Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

Калиброванные Пассивный Отбор проб - мультиграфическая Полевые измерения NH Published: March 21, 2016 doi: 10.3791/53273

Summary

Выбросы аммиака являются серьезной угрозой для окружающей среды по эвтрофикации, подкисления почвы и образования мелких частиц и стеблей, главным образом, из сельскохозяйственных источников. Этот метод позволяет проводить измерения потерь аммиака в тиражируемых полевых испытаний позволяет статистический анализ выбросов и взаимосвязей между развитием растениеводства и выбросов.

Abstract

Сельскохозяйственный аммиак (NH 3) выбросы (90% от общего объема выбросов в ЕС) отвечают за примерно 45% в воздухе эвтрофикации, 31% подкисления почвы и формирования тонкой пыли 12% в ЕС15. Но выбросы NH 3 также означать значительные потери питательных веществ. Многие исследования выбросов NH 3 из органических и минеральных удобрений были проведены в последние десятилетия. Тем не менее, исследования , связанные с NH 3 выбросов после применения удобрений по - прежнему ограничено , в частности , в отношении взаимоотношений с выбросами, типа удобрений, условий работы и роста растений. Благодаря переменной реакции культур на лечение, последствия могут быть проверены только в экспериментальных конструкций, включая репликацию поля для статистических испытаний. Доминирующими методов потери аммиака, дающие количественные выбросы требуют больших полей областей, дорогостоящего оборудования или подачу тока, что ограничивает их применение в тиражируемых полевых испытаний. Это прotocol описывает новую методику для измерения NH 3 выбросов на многих участках , связывающих простую полуколичественный метод измерения , используемый во всех участках, с количественным методом путем одновременного измерения с использованием обоих методов на выбранных участках. В качестве полуколичественного метода измерения используются пассивные пробоотборники. Второй метод представляет собой метод динамической камеры (динамический метод Tube) , чтобы получить передаточную фактор, который преобразует полуколичественного потери пассивного пробоотборника к количественным потерям (кг азота га -1). Принцип , лежащий в основе этого подхода является то , что пассивные пробоотборники , помещенные в однородное опытном поле имеют одинаковое поведение NH 3 поглощения при одинаковых условиях окружающей среды. Таким образом, передача совместно эффективным, полученный из одиночных пассивных пробоотборников может быть использована для масштабирования значений всех пассивных пробоотборников, используемых в том же испытании на местах. Метод доказал свою действенность в широком диапазоне условий эксперимента и рекомендуетсябыть использованы в условиях с голой почвы или небольшими навесами (<0,3 м). Результаты, полученные из экспериментов с высоких растений следует относиться более внимательно.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Аммиак (NH 3) является единственным атмосферного следа газ преимущественно (90%) , излучаемый из сельскохозяйственных источников в ЕС. Хотя сельское хозяйство также является основным источником (> 50% выбросов ЕС), они вносят лишь около ~ 5% от общего количества антропогенных выбросов парниковых газов ЕС15. В отличие от этого , сельскохозяйственные выбросы NH 3 отвечают за около 45% выбросов , полученных эвтрофикации, 31% подкисления и образования мелкая пыль 12% в ЕС15 1. Помимо вредного воздействия на экосистемы и здоровье человека, азот (N) утрата NH 3 эмиссии является экономический ущерб фермерам 2. Азотных удобрений имеет важное значение для высоких темпов производства продуктов питания поставляемого современного сельского хозяйства. Помимо ущерба окружающей среде, NH 3 выбросов , таким образом, означает значительную потерю питательных веществ, так как NH 3 получают из аммония удобрений, в дополнение к нитрата основных видов минерального азота непосредственно воспользоватьсявозможность установки, регулирующие процессы роста и урожайности сельскохозяйственных культур. Применение азотных удобрений способствует 20-80 млрд € прибыли в год для фермеров ЕС , но в свою очередь , было подсчитано , что NH 3 выбрасывается в воздух из сельского хозяйства приводит к ~ € 50 млрд в ежегодный ущерб в ЕС 3. Таким образом, уменьшение выбросов 3 NH имеет важное значение для обоих уменьшения воздействия на окружающую среду и повышение эффективности применяемого N.

В сельском хозяйстве, NH 3, в основном , испускаемый из животноводческих помещений, навоза (навозной жижи, анаэробные (биогаза н.э.), твердый навоз) хранения и управления, а также применения навоза на местах. Склонность выделяют NH 3 отличается в зависимости от состава навоза, например , содержание сухого вещества и рН навоза. В какой - то степени аммония и амина на основе синтетических азотных удобрений в виде мочевины и диаммонийфосфата также вносят вклад в выбросы NH 3. Хотя известковая аммиачной селитры (CAN) Является основным азотных удобрений во многих европейских странах, использование гранулированного карбамида увеличилось, и был вторым CAN в Центральной и Западной Европе в 2012 году 4. Мочевина особенно популярен в развивающихся странах из - за своих преимуществ высоким содержанием N, безопасность и удобство транспортировки и является самым важным в мире удобрений синтетического азота 5. Тем не менее, увеличение рН и поверхности почвы NH 4 + -concentrations в результате гидролиза мочевины может привести к высоким уровнем выбросов NH 3. Это может привести к низкой эффективности использования азота, особенно в щелочной почве или почве с низкой сорбционной способностью, что ограничивает применение карбамида в Европе 6,7.

Многие исследования выбросов NH 3 из органических и минеральных удобрений и содержания скота были проведены в последние десятилетия 6, 8. Тем не менее, исследования , связанные с NH 3 выбросов после применения аммиака EMITTING удобрения по-прежнему ограничено. Это, в частности, относится и к отношениям между выбросами аммиака, типа используемых удобрений, условий эксплуатации и роста растений. В идеальных условиях для этого требуется реплицированных полевые испытания из-за переменной реакции культур на лечения, которые могут быть проверены только в экспериментальном дизайне, включая репликацию поля для статистических испытаний.

Потери аммиака также должны поэтому быть определены в реплицированными мультиграфическая полевых испытаний 9, но доминирующие методы потери аммиака с получением количественных выбросов (т.е. кг N / (га * ч)) требуют больших площадей полей (микрометеорологические методы), дорогостоящее оборудование (аэродинамические трубы ) или в полевых условиях электрического питания, которые делают их применение в повторяющихся полевых испытаниях затруднено или невозможно. Кроме того, конкретные параметры аэродинамических труб были подвергнуты критике в отношении точности полученных значений 10 выбросов. Таким образом, существует острая необходимость вп метод потери аммиака для определения выбросов аммиака в повторяющихся полевых испытаниях. Этот метод может быть использован, чтобы помочь улучшить сельскохозяйственные меры по сокращению выбросов аммиака на основе статистически обоснованных эффектов местных условий, типа удобрений, методов применения и развития растений.

Основная идея новой методологии, откалиброван пассивной выборки, чтобы связать простой полуколичественный метод измерения для измерения на многих участках, с количественным методом путем одновременного измерения с обоими методами на нескольких участках. Пассивные пробоотборники модифицированные по сравнению с дизайном в оригинальной публикации 11 используются в качестве метода полуколичественного измерения. Метод Dynamic-Tube (DTM) 12, откалиброванный метод динамической камеры, используется для получения коэффициента передачи, который преобразует полуколичественного потерь пассивного пробоотборника количественных потерь (кг N га -1). Из-за низкого обменного курса воздуха в камереСистема некалиброванные выбросов, полученные из DTM примерно на порядок ниже, чем истинных выбросов. Тем не менее, эта проблема была решена с помощью уравнения калибровки , которая корректирует камере потоки в зависимости от натурных условиях ветра 13. Эти калибровочные уравнения могут быть применены только тогда, когда камеры имеют один и тот же внутренний объем свободного пространства над продуктом и дизайн, как те, которые используются в калибровочных пробах. Камеры могут быть непосредственно вставлены в почву или помещены на почвенных кольцах. Последнее предотвратить чрезмерное нарушение почвы и позволяет практически герметичное введение камер на плотными насаждениями травой или уплотненной почве. Кроме того, точное количество удобрений, которые будут испытаны могут быть применены внутри почвенных колец. Тем не менее, почвенные комки на почве колец также может повлечь за собой зажимая между камерой и кольцом почвы.

