Calibrato passivo di campionamento - Multi-trama di campo Misure di NH 3 Emissioni con una combinazione di metodo del tubo dinamico e campionatori passivi

Summary

le emissioni di ammoniaca sono una grave minaccia per l'ambiente eutrofizzazione, acidificazione del suolo e la formazione di particelle fini e derivano principalmente da fonti agricole. Questo metodo consente misurazioni della perdita di ammoniaca in prove sul campo replicati consentendo l'analisi statistica delle emissioni e delle relazioni tra lo sviluppo delle colture e delle emissioni.

Abstract

Ammoniaca agricola (NH ₃₎ emissioni (90% del totale delle emissioni UE) sono responsabili di circa il 45% l'eutrofizzazione in volo, il 31% acidificazione del suolo e la formazione di polveri sottili del 12% nell'UE-15. Ma anche NH ₃ emissioni significano una notevole perdita di sostanze nutritive. Molti studi sulle emissioni _di NH ₃ dall'applicazione fertilizzanti organici e minerali sono stati condotti negli ultimi decenni. Tuttavia, la ricerca relativa a NH ₃ emissioni dopo fertilizzanti applicazione è ancora limitata in particolare per quanto riguarda i rapporti di emissioni, tipo di concime, condizioni del sito e la crescita delle colture. A causa della risposta variabile delle colture ai trattamenti, gli effetti possono essere convalidati solo in progetti sperimentali tra cui la replica di campo per il test statistico. I dominano metodi di perdita di ammoniaca che producono emissioni di quantitative richiedono grandi aree di campo, attrezzature costose o corrente di alimentazione, che limita la loro applicazione in prove sul campo replicati. Questo protocol descrive un nuovo metodo per la misurazione di NH ₃ emissioni per molte trame collegano un metodo semplice semi-quantitativa misura utilizzato in tutti i grafici, con un metodo quantitativo per misure simultanee utilizzando entrambi i metodi su parcelle selezionate. Come metodo di misurazione semi-quantitativa sono utilizzati campionatori passivi. Il secondo metodo è un metodo della camera dinamico (Dynamic Metodo Tube) per ottenere un quoziente di trasferimento, che converte le perdite semi-quantitativi del campionatore passivo quantitative perdite (kg di azoto ha ^-1). Il principio alla base di questo approccio è che campionatori passivi collocati in un campo sperimentale omogeneo hanno lo stesso comportamento di assorbimento NH ₃ in identiche condizioni ambientali. Pertanto, un trasferimento coefficiente ottenuto da singoli campionatori passivi può essere usato per scalare i valori di tutti i campionatori passivi utilizzati nella stessa prova sul campo. Il metodo si è dimostrato valido in un'ampia gamma di condizioni sperimentali e raccomanda diessere utilizzato in condizioni di terreno nudo o piccole tettoie (<0,3 m). I risultati ottenuti da esperimenti con piante più alte devono essere trattati con maggiore attenzione.

Introduction

L'ammoniaca (NH ₃₎ è l'unico gas atmosferico traccia prevalentemente (90%) emessa da fonti agricole nell'UE. Anche se l'agricoltura è anche una delle principali fonti (> 50% delle emissioni dell'UE), queste contribuiscono solo per circa ~ 5% al ​​totale delle emissioni antropiche di gas serra dell'UE-15. Al contrario, agricoli NH ₃ emissioni sono responsabili di circa il 45% di eutrofizzazione delle emissioni di derivazione, il 31% di acidificazione e formazione di polveri sottili del 12% all'interno della UE-15 ^1. Oltre agli effetti negativi per gli ecosistemi e la salute umana, di azoto (N) la perdita da NH emissione ₃ è una perdita economica per gli agricoltori ^2. fertilizzanti azotati è essenziale per l'alto tasso di produzione di cibo consegnato da agricoltura moderna. Oltre il danno ambientale, NH ₃ emissioni dunque, significa una notevole perdita di sostanze nutritive, come NH ₃ deriva dalla concime ammonio, oltre al nitrato specie minerali azotati chiave direttamente avvalersiin grado di governare l'impianto di processi di crescita delle colture e la resa. L'applicazione di fertilizzanti N contribuisce € 20-80 miliardi di dollari di profitto per l'anno per gli agricoltori dell'UE, ma a sua volta, è stato stimato che NH ₃ rilasciato nell'aria da agricoltura provoca ~ € 50 miliardi di danni annuo nell'UE ^3. Pertanto, la riduzione di NH ₃ emissioni è essenziale sia per diminuire gli effetti ambientali e aumentando l'efficienza del N. applicata

In agricoltura, NH ₃ viene emesso principalmente dalle case animali, letame (fanghi, digestato anaerobico (AD), letame) di storage e la gestione e per l'applicazione di campo letame. La propensione a emettere NH ₃ differisce a seconda della composizione del letame, ad esempio, contenuto di sostanza secca e letame pH. In una certa misura di ammonio e di ammina basato fertilizzanti azotati sintetici come l'urea e fosfato anche contribuire a NH ₃ emissioni. Anche se il nitrato di ammonio calcareo (CAN) È il principale fertilizzante N in molti paesi europei, l'utilizzo di urea granulare è aumentato, e non era secondo a CAN in centrale e occidentale Europa nel 2012 ^4. L'urea è particolarmente popolare in paesi in via di sviluppo grazie ai vantaggi di un alto contenuto di N, sicurezza e facilità di trasporto ed è più importante di fertilizzanti azotati di sintesi del mondo ^5. Tuttavia, l'aumento del pH e superficie del suolo NH ₄ ⁺ -concentrations derivanti da idrolisi dell'urea può comportare elevati NH ₃ emissioni. Ciò può causare bassa efficienza dell'uso N, specialmente in terreno alcalino o terreno con bassa capacità di assorbimento, che limita l'uso di fertilizzanti di urea in Europa ^6,7.

