、效率高、可以大规模使用的特点,适于农村大面积应用。同时,该技术具有绿色环保的特点,可以为生态循环立体农业提供清洁型氮肥。

知难而进团队披荆斩棘

实践的过程并不是一帆风顺,实践团的同学们遇到过很多困难。前期准备阶段中,由于实验要求复杂,实验装置经过了4、5版的推翻重做,本就紧张的时间安排此时产生了巨大的压力。实践团的同学们查阅了大量文献,并向老师请教,才终于解决了问题,成功制出较理想的实验装置。

在实验阶段中,实践团的同学由于对全新装置操作上的不熟悉,产生了对装置使用不当的问题。在研究硅胶小球催化高效性的对照实验中,实践团的同学忽略了小球对于液相状态的影响。“做实验要严谨对待,这不仅是对科学的态度更是对人生的态度。”孙亚辰同学如是总结。

(实践团在实验室进行实验 实践团供图)

7月8日下午,实践团前往常州市生态环境监控中心进行访谈。此次访谈中,实践团了解了当今常州市环境治理的现状和主要手段。据悉,常州市目前主要水体基本可以到达Ⅲ类水标准。在环太湖治理区块中,常州市所处的湖西区入太湖水量约占总量的70%,污染物入湖量也约占总量的70%,农业面占总泥龄比例较高。农业边缘治理采用分散式治污设施和生态过道,进行入水前多级处理,并通过人工湿地生物降解的方式对氮、磷进行处理。

此外,实践团还从监控中心的徐宪根总工程师处收获了宝贵的意见。对实践团关于水体植物死亡治理方式的提问,徐总工表示一般将其与无机肥混合重新投入农业的立体循环之中。徐总工还建议:“最好多关注现在的热点问题,目前大家都遇到了瓶颈,能把问题解决会有很好的环境等方面的效益。”这为实践团的后续研究方向提供重要参考。

(实践团在常州市生态环境监控中心进行访谈 实践团供图)

绿色科技助力乡村振兴

当今,我国农业正处于传统农业向现代农业转型的关键时期,伴随着国家2030碳峰值、2060碳中和的长远规划,增强氮肥生产过程的节能减排技术已是当务之急。该技术适用于日渐科技化、生态化的现代农业,符合绿色低碳发展理念。在生产要素变化、行业约束条件增多、经济下行压力加大的背景下,该技术的稳定高效等特点,使其具有优良的乡村运用前景,符合氮肥行业高质量发展要求。

实践中,实践团的同学们表现出时代新青年的担当、信心和能力,具有振兴乡村的使命感。“乡村是国家的根基,我们的技术能提供更优质、更绿色的肥料,这是一件惠及民生的大好事。”张雨洲同学说。

后续,实践团的同学们还将在此次社会实践的基础之上继续推进固氮研究,优化实验仪器和相关参量,期望做出高效的水肥一体化系统,为“十四五”推进农业农村现代化规划尽心竭力,为立体化、综合化、数字化的新农业添砖加瓦,让科技为传统农业赋能。

(实践团在实验室所在楼前的合照 实践团供图)

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