應(yīng)用案例

Picarro G2508（揭秘不同肥料處理對(duì)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(cè)和控制農(nóng)業(yè)溫室氣體排放對(duì)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(cè)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(píng)估不同肥料處理對(duì)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(cè)。實(shí)驗(yàn)在英國(guó)利茲大學(xué)的研究農(nóng)場(chǎng)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(wú)機(jī)肥料（IF）

僅使用常規(guī)的無(wú)機(jī)肥料。

豬糞液加無(wú)機(jī)肥料（PS）

結(jié)合使用豬糞液和無(wú)機(jī)肥料。

等離子體處理豬糞液加無(wú)機(jī)肥料（TPS）

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

測(cè)樣過(guò)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(guò)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(cè)量。每次測(cè)量持續(xù)約7-10分鐘。

環(huán)境參數(shù)測(cè)量

使用水分和溫度傳感器每隔15分鐘測(cè)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(duì)原始測(cè)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(cè)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(duì)測(cè)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(cè)因子。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同肥料處理對(duì)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(méi)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(guò)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(cè)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(duì)溫室氣體排放的影響。

肥料處理對(duì)溫室氣體排放的影響

不同肥料處理對(duì)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(lái)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(lèi)型的特點(diǎn)，也將是重要的研究方向。