Molti studi sulle emissioni _di NH ₃ dall'applicazione fertilizzanti organici e minerali e stalle sono stati condotti negli ultimi decenni ^{6, 8.} Tuttavia, la ricerca relativa alle NH ₃ emissioni dopo l'applicazione di ammoniaca Emittfertilizzanti ing è ancora limitata. Questo in particolare vale per il rapporto tra emissioni di ammoniaca, del tipo di concime utilizzato, le condizioni del sito e la crescita delle colture. In condizioni ideali questo richiede prove sul campo replicate causa della risposta variabile colture a trattamenti che possono essere convalidati solo in un disegno sperimentale compresa replica campo per test statistici.

Perdite di ammoniaca dovrebbero quindi essere determinate anche nel replicati multi-trama di campo prove ^9, ma le dominanti metodi di perdita di ammoniaca producendo emissioni quantitative (es kg N / (ha * h)) richiede grandi aree di campo (metodi micrometeorologici), attrezzature costose (gallerie del vento ) o nel campo di alimentazione elettrica che rendono la loro applicazione in prove sul campo replicati difficile o impossibile. Inoltre, le impostazioni specifiche delle gallerie del vento sono stati criticati per quanto riguarda la precisione dei valori di emissione ottenuti ^10. Pertanto, vi è una forte necessità di unan metodo di perdita di ammoniaca per determinare le emissioni di ammoniaca in prove sul campo replicati. Questo metodo potrebbe essere utilizzato per contribuire a migliorare le misure agricole per ridurre le emissioni di ammoniaca basati sugli effetti statisticamente convalidati di condizioni del sito, del tipo di concime, metodi di applicazione e lo sviluppo delle colture.

L'idea di base della nuova metodologia, campionamento passivo calibrato, è quello di collegare un metodo semplice misurazione semi-quantitativa per la misurazione su molte trame, con un metodo quantitativo per misurazioni simultanee con entrambi i metodi su alcune piazzole. Campionatori passivi modificati, rispetto al disegno nella pubblicazione originale ¹¹ sono utilizzati come metodo di misurazione semi-quantitativa. Il metodo dinamico-Tube (DTM) ^12, un metodo della camera dinamica calibrato, viene impiegato per ottenere un coefficiente di trasferimento, che converte le perdite semi-quantitativi del campionatore passivo a perdite quantitative (kg N ha ^-1). A causa del cambio di aria nella camera diSistema emissioni non calibrati ottenuti dal DTM sono circa un ordine di grandezza inferiore rispetto veri emissioni. Tuttavia, questo problema è stato superato da una equazione di calibrazione che corregge i flussi camera seconda in-situ condizioni di vento ^13. Queste equazioni di calibrazione possono essere applicate solo quando le camere hanno lo stesso volume di spazio di testa interno e design come quelli utilizzati nei processi di calibrazione. Camere possono essere inseriti direttamente nel terreno o immessi sul anelli del suolo. Quest'ultimo evitare un'eccessiva perturbazione del suolo e consente una introduzione quasi ermetica delle camere sul swards erba dense o terreno compattato. Inoltre, l'esatta quantità di fertilizzante da testare può essere applicato all'interno degli anelli suolo. Tuttavia, zolle sugli anelli terreno possono anche comportare bloccaggio tra la camera e l'anello terreno.

Figura 1: MeasureMe simultaneant con campionatori passivi e metodo della camera (DTM) nella trama campo. campionatore passivo si trova al centro di un appezzamento quadrato 0,15 m al di sopra del suolo / baldacchino. Misure con DTM sono effettuate almeno 2 posizioni all'interno di una trama per data di valutazione. Aree dedicate per la raccolta non dovrebbero essere influenzati da operazioni di camera di misura e campionatore passivo.

Per ricavare il trasferimento misurazioni coefficienti vengono eseguite contemporaneamente su un piccolo numero di piazzole con entrambi i metodi (Figura 1). È importante che siano applicati con la stessa durata totale di misura e che le misurazioni vengono effettuate allo stesso tempo (entro 1 ora). Il principio di agevolare l'applicazione di un coefficiente di trasferimento per molte trame si basa sul fatto che campionatori passivi posti in un campo sperimentale omogeneo, con la distanza opportuno ostacoli disturbare il campo vento siepi, edifici, ecc (almeno 10 volte, idealmente 20 tempi di obstacle altezza) ^14, hanno lo stesso comportamento di assorbimento NH ₃ in identiche condizioni ambientali. Così, per esempio, il 50% minore emissione su un terreno sarebbe direttamente tradurre al 50% ridotto assorbimento di ammoniaca da una soluzione campionatore. Pertanto, un coefficiente di trasferimento utilizzato per la scalatura dei valori trappola acide una singola trama può essere usato per scalare i valori di tutte le trappole acidi utilizzati nella stessa prova sul campo. A causa degli effetti di varie condizioni ambientali (temperatura, velocità del vento, rugosità superficiale) sull'efficienza ammoniaca assorbimento di campionatori passivi ¹¹ il coefficiente di trasferimento deve essere derivato per ciascuna campagna di misura, rispettivamente.

Le caratteristiche generali dei due metodi applicati e la progettazione necessaria di prove sul campo sono 4 camere di dinamiche poste sul suolo collegato con politetrafluoroetilene (PTFE) tubi e ventilato da una pompa a soffietto (DTM), campionatori passivi e grandi parcelle sperimentali di secondo grado con buffer di grandi dimensioni spazi per reducing l'effetto di NH ₃ deriva tra le trame sulla misurazione delle emissioni sulla trama vera e propria.

I campionatori passivi sono riempiti con acido solforico diluito (0.05 MH ₂ SO ₄₎ e sono posizionati nel centro delle piazzole. La soluzione nei campionatori passivi assorbe continuamente ammoniaca, e viene sostituito regolarmente in funzione dell'intensità prevista delle emissioni. Allo stesso tempo, NH ₃ flussi sono misurati con il DTM su due appezzamenti di trattamento e una trama di controllo in punti specifici nel tempo. A differenza di gallerie del vento, entrambi i metodi combinati in campionamento passivo calibrato hanno solo effetti molto limitati sul umidità del terreno, la temperatura del suolo e piovosità che possono influenzare le perdite delle emissioni di ammoniaca fortemente ^6,8. Mentre campionatori passivi sono montati 0,15 m sopra il suolo e superficie fogliare, senza alcun effetto su tali variabili, misurazioni con camere DTM durano solo per circa 5 minuti riducendo i potenziali effetti da camera al minimo.

