Kalibrierte Passive Sampling - Multi-Plot Feldmessungen von NH ₃ Emissionen mit einer Kombination von Dynamic Tube-Methode und Passive Samplers

Das übergeordnete Ziel dieser einfachen Feld-in-situ-Methode ist es, die Ammoniakemissionen von Replikationsflächen in Feldversuchen mit mehreren Parzellen zu quantifizieren, um statistische Tests und die Identifizierung von Behandlungseffekten zu erleichtern. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen im agronomischen und agrarökologischen Bereich zu beantworten, wie z. B. die Quantifizierung und Reduzierung von Ammoniakemissionen, die Bestimmung der Effizienz des Düngemitteleinsatzes und die Umweltbewertung. Der Hauptvorteil dieser Methode besteht darin, dass sie eine in-situ-Quantifizierung von Ammoniakemissionen in Feldversuchen mit mehreren Parzellen unabhängig von der Stromversorgung ermöglicht.

Ich werde dieses Verfahren mit Christian Wagner, einem Masterstudenten aus meinem Labor, demonstrieren. Verwenden Sie im Vergleich zu den Größen, die üblicherweise in replizierten Feldversuchen verwendet werden, vergleichsweise große Parzellen, um Auswirkungen einer ungleichmäßigen Düngemittelverteilung auf die Ammoniakemissionen zu vermeiden. Verwenden Sie quadratische Diagrammformen, um Auswirkungen von Verschiebungen der Windrichtungen auf die Ammoniakaufnahme durch die Probenehmer zu vermeiden.

Abdrift von Ammoniak von einer Parzelle zur anderen, indem zwischen den Parzellen ein Pufferbereich von einer Parzellengröße gehalten wird. Wählen Sie zwei Behandlungsplots und einen Kontrollplot für die gleichzeitige Messung mit der dynamischen Röhrchenmethode oder DTM und Passivsammler. Wählen Sie Behandlungsflächen mit strafend hohen Emissionen, die ein starkes Messsignal liefern.

Nach den Vorbereitungen, wie sie im Textprotokoll beschrieben sind, wird die Kontrollmessung mit dem DTM an unbefruchteten Kontrollparzellen zu Beginn und am Ende jedes Messtages nach einer Kontroll-, Behandlungs- und Kontrollsequenz durchgeführt. Messen Sie über einen Zeitraum von drei bis sechs Tagen, um zuverlässige Messungen des Ammoniakverlusts für den Zeitraum eines ganzen Tages zu erhalten, indem Sie sich ändernde Emissionen aufgrund unterschiedlicher Temperaturen und Windgeschwindigkeiten berücksichtigen. Führen Sie Messungen am frühen Morgen, späten Vormittag, frühen Nachmittag, späten Nachmittag und kurz vor Sonnenuntergang durch.

Um die Messung durchzuführen, spülen Sie das DTM-System zunächst mit ammoniakfreier Luft, indem Sie die Kammern auf eine Höhe von etwa einem Meter über dem Boden anheben. Pumpen Sie dann Luft durch den Polytetrafluorethylen- oder PTFE-Schlauch und die Kammern mit einer Handpumpe, die direkt mit dem PTFE-Anschlussschlauch des Kammersystems verbunden ist. Drücken Sie die DTM-Kammern bis zu einer Tiefe von etwa 15 Millimetern direkt in den Boden, wie durch einen Rand am Kammerboden markiert.

Alternativ können Sie die DTM-Kammern zu Erdringen pressen. Stellen Sie sicher, dass sich keine Erdklumpen zwischen dem Erdring und der Kammer festsetzen. Führen Sie die ersten 20 vorbereitenden Pumpenhübe mit einem gebrauchten Indikatorrohr mit niedriger Konzentration durch, um quasi stationäre Bedingungen zu erzeugen.

Die Ammoniakkonzentrationen werden durch eine Farbänderung des pH-empfindlichen Granulats im Inneren des Röhrchens von dunkelgelb zu bläulich-violett angezeigt und können abgelesen werden, solange die Farbänderung innerhalb einer auf dem Röhrchen aufgedruckten Skala liegt. Wählen Sie den Konzentrationsbereich des neuen Indikatorröhrchens, das bei der nächsten Messung angewendet werden soll, basierend auf den Informationen, die aus der beobachteten Farbänderung des verwendeten Röhrchens gewonnen werden. Öffnen Sie an beiden Enden ein neues Anzeigerohr, indem Sie die Köpfe mit dem am Pumpengehäuse angebrachten Schlauchbrecher abbrechen.

Führen Sie den Anzeigeschlauch zwischen den PTFE-Schlauch und die Pumpe ein, indem Sie die Schlauchenden in den PTFE-Schlauch und den Pumpenmund drücken. Führen Sie das Schlauchende mit dem niedrigsten Wert auf der auf dem Schlauch aufgedruckten Skala in den PTFE-Schlauch und das Ende mit dem höchsten Wert in den Pumpenmund ein. Starten Sie das Aufpumpen bis zur Standardhubzahl, indem Sie die OK-Taste der Automatikpumpe drücken oder die Handpumpe zusammendrücken.

Halten Sie die Pause zwischen dem Vorpumpen mit dem verwendeten Schlauch und dem Beginn der eigentlichen Messung so kurz wie möglich. Wird eine Handpumpe für Messungen verwendet, startet die Stoppuhr gleichzeitig mit dem ersten Hub der Handpumpe. Beenden Sie die Messung, wenn die Standardhubzahl erreicht ist und die Handpumpe vollständig entspannt ist.

