Picarro G2103（應(yīng)用G2103與G2509對不同施肥方式下氨氣排放通量室優(yōu)化設(shè)計的研究）

田間施用的漿料畜便（Slurry）是氨氣（NH₃）排放的重要來源，通常有害于環(huán)境和人類健康。為了評估緩解方案，需要可靠的效果測量。本研究提出一種新的具有高時間分辨率在線測量的動態(tài)通量室，新的測量系統(tǒng)有助于在手動和農(nóng)場規(guī)模的漿料畜便施用后以相對較高的精度重復(fù)進(jìn)行 NH₃ 排放測量。

本研究的目的是開發(fā)一種新的動態(tài)通量室（Dynamic Flux Chambers, DFC）系統(tǒng)，用于測量農(nóng)場規(guī)模機(jī)械施用液態(tài)動物糞便（slurry）后的氨（NH₃）排放。研究還評估了不同施肥方法（手動、實驗性噴霧器、商業(yè)噴霧器）中氨氣排放的變異性，并與逆向拉格朗日隨機(jī)模型（bLS）的測量結(jié)果進(jìn)行比較。

研究在三個田間試驗（Trial A、Trial B、Trial C）展開，簡要說明情況如下：

施肥技術(shù)：使用手持設(shè)備施肥。

測量方法：動態(tài)通量室（DFC）和風(fēng)洞（WT）。

試驗說明：在一個地塊上使用9個DFC和3個WT，每個測量單元都有背景測量點。與早期設(shè)計的風(fēng)洞進(jìn)行比較，評估新DFC系統(tǒng)的性能。

施肥技術(shù)：使用30米長的商業(yè)肥料噴霧臂（30-m boom）。

測量方法：動態(tài)通量室DFC和逆向拉格朗日隨機(jī)模型（bLS）。

試驗布局： 100m²地塊上使用8個DFC，并在地塊內(nèi)外設(shè)置了bLS測量點。評估30米噴霧臂施肥對氨排放的影響，并與DFC測量結(jié)果進(jìn)行比較。

施肥技術(shù)：使用3米長的實驗性肥料噴霧臂。

測量方法：動態(tài)通量室DFC和逆向拉格朗日隨機(jī)模型（bLS）。

試驗布局：分別在56 m²和47 m²的地塊上使用6個和7個DFC進(jìn)行施肥和注射施肥的測量，并在每個地塊內(nèi)及上風(fēng)向位置設(shè)置了bLS測量點。比較兩種施肥方法對氨排放的影響，并與DFC和bLS測量結(jié)果進(jìn)行比較。

這三個試驗的目的是評估不同施肥技術(shù)對氨排放的影響，并比較DFC和bLS兩種測量方法的準(zhǔn)確性和可靠性。

1.在三個田間試驗中，Picarro G2103被用于DFC和風(fēng)洞（ WT）測量，空氣被抽取到一個旋轉(zhuǎn)閥，測量周期為8分鐘，試驗A每144分鐘產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)點（9個DFC具有3個背景，3個WT具有3個背景，共18個測量），試驗B每88分鐘產(chǎn)生一次數(shù)據(jù)點（8個DFC和3個背景，共11個測量），試驗C每80分鐘產(chǎn)生一次數(shù)據(jù)點（每個應(yīng)用方法7個DFC，3個背景，共10個測量）。

2.在bLS模型測量中，使用了3臺Picarro G2509 CRDS測量上風(fēng)向和下風(fēng)向的NH₃濃度。儀器使用的說明如下：

a.測量穩(wěn)定性：在施用消化液前，這三臺儀器測量的氨濃度在9.5小時內(nèi)保持穩(wěn)定，這意味著在施肥前，田間的氨背景濃度沒有顯著變化。

b.儀器間的偏差：盡管測量結(jié)果穩(wěn)定，但三臺儀器之間存在小的偏差（offset）。這可能是由于儀器校準(zhǔn)、傳感器靈敏度或環(huán)境條件等因素造成的。

c.背景濃度：在施肥前，三臺儀器測量的平均背景濃度分別為：

1)注射施肥地塊（injection plot）的儀器：1.920 ± 0.06 μg NH₃ m^-3

2)噴霧臂施肥地塊（trailing hose plot）的儀器：0.273 ± 0.03 μg NH₃ m^-3

3)背景測量的儀器：0.824 ± 0.11 μg NH₃ m^-3

d.校正：為了確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，對于注射地塊和尾隨式施肥地塊的儀器，分別進(jìn)行了校正。校正的重要性：盡管儀器間的偏差很小，但考慮到背景濃度與施肥地塊的濃度差異不大，如果不進(jìn)行校正，這些小的偏差可能會影響注射地塊的氨通量（flux）測量結(jié)果。

3.數(shù)據(jù)說明：

a.氨排放速率（NH₃是TAN總氨態(tài)氮的一部分）：通過噴霧臂施肥或注射施肥后，用動態(tài)通量室（DFC）、風(fēng)洞（WT）或后向拉格朗日隨機(jī)模型（bLS）的測量，可以直觀地比較不同測量方法和施肥技術(shù)對氨排放的影響。

b.展示DFC、WT和bLS三種不同測量方法的結(jié)果，有助于確定在不同施肥條件下更適合評估氨排放的方法。

c.幫助研究者評估不同施肥技術(shù)對減少氨排放的潛在效果。

d.直觀地展示研究結(jié)果，支持注射施肥相比傳統(tǒng)的噴霧施肥技術(shù)可以顯著減少氨排放的研究結(jié)論。

1.動態(tài)通量室DFC技術(shù)通過設(shè)計改進(jìn)、CFD模擬驗證、實地試驗結(jié)果和統(tǒng)計分析，證明了其在測量氨排放方面的準(zhǔn)確性和可靠性優(yōu)于WT技術(shù)。

2.動態(tài)通量室DFC和逆向拉格朗日隨機(jī)模型bLS，這兩種方法都顯示：與噴霧施肥相比，注射施肥方式大幅度降低NH₃排放量（DFC 為 89%，bLS 為 97%），新的測量系統(tǒng)有利于對NH3的排放進(jìn)行測量

北京世紀(jì)朝陽科技發(fā)展有限公司成立于2000年，擁有二十多年的分析儀器在中國市場推廣、銷售與售后服務(wù)經(jīng)驗。2019年，Picarro經(jīng)過對中國大陸地區(qū)公司的遴選，決定授予我公司全行業(yè)代理權(quán)，并負(fù)責(zé)大中華區(qū)Picarro產(chǎn)品的售前售后以及應(yīng)用支持。

北京世紀(jì)朝陽科技發(fā)展有限公司的公眾號，會定期發(fā)送一些應(yīng)用Picarro設(shè)備進(jìn)行的一些最前沿的生態(tài)系統(tǒng)變化監(jiān)測技術(shù)，歡迎各位老師關(guān)注。Picarro分析儀的用戶遍布全球各知名機(jī)構(gòu)與組織，在環(huán)境氣體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域有許多經(jīng)驗和案例，如果各位老師和專家想了解更多信息，歡迎與我們聯(lián)系。更希望Picarro設(shè)備對各位老師的科學(xué)研究有所幫助。