Рисунок 1
Рисунок 1: Одновременная MeasureMeнт с пассивными пробниками и камерным методом (DTM) в поле сюжета. Пассивный пробник расположен в центре квадратного участка 0,15 м над почвы / навесом. Измерения с DTM изготовлены по меньшей мере, 2 места в пределах участка на дату оценки. Зоны, предназначенные для сбора урожая не должно зависеть от камеры и пассивного измерения пробоотборник операций.

Для получения перевода коэффициентов измерения проводятся одновременно на небольшом числе участков с обоими методами (рис 1). Важно, что они применяются при одинаковой общей продолжительности измерения, и что измерения проводят одновременно (в течение 1 часа). Принцип содействия применению коэффициента передачи для многих участков основывается на том факте , что пассивные пробоотборники , помещенной в однородное опытном поле с соответствующим расстоянием до препятствий , мешающих поля ветра в качестве инструментов хеджирования, зданий и т.д. (по крайней мере в 10 раз, в идеале 20 времена obstacле высота) 14, имеют один и тот же NH 3 поведение поглощения при одинаковых условиях окружающей среды. Так, например, на 50% меньше выбросов на участке будет напрямую перевести до 50% снижения поглощения аммиака раствором сэмплер. Таким образом, коэффициент передачи используется для масштабирования кислотных значений ловушки на одном участке может быть использована для масштабирования значений всех кислотных ловушек, используемых в том же испытании на местах. Благодаря воздействию изменяющихся условий окружающей среды (температура, скорость ветра, шероховатости поверхности) на эффективность поглощения аммиака пассивных пробников 11 коэффициент передачи должен быть получен для каждой кампании измерения, соответственно.

Общие черты этих двух методов прикладной и требуемой конструкции полевых испытаний включают в себя 4 динамических камер, помещенных на почву, связанной с политетрафторэтилена (PTFE) трубки и вентилироваться с помощью сильфонного насоса (DTM), пассивные пробоотборники и больших квадратичных опытных участков с большим буфером пространства для РедуCing эффект NH 3 дрейфа между участками по измерению выбросов на фактическом участке.

Пассивные пробоотборники заполнены разбавленной серной кислотой (0,05 М H 2 SO 4) и расположены в центре участков. Решение в пассивных пробников непрерывно поглощает аммиак, и регулярно заменяется в зависимости от ожидаемой интенсивности выбросов. Одновременно NH 3 потоки измеряются с DTM на двух участках обработки и контрольного участка в определенные моменты времени. В отличие от аэродинамических труб, оба метода объединены в калиброванной пассивной выборки имеют лишь очень ограниченное воздействие на влажность почвы, температура почвы и осадков , которые могут повлиять на потери выбросов аммиака очень сильно 6,8. В то время как пассивные пробоотборники установлены 0,15 м над поверхностью почвы и навесом, без какого-либо эффекта от этих переменных измерения с DTM камеры только в течение приблизительно 5 мин восстановительный потенциал эффектов камеры до минимума. Точные результаты при определении NH 4 + концентрации в растворе выборки могут быть получены путем измерений с помощью аммониевых чувствительных электродов. Измерения с помощью прямоточного Авто Анализаторы может быть проблематичным, так как рН чувствительной реакции цвета, применяемой в этих документах может быть тормозится кислом рН раствора для отбора проб и химических веществ, используемых требуют модификации. NH 3 концентрации в воздухе , прошедшего через камеры системы DTM мгновенно измеряется с индикаторными трубками. Измеренные концентрации NH 3 записываются на листе данных после каждого измерения.

Для DTM, NH 3 флюсы (мг N / (м² * ч)) рассчитываются из измеренных концентраций NH 3 и скорости потока воздуха через систему 4 камеры и области , охватываемой камерами (Eq. 1, пункт 2.5.1). Полученные ООН откалиброван потоки (которые недооценивают истинные выбросы) масштабируются к количественным потерямс уравнением калибровки (уравнение. 2 и 3, см пункт 2.5.1). Масштабные совокупные потери NH 3 (кг N / га) DTM рассчитываются путем усреднения потоков между двумя последовательными датами измерения, умножив средний поток с продолжительностью каждого интервала, и добавив, все потери от всех интервалов измерений измерения кампании. Совокупные качественные NH 3 потери (частей на миллион сум) от пассивных пробоотборников рассчитывается путем суммирования собранных NH 4 + -concentrations (м.д.) на участке в пределах экспериментальной кампании. Это возможно потому, что при одинаковых температурах и объемных измерений, значения промилле непосредственно перевести на захваченных количеств аммиака. Чтобы изменить масштаб этих качественных потерь количественных потерь коэффициент передачи (кг N / (га * частей на миллион)) получают путем соотнесения кумулятивный окончательной потерей DTM (кг N га -1) на общую сумму концентраций в пробников , измеренных на одни и те же участки. Этот коэффициент передачи затем используется то конвертации полуколичественных выбросов в результате пассивного отбора проб количественных потоков (например , кг N / га) путем умножения кумулятивные концентрации с коэффициентом передачи.

Потеря воды из коллекторов через испарение не влияет на впитывающую способность, но должна быть исправлена ​​позже для анализа данных. Разлив раствора из-за сильных ветров во время не наблюдалось даже в прибрежных болотах северной Германии. Решающим для успешного применения такого подхода является идентичной конструкции всех пассивных пробников, применяемых в этой области, включая одинаковом положении и высоте размещения в пределах участка. Несколько конструкций пассивных пробоотборников были успешно применены в прошлом. Эта статья предполагает один конкретный дизайн, который доказал надежность и удобство работы в полевых измерений. Изложенный подход был тщательно протестирован по сравнению со стандартными методами потери аммиака (микрометеорологические методы) в 15 Фиэльг испытания , подтверждающие количественный законность процедуры 15,16 и непредвзятое представление динамики выбросов 17. Коэффициент детерминации (r²) калиброванных потоков по сравнению с микрометеорологические измерений в калибровочном исследовании 13 было 0,84, очень похож на коэффициент , полученный путем сравнения датчиков аммиака для измеренных концентраций в атмосфере аммиака в недавнем исследовании 18. Относительная среднеквадратическая ошибка кумулятивных потерь аммиака составляла 17%, а также весьма близки к значениям , полученным в других исследованиях , сравнивающих микрометеорологические измерения 13. Во второй проверки, когда предложенный метод был по сравнению с микрометеорологические измерений выбросов аммиака из органических растворов (5 отдельных судебных процессов), в r² 0,96 (наклон кривой ≈ 1) и относительной корень среднеквадратичной погрешности 5% было получено для конечных кумулятивных выбросов аммиака 15. Метод оказался чувствительным виспытание 3 года поле с использованием различных синтетических азотных удобрений 19. Применение этого подхода ограничивается средней скорости ветра ≤4 м / сек на высоте 2 м как метод камеры был только апробированные в этих условиях 13,15,16.

Кампания измерения определяется как эксперимент тестирования выбросов аммиака после внесения удобрений на нескольких участках, длящихся в течение нескольких дней, вплоть до нескольких недель. Каждое измерение кампании на участке состоит из нескольких последовательных интервалов дискретизации (пассивный сэмплер) или даты измерения (DTM). Время выборки определяется как последовательной длительности абсорбция аммиака, излучаемой раствором для отбора проб. дата измерения определяется как последовательный момент времени, при котором измерения DTM выполняются на различных участках, используемых для получения коэффициента передачи.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Экспериментальный дизайн и Общие Инструкции по эксплуатации

  1. Используйте сравнительно большие участки (12 м х 12 м или 9 м х 9 м) по сравнению с размерами , обычно применяемых в повторяющихся полевых испытаниях (например , 3 м х 8 м) , чтобы избежать последствий неравномерного распределения удобрений по выбросам аммиака (рисунок 2). Используйте квадратные формы сюжета, чтобы избежать влияния сдвига направления ветра на поглощение аммиака с помощью пробников. Уменьшить дрейф NH 3 от одного участка к другому в приемлемой степени, сохраняя область буфера 1 размер участка между участками.