Risultati accurati per NH ₄ ⁺ concentrazioni nella soluzione campione può essere ottenuta tramite misure con elettrodi ammonio-sensibili. Misure con flusso continuo auto analizzatori possono essere problematico come reazione cromatica sensibile pH applicata in questi strumenti può venire ostacolata dal pH acido della soluzione di campionamento e dei prodotti chimici utilizzati richiedono la modifica. NH ₃ concentrazioni nell'aria passata attraverso il sistema di camera del DTM vengono istantaneamente misurati con tubi indicatore. Le misurati NH ₃ concentrazioni sono registrati su un foglio dati dopo ogni misurazione.

Per DTM, NH ₃ flussi (mg N / (m² * h)) sono calcolati dal misurati NH ₃ concentrazioni e portata d'aria attraverso il sistema a 4 camere e l'area coperta dalle camere (Eq. 1, punto 2.5.1). I flussi non-calibrato risultanti (che sottovalutare le vere emissioni) sono scalati a perdite quantitativecon una equazione di taratura (Eq. 2 e 3, si veda il paragrafo 2.5.1). Scaled cumulativi NH ₃ perdite (kg N / ha) del DTM sono calcolati facendo la media dei flussi tra due date di misura successivi, moltiplicando questo flusso medio con la durata di ogni intervallo, e aggiungendo-up tutte le perdite da tutti gli intervalli di misura di una misurazione campagna. Cumulativi qualitativi NH ₃ sconfitte (somma ppm) di campionatori passivi sono calcolati sommando raccolti NH ₄ ⁺ -concentrations (ppm) su un terreno all'interno di una campagna sperimentale. Questo è fattibile perché in condizioni di temperatura e del volume di misura identici, i valori ppm si traduce direttamente in quantità catturate di ammoniaca. Per scalare queste perdite qualitative alle perdite quantitative del coefficiente di trasferimento (kg N / (ha * ppm)) è derivato dalla relativa perdita finale cumulativo del DTM (kg N ha ^-1) alla somma totale delle concentrazioni nei campionatori misurata sulla stesse trame. Questo coefficiente di trasferimento viene poi utilizzato to convertire le emissioni di semi-quantitativa di campionamento passivo ai flussi quantitativi (ad esempio kg N / ha) moltiplicando le concentrazioni cumulative con il coefficiente di trasferimento.

La perdita di acqua dai collettori mediante evaporazione non influenza la capacità di assorbimento, ma deve essere corretto successivamente per l'analisi dei dati. Spargimento di soluzione a causa di forti venti durante non è stata osservata anche nelle paludi costiere della Germania settentrionale. Decisivo per il successo di applicazione di questo approccio è il disegno o modello identico di tutti i campionatori passivi applicati nel settore tra cui posizione identica e l'altezza di posizionamento all'interno di una trama. Diversi disegni di campionatori passivi sono state applicate con successo in passato. Questo documento suggerisce un disegno particolare che si è dimostrato affidabile e facile da usare nelle misure sul campo. L'approccio presentato è stato ampiamente testato in confronto a metodi di perdita di ammoniaca standard (metodi micrometeorologici) in circa il 15 field prove a conferma della validità quantitativa della procedura ^15,16 ed una rappresentazione imparziale delle dinamiche di emissione ^17. Il coefficiente di determinazione (r²) dei flussi calibrate rispetto alle misurazioni micrometeorologici nello studio calibrazione ¹³ era 0,84, molto simile al coefficiente ottenuto confrontando sensori ammoniaca per le concentrazioni di ammoniaca in atmosfera misurate in un recente studio ^18. L'errore relativo root-mean-square delle perdite di ammoniaca cumulativa è stata del 17%, anche abbastanza vicino ai valori ottenuti in altri studi che hanno confrontato le misurazioni micrometeorologici ^13. Nella seconda convalida dove il metodo proposto è stato confrontato con misurazioni micrometeorologici di emissioni di ammoniaca da fanghi biologici (5 prove separate), un r² di 0,96 (pendenza della curva di ≈ 1) ed un errore relativo radice quadrata media del 5% è stata ottenuta per le emissioni di ammoniaca finali cumulati ^15. Il metodo si è dimostrato sensibileuna prova sul campo tre anni utilizzando diversi sintetici N fertilizzanti ^19. L'applicazione di questo approccio è limitato a velocità media del vento ≤4 m / sec a 2 m di altezza, come il metodo della camera è stato convalidato solo in queste condizioni ^13,15,16.

Una campagna di misura è definito come un esperimento test emissioni di ammoniaca dopo l'applicazione di fertilizzanti su diversi appezzamenti della durata di alcuni giorni, per settimane. Ogni campagna di misura su un terreno costituito da diversi intervalli successivi di campionamento (campionatore passivo) o date di valutazione (DTM). Intervallo di campionamento è definito come la durata sequenziale di assorbanza di ammoniaca emessa da una soluzione campionamento. data di valutazione è definito come punto sequenziale nel momento in cui le misure DTM sono fatti su diversi appezzamenti utilizzati per ricavare il coefficiente di scambio.

Protocol

1. Disegno sperimentale e istruzioni operative generali

1. Utilizzare comparativamente grandi appezzamenti (12 mx 12 m o 9 mx 9 m) rispetto alle dimensioni normalmente applicati in prove di campo replicati (per esempio 3 mx 8 m) per evitare effetti di fertilizzante diseguale distribuzione sulle emissioni di ammoniaca (Figura 2). Utilizzare forme trama quadrati per evitare conseguenze di spostamenti direzioni del vento sul ammoniaca assorbimento dai campionatori. Ridurre la dispersione di NH ₃ da un complotto per l'altro a un livello accettabile, mantenendo una zona tampone di 1 Grandezza terreno tra le trame.

Figura 2: disegno sperimentale ottimale per il multi-trama misurazioni della perdita di ammoniaca con campionatori passivi Utilizzare relativamente grande (12 mx 12 m, 9 mx 9 m) trame di trattamento quadrati separati su ogni lato da trame di guardia non trattati.. Per evitare effetti baldacchino su NH3 emissioni tampone grafici possono essere fecondati con i fertilizzanti a base di nitrato a zero emissioni.

