Picarro G2103（應(yīng)用G2103與G2509對(duì)不同施肥方式下氨氣排放通量室優(yōu)化設(shè)計(jì)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(píng)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(shí)間分辨率在線測量的動(dòng)態(tài)通量室，新的測量系統(tǒng)有助于在手動(dòng)和農(nóng)場規(guī)模的漿料畜便施用后以相對(duì)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(dòng)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(dòng)物糞便（slurry）后的氨（NH₃）排放。研究還評(píng)估了不同施肥方法（手動(dòng)、實(shí)驗(yàn)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(gè)田間試驗(yàn)（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(dòng)態(tài)通量室（DFC）和風(fēng)洞（WT）。

試驗(yàn)說明：在一個(gè)地塊上使用9個(gè)DFC和3個(gè)WT，每個(gè)測量單元都有背景測量點(diǎn)。與早期設(shè)計(jì)的風(fēng)洞進(jìn)行比較，評(píng)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(dòng)態(tài)通量室DFC和逆向拉格朗日隨機(jī)模型（bLS）。

試驗(yàn)布局： 100m²地塊上使用8個(gè)DFC，并在地塊內(nèi)外設(shè)置了bLS測量點(diǎn)。評(píng)估30米噴霧臂施肥對(duì)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(shí)驗(yàn)性肥料噴霧臂。

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

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

這三個(gè)試驗(yàn)的目的是評(píng)估不同施肥技術(shù)對(duì)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(gè)田間試驗(yàn)中，Picarro G2103被用于DFC和風(fēng)洞（ WT）測量，空氣被抽取到一個(gè)旋轉(zhuǎn)閥，測量周期為8分鐘，試驗(yàn)A每144分鐘產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)（9個(gè)DFC具有3個(gè)背景，3個(gè)WT具有3個(gè)背景，共18個(gè)測量），試驗(yàn)B每88分鐘產(chǎn)生一次數(shù)據(jù)點(diǎn)（8個(gè)DFC和3個(gè)背景，共11個(gè)測量），試驗(yàn)C每80分鐘產(chǎn)生一次數(shù)據(jù)點(diǎn)（每個(gè)應(yīng)用方法7個(gè)DFC，3個(gè)背景，共10個(gè)測量）。

2.在bLS模型測量中，使用了3臺(tái)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(tái)儀器測量的氨濃度在9.5小時(shí)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(tái)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(tái)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(duì)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(huì)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(dòng)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(duì)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(píng)估氨排放的方法。

c.幫助研究者評(píng)估不同施肥技術(shù)對(duì)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(dòng)態(tài)通量室DFC技術(shù)通過設(shè)計(jì)改進(jìn)、CFD模擬驗(yàn)證、實(shí)地試驗(yàn)結(jié)果和統(tǒng)計(jì)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(dòng)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(duì)NH3的排放進(jìn)行測量

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