фигура 2
Рисунок 2: Оптимальная экспериментальная конструкция для измерения потерь аммиака мультиграфическая с пассивными пробниками Использование относительно большой (12 м х 12 м; 9 м х 9 м) квадратные участки для обработки , разделенные на каждой стороне от необработанных защитных участков.. Для того, чтобы избежать воздействия на пологом NH3 выбросов буфера участки могут быть оплодотворены с нулевым уровнем выбросов азотных удобрений.

  1. Добавить контрольные участки без внесения удобрений, распределенных между участками обработки.
  2. Дайте номер или код для каждого участка для простой идентификации участков и образцов.
  3. Применение органических или синтетических азотных удобрений на опытных участках в пределах от 50 до 150 кг аммиачного (аммоний + мочевина) азота (N) на гектар , как это сделано в предыдущих исследованиях 15,16,19.
    Примечание: количество удобрений может варьироваться в зависимости от экспериментальных целей.
  4. Выберите два участка обработки и один контрольный участок для одновременного измерения с методом DTM и пассивного пробоотборника. Выбрали участки лечения с предполагаемо высоким уровнем выбросов (на основе опыта или литературы), давая сильный сигнал измерения.
  5. Установка по меньшей мере, два дополнительных участков с равномерно распределенными удобрений, применяемых полевых испытаний оборудования или точного следа шланга или поверхности распространяющихся (изменение Nприкладывается между повторными участков ~ 10%), если существует неравномерное вертикальное или поперечное распределение удобрений. Обратите внимание, что неравномерное распределение удобрений обычно происходит после нанесения суспензии путем применения Тропа шланга, удобрений и инъекции суспензии или применения гранулированных удобрений с ООН-откалиброван практических разбрасывателей.
    1. Проведение одновременных измерений с помощью пассивных пробоотборников и DTM на этих дополнительных участков. Использование результатов этих участков для вывода коэффициента передачи. Проверить количество удобрений применяется взвешиванием шламонакопителя или прикладное оборудование до и после нанесения.
  6. Запишите следующие переменные окружения в поле с в точке каротажа данных метеорологических станций для интервалов времени 10 мин для расчета сырья и корректируется NH 3 ставки потеря DTM с помощью уравнений (1-3 см Дополнительный файл кода) и устранить погрешности в измерениях участка:
    1. Температура воздуха Запись (1м высота)
    2. Запись барометрического давления воздуха (гПа)
    3. Запись скорости ветра на высоте 2 м с высокими навесами, а также на 0,2 м в высоту (м / сек)
    4. Записать направление ветра.
      Примечание: Для облегчения работы персонала в составе трех человек, рекомендуется при применении удобрений (первая дата измерения) и установка пробоотборников (одного человека для динамического метода камеры, два для установки пассивных пробников и обмена кислотного раствора). В более поздние сроки измерения, два человека рекомендуется (один пассивный пробоотборник, одна динамическая камера); Однако, в случае малых чисел участка (<10), это осуществимо, чтобы охватить все задачи с одним человеком.

2. Подготовка Подготовка к области

  1. Подготовка к измерению с DTM, выполнив следующие действия:
    1. Собрать и упаковать систему камеры (рисунок 3 и 4) , состоящий из элементов , приведенных в таблице 1. Нажмите PTFEтруба (длина 0,3 м) по сравнению с более короткой медной трубы каждой камеры и соединить два PTFE трубки с у-разъема, соответственно. Подключение каждого из двух у-соединителей с другой PTFE трубкой (0,3 м) и оба соединения с другим у-разъем. Помещенный терминальный PTFE трубку (0,3 м) на одном конце с верхним разъемом.
    2. Упаковка ручной насос или автоматический насос (рисунок 4) для вентиляции системы. Всегда упаковать ручной насос в поле для промывки системы с воздухом с низкой концентрацией NH 3 (этап 3.4.2). Примечание: Оригинальные насосы от производителя должны быть использованы в качестве кинетика реакции в индикаторе трубки тесно связана с потоком воздуха, создаваемым насосами. Когда автоматизированный насос используется, он не требует дополнительных измерений секундомера во время измерений потока.
    3. Если автоматический насос не используется, до или после проведения измерений, проверить продолжительность одного хода ручного насоса. Сделайте это путем откачки с открытым вставленной индикатором втбыть (отрезана / голова сломана труба) и измеряя время до 10 ударов с секундомером (прошлых значений: 4,5 сек / ход для труб 0,25 / а и 5 / а, 7 секунд / ход для трубы 2 / а).
    4. Зарядить аккумулятор для автоматического насоса дозатора за один день до начала эксперимента.
      Примечание: Разряженные батареи может привести к значительно меньшей скорости накачки.
    5. Подготовка буфера обмена с рабочими листами для мониторинга измерений DTM (участка или лечения, дата, время, трубок, количество ударов, концентрации и продолжительности измерения, если не используются насосы дозаторы).
    6. Подготовьте одну трубку коробку индикатора (10 трубок каждого диапазона концентраций, таблица 2) , чтобы взять на поле для того , чтобы быть готовым к различной интенсивности потока аммиака (рисунок 4).

Рисунок 3
Рисунок 3: Установка и применение динамической CHamber динамического метода трубы (DTM). Каждая система состоит из 4 -х камер , соединенных с PTFE трубки, подключение сокращения используются для подключения всех камер к одному насосу. Воздух всасывается через медную трубу перфорированной на нижнем конце и запечатанной в самом низу, передается через почву, и всасывается в верхней части конического внутреннего объема в другой медной трубки. Воздух, прошедший через систему затем направляется через PTFE трубки к индикаторной трубки для определения концентрации аммиака.

Рисунок 4
Рисунок 4: индикаторные трубки с дозатором насоса и ручной насос Правая сторона: ручной насос (счетчик хода, окно для управления насосом с белым пятном) с используемым показателем трубки;. левая сторона: дозатором (контрольный дисплей, кнопки управления) и новый индикатор трубки (0,25-3 частей на миллион). Оригинальный заполнение индикатора трубки имеет желтый цвет. Реакции с аммиаком RРЕЗУЛЬТАТЫ к изменению фиолетового цвета, цвет передней дислоцируется в масштабе. Значения концентрации аммиака получаются путем считывания шкалы.

нет. Компоненты системы трубки Dräger
1 4 камеры из нержавеющей стали измерения (рисунок 3)
2 7 сегментов тефлоновой трубки (7 мм х 6 мм; 0,3 м длина каждого); заменить, когда сильно перегибается
3 3 Y-соединители (PP)
4 Дополнительно: почва кольцо из нержавеющей стали (особенно рекомендуется для измерений на пастбищах)
5 Ручной насос (рисунок 4)
6 Индикаторные трубки (1 коробка содержит 10 трубок) (Рисунок 4)
7 Дополнительно: Насос дозатор (Figure 4)
8 Дополнительно: секундомер, когда ручной насос используется для измерения

Таблица 1: индикаторные трубки (диапазоны концентраций) , используемые для измерения потерь аммиака.

трубка Диапазон концентрации (объем частей на миллион; мкл / л) По умолчанию количество ударов Комментарий
Аммиак 0,25 / а 0,25 - 3 10 Самая низкая определяемая концентрация (около 0,05 по объему частей на миллион) может быть измерена путем увеличения числа ходов до максимум 50 ударов
Аммиак 2 / а 2 - 30 5
Аммиак 5 / а 5 - 70 (600 1 ход) 10

Таблица2: Компоненты, необходимые для динамической системы методом измерения Tube настройки.