2. Aggiungere trame di controllo senza l'applicazione dei fertilizzanti distribuiti tra le trame di trattamento.
3. Dare numero o il codice per ogni appezzamento per una semplice identificazione delle trame e campioni.
4. Applicare concime organico azotato o sintetica per campi sperimentali comprese tra 50 e 150 kg ammoniacale (ammonio + urea) di azoto (N) per ettaro, come fatto in studi precedenti ^15,16,19.
   Nota: quantità di fertilizzante può variare a seconda degli obiettivi sperimentali.
5. Selezionare due lotti di trattamento e una trama di controllo per la misurazione simultanea con il metodo DTM e campionatore passivo. Ha scelto trame di trattamento con putativamente elevate emissioni (sulla base dell'esperienza o la letteratura) dando un segnale di misura forte.
6. Impostare almeno due trame supplementari con fertilizzanti distribuiti uniformemente applicati dalle macchine prova sul campo o il flessibile percorso preciso o una superficie diffusione (variazione di Napplicata tra trame replicati ~ 10%), se vi è irregolare distribuzione concime verticale o laterale. Si noti che la distribuzione non uniforme di fertilizzanti di solito si verifica dopo l'applicazione di liquame per applicazione tubo percorso, fertilizzanti e liquami iniezione, o l'applicazione di fertilizzanti granulari con crocette pratiche non-calibrato.
   1. Effettuare misure simultanee con campionatori passivi e DTM su queste trame supplementari. Utilizzare i risultati di queste trame per la derivazione del coefficiente di scambio. Controllare quantità di fertilizzante applicata mediante pesatura serbatoio liquami o macchinario utilizzo prima e dopo l'applicazione.
7. Registrare le seguenti variabili ambientali nel settore con una nella stazione di tempo i dati di registrazione in situ per intervalli di tempo minimo di 10 per calcolare il grezzo e corretto NH ₃ tassi di perdita del DTM per mezzo di equazioni 1-3 (Vedi file di codice supplementare) e di eliminare errori nelle misurazioni trama:
   1. temperatura dell'aria Record (1m di altezza)
   2. Record pressione barometrica (hPa)
   3. Record di velocità del vento a 2 m di altezza con elevate tettoie e anche a 0,2 m di altezza (m / sec)
   4. Registra la direzione del vento.
      Nota: Per facilità di personale di esercizio di tre persone si raccomanda l'applicazione del fertilizzante (prima data di valutazione) e l'installazione dei campionatori (una persona per metodo della camera dinamica, due per l'installazione di campionatori passivi e scambio di soluzione acida). Al date di valutazione successive, si raccomandano due persone (un campionatore passivo, una camera dinamico); tuttavia, nel caso di numeri trama piccole (<10), è gestibile per coprire tutte le operazioni con una persona.

2. Preparati prima di andare al campo

1. Preparare per la misurazione con il DTM nel seguente modo:
   1. Assemblare e imballare il sistema a camera (Figure 3 e 4), costituito da elementi riportati nella tabella 1. Premere PTFEtubo (lunghezza 0,3 m) sopra il tubo di rame inferiore di ciascuna camera e collegare due tubi in PTFE con un connettore a Y, rispettivamente. Collegare ciascuno dei due y-connettori con un altro tubo in PTFE (0,3 m) e collegare entrambi con un'altra y-connettore. Mettere provetta terminale (0,3 m) sulla estremità singola del più-superiore connettore.
   2. Pompa a mano pack o pompa automatica (Figura 4) per la ventilazione del sistema. Imballare sempre una pompa a mano al campo per il lavaggio del sistema di aria con bassa concentrazione di NH ₃ (punto 3.4.2). Nota: pompe originale dal costruttore devono essere utilizzati come la cinetica di reazione del tubo dell'indicatore è strettamente legata al flusso d'aria creato dalle pompe. Quando viene utilizzata una pompa automatizzato, non richiede la misurazione del cronometro supplementari durante misurazioni di flusso.
   3. Se una pompa automatica non è utilizzato, prima o dopo l'assunzione di misure, verificare la durata di una singola corsa della pompa a mano. A tale scopo, pompando con un indicatore inserito aperta tuessere (cut off / rotto testa del tubo) e misurando il tempo fino a 10 colpi con un cronometro (valori del passato: 4,5 sec / corsa per i tubi 0.25 / ae 5 / a, 7 secondi / corsa per il tubo 2 / a).
   4. Caricare la batteria per dosatore automatico di un giorno prima dell'inizio della sperimentazione.
      Nota: Le batterie scariche possono portare a un tasso molto più lento di pompaggio.
   5. Preparare una appunti con fogli di lavoro per il monitoraggio delle misure DTM (trama o trattamento, data, ora, tubi, numero di colpi, la concentrazione e durata della misura, se non si utilizzano dispenser a pompa).
   6. Preparare una scatola tubo indicatore (10 tubi di ciascun intervallo di concentrazione; tabella 2) a scendere in campo, al fine di essere preparati per diverse intensità di flusso di ammoniaca (Figura 4).

Figura 3: Set-up e l'applicazione di dinamica cHamber del metodo del tubo dinamico (DTM). Ogni sistema è composto da 4 camere collegate da tubi in PTFE, collegamento riduzione vengono utilizzati per collegare tutte le camere ad una pompa. L'aria viene aspirata attraverso un tubo di rame forato in corrispondenza dell'estremità inferiore e sigillato in fondo, passato sopra il terreno, e aspirata nella parte superiore del volume interno conica all'altro tubo di rame. L'aria che ha attraversato il sistema viene poi portato via tubo in teflon al tubo indicatore determinazione delle concentrazioni di ammoniaca.

