應用G2103與G2509對不同施肥方式下氨氣排放通量室優化設計的研究

前言

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通量室，新的測量系統有助于在手動和農場規模的漿料畜便施用后以相對較高的精度重復進行 NH3 排放測量。

（一）       研究目標：

本研究的目的是開發一種新的動態通量室（Dynamic Flux Chambers, DFC）系統，用于測量農場規模機械施用液態動物糞便（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、商業噴霧器）中氨氣排放的變異性，并與逆向拉格朗日隨機模型（bLS）的測量結果進行比較。

（二）       研究方法：

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：

1.       Trial A:

·       施肥技術：使用手持設備施肥。

·       測量方法：動態通量室（DFC）和風洞（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。與早期設計的風洞進行比較，評估新DFC系統的性能。

2.       Trial B:

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

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

·       試驗布局： 100m2地塊上使用8個DFC，并在地塊內外設置了bLS測量點。評估30米噴霧臂施肥對氨排放的影響，并與DFC測量結果進行比較。

3.       Trial C:

·       施肥技術：使用3米長的實驗性肥料噴霧臂。

·       測量方法：動態通量室DFC和逆向拉格朗日隨機模型（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進行施肥和注射施肥的測量，并在每個地塊內及上風向位置設置了bLS測量點。比較兩種施肥方法對氨排放的影響，并與DFC和bLS測量結果進行比較。

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

（三）       Picarro儀器的使用與數據說明：

1.       在三個田間試驗中，Picarro G2103被用于DFC和風洞（ WT）測量，空氣被抽取到一個旋轉閥，測量周期為8分鐘，試驗A每144分鐘產生一個數據點（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分鐘產生一次數據點（8個DFC和3個背景，共11個測量），試驗C每80分鐘產生一次數據點（每個應用方法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測量上風向和下風向的NH3濃度。儀器使用的說明如下：

a.       測量穩定性：在施用消化液前，這三臺儀器測量的氨濃度在9.5小時內保持穩定，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：盡管測量結果穩定，但三臺儀器之間存在小的偏差（offset）。這可能是由于儀器校準、傳感器靈敏度或環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：為了確保測量結果的準確性，對于注射地塊和尾隨式施肥地塊的儀器，分別進行了校正。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）測量結果。

3.       數據說明：

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

b.       展示DFC、WT和bLS三種不同測量方法的結果，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對減少氨排放的潛在效果。

d.       直觀地展示研究結果，支持注射施肥相比傳統的噴霧施肥技術可以顯著減少氨排放的研究結論。

（四）       總結：

1.       動態通量室DFC技術通過設計改進、CFD模擬驗證、實地試驗結果和統計分析，證明了其在測量氨排放方面的準確性和可靠性優于WT技術。

2.       動態通量室DFC和逆向拉格朗日隨機模型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%），新的測量系統有利于對NH3的排放進行測量

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