  1. Подготовка к пассивному измерения сэмплер, выполнив следующие действия:
    1. Настройка пассивный пробник с пунктами , приведенными в таблице 3 , как показано на рис. 5 и подготовить дополнительные устройства для измерений в полевых условиях (таблица 3).
    2. Рассчитать количество флаконов (= количество выборках) для всей кампании измерений.
    3. Предположим , около 8 ампул на участок после внесения навоза (т.е. раствор обменен в 7 раз) и более высокими номерами для синтетических азотных удобрений в зависимости от удобрений конкретного растворения и выбросов поведения. Умножить количество выборках с числом участков для расчета общего числа выборки (общее число = число участков х число интервалов дискретизации). Включает 10 дополнительных чаш в случае возникновения каких-либо разливы.
    4. Вычислить общий объем раствора, необходимое путем умножения общего количества samplinГ.С. с 0,02 л 0,05 М H 2 SO 4 раствора.
    5. Подготовьте общий объем 0,05 М H 2 SO 4 раствора добавлением 9,8 г концентрированной серной кислоты (98%) на литр дистиллированной воды.
      ВАЖНО: Добавьте воду сначала тогда концентрированной серной кислоты, и носить защитные очки.
    6. Взвесить каждую пустую ампулу с крышкой перед заполнением раствором кислоты или использовать несколько флаконов (например , 10) и рассчитать среднюю массу флаконов и результатов нот.
    7. Заполните все маленькие флаконы с 0,02 л 0,05 М H 2 SO 4, например , с помощью бутылки верхнего распределительного устройства.
    8. Этикетка Флаконы, как бутылка и крышка с водостойкими чернилами с пробной номер, номер участка, а также порядок сэмплеров решений в последовательности измерений, для , например, B1 P1 T2 (ячмень проба 1, участок 1, 2 - й раствор: раствор после первого заполнить в момент начала эксперимента) или B1 P23 T1 (ячмень проб 1, участок 23, 1 - й раствор).
    9. Сортировка смвсе Флаконы для каждого измерения события кампании измерения в полиэтиленовый пакет , помеченный номером эксперимента, год и т.д. Для больших чисел участка поднос с отсортированных флаконах предпочтительнее. После осуществления выборки чаш передачи из лотка для маркированных пластиковых пакетов.

Рисунок 5
Рисунок 5:. Наладку пассивного пробоотборника (кислота прерывании) Основная часть пробоотборника состоит из кислотостойкой бутылки с 1-2 окнами на каждой стороне (размер зависит от размера бутылки). Буровое отверстие на верхнем крае используется для слива бутылку. Поэтому окна слегка сдвинуты из этого угла этого края бутылки, чтобы обеспечить легкое управление во время слива. Бутылка заполняется через рот в верхней части с раствором для отбора проб и фиксировали с устьем к крышке, который ввинчивается на крышу из нержавеющей стали. Крыши могут быть прикреплены фиксируя гибкий винтстальной стержень, чтобы обеспечить регулировку на разную высоту полога, используя только одну длину стального стержня.

нет. Компоненты системы пассивной выборки
1 Стальной стержень с точкой крепления для пластиковой крышей (длина 0,5 м)
2 крыша из нержавеющей стали
3 Кубический пассивный пробоотборник изготовлен из кислотостойкой PE бутылки с 1-2 москитной сеткой, покрытых окнами на каждой стороне. На одном из верхнего края просверливают отверстие для слива использованного раствора отбора проб. Сдвиг окна немного от центра, чтобы дозирования раствора через отверстие с низким риском разлив через окна. Закрепить крышку бутылки с 2-мя винтами к стальной крышей. Винт бутылку на крышке.
4 Небольшие флаконы для транспортировки и повторного заполнения пробника раствора (20 мл 0,05 М H 2 SO <к югу> 4 раствор) - несколько сотен больших испытаний
5 Большие контейнеры / бутылки с раствором пробоотборник (0,05 М H 2 SO 4 раствора) для всех флаконов
6 Флакон-дозатор сверху для заполнения небольших емкостей с раствором коллектора (20 мл)
7 Морозильные камеры для хранения раствора для отбора проб

Таблица 3: Компоненты , необходимые для пассивного пробник установку и для проведения пассивных измерений выборки.