Figura 4: Tubi di indicazione con erogatore a pompa e pompa a mano Lato destro: pompa a mano (contatore ictus, finestra per il controllo della pompa con macchia bianca) con il tubo indicatore utilizzato;. Lato sinistro: erogatore a pompa (display di controllo, pulsanti di controllo) e nuovo tubo indicatore (0,25-3 ppm). riempimento originale del tubo indicatore ha un colore giallo. La reazione con ammoniaca risultati in un cambiamento di colore viola, davanti colore è dislocata all'interno della scala. valori di concentrazione di ammoniaca sono ottenuti leggendo la scala.

no.	I componenti del sistema di tubi Dräger
1	4 camere di misurazione in acciaio inossidabile (Figura 3)
2	7 segmenti di tubo in Teflon (7 mm x 6 mm; 0,3 m di lunghezza ciascuno); sostituire quando fortemente attorcigliato
3	3 Y-connettori (PP)
4	Optional: anello di terreno, in acciaio inox (particolarmente indicata per misure su pascoli)
5	Pompa a mano (Figura 4)
6	Tubi di indicazione (1 scatola contiene 10 tubi) (Figura 4)
7	Optional: erogatore a pompa (FIGURA 4)
8	Optional: cronometro, quando pompa a mano viene utilizzata per le misurazioni

Tabella 1: Indicatore di tubi (intervalli di concentrazione) utilizzati per la misurazione di perdita di ammoniaca.

Tubo	Gamma di concentrazione (ppm in volume; ml / l)	Numero predefinito di colpi	Commento
Ammoniaca 0,25 / a	0.25 - 3	10	Concentrazione minima (ca. 0,05 volume-ppm) può essere misurata aumentando il numero di corse ad un massimo di 50 colpi
Ammoniaca 2 / a	2 - 30	5
Ammoniaca 5 / a	5-70 (600 1 ictus)	10

tavolo2: componenti necessari per set-up un sistema di misurazione del tubo metodo dinamico.

2. Preparati per la misurazione campionatore passivo seguendo questi passaggi:
   1. Impostare campionatore passivo con elementi indicati nella Tabella 3 come illustrato in Fig. 5 e preparare i dispositivi supplementari per misure di campo (Tabella 3).
   2. Calcolare il numero di fiale (= numero di campionamenti) per tutta la campagna di misura.
   3. Assumere circa 8 fiale per trama dopo l'applicazione del letame (vale a dire la soluzione viene scambiato 7 volte) e numeri più alti per sintetici fertilizzanti N a seconda della specifica dissoluzione e le emissioni di comportamento fertilizzante. Moltiplicare il numero di campionamenti con numero di trame per calcolare i campionamenti numero totale (numero totale = numero di trame numero di intervalli di campionamento x). Include 10 flaconcini supplementari in caso si verificano eventuali sversamenti.
   4. Calcolare il volume totale di soluzione necessario moltiplicando il numero totale di samplings con 0,02 L di 0,05 MH ₂ SO _4.
   5. Preparare volume totale di 0,05 MH ₂ SO ₄ soluzione aggiungendo 9,8 g di acido solforico concentrato (98%) per litro di acqua distillata.
      IMPORTANTE: Aggiungere l'acqua prima poi acido solforico concentrato, e indossare occhiali di sicurezza.
   6. Pesare ogni fiala vuota con il coperchio prima di riempire con soluzione di acido o di utilizzare un numero di fiale (ad esempio 10) e calcolare il peso medio delle fiale e risultati di nota.
   7. Riempire tutte le piccole fiale con 0,02 L di 0,05 MH ₂ SO _4, ad esempio con la bottiglia-top dispenser.
   8. Fiale Label, sia la bottiglia ed il coperchio con inchiostro impermeabile con il numero di prova, il numero di trama, e l'ordine delle soluzioni campionatore all'interno della sequenza di misura, per esempio, B1 P1 T2 (di prova orzo 1, la trama 1, 2 ^° soluzione: soluzione a seguito della prima riempire di esordio di esperimento) o B1 P23 T1 (processo orzo 1, la trama 23, 1 soluzione ^st).
   9. Ordina smtutte le fiale per ogni evento la misura di una campagna di misure in un sacchetto di plastica con etichetta con numero di esperimento, anno, ecc Per i numeri più grandi trama di un vassoio con fiale ordinati è preferibile. Dopo aver assaggiato le fiale di trasferimento dal vassoio ai sacchetti di plastica etichettati.

Figura 5:. Allestimento campionatore passivo (trap acido) La parte principale del campionatore è costituito da una bottiglia antiacido con 1-2 finestre su ogni lato (dimensione dipende dalla dimensione della bottiglia). Un foro ad un bordo superiore serve per scaricare la bottiglia. Pertanto finestre sono leggermente spostati da questo angolo di questo bordo della bottiglia per consentire un'agevole manipolazione durante il drenaggio. La bottiglia viene riempita attraverso la bocca in alto con soluzione campionamento e fissato con la bocca al coperchio avvitato al tetto inox. Tetti possono essere attaccati da una vite di fissaggio flessibile perla barra di acciaio per consentire la regolazione a diverse altezze baldacchino utilizzando solo una lunghezza della barra di acciaio.

no.	I componenti del sistema di campionamento passivo
1	tondino di acciaio con punto di attacco per il tetto di plastica (lunghezza 0,5 m)
2	tetto in acciaio inox
3	campionatore passivo Cubic fatta da una bottiglia di acido PE resistente con finestre coperte 1-2 zanzariera su ogni lato. A un bordo superiore di un buco si è esercitato per il drenaggio soluzione di campionamento utilizzato. Spostare finestre leggermente dal centro per consentire l'erogazione della soluzione attraverso il foro con basso rischio di fuoriuscita attraverso le finestre. Fissare coperchio della bottiglia con 2 viti al tetto in acciaio. Vite bottiglia sul coperchio.
4	Piccole fiale per il trasporto e il rifornimento di soluzione campionatore (20 ml 0,05 MH 2 SO 4 soluzione) - diverse centinaia di grandi studi
5	Grandi contenitori / bottiglie con soluzione campionatore (0,05 MH 2 SO 4) per tutti i flaconi
6	Bottiglia-top distributore per riempire i piccoli contenitori con una soluzione di raccolta (20 ml)
7	Congelatore per la conservazione soluzione campionamento

Tabella 3: componenti necessari per configurare una campionatore passivo e di eseguire misurazioni campionamento passivo.

