校准被动采样 - NH多情节场测量 3与动态管法和被动采样的组合排放
March 21st, 2016
氨氮排放量是由水体富营养化，土壤酸化和细颗粒形成环境的主要威胁，主要源于农业源。这种方法允许氨损耗测量中复制田间试验使排放量和作物生长和排放之间的关系进行统计分析。
这种简单的田间原位方法的总体目标是量化多田间试验中重复样地的氨排放，从而促进统计测试和处理效果的确定。该方法有助于回答农艺和农业生态领域的关键问题，例如氨排放的量化和减少、肥料使用效率的确定和环境评估。这种方法的主要优点是它允许在多小区田间试验中对氨排放物进行原位定量，而不受电源的影响。
我将与我实验室的硕士生 Christian Wagner 一起演示此程序。与重复田间试验中通常应用的大小相比，使用相对较大的地块，以避免肥料分布不均对氨排放的影响。使用方形图形状以避免风向变化对采样器吸收氨的影响。
通过在样地之间保持一个样地大小的缓冲区，减少氨从一个样地漂移到另一个样地。选择两个处理图和一个对照图，以便使用动态试管法或 DTM 和被动进样器同时进行测量。选择排放量高的处理样地，从而产生较强的测量信号。
按照文本方案中详述的准备工作，在对照、处理、控制序列之后的每个测量日期的开始和结束时，使用 DTM 在未施肥的对照地块上进行对照测量。通过考虑由于温度和风速变化而导致的排放变化，在 3 到 6 天内进行测量，以获得一整天时间跨度的可靠氨损失测量值。在清晨、上午晚些时候、下午早些时候、下午晚些时候和日落前不久进行测量。
要进行测量，首先用无氨空气冲洗 DTM 系统，方法是将暗室提升到离地面约 1 米的高度。然后，使用直接连接到腔室系统末端 PTFE 管的手动泵将空气泵入聚四氟乙烯或 PTFE 管和腔室。将 DTM 腔室直接压入地面，深度约为 15 毫米，如腔室底部的边缘所示。
或者，将 DTM 腔室压入土壤环中。确保土块不会卡在土环和腔室之间。使用用过的低浓度指示管执行前 20 次准备泵冲程，以创造准稳态条件。
氨浓度由管内 pH 敏感颗粒的颜色变化表示，从深黄色变为蓝紫色，只要颜色变化在试管上印刷的刻度内，就可以读取氨浓度。根据从观察到的所用试管颜色变化中获得的信息，选择要在下次测量中使用的新指示试管的浓度范围。使用安装在泵壳上的断管器将头部折断，在两端打开新的指示管。
将管端压入 PTFE 管和泵口，将指示管插入末端 PTFE 管和泵口之间。将印在管上的刻度上值最低的管端插入 PTFE 管中，将值最高的一端插入泵口。通过按下自动泵的 OK 按钮或压缩手动泵开始泵送至默认冲程数。
使用用过的管子预泵送和开始实际测量之间的暂停时间尽可能短。如果使用手动泵进行测量，则在手动泵的第一个冲程的同时启动秒表。当达到标准行程数并且手动泵完全放松时，终止测量。
在达到终端行程后松开手动泵，终止秒表测量。如果在标准行程编号后未达到管上打印的刻度的最低值的第一行指示，则将行程数增加到最多 50 个行程。泵送终止后，仅当至少达到指示管刻度上的第一行时，才使用指示管读数。
从各个侧面读取试管上最远的颜色变化，因为着色线通常略微倾斜或不均匀，并记录浓度值。记下记录表上的绘图、日期、测量时间、笔画数和以 PPM 为单位的读数。用干净的纸巾清洁腔室边缘，去除粘附的土壤、粪污或肥料成分。
然后，将 DTM 系统从地面提起并像以前一样冲洗。在图中的不同位置进行多次测量，以提高测量的可靠性。在地块施肥后，立即将固定在实验地块中心钢棒上的被动采样器放置在土壤或树冠表面上方 0.15 米的高度。
赶快使用粪浆施肥拖拉机或系统立即安装采样器。如果是干燥的土壤，请用锤子将钢棒插入土壤中。放置被动采样器后，在第一个采样间隔内，带着一个细分的托盘或袋子走到被动采样器前，袋子里装有分类的装满的酸瓶。
在处理装有酸溶液的小瓶之前，请戴上手套。取出样品瓶，确定相应的曲线和采样间隔。拧开被动进样器的瓶子，将小瓶中的 0.05 摩尔硫酸溶液倒入瓶口中。
然后，重新拧上样品瓶的盖子，将其放回托盘或袋子中。要在采样间隔完成后更换被动采样器中的 0.05 摩尔硫酸溶液，请小心拧下被动采样器，并小心地将窗口之间的溶液通过排放孔进入空的原始样品瓶。通过瓶口向进样器中重新填充后续未使用的小瓶中新的 0.05 摩尔硫酸溶液。
拧上两个样品瓶的盖子，并正确贴标。将被动采样器拧在连接到钢棒的盖子上，将其固定在杆上。记下记录表上的绘图编号和填充时间。
按照文本协议中的说明计算氨弯曲。与使用拖曳软管相比，用于测试施用牛粪浆后几种减少氨排放的方法的效果的现场试验结果表明，i包括与旋耕机的结合、酸化浆的加入和封闭槽注入。该方法在氨排放之间产生了非常显着的差异，通过密隙注射或随后掺入酸化的应用，损失减少最强。
这些图描述了施用不同尿素肥（添加和不添加脲酶和硝化抑制剂）后累积氨排放量之间的差异。使用独立于硝化抑制剂的脲酶抑制剂大大减少了氨排放。仅尿素与硝化抑制剂联合使用显示出最高的排放量。
所演示的方法捕捉了天气条件对尿素肥料和硝酸钙氨排放的强烈影响，这反映在不同施用日期的不同时间进程和排放水平上。低温和降雨大大减少了排放，而高温增加了相对损失和速度。显示了不同氨排放对冬小麦籽粒氮吸收的影响，这只能在多地田间试验中证明。
谷物氮吸收量随氨排放线性下降。遵循此程序还允许您应用其他方法，如温室气体、腔室测量、土壤采样、植物采样来确定农艺效率和整体环境可持续性。感谢您观看此视频，并祝您成功应用所建议的方法。
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概览
本研究提出了一种现场方法，用于量化多块地块田间试验中的氨排放。该方法便于统计测试，并有助于解答关键的农学和农业生态学问题。
关键研究组成部分
科学领域
- 农学
- 农业生态学
- 环境科学
背景
- 氨排放会导致富营养化和土壤酸化等环境问题。
- 这些排放主要来自农业来源。
- 量化氨损失对于理解其对环境的影响至关重要。
- 田间试验可以提供宝贵的排放统计分析数据。
研究目的
- 量化农业环境中的氨排放。
- 便于对处理效果的排放进行统计分析。
- 评估肥料使用效率和环境影响。
使用的方法
- 现场测量氨排放。
- 在多块地块田间试验中使用重复地块。
- 测量时不依赖电力供应。
- 使用方形地块以最小化风向效应。
主要结果
- 所示方法允许准确量化氨排放。
- 统计分析揭示了作物发育与排放之间的关系。
- 方法增强了对肥料效率的理解。
- 为相关氨的环境评估提供了框架。
结论
- 该方法有效用于测量田间试验中的氨排放。
- 它支持农学研究和环境评估。
- 未来的研究可以在这一方法的基础上应用于更广泛的应用。
常见问题
Executive Industry Relevance
This method enables robust quantification of ammonia emissions in replicated field trials, supporting statistical validation of treatment effects in agronomic research. It provides a power-independent, scalable approach for assessing fertilizer use efficiency and environmental impact across diverse field conditions. The technique facilitates data-driven decisions in nutrient management and emission mitigation strategies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables hypothesis testing of fertilizer and inhibitor effects on ammonia loss through controlled field replication.