3. После того как идти на поле и выполнения измерений

  1. Возьмите следующее дополнительное оборудование к полю для удобства работы: бумажные полотенца и мешок для утилизации использованных бумажных полотенец, буфер обмена для записей, поднос для (отсортированных) флаконах, кислотостойкой перчатки для обработки кислотного раствора.
  2. Провести измерения с помощью DTM и обмен пассивные решения сэмплер одновременно или Wiбез промежуточного больших временных разниц, особенно в начале кампании измерения или при ожидаемых высоких потерь NH 3.
  3. Сделайте контрольное измерение с DTM (шаг 3.4) на неоплодотворенных контрольных участках в начале и в конце каждой даты измерений. Выполните эту последовательность: управление, процедуры, контроль.
    1. Мера за 3-6 дней, чтобы получить надежные измерения потерь аммиака для промежутка времени целый день путем учета изменения выбросов при различных температурах и скоростях ветра. Сделайте измерения в это время: рано утром (вскоре после восхода солнца), поздним утром, вскоре после полудня, ближе к вечеру, а незадолго до захода солнца.
    2. Если почвенные кольца используются, пресс-кольца на двух легко доступных местах, доступных в пределах участков в почву. Используйте четыре кольца для каждого места и позаботиться о том , расстояния между кольцами в каждом месте может быть достигнуто с помощью одного из четырех соединенных камер системы камеры (рисунок 3). Вставьте Рин почвыГ.С. в почву деревянной доске, помещенные на кольца, чтобы равномерно распределить давление.
    3. Накройте кольца с небольшими пластиковыми листами во время оплодотворения участков , если синтетические удобрения (например , известковая аммиачная селитра, мочевина) применяется. Сразу же после нанесения машины, нанесите необходимое аликвоты удобрение с высокой точностью вручную в пределах области почвы колец.
    4. В случае навозного удобрения, сначала нанесите навоз (например , путем тропки шлангов), а затем вставьте кольца. Позаботьтесь о том, что удобрение очень равномерно распределяется.
      Примечание: Как хорошо эмпирическое значение для действительных измерений после Тропа шланга оплодотворения следующее распределение камер было показано , чтобы обеспечить точные результаты 13,14: двух камер на удобренной дорожке, двух камер на неоплодотворенных области между ними. Если есть очень большое количество суспензии с низкой вязкостью, применяемой тропки шлангов также разместить четыре камеры на удобренной почве.
    5. Процедура измерения с DTM
      1. Установить число ходов до 50, если автоматический насос используется для удобства эксплуатации.
        Примечание: Таким образом число инсульта в диапазоне от 5 до 50 ударов могут быть легко применены, номера инсульта меньше, чем 50 ударов может быть достигнуто путем остановки процесса откачки.
      2. Промыть систему DTM с NH 3 -бесплатно воздуха, поднимая камеры на высоте около 1 м над землей и откачки воздуха через трубку из PTFE и камер (20-30 ударов) с ручным насосом , непосредственно соединенного с PTFE трубкой терминальной камера системы.
      3. Пресс-DTM камеры непосредственно в грунт на глубину около 15 мм (глубина отмечена ободком на дне камеры) или в почву кольцами (ошейники). Убедитесь, что почвенные комки не застрять между кольцом почвы и камерой.
      4. Выполните первые 20 подготовительных ходов насоса с низкой концентрацией , используемой индикаторной трубки (0,25-3 частей на миллион, Таблица 1) , чтобы создать квази-Стеду-состояния.
        Примечание: концентрации аммиака обозначаются изменением цвета рН чувствительных гранул внутри трубы от темно-желтого до сине-фиолетовый. Фронт этого изменения цвета внутри трубки показывает концентрацию NH 3 до тех пор , как он расположен в пределах шкалы , напечатанной на трубке.
      5. Выберите диапазон концентрации (из трех возможных трубок с различными диапазонами концентраций, таблица 1) нового индикатора трубки для применения в следующем измерении на основании информации , полученной от изменения цвета используемой трубки , используемой на этапе 3.4.4.
        Примечание: В большинстве случаев трубки '0,25 / а' используется. Сразу же после того, как поверхность нанесения суспензии и при высоких температурах трубках '2а' и '5a' должен быть использован во многих случаях. Это указывается, когда индикатор гранулы слегка окрашенного используется '0,25 / а' труба полностью посинела после более чем 10 подготовительных ходов.
      6. Открыть новый индикаторТрубка на обоих концах, разбивая головы с помощью трубки выключателя, установленного на корпусе насоса.
      7. Вставьте индикаторную трубку между выводом трубки из PTFE и насоса, нажав на трубку заканчивается в трубку PTFE и устьем насоса. Вставьте конец трубки с наименьшим значением на шкале, напечатанной на трубке в PTFE трубки, а конец с наибольшим значением в рот насоса. Начало прокачки до числа хода по умолчанию, нажав кнопку OK автоматизированного насоса или сжатия ручного насоса. Держите паузу между предварительной откачки с используемой трубкой (3.4.4) и начала фактического измерения как можно короче.
        Примечание: Подробное описание работы насоса обеспечивается изготовителем.
      8. Если ручной насос используется для измерений, запуска секундомера одновременно с первым ударом ручного насоса.
      9. Прекратить измерение, когда стандартный номер хода (10 ударов, 5 ударов с трубками 2 / а) достигается и ручной насос полностью расслаблен (значениеПо умолчанию номер хода отображается на дисплее автоматического насоса или механического хода счетчика ручного насоса). С релаксации ручного насоса прекратить секундомера измерение (ручной насос). Прекратить автоматическую накачку, нажав на кнопку "стоп", когда число ход = стандартный номер хода - 1 отображается.
      10. Увеличение числа ходов , чтобы не более 50 ударов , если первый признак линии наименьшего значения шкалы , напечатанной на трубке (смотри рисунок 4) не достигается после стандартного количества инсульта. Используйте показания индикатора трубки только тогда, когда по крайней мере, в первой строке по шкале индикатора трубки достигается.
      11. Не превышайте линию, указывающую максимальное значение по шкале. Перед тем как это значение достигается уменьшить количество ударов ниже стандартного номера хода, стоп накачки и записывают число ходов, используемых.
      12. Прочитайте дальнее изменение цвета на трубе со всех сторон (линия окраски часто слегка наклонены или неравномерным) и Record значение концентрации.
      13. Обратите внимание на следующие значения на листе: сюжет, дата, время измерения, количество ударов (для ручного насоса: продолжительность измерения (сек)), чтение в миллионных долях (см Дополнительный код Файл - Пример поля записи листа).
      14. Чистый край камеры прилипание почвы, навоза или удобрений компоненты с чистым бумажным полотенцем.
      15. Поднимите систему DTM с земли и скрытой (см 3.4.2).
      16. Сделать несколько измерений, по меньшей мере, два, в разных местах в пределах сюжета, чтобы повысить надежность измерений.
      17. Повторите операции 3.4.3-3.4.16 на других участках и в последующих измерениях.
    6. Процедура измерения с помощью пассивных пробоотборников.
      1. Поместите пассивных пробоотборников прикрепляют к стальных стержней в центре опытного участка на 0,15 м высоты (окна коллектора) над почвы или навесом поверхности сразу же после нанесения удобрений на земельном участке. Поспешите с суспензией / заявл удобренийication трактор / система для установки пробоотборника без задержки. В случае сухой почвы, вставьте стальной стержень в почву с помощью молотка.
      2. Прогулка с подразделены лоток / мешок с отсортированных заполненных ампул кислоты для первого интервала дискретизации (например , B1; P1, T1) на пассивный пробоотборник. Наденьте перчатки перед обработкой флаконов с раствором кислоты. Выньте флакон для соответствующего участка и выборки интервала. Отвинтите бутылку пассивного пробоотборника. Налейте раствор 0,05 М H 2 SO 4 из флакона в рот бутылки. Привинтить крышку флакона на пустой флакон и вернуть флакон в лоток / мешок.
      3. Написать номер участка на металлической крыше пробоотборник для идентификации участков.
      4. Возьмите подразделены поднос с флаконах в течение двух последующих интервалов дискретизации в соответствии с интервалами фактической и последующего отбора проб (или две сумки для различных интервалов выборки) на всех других дат обмена.
      5. Возврат к участку для обмена 0,05 М H 2 SO
      6. Удалите раствор 0,05 М H 2 SO 4 в пассивном пробоотборник, отвернув пассивный пробник и осторожно маршрутизации решение между «окон» через выпускное отверстие в пустой оригинальный флакон (например , B1 / P1 / T1). Повторное заполнение пробник через рот бутылки с новым 0,05 MH 2 SO 4 раствора с последующим неиспользованного флакона (B1 / P1 / T2). Винт на крышки с правильной маркировкой на обоих флаконах. Закрепить пассивный пробник к стержню путем ввинчивания его на крышке соединяется со стальной стержень.
      7. Примечание номер участка, заполнение времени (= время → время окончания предыдущей выборки опорожнение) на регистрационном листе.
      8. Обменять решения выборки через 3-6 ч в первый день сразу же после внесения органических азотных удобрений. Снижение курса до 12 ч (т.е. один выборки для обоих ночное время и в дневное время выбросов) на второй день и для всех выборках вторynthetic N удобрений.
        Примечание: выборка может быть продлен до 24 часов, однако, летом и при высоких температурах испарения воды может быть высоким поглощение аммиака Тормозящим.
      9. Измерение концентрации аммония в растворах пассивных пробоотборников (как описано ниже), непосредственно после завершения эксперимента кампании или сублимационная образцов при температуре -18 ° С в течение не более 1 недели и измерить позже.