3. Dopo essere andato al campo e Esecuzione delle misure

1. Prendere le seguenti ulteriori attrezzature per il campo per la facilità di funzionamento: tovaglioli di carta e sacchetto per lo smaltimento dei tovaglioli di carta usati, appunti per prendere appunti, vassoio per fiale (ordinate), guanti antiacido per la manipolazione della soluzione acida.
2. Eseguire la misurazione con DTM e lo scambio di soluzioni campionatori passivi simultaneamente o wisarie, senza grandi differenze di tempo, soprattutto all'inizio di una campagna di misura o ad attese elevate NH ₃ sconfitte.
3. Fai la misurazione di controllo con il DTM (passo 3,4) su appezzamenti di controllo non fecondate all'inizio e alla fine di ogni data di valutazione. Seguire questa sequenza: il controllo, i trattamenti, il controllo.
   1. Misura più di 3-6 giorni per ottenere misure di perdita di ammoniaca affidabili per l'intervallo di tempo di un giorno intero per la contabilità per cambiare le emissioni dovute a diverse temperature e velocità del vento. Effettuare misurazioni in questi momenti: la mattina presto (poco dopo l'alba), in tarda mattinata, primo pomeriggio, nel tardo pomeriggio, e poco prima del tramonto.
   2. Se gli anelli di terreno vengono utilizzati, gli anelli di stampa in due sedi disponibili facilmente accessibili all'interno delle trame nel terreno. Utilizzare quattro anelli per ogni posizione e fare in modo che le distanze tra gli anelli in ogni sede può essere raggiunta in una delle quattro camere collegate del sistema camerale (Figura 3). Inserire rin terrenogs nel terreno di una tavola di legno poste sugli anelli per distribuire uniformemente la pressione.
   3. Coprire gli anelli con teli di plastica di piccole dimensioni durante la fecondazione degli appezzamenti, se viene applicata fertilizzanti sintetici (ad esempio calcareo nitrato di ammonio, urea). Immediatamente dopo l'applicazione della macchina, applicare l'aliquota necessaria di fertilizzante con elevata precisione a mano nella zona degli anelli suolo.
   4. In caso di letame fecondazione, applicare prima letame (ad esempio tubi sentiero), quindi inserire gli anelli. Fare attenzione che il concime è molto distribuito uniformemente.
      Nota: come un buon rapporto empirico per misurazioni valide dopo la fecondazione tubo percorso la seguente distribuzione delle camere ha dimostrato di fornire risultati precisi ^13,14: due camere in pista fecondato, due camere sulla zona unfertilized in mezzo. Se c'è una grande quantità di impasto a bassa viscosità applicato da tubi traccia anche inserire quattro camere sul suolo fecondato.
4. Procedura per la misurazione con DTM
   1. Impostare il numero di corse per 50 se una pompa automatica è utilizzata per la facilità di funzionamento.
      Nota: i numeri in questo modo tempi di tra 5 e 50 colpi possono essere facilmente applicate, numeri di ictus inferiore a 50 colpi si possono ottenere interrompendo il processo di pompaggio.
   2. Lavare il sistema DTM con NH ₃ -free aria sollevando le camere ad una altezza di circa 1 m dal suolo e pompando aria attraverso il tubo di PTFE e camere (20-30 ictus) con la pompa a mano direttamente collegato al tubo di PTFE terminale il sistema camerale.
   3. camere Press DTM direttamente nel terreno ad una profondità di circa 15 mm (profondità è contrassegnato da un bordo sul fondo della camera) o ad anelli suolo (collari). Assicurarsi che le zolle del terreno non vengono presentate in tra l'anello del terreno e la camera.
   4. Eseguire i primi 20 pompate preparatori con una bassa concentrazione Indicatore-tubo utilizzato (0,25-3 ppm, Tabella 1) per creare quasi-veceCondizioni y-statali.
      Nota: le concentrazioni di ammoniaca sono indicati da un cambiamento di colore dei granuli sensibili pH all'interno del tubo dal giallo scuro al viola bluastro. La parte anteriore di questo cambiamento di colore nel tubo mostra la concentrazione di NH ₃ fintanto che si trova all'interno di una scala stampata sul tubo.
   5. Ha scelto intervallo di concentrazione (fuori tre possibili tubi con intervalli di concentrazione distinte; Tabella 1) del nuovo tubo di accertamento da utilizzare nella misurazione successiva sulla base delle informazioni ottenute dal cambiamento di colore del tubo utilizzato impiegato nella fase 3.4.4.
      Nota: Nella maggior parte dei casi tubo '0.25 / un' viene utilizzato. Immediatamente dopo l'applicazione superficiale di liquami e ad alte temperature tubi "2a 'e' 5 bis 'dovrebbe essere usato in molti casi. Questo è indicato quando l'indicatore granuli di un leggermente colorato usati '0.25 / un' tubo è completamente trasformato blu dopo più di 10 colpi preparatori.
   6. Aprire un nuovo indicatoretubo ad entrambe le estremità rompendo le teste fuori utilizzando l'interruttore tubo installato sul caso della pompa.
   7. Inserire il tubo indicatore tra i tubi in PTFE terminale e pompa premendo il tubo finisce nel tubo in PTFE e la bocca della pompa. Inserire l'estremità del tubo con il valore più basso sulla scala stampata sul tubo nel tubo di PTFE, e l'estremità con il più elevato valore in bocca pompa. Iniziare a pompare fino al numero di corse di default premendo il tasto OK della pompa automatico o comprimendo la pompa a mano. Mantenere la pausa tra pre-pompaggio con il tubo utilizzato (3.4.4) e l'inizio della misura reale il più breve possibile.
