應(yīng)用案例

Picarro G2508（揭秘不同肥料處理對稻田溫室氣體排放的影響）

發(fā)表時(shí)間：2024-08-09

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研究背景

溫室氣體（GHG）排放是全球氣候變化的重要驅(qū)動(dòng)因素，其中甲烷（CH₄）和氧化亞氮（N₂O）是兩種主要的農(nóng)業(yè)排放氣體。甲烷的全球變暖潛能是二氧化碳（CO₂）的27.9倍，氧化亞氮（N₂O）的全球變暖潛能則高達(dá)273倍。因此，準(zhǔn)確監(jiān)測和控制農(nóng)業(yè)溫室氣體排放對減緩氣候變化至關(guān)重要。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，肥料的選擇和使用方式直接影響土壤中溫室氣體的生成和釋放。在這一背景下，Picarro G2508溫室氣體分析儀作為一種高精度、高效率的監(jiān)測工具，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)環(huán)境研究中。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理

研究旨在評估不同肥料處理對稻田溫室氣體排放的影響，并利用Picarro G2508溫室氣體分析儀進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。實(shí)驗(yàn)在英國利茲大學(xué)的研究農(nóng)場進(jìn)行，設(shè)立了九個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為2×0.5 m，隨機(jī)分配三種不同的肥料處理方式，每種處理方式重復(fù)三次。具體的肥料處理方式如下：

無機(jī)肥料（IF）

僅使用常規(guī)的無機(jī)肥料。

豬糞液加無機(jī)肥料（PS）

結(jié)合使用豬糞液和無機(jī)肥料。

等離子體處理豬糞液加無機(jī)肥料（TPS）

將豬糞液進(jìn)行等離子體處理后，與無機(jī)肥料結(jié)合使用。

測樣過程

安裝葉室

每個(gè)實(shí)驗(yàn)地塊在施肥前一個(gè)月安裝葉室，用于捕捉土壤釋放的氣體，并確保土壤恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)條件。葉室通過管道連接到Picarro G2508分析儀。

定期采樣

分析儀每120分鐘自動(dòng)從每個(gè)葉室采集氣樣，進(jìn)行氣體濃度測量。每次測量持續(xù)約7-10分鐘。

環(huán)境參數(shù)測量

使用水分和溫度傳感器每隔15分鐘測量土壤濕度和溫度。這些數(shù)據(jù)用于計(jì)算土壤空隙含水量（WFPS），以幫助解釋溫室氣體排放數(shù)據(jù)。

具體的數(shù)據(jù)處理步驟包括：

數(shù)據(jù)校正：根據(jù)環(huán)境條件和設(shè)備漂移，對原始測量數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

異常值處理：使用統(tǒng)計(jì)方法識(shí)別并剔除異常值，確保數(shù)據(jù)的代表性。

通量計(jì)算：根據(jù)測量的氣體濃度變化和葉室體積，計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)的溫室氣體通量。

數(shù)據(jù)插值：對測量間隙的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，生成連續(xù)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)。

累積排放計(jì)算：將各個(gè)采樣點(diǎn)的通量數(shù)據(jù)積分，計(jì)算實(shí)驗(yàn)期間的累積溫室氣體排放。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

地下生物量(BGB)以及地下:地上生物量(BGB:AGB)作為CH₄通量的預(yù)測因子。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同肥料處理對溫室氣體排放有顯著影響。具體結(jié)果如下：

N₂O排放

TPS處理的N₂O累積排放量最高，PS次之，IF最低。TPS處理的N₂O排放顯著高于其他處理方式。高氮含量和等離子體處理可能促進(jìn)了N₂O的生成和釋放。

CH4排放

PS處理的CH₄累積排放量最高，而IF和TPS的CH₄排放量較低，且兩者之間沒有顯著差異。豬糞液中的有機(jī)物質(zhì)為甲烷生成提供了豐富的基質(zhì)。

溫室氣體強(qiáng)度（GHGI）

TPS的GHGI是PS的兩倍多，是IF的六倍左右。GHGI綜合考慮了N₂O和CH₄的排放量，反映了不同處理的總體溫室氣體排放效應(yīng)。

這些結(jié)果表明，盡管等離子體處理豬糞液可以減少CH₄排放，但卻增加了N₂O排放，導(dǎo)致總溫室氣體排放量上升。

結(jié)論

通過本研究，可以得出以下結(jié)論：

Picarro G2508分析儀的應(yīng)用效果

Picarro G2508溫室氣體分析儀在連續(xù)、準(zhǔn)確監(jiān)測溫室氣體排放方面表現(xiàn)優(yōu)異，為農(nóng)業(yè)環(huán)境研究提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。其高靈敏度和精度使得研究人員能夠深入了解不同管理措施對溫室氣體排放的影響。

肥料處理對溫室氣體排放的影響

不同肥料處理對溫室氣體排放的影響顯著，特別是等離子體處理豬糞液雖然減少了CH₄排放，但卻增加了N₂O排放，導(dǎo)致總溫室氣體排放量增加。

管措施的優(yōu)化方向

為了進(jìn)一步減少農(nóng)業(yè)溫室氣體排放，未來研究應(yīng)集中在優(yōu)化肥料處理技術(shù)，特別是減少等離子體處理豬糞液的N₂O排放上。此外，研究其他創(chuàng)新肥料處理方法，結(jié)合不同土壤和作物類型的特點(diǎn)，也將是重要的研究方向。