    4. Расчет NH 3 флюсы

    1. Расчет аммиака флюсы для DTM.
      1. Создайте таблицу, чтобы автоматически выполнить следующие шаги расчета.
      2. Во-первых, рассчитать нескорректированные потоки, полученные из измерений с ЦММ (мг N / (м² * ч)), используя уравнение. 1 (См Дополнительный файл кода) от показаний концентрации (частей на миллион NH 3), измерения длительности, объема воздуха , прошедшего через систему и области , покрываемой камерой.
      3. Преобразование размерность неисправленных потоков в размерности кг N ч-1 ч -1 делением на 100.
      4. Масштаб этих значений в количественных выбросов путем применения калибровочных формул (Eq. 2 и 3) 12 (См Дополнительный файл кода), исправляющие влияние скорости ветра на месте в по разности между некорректированных потоков в DTM и истинных выбросов. Применяют два различных уравнения для учета конкретных условий в двух пологом классов: уравнение. 1 при малых куполов <0,3 м / непокрытой земли и уравнения. 2 для навесы> 0,3 м.
      5. Не применять калибровочные уравнения (уравнение. 2-3) , когда камеры не имеют одинаковый внутренний объем и настройки, используемые в первоначальных калибровочных испытаний 12.
      6. Выполните вычисления только с показаниями промилле , полученных от частоты ходов по умолчанию, то есть 5 или 10 ударов, что соответствует 0,5 л или 1 л воздуха , проходящего через систему. Если число ударов отклоняется, откорректировать показания частей на миллион и измеренной продолжительности времени применяется в уравнении. 1 по то количестве ударов:
        частей на миллион частей на миллион = * По умолчанию количество инсультов [5, 10] / фактическое число хода при измерении = чтение времени (сек) * количество ударов по умолчанию [5, 10] / фактическое число инсульта во время измерения
      7. Выведите средние выбросы для каждого участка путем вычисления среднего потока повторных измерений в пределах участка для каждой даты измерений.
      8. Расчет средних потоков аммиака в течение интервалов времени между двумя датами измерений.
      9. Рассчитать потери аммиака (кг N / га) для интервала между двумя измерениями DTM путем умножения среднего потока (кг N / (га * ч), 4.1.8) в зависимости от продолжительности этого интервала (ч).
      10. Вычислить совокупные потери для конкретного участка путем сложения всех значений потерь аммиака (см 4.1.9), полученные в ходе кампании измерений.
    2. Расчет потоков от пассивных пробников:
      1. Откажитесь значения, если решение теряется путем обливания, в этом случае весь участок может быть удален из данных. Проверьте, правильно ли га данныхр может быть заполнена, например, средние значения из дублированных участков в течение того же интервала выборки.
      2. Определить объем раствора: вычитают флакон веса (этап 2.4) от веса флакона с раствором образца и предположим, плотность 1,0 г / мл.
      3. Мера NH 4 + концентрации в образцах растворов с использованием аммиака чувствительного электрода в соответствии с инструкциями изготовителя.
      4. Если объем образца отклоняется от стандартного объема, правильная концентрация: исправлена ​​частей на миллион [мг NH 4 + -N / L] = измеренная промилле измерения * объем [х] / мл объема по умолчанию [20 мл]
      5. Вычтите средней концентрации, полученной от контрольных участков от обработки участка чтения для каждого интервала выборки. Установите значения 0 в случае отрицательных значений.
      6. Суммируем объем и управления, скорректированного значения РРМ всех интервалов измерений, полученных из графика в кампании измерения, чтобы получить совокупную концентрацию.
      7. Удалить сильноположительно отклоняющегося значения выбросов NH 3 из набора данных , если причинно - следственная связь смещения могут быть идентифицированы. Определение выбросов с учетом направления ветра во время взятия проб, как сильно отклоняясь участки из других повторах, вероятно, зависит от аммиака, дрейфующего с наветренной высоких участков выбросов.
    3. Расчет количественных потерь от участков оснащенных пассивными пробниками путем применения коэффициента передачи.
      1. Получить коэффициент передачи (кг N / (га * частей на миллион)) путем деления окончательной кумулятивный количественных потерь DTM (4.1.10) путем кумулятивного поглощения аммиака из пробников (4.2.6) (уравнение. 4). Например: DTM окончательными: 10 кг N га -1; Пробоотборник кумулятивный: 20 частей на миллион [мг N / L] → передаточный коэффициент = 0,5 кг N / (га частей на миллион): 1 частей на миллион впитывается NH 3 соответствует 0,5 кг / га , излучаемый NH 3 -N)
      2. Умножить РРМ значения всех пассивных выборках по коэффициенту передачи для получения количественных выбросов от всех судебных процессов участков. Выведите скорость потерь в течение интервала измерения путем умножения показаний частей на миллион для интервала выборки по коэффициенту передачи, а затем разделить на длительность интервала выборки. Например (поглощение пробоотборник 12 частей на миллион после 6 ч): 0,5 кг N га -1 -1 частей на миллион частей на миллион * 12/6 ч = 1 кг N га -1 ч -1.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

В 2014 году суд поля был создан в центре Дании для тестирования эффектов нескольких методов сокращения выбросов аммиака после нанесения навозной жижи: включение с помощью роторного культиватора, включение подкисленной суспензии и закрытой инъекции слот (инъекции суспензии в почве с последующим покрытием с почвой). В сравнении с методикой применения высокой эмиссии и, в частности, для правильного применения метода камеры тропки шланга нанесения суспензии также была включена. В общей сложности 24 участков были включены в данное исследование. Крупный рогатый скот суспензию наносили при скорости 80 кг NH 4 + -N / га.

Рисунок 6
Рисунок 6: Время обучения кумулятивных выбросов аммиака из реплицированного полевых испытаний с использованием различных методов внесения жидкого навоза крупного рогатого скота Молочные продукты суспензии наносили след шланга (поверхности) применения, поверхность APPLICAT.иона и последующее включение, включение суспензии подкисленный серной кислотой, закрытой инъекции слот (слот инъекции засыпан землей). Коэффициенты переноса были получены из обработки заявки Тропа шланга, Столбики ошибок показывают стандартные отклонения, буквы обозначают уровни значимости (Таки HSD) при р <0,05 (в одну сторону ANOVA).

Метод оказался чувствительным, и очень высокие и очень низкие выбросы могут быть выделены без сильного вмешательства аммиака, дрейфующего от высоких участков выбросов в низких участках выбросов. В результате, метод дали весьма существенные различия между выбросами аммиака шламов , применяемых различными методами (рисунок 6). Как теоретически ожидалось, выбросы от следа шлангов были самыми высокими в то время как учредительные сокращали объем вредных выбросов менее чем на 60%. Наибольшее снижение потерь были получены путем применения при закрытой инъекции слот или подкисление с последующей заделкой (около 90%). Таким образом, метод дал высокую relevaИнформация о нт под практической точки зрения, поскольку подкисление с последующей заделкой гораздо больше труда эффективнее и дешевле, чем закрытой инъекции слот.

В другом исследовании, проведенном в Германии в 2012 году эффект ингибиторов уреазы на выбросы аммиака из мочевины применительно к озимой пшеницы была протестирована. Мочевина является наиболее проблематичным синтетическим N удобрений относительно выбросов аммиака, но во всем мире наиболее важным. Выбросы могут быть уменьшены, когда гидролиз мочевины замедляется при применении ингибиторов уреазы. Кроме того, ингибиторы нитрификации добавляют для уменьшения застроенных нитратов в почве , которые могут стимулировать выброс окиси парниковых газов (закиси N 2 O). Тем не менее, более длительный срок с высокой устойчивой концентрации NH 4 + может стимулировать дополнение NH 3 выбросов. В этом испытании как различные мочевина удобрения и связные стратегии применения (3 против 2 заявки на удобрения с ингибитором нитрификации)были испытаны. Результаты показывают , что выбросы аммиака были сильно снижается за счет использования ингибиторов уреазы (рисунок 7) , независимо от применения ингибиторов нитрификации. Мочевина только в сочетании с ингибиторами нитрификации показали наибольшие выбросы, связанные с почвы и погодных эффектов, стимулирующих выбросов аммиака в определенные сроки применения. Это сильное влияние погодных условий на различных сроках применения можно видеть различные временные курсы выбросов аммиака , полученных этим методом (рисунок 8). Первые две даты применения показали сравнительно низкие выбросы аммиака из-за низких температур и регулярных, но небольших мероприятий осадков при первом применении, в то время как сильные дожди уменьшились выбросы после первых нескольких дней во втором приложении. На третьем и четвертом применении более высокие температуры преобладали с высокими температурами и выбросов в третьем приложении. На обе даты выбросы были остановлены сильные дожди эвЭнты. Сильное влияние погодных условий на интенсивность излучения в конкретных сроках применения объясняет разницу средних выбросов между обычной мочевиной (3 заявки) и мочевины с ингибитором нитрификации (2 заявки) (рисунок 7) в виде обычного мочевины была также применена на четвертом дата подачи заявки с более низкой относительной выбросов.

Рисунок 7
Рис . 7: Совокупные выбросы аммиака после применения различных карбамидных удобрений для различных дат применения (верхний график) и совмещаться для всех приложений (диаграмма внизу) гранулированных удобрений были применены на поверхности озимой пшеницы на разных стадиях роста, используются ингибиторы для уменьшения выбросов аммиака (UI) или замедлить превращение нитрата в аммоний (NI) (U = мочевина, UI = ингибитор уреазы, NI = ингибитор нитрификации, CAN =известковая аммиачная селитра); U, CAN, U + UI были применены на три даты, U + NI, U + NI + UI на две даты, APP = дата подачи заявки, Столбики ошибок показывают стандартную ошибку, буквы обозначают уровни значимости (Таки HSD) при р <0,05 ( один из способов ANOVA).