      Nota: descrizione dettagliata del funzionamento della pompa è fornita dal costruttore.
   8. Se una pompa a mano viene utilizzata per misurazioni, avviare il cronometro simultaneamente con la prima corsa della pompa a mano.
   9. Terminare la misura quando viene raggiunto il numero di corsa standard (10 colpi, 5 colpi con tubi 2 / a) e pompa a mano è completamente rilassato (valorenumero di corse di default si presenta sul display della pompa automatico o sul contatore corsa meccanica della pompa a mano). Con il rilassamento della pompa a mano terminare misurazione del cronometro (pompa a mano). Terminate pompaggio automatizzato premendo il pulsante 'stop' quando il numero corsa standard il numero di corse = - viene visualizzato 1.
   10. Aumentare numero di corse ad un massimo di 50 colpi se la prima indicazione riga del valore minimo della scala stampata sul tubo (vedi figura 4) non viene raggiunta dopo il numero corsa standard. Utilizzare letture tubo indicatore solo al raggiungimento almeno la prima linea sulla scala di un tubo indicatore.
   11. Non superare la linea che indica il valore più alto della scala. Prima di questo valore viene raggiunto a ridurre il numero di colpi sotto il numero di corsa standard, smettere di pompare e registrare il numero di colpi impiegati.
   12. Leggere il più lontano cambiamento di colore sul tubo da tutti i lati (linea di colorazione è spesso leggermente inclinato o irregolare) e Recorvalore di concentrazione d.
   13. Notare i seguenti valori sul foglio di registrazione: trama, data, ora della misurazione, il numero di colpi (per pompa a mano: la durata della misura (sec)), la lettura in ppm (vedi Supplemental file di codice - esempio campo foglio di registrazione).
   14. Pulire orlo delle camere si attacchino componenti del suolo, concime o fertilizzante con un tovagliolo di carta pulito.
   15. Sollevare sistema DTM da terra e flush (vedi 3.4.2).
   16. Effettuare diverse misure, almeno due, in posizioni diverse all'interno di un appezzamento di aumentare l'affidabilità delle misurazioni.
   17. Ripetere le operazioni 3.4.3-3.4.16 su altri terreni e nelle misurazioni successive.
5. Procedura per la misurazione con campionatori passivi.
   1. Posizionare campionatori passivi fissati alle barre in acciaio al centro della trama sperimentale 0,15 m di altezza (finestra del collettore) sopra il suolo o tettuccio superficie immediatamente dopo l'applicazione di fertilizzante ad una trama. Affrettatevi con il liquame / fertilizzante applicazione trattore / sistema per installare il campionatore senza indugio. In caso di terreno asciutto, inserire la barra di acciaio nel terreno con un martello.
   2. Cammina con suddivisa cassetto / sacchetto con ordinati fiale piene di acido per il primo intervallo di campionamento (ad esempio B1; P1, T1) al campionatore passivo. Indossare guanti prima di maneggiare le fiale con soluzione di acido. Estrarre la fiala per la rispettiva trama e intervallo di campionamento. Svitare la bottiglia del campionatore passivo. Versare la soluzione 0,05 MH ₂ SO ₄ dalla fiala nella bocca della bottiglia. Avvitare il coperchio del flacone sul flacone vuoto e ritornare flaconcino al vassoio / sacchetto.
   3. Scrivi numero di lotto sul tetto metallico del campionatore per l'identificazione delle parcelle.
   4. Prendere cassetto suddiviso con fiale per due intervalli di campionamento successivi secondo gli intervalli di campionamento attuale e la successiva (o due borse per intervalli di campionamento differenti) a tutte le altre date di cambio.
   5. Ritorno al complotto per scambiare 0,05 MH ₂ SO
   6. Rimuovere la soluzione di 0,05 MH ₂ SO ₄ al campionatore passivo svitando attentamente il campionatore passivo e con cautela il routing la soluzione tra le "finestre" attraverso il foro di scarico in flacone originale vuoto (per es B1 / P1 / T1). Re-fill campionatore attraverso la bocca della bottiglia con il nuovo 0,05 MH ₂ SO ₄ soluzione dalle successive fiala utilizzata (B1 / P1 / T2). Vite sul coperchio con la corretta etichettatura su entrambi i flaconcini. Fissare campionatore passivo all'asta avvitandolo sul coperchio collegato alla barra di acciaio.
   7. Nota numero di trama, riempiendo-tempo (= tempo → ora di fine del campionamento precedente svuotamento) sul foglio di registrazione.
   8. Sostituire le soluzioni campionamento dopo 3-6 ore il primo giorno immediatamente dopo l'applicazione di fertilizzanti organici N. Ridurre il tasso di cambio di 12 ore (vale a dire un campionamento per le emissioni sia di notte e di giorno) il secondo giorno e per tutti i campionamenti di synthetic N fertilizzanti.
      Nota: campionamento può essere esteso a 24 ore, tuttavia, in estate e ad alte temperature evaporazione dell'acqua può essere elevato ostacolare ammoniaca assorbimento.
   9. Misurare le concentrazioni di ammonio nelle soluzioni campionatore passivo (come descritto sotto) direttamente dopo aver concluso i campioni campagna o congelare sperimentali a -18 ° C per un massimo di 1 settimana e misurare in seguito.