- Operational Value: Supports multi-plot experimental designs without electrical power requirements, increasing field trial flexibility.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative ammonia flux data (kg N ha⁻¹) via calibrated passive sampling for comparative compound or formulation screening.
- Operational Value: Standardizes semi-quantitative measurements across plots using a dynamic tube-derived transfer coefficient for assay consistency.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Links ammonia emission profiles to crop nitrogen uptake, enabling assessment of nutrient use efficiency and environmental fate.
- Operational Value: Facilitates longitudinal monitoring of emissions over multiple days to capture diurnal and weather-dependent variability.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into discovery workflows by providing emission data that informs early-stage evaluation of agrochemical formulations and nutrient management strategies.
- Discovery Biology: Supports mechanistic interrogation of how fertilizers, inhibitors, and application techniques influence environmental ammonia loss.
- Screening: Enables high-reproducibility, multi-condition comparison of treatment effects on volatilization rates.
- Analytics: Delivers time-resolved, quantitative flux measurements that allow statistical comparison across plots and treatments.
- Translational Research: Connects emission data to plant nitrogen uptake, supporting translation from field observation to agronomic outcome.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, low-infrastructure field method for repeated use across seasons, sites, and formulation screens.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces uncertainty in emission estimates by enabling statistically robust, replicated field measurements.
- Operational Value: Eliminates dependency on grid power, allowing deployment in remote or resource-limited field sites.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions in formulation development by providing reliable environmental loss profiles.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement of fertilizers and inhibitors based on validated emission reduction data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in field plot setup, sampler installation, and chemical handling of acid solutions.
- Needs dynamic tube system, passive samplers, sulfuric acid vials, and PTFE tubing for operation.
- Demands standardized timing and placement protocols to minimize cross-plot ammonia drift and wind effects.
- Best suited for bare soil or low canopy (<0.3 m) conditions; taller vegetation requires cautious interpretation.
- Relies on consistent environmental conditions across plots to validate transfer coefficient scaling.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:56
Experimental Design and General Operational Instructions
1:46
Procedure for Measurement with DTM
6:07
Procedure for Measurement with Passive Samplers
8:09
Results: Cumulative Ammonia Emissions and Treatment Effects on Ammonia Emissions from Field Applied Slurries and Synthetic Nitrogen Fertilizers
9:54
Conclusion