Рисунок 8
Рисунок 8: Время обучения и погодные условия выбросов аммиака из четырех мочевины удобрений и может применяться на разных сроках и дозах озимой пшеницы температуры и количества осадков (верхний график) и эфирного времени курсы NH 3 выбросов (диаграмма внизу), это. Рисунок иллюстрирует, что с предлагаемым способом совершенно разные программы обучения выбросов аммиака можно выделить в зависимости от типа удобрений (U = мочевина, UI = ингибитором уреазы, NI = ингибитор нитрификации, CAN = известковая аммиачная селитра) и погодные условия, U, CAN, U + UI были применены на три даты, U + NI, U + NI + UI на ТВтдаты O, Столбики ошибок показывают стандартное отклонение, буквы обозначают уровни значимости (Таки HSD) при р <0,05 (в одну сторону ANOVA).

Подход измерения позволяет также для тестирования влияния выбросов аммиака на урожайность зерна и N поглощения (рисунок 9). Ковариационный анализ был применен для оценки влияния выбросов аммиака, стратегии применения (2 против 3 заявки в период вегетации) и год на зерно N поглощения. Там существовали только значительные эффекты потери аммиака (наклон, идентичного между годами) и год (перехвате) на зерно N поглощения. Отрезки двух кривых показывают год влияние на поглощение N (погодных условий , почвенных условий и т.д.) , тогда как наклон кривой представляет собой эффект выбросов аммиака на этой переменной. Другие потенциальные потери азота, влияющие на урожай N-поглощение, в частности N потерь с выщелачивание водой, контролировали с помощью интенсивного отбора проб и анализа почв (данные не показаны). Не наблюдалось выщелачивание нитратов во время овощеetation период. Поэтому, наиболее ярко, значение наклона (= 1) показывает, что потери аммиака непосредственно переведены в уменьшенном поглощение N в этом испытании. Это также подтверждает порядок величины потерь аммиака, определяемых этим методом.

Рисунок 9
Рис . 9: Связь между выбросами аммиака и поглощения азота зерна озимой пшеницы с различными оплодотворенной мочевины удобрений Выбросы аммиака потери непосредственно растений доступного азота , которые должны оказывать влияние на рост растений. Этот график показывает, что излучаемый аммиака измеряется с помощью калиброванного пассивного метода отбора проб может быть связано с поглощением азота, данные анализировали с помощью двух однофакторного дисперсионного анализа.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Было показано, что предложенный метод может быть использован для сравнения выбросов аммиака из различных обработок удобрений в тиражируемых полевых испытаний и использовать полученную статистически значимую информацию из этих измерений в целях совершенствования управления азотных удобрений. Количество выбросов , полученных при таком подходе была подтверждена в более ранних исследованиях по сравнению с измерениями микрометеорологические 13,15,16. В данной работе количественная обоснованность такого подхода косвенно свидетельствует тесной линейной связи между измеренными выбросами аммиака и культур N поглощения. Таким образом, этот метод можно считать применимым для определения агрономически соответствующих потерь азота выбросами аммиака. Применение этого подхода для количественной оценки потерь аммиака ограничена средней скорости ветра ≤4 м / сек на высоте 2 м, как калибровка метода камеры была только апробированные в этих условиях.

e_content "> Тем не менее, существуют условия , которые делают применение этого подхода трудно. При очень низкой и нулевой скорости ветра двойного учета аммиака путем повторного осаждения на участке эмиссии наблюдалось 20 и не может быть учтено путем пассивного отбора проб. Такие ситуации может происходить в ночное время и при определенных географических условиях (укрытие гор, высоких препятствий). в этом случае очень трудно дать количественную оценку выбросов , поскольку транспортное поведение излучаемого аммиака является неопределенным 14. Тем не менее, эта проблема затрагивает практически все методы выбросов аммиака и, с точки зрения выбросов, с нулевым уровнем выбросов следует исходить при таких условиях или таких интервалов измерения должны быть отброшены. дрейфовал аммиака из соседних полей в мультиграфическая опытное поле не представляет никаких проблем для представленной методологии, поскольку они могут быть объяснены управления не измерения (без оплодотворения лечения). Однако, если это влияние превышает концентрации аммиака по обезжиривающимм участков обработки, определение потерь аммиака может оказаться невозможным. Таким образом, оплодотворение полей соседних экспериментальной площадки должны контролироваться и ни аммиака не должны выделяться из этих полей. В условиях, когда удобрение распределяется неравномерно или (неравномерно), входящих в почву, то трудно или невозможно правильно применять систему камеры, измеренные потоки не могут быть репрезентативными для поля из-за неизвестного распределения удобрений. В этом случае другая обработка должна быть включена с хорошо известным распределением удобрений, которые могут быть надлежащим образом быть за счет размещения камер на почву. Это можно увидеть из выше приведенного примера, где применение след шланг был добавлен в качестве покрытия почвы суспензией с тропки шлангов был явно известны. Если такие меры не возможно представленная методика не может быть применена. Тем не менее, пассивный отбор образцов, который не зависит от этого ограничения, было бы по крайней мере дать полуколичественных различия между тreatments хотя никаких точных количественных выбросов. Проблема не надлежащим образом учета неравномерного распределения удобрений является проблемой со всеми камерными или аэродинамической трубе систем. Тем не менее, аэродинамические трубы могут иметь больший охват почвы, в результате чего в среднем микромасштабных неравномерность в распределении удобрений. Таким образом, метод камера , используемая в этом подходе может быть заменен другим методом , который дает количественные выбросы из измерений участка (например , аэродинамические трубы). Но только конкретные конструкции аэродинамических трубах дают точные количественные значения 10,21 и часто дают неверную информацию , если они не могут быть удалены перед дождем событий и заменены после этого.

Помимо специфической проблемы распределения удобрений, до сих пор идут споры о достоверности различных систем измерения потерь аммиака для точного количественной оценке потерь аммиака, и камерные системы , как правило , под сомнение 20. Тем не менее, это было показано в предыдущих исследованиях например, открытый путь FTIR или TDL системы в сочетании с микрометеорологические моделирования 18, 20. Но такие системы не применяются в тиражируемых полевых испытаний.

Высокие навесов> 0,3 м до сих пор представляют собой сложную задачу для прикладной системы камеры и всех динамических систем камер, включая аэродинамические трубы. Прошлое тестирование показало хорошее согласие между способом, представленным в данной работе и микрометеорологические результатов. Тем не менее, будущее тестирование необходимо, чтобы подтвердить эти результаты.