4. Calcolo di NH ₃ Flussi

1. Calcolo di ammoniaca Flussi per DTM.
   1. Creare un foglio di calcolo per eseguire automaticamente le seguenti operazioni di calcolo.
   2. In primo luogo, calcolare i flussi non corretti ottenuti dalla misurazione con DTM (mg N / (m² * HR)) utilizzando Eq. 1 (Vedere file di codice supplementare) dalle letture di concentrazione (ppm NH _3), durata della misura, volume d'aria passati attraverso il sistema e le aree coperte dalla camera.
   3. Convertire la dimensione dei flussi non corretti nella dimensione kg N hun hr ^{-1 -1} dividendo per 100.
   4. Scale questi valori alle emissioni quantitativi applicando formule di calibrazione (Eq. 2 e 3) ¹² (Vedere File codice di riferimento) che corregge l'effetto in situ velocità del vento sulla differenza tra i flussi non corretti del DTM ei veri emissioni. Applicare due equazioni differenti per tenere conto di condizioni particolari in due classi baldacchino: Eq. 1 per le basse tettoie <0.3 m / terreno scoperto e Eq. 2 per tettoie> 0,3 m.
   5. Non applicare le equazioni di calibrazione (Eq. 2-3) quando le camere non hanno lo stesso volume interno e set-up ed usati nelle prove di taratura originali ^12.
   6. Eseguire calcoli solo con letture ppm ottenuti dai numeri ictus predefinito, cioè 5 o 10 colpi, corrispondente a 0,5 L o 1 L aria passata attraverso il sistema. Se il numero di colpi devia, correggere la lettura ppm e la durata misurata applicata in Eq. 1 secondo to il numero di colpi:
      ppm = ppm * numero predefinito di colpi [5, 10] / numero effettivo ictus durante la misurazione = lettura tempo (sec) * numero predefinito di colpi [5, 10] / numero di corse effettivo durante la misurazione
   7. Derive emissioni medie per ogni trama calcolando il flusso media di misurazioni ripetute all'interno di una trama per ogni data di valutazione.
   8. Calcola flussi medi di ammoniaca per intervalli di tempo tra due date di valutazione.
   9. Calcolare la perdita di ammoniaca (kg N / ha) per l'intervallo tra due misurazioni DTM moltiplicando flusso medio (kg N / (ha * hr), 4.1.8) per la durata di questo intervallo (hr).
   10. Calcolare la perdita totale cumulativo per una trama particolare sommando tutti i valori di perdita di ammoniaca (vedi 4.1.9) ottenuti nel corso della campagna di misure.
2. Calcolo dei flussi provenienti dai campionatori passivi:
   1. Scartare valori se soluzione viene perso da versare, in questo caso l'intera trama può essere rimosso dai dati. Controllare se ga datip può essere riempito da, per esempio, i valori medi di trame ripetute durante lo stesso intervallo di campionamento.
   2. Determinare il volume della soluzione: sottrarre il peso flacone (vedere il punto 2.4) dal peso della fiala con soluzione campione e assumere una densità di 1,0 g / ml.
   3. Misurare NH ₄ ⁺ concentrazioni di soluzioni di esempio utilizzando un elettrodo sensibile ammoniaca secondo le istruzioni del produttore.
   4. Se il volume del campione si discosta dal volume standard, corretta concentrazione: corretta ppm [mg NH ₄ ⁺ -N / L] = ppm misura * volume misurato [x ml] / volume predefinito [20 ml]
   5. Sottrarre concentrazione media ottenuta da trame di controllo da trama trattamento lettura per ogni intervallo di campionamento. Impostare i valori a 0 in caso di valori negativi.
   6. Riassumere il volume e controllo corretti valori ppm di tutti gli intervalli di misura ottenuti da una trama all'interno di una campagna di misura per ottenere la concentrazione cumulativa.
   7. rimuovere fortementedeviando positivamente NH ₃ valori di emissione dal set di dati se la causalità del pregiudizio può essere identificato. Identificare i valori anomali tenendo conto della direzione del vento durante il campionamento come fortemente deviare trame da altre repliche sono probabilmente colpiti da ammoniaca deriva da trame di emissioni di bolina alti.
3. Calcolare le perdite quantitative da trame dotate di campionatori passivi mediante l'applicazione del coefficiente di trasferimento.
   1. Ottenere coefficiente di trasferimento (kg N / (ha * ppm)) dividendo la perdita cumulata finale quantitativa DTM (4.1.10) di ammoniaca assorbimento cumulativo dei campionatori (4.2.6) (Eq. 4). Per esempio: DTM _finale: 10 kg N ha ^-1; Sampler _cumulativa: 20 ppm [mg N / L] → coefficiente di trasferimento = 0,5 kg N / (ha ppm): 1 ppm assorbito NH ₃ corrisponde a 0,5 kg / ha emesso NH ₃ -N)
   2. ppm-Moltiplicare i valori di tutti i campionamenti passivi di coefficiente di scambio per ottenere le emissioni quantitativi da tutti gli studi grafici.
   Deriva tasso di perdita per un intervallo di misurazione moltiplicando la lettura ppm per l'intervallo di campionamento per il coefficiente di trasferimento e successivamente dividere per la durata dell'intervallo di campionamento. Per esempio (campionatore assorbimento 12 ppm dopo 6 ore): 0,5 kg N ha ^-1 ppm ^-1 * 12 ppm / 6 hr = 1 kg N ha ^-1 hr ^-1.

Results

Nel 2014, una prova sul campo è stato istituito nel centro della Danimarca per testare gli effetti dei diversi metodi per ridurre le emissioni di ammoniaca dopo l'applicazione del bestiame liquami: incorporazione con una fresa, l'incorporazione di liquami acidificati e iniezione alloggiamento chiuso (iniezione di liquami nel suolo con conseguente copertura con il terreno). Come un confronto con una tecnica di applicazione elevata emissione e in particolare per la corretta applicazione del metodo camera di applicazione tubo scia di slurry è ...

Discussion

E 'stato dimostrato che il metodo proposto può essere utilizzato per confrontare le emissioni di ammoniaca provenienti da diversi trattamenti di fertilizzante in prove di campo replicati e di utilizzare la ottenute informazioni statisticamente significative da queste misure per migliorare la gestione di fertilizzanti N. La quantità di emissioni ottenuti con questo approccio è stato convalidato in studi precedenti rispetto alle misurazioni micrometeorologici ^13,15,16. In questo lavoro, la validità qu...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
acciaio inossidabile Drä camera + anelli di terreno	Fa. Hofmann GmbH, Metallindustriewerk, Kiel, Germania	senza numero
tetti e barra in acciaio inox per campionatore passivo	Fa. Hofmann GmbH, Metallindustriewerk, Kiel, Germania	senza numero
elettrodo di ammoniaca + banco	Thermo scientific	Cat. No. 9512BNWP o 951201
soluzione di riempimento per elettrodi di ammoniaca	Thermo scientific	Cat. N. 951202
Standard di calibrazione dell'ammoniaca; 0,1  M cloruro di ammoniaca standard	Thermo scientific	Cat. N. 951006
Dott. ger pompe	Draeger Safety AG& Co Kg
Drä ger tubes	Draeger Safety AG& Tipi di Co Kg	: 0,25/a; 2/a; 5/a
flaconi di campionamento passivo resistenti agli acidi (flacone Azlon, HDPE)	Dunn Labortechnik GmbH	Cat.No.: BGE230P
flaconi piccoli (flaconi a scintillazione PE 60 mm x 27  mm)	qualsiasi negozio
Tubo in PTFE 7 mm x 1  mm WDG	qualsiasi connettore da
Y-Form 6-7 mm	qualsiasi negozio da laboratorio