Mit Entspannung der Handpumpe nach Erreichen des Endhubs die Stoppuhrmessung beenden. Erhöhen Sie die Hubzahl auf maximal 50 Hübe, wenn die erste Zeilenangabe des niedrigsten Wertes der auf dem Rohr aufgedruckten Skala nach der Standardhubzahl nicht erreicht wird. Nach Beendigung des Pumpens sind die Messwerte des Anzeigerohrs nur dann zu verwenden, wenn mindestens die erste Linie auf der Skala eines Anzeigerohrs erreicht ist.

Lesen Sie die weiteste Farbänderung auf der Tube von allen Seiten ab, da die Farblinie oft leicht schräg oder uneben ist und den Konzentrationswert aufzeichnen. Notieren Sie sich den Plot, das Datum, die Uhrzeit der Messung, die Anzahl der Hübe und den Messwert in PPM auf dem Protokollblatt. Reinigen Sie den Rand der Kammern mit einem sauberen Papiertuch von anhaftender Erde, Mist oder Düngemitteln.

Heben Sie dann das DTM-System vom Boden ab und spülen Sie es wie zuvor. Führen Sie mehrere Messungen an verschiedenen Stellen innerhalb eines Diagramms durch, um die Zuverlässigkeit der Messungen zu erhöhen. Platzieren Sie Passivsammler, die an den Stahlstäben befestigt sind, in der Mitte der Versuchsparzelle in einer Höhe von 0,15 Metern über der Boden- oder Kronenoberfläche, unmittelbar nach dem Ausbringen von Dünger auf eine Parzelle.

Beeilen Sie sich mit dem Gülledüngerausbringungstraktor oder -system, um den Probenehmer unverzüglich zu installieren. Bei trockenem Boden den Stahlstab mit einem Hammer in den Boden stecken. Gehen Sie nach dem Platzieren der Passivprobenehmer zum Passivprobenehmer mit einem unterteilten Tablett oder Beutel mit sortierten gefüllten Säurefläschchen für das erste Probenahmeintervall.

Ziehen Sie Handschuhe an, bevor Sie die Durchstechflaschen mit saurer Lösung anfassen. Nehmen Sie das Fläschchen für die jeweilige Parzelle und das jeweilige Probenahmeintervall heraus. Schrauben Sie die Flasche des Passivsammlers ab und gießen Sie die 0,05 molare Schwefelsäurelösung aus dem Fläschchen in die Flaschenöffnung.

Schrauben Sie dann den Deckel des Fläschchens wieder auf und setzen Sie es wieder in das Tablett oder den Beutel ein. Um die 0,05 molare Schwefelsäurelösung nach Ablauf eines Probenahmeintervalls in einem Passivsammler auszutauschen, schrauben Sie den Passivsammler vorsichtig ab und leiten Sie die Lösung vorsichtig zwischen den Fenstern durch das Auslassloch in das leere Originalfläschchen. Füllen Sie den Probenehmer durch die Flaschenöffnung mit einer neuen 0,05 molaren Schwefelsäurelösung aus dem nachfolgenden unbenutzten Fläschchen.

Schrauben Sie die Deckel auf beide Fläschchen mit der korrekten Etikettierung. Befestigen Sie den Passivprobennehmer am Stab, indem Sie ihn auf den Deckel schrauben, der mit dem Stahlstab verbunden ist. Notieren Sie die Plotnummer und die Füllzeit auf dem Aufzeichnungsblatt.

Berechnen Sie die Ammoniakflexe, wie im Textprotokoll beschrieben. Gezeigt werden die Ergebnisse eines Feldversuchs zur Erprobung der Auswirkungen verschiedener Verfahren zur Reduzierung der Ammoniakemissionen nach der Ausbringung von Rindergülle im Vergleich zur Ausbringung mit Nachlaufschläuchen: Einarbeitung mit einer Bodenfräse, Einarbeitung von angesäuerter Gülle und geschlossene Schlitzinjektion. Das Verfahren ergab hochsignifikante Unterschiede zwischen den Ammoniakemissionen mit den stärksten Verlustminderungen bei Anwendung mit geschlossener Schlitzinjektion oder der Versauerung mit anschließender Einarbeitung.

Diese Diagramme zeigen die Unterschiede zwischen den kumulativen Ammoniakemissionen nach Ausbringung verschiedener Harnstoffdünger mit und ohne Zusatz von Urease- und Nitrifikationsinhibitoren. Die Ammoniakemission wurde durch den Einsatz von Ureaseinhibitoren unabhängig von der Verwendung von Nitrifikationshemmern stark reduziert. Reiner Harnstoff in Kombination mit Nitrifikationshemmern zeigte die höchsten Emissionen.

Die demonstrierte Methode erfasst die starken Auswirkungen der Wetterbedingungen auf die Ammoniakemissionen von Harnstoffdüngern und Calciumammoniaknitrat, die sich in unterschiedlichen Zeitverläufen und Emissionsniveaus zu verschiedenen Anwendungszeitpunkten widerspiegeln. Niedrige Temperaturen und Niederschläge reduzieren die Emissionen erheblich, während hohe Temperaturen die relativen Verluste und die Geschwindigkeit erhöhen. Es wird gezeigt, wie sich unterschiedliche Ammoniakemissionen auf die Stickstoffaufnahme von Winterweizengetreide auswirken, der nur in Feldversuchen mit mehreren Parzellen nachgewiesen werden kann.

Die Stickstoffaufnahme des Getreides nahm linear mit den Ammoniakemissionen ab. Wenn Sie dieses Verfahren befolgen, können Sie auch andere Methoden wie Treibhausgase, Kammermessungen, Bodenproben und Pflanzenproben anwenden, um die agronomische Effizienz und die allgemeine ökologische Nachhaltigkeit zu bestimmen. Vielen Dank, dass Sie sich dieses Video angesehen haben, und ich wünsche Ihnen viel Erfolg bei der Anwendung der vorgeschlagenen Methode.