В конечном счете, было бы крайне желательно использовать пассивный SAMP Лер результаты без количественного метода, основанного на отдельном уравнении калибровки. Прошлые усилия для получения такого уравнения базы на скорости ветра, температуры и т.д. не увенчались успехом. Вероятно, это связано с изменением пассивного конструкции пробоотборника - метод был еще в стадии разработки - и полога эффектов. В будущем определенный дизайн пробоотборников будет предложен и после большого числа экспериментов вывод уравнение калибровки должна быть обеспечена возможность применять для этого конкретного типа пассивных пробоотборников. В качестве альтернативы самодельных пассивных пробников в данном исследовании , использующих жидкий разбавленную серную кислоту, ловушки готовые кислоты 22, например , ALPHA пробников 23, доступны , где кислота связана в матрице без риска проливания и больше легкости в обращении , Тем не менее, эти пробоотборники могут потребовать более длительного времени воздействия , чем те , которые применяются в этом методе 22 и еще не были испытаны в подобном подходе.

e_content "> Новый метод, откалиброван пассивный отбор проб для количественного измерения выбросов аммиака в повторяющихся полевых испытаниях был представлен. Метод доказал свою действенность в широком диапазоне экспериментальных условий и рекомендуется для использования в условиях с голой почвы или небольшими навесами. Результаты полученные из экспериментов с более крупными навесов растений следует относиться более внимательно. Если пользователь все еще есть сомнения относительно количественной применимости метода, он может быть проверен путем объединения этого подхода с одновременным измерением с микрометеорологические и камерной техники в идентичных почвы и условия сени и последующее сравнение выбросов, полученных. пассивные пробоотборники доказали очень надежный инструмент для качественного измерения выбросов аммиака в полевых испытаниях мультиграфическая и может использоваться с различными методами масштабирования для получения коэффициента передачи. Требование такого метода масштабирования является его применимость на том же участке, как тех, кто работает для пассивного образцаRS. После определения окончательной конструкции пробоотборников или в применении готовых пассивных пробоотборников, отдельное уравнение калибровки для таких пробников могут быть разработаны и одновременное измерение с количественным методом может быть необязательной.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Автор заявляет, что он не имеет конкурирующих финансовых интересов.

Acknowledgments

Автор выражает благодарность доктору Марко Рёльке, д-р Дирк Никиш, доктор Роберт Quakernack, д-р Кан Ni за их усилия по разработке и дальнейшему развитию этого подхода. Большое спасибо также полевых техников Doris Ziermann и Джун Ян. Основополагающие исследования были поддержаны Deutsche Forschungsgemeinschaft, Федеральная служба государственной земле Шлезвиг-Гольштейн, EFRE грантов Европейского Союза и SKW Пистериц АМФ. как подробно указано в цитируемых публикациях.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
stainless steel Dräger chamber + soil rings Fa. Hofmann GmbH, Metallindustriewerk, Kiel, Germany no number
roofs and stainless steel rod for passive sampler Fa. Hofmann GmbH, Metallindustriewerk, Kiel, Germany no number
ammonia electrode + bench Thermo scientific Cat. No. 9512BNWP or 951201
ammonia electrode filling solution Thermo scientific Cat. No. 951202
Ammonia calibration standards; 0.1 M ammonia chloride standard Thermo scientific Cat. No. 951006 
Dräger pumps Draeger Safety AG& Co Kg
Dräger tubes Draeger Safety AG& Co Kg types: 0.25/a; 2/a; 5/a
acid resistant passive sampling bottles (Azlon bottle, HDPE) Dunn Labortechnik GmbH Cat.No.: BGE230P
small vials (scintillation bottles PE 60 mm x 27 mm) any laboratory store
PTFE tubing 7 mm x 1 mm WDG any laboratory store
connectors PP Y-Form 6-7 mm any laboratory store

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Erisman, J. W., Bleeker, A., Hensen, A., Vermeulen, A. Agricultural air quality in Europe and the future perspectives. Atmos. Environ. 42, 3209-3217 (2008).
  2. Bremner, J. M. Recent research on problems in the use of urea as a nitrogen fertilizer. Fert. Res. 42, 321-329 (1995).
  3. Sutton, M. A., Oenema, O., Erisman, J. W., Leip, A., van Grinsven, H., Winiwarter, W. Too much of a good thing. Nature. 472, 159-161 (2011).
  4. Production and International Trade statistics. IFA (International Fertilizer Industry Association). Paris, France. Available from: http://www.fertilizer.org/En/Statistics/PIT_Excel_Files.aspx (2014).
  5. Glibert, P. M., Harrison, J., Heil, C., Seitzinger, S. Escalating worldwide use of urea - a global change contributing to coastal eutrophication. Biogeochemistry. 77, 441-463 (2006).
  6. Sommer, S. G., Schjoerring, J. K., Denmead, O. T. Ammonia emission from mineral fertilizers and fertilized crops. Adv. Agron. 82, 557-622 (2004).
  7. Jensen, L. S., et al. Benefits of nitrogen for food, fibre and industrial production. The European Nitrogen Assessment. Sutton, M. A., et al. Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2011).
  8. Sommer, S. G., Hutchings, N. J. Ammonia emission from field applied manure and its reduction - invited paper. Eur. J. Agron. 15, 1-15 (2001).
  9. Shah, S. B., Westerman, P. W., Arogo, J. Measuring ammonia concentrations and emissions from agricultural land and liquid surfaces: A review. J. Air Waste Manage. 56, 945-960 (2006).
  10. Loubet, B., Cellier, P., Flura, D., Genermont, S. An evaluation of the wind-tunnel technique for estimating ammonia volatilization from land: Part 1. Analysis and improvement of accuracy. J. Agr. Eng. Res. 72, 71-81 (1999).
  11. Vandré, R., Kaupenjohann, M. In Situ Measurements of Ammonia Emissions from Organic Fertilizers in Plot Experiments. Soil Sci. Soc. Am. J. 62, 467-473 (1998).
  12. Roelcke, M., Li, S. X., Tian, X. H., Gao, Y. J., Richter, J. In situ comparisons of ammonia volatilization from N fertilizers in Chinese loess soils. Nutr. Cycling Agroecosyst. 62, (1), 73-88 (2002).
  13. Pacholski, A., et al. Calibration of a simple method for determining ammonia volatilization in the field - comparative measurements in Henan Province, China. Nutr. Cycling Agroecosyst. 74, 259-273 (2006).
  14. Flesch, T. K., Harper, L. A., Powell, J. M., Wilson, J. D. Inverse-dispersion calculation of ammonia emissions from Wisconsin dairy farms. Trans. ASABE. 52, 253-265 (2009).
  15. Gericke, D., Pacholski, A., Kage, H. Measurement of ammonia emissions in multi-plot field experiments. Biosystems Eng. 108, (2), 164-173 (2011).
  16. Quakernack, R., Pacholski, A., Techow, A., Herrmann, A., Taube, F., Kage, H. Ammonia volatilization and yield response after application of biogas residues to energy crops in a coastal marsh of Northern Germany. Agric., Ecosyst. Environ. 160, 66-74 (2012).
  17. Ni, K., Pacholski, A., Gericke, D., Kage, H. Measurement duration required for determining total ammonia losses after field application of slurries by trail hoses. J. Agr. Sci. 151, (1), 34-43 (2013).
  18. von Bobrutzki, K., et al. Field inter-comparison of eleven atmospheric ammonia measurement techniques. Atmos. Meas. Tech. 3, 91-112 (2010).
  19. Ni, K., Pacholski, A., Kage, H. Ammonia volatilization after application of urea to winter wheat over 3 years affected by novel urease and nitrification inhibitors. Agric. Ecosyst. Environ. 197, 184-194 (2014).
  20. Sintermann, J., et al. Are ammonia emissions from field-applied slurry substantially over-estimated in European emission inventories. Biogeosciences. 9, 1611-1632 (2012).
  21. Mannheim, T., Braschkat, J., Marschner, H. Measurement of ammonia emission after liquid manure application. 2. Comparison of the wind tunnel and the IHF method under field conditions. J. Plant Nutr. Soil Sci. 158, 215-219 (1995).
  22. Puchalski, M. A., et al. Passive ammonia monitoring in the United States: Comparing three different sampling devices. Environ. Monit. 13, (11), 3156-3167 (2011).
  23. Tang, Y. S., Cape, J. N., Sutton, M. A. Development and types of passive samplers for monitoring atmospheric NO2 and NH3 concentrations. ScientificWorldJournal. 1, 513-529 (2001).
Калиброванные Пассивный Отбор проб - мультиграфическая Полевые измерения NH<sub&gt; 3</sub&gt; Выбросы с комбинацией динамического метода трубы и пассивные пробоотборники
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pacholski, A. Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers. J. Vis. Exp. (109), e53273, doi:10.3791/53273 (2016).More

Pacholski, A. Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers. J. Vis. Exp. (109), e53273, doi:10.3791/53273 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter