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應(yīng)用G2103與G2509對(duì)不同施肥方式下氨氣排放通量室優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究

更新時(shí)間:2024-03-25      點(diǎn)擊次數(shù):763


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前言

田間施用的漿料畜便Slurry)是氨氣(NH3)排放的重要來(lái)源,通常有害于環(huán)境和人類健康。為了評(píng)估緩解方案,需要可靠的效果測(cè)量。本研究提出一種新的具有高時(shí)間分辨率在線測(cè)量的動(dòng)態(tài)通量室,新的測(cè)量系統(tǒng)有助于在手動(dòng)和農(nóng)場(chǎng)規(guī)模的漿料畜便施用后以相對(duì)較高的精度重復(fù)進(jìn)行 NH3 排放測(cè)量。

 

 

(一)       研究目標(biāo):

 

本研究的目的是開(kāi)發(fā)一種新的動(dòng)態(tài)通量室Dynamic Flux Chambers, DFC)系統(tǒng),用于測(cè)量農(nóng)場(chǎng)規(guī)模機(jī)械施用液態(tài)動(dòng)物糞便slurry)后的氨NH3)排放。研究還評(píng)估不同施肥方法(手動(dòng)、實(shí)驗(yàn)性噴霧器、商業(yè)噴霧器)中氨氣排放變異性,并與逆向拉格朗日隨機(jī)模型bLS)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。

 

(二)       研究方法:

 

研究三個(gè)田間試驗(yàn)Trial A、Trial B、Trial C展開(kāi),簡(jiǎn)要說(shuō)明情況如下:

1.       Trial A:

·       施肥技術(shù):使用手持設(shè)備施肥。

·       測(cè)量方法:動(dòng)態(tài)通量室DFC)和風(fēng)洞WT)。

·       試驗(yàn)說(shuō)明:在一個(gè)地塊上使9個(gè)DFC3個(gè)WT,每個(gè)測(cè)量單元都有背景測(cè)量點(diǎn)。與早期設(shè)計(jì)的風(fēng)洞進(jìn)行比較,評(píng)估DFC系統(tǒng)的性能。

2.       Trial B:

·       施肥技術(shù):使30米長(zhǎng)的商業(yè)肥料噴霧臂30-m boom)。

·       測(cè)量方法:動(dòng)態(tài)通量DFC和逆向拉格朗日隨機(jī)模型bLS)。

·       試驗(yàn)布局 100m2地塊上使8個(gè)DFC,并在地塊內(nèi)外設(shè)置bLS測(cè)量點(diǎn)。評(píng)30米噴霧臂施肥對(duì)氨排放的影響,并DFC測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。

3.       Trial C:

·       施肥技術(shù):使3米長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)性肥料噴霧臂。

·       測(cè)量方法:動(dòng)態(tài)通量DFC和逆向拉格朗日隨機(jī)模型bLS)。

·       試驗(yàn)布局:分別56 m247 m2的地塊上使6個(gè)7個(gè)DFC進(jìn)行施肥和注射施肥的測(cè)量,并在每個(gè)地塊內(nèi)及上風(fēng)向位置設(shè)置bLS測(cè)量點(diǎn)。比較兩種施肥方法對(duì)氨排放的影響,并DFCbLS測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。

 

這三個(gè)試驗(yàn)的目的是評(píng)估不同施肥技術(shù)對(duì)氨排放的影響,并比DFCbLS兩種測(cè)量方法的準(zhǔn)確性和可靠性。

 

(三)       Picarro儀器的使用與數(shù)據(jù)說(shuō)明

 

1.       在三個(gè)田間試驗(yàn)中,Picarro G2103被用DFC和風(fēng)洞 WT)測(cè)量,空氣被抽取到一個(gè)旋轉(zhuǎn)閥,測(cè)量周期8分鐘,試驗(yàn)A144分鐘產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)9個(gè)DFC3個(gè)背景,3個(gè)WT3個(gè)背景18個(gè)測(cè)量),試驗(yàn)B88分鐘產(chǎn)生一次數(shù)據(jù)點(diǎn)8個(gè)DFC3個(gè)背景,11個(gè)測(cè)量),試驗(yàn)C80分鐘產(chǎn)生一次數(shù)據(jù)點(diǎn)(每個(gè)應(yīng)用方7個(gè)DFC3個(gè)背景,10個(gè)測(cè)量。

2.       bLS模型測(cè)量中,使用3臺(tái)Picarro G2509 CRDS測(cè)量上風(fēng)向和下風(fēng)向NH3濃度。儀器使用的說(shuō)明如下:

a.       測(cè)量穩(wěn)定性:在施用消化液前,這三臺(tái)儀器測(cè)量的氨濃度9.5小時(shí)內(nèi)保持穩(wěn)定,這意味著在施肥前,田間的氨背景濃度沒(méi)有顯著變化。

b.       儀器間的偏差:盡管測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定,但三臺(tái)儀器之間存在小的偏差offset)。這可能是由于儀器校準(zhǔn)、傳感器靈敏度或環(huán)境條件等因素造成的。

c.       背景濃度:在施肥前,三臺(tái)儀器測(cè)量的平均背景濃度分別為:

1)       注射施肥地塊injection plot)的儀器1.920 ± 0.06 μg NH3 m-3

2)       噴霧臂施肥地塊trailing hose plot)的儀器0.273 ± 0.03 μg NH3 m-3

3)       背景測(cè)量的儀器0.824 ± 0.11 μg NH3 m-3

d.       校正:為了確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性,對(duì)于注射地塊和尾隨式施肥地塊的儀器,分別進(jìn)行了校正。校正的重要性:盡管儀器間的偏差很小,但考慮到背景濃度與施肥地塊的濃度差異不大,如果不進(jìn)行校正,這些小的偏差可能會(huì)影響注射地塊的氨通量flux)測(cè)量結(jié)果。

3.       數(shù)據(jù)說(shuō)明:

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a.       氨排放速率(NH3TAN總氨態(tài)氮的一部分)通過(guò)噴霧臂施肥或注射施肥后,用動(dòng)態(tài)通量室DFC)、風(fēng)洞WT)或后向拉格朗日隨機(jī)模型bLS測(cè)量,可以直觀地比較不同測(cè)量方法和施肥技術(shù)對(duì)氨排放的影響。

b.       DFCWTbLS三種不同測(cè)量方法的結(jié)果,有助于確定在不同施肥條件下更適合評(píng)估氨排放的方法。

c.       幫助研究者評(píng)估不同施肥技術(shù)對(duì)減少氨排放的潛在效果。

d.       直觀地展示研究結(jié)果,支持注射施肥相比傳統(tǒng)的噴霧施肥技術(shù)可以顯著減少氨排放的研究結(jié)論。

 

(四)       總結(jié)

 

1.       動(dòng)態(tài)通量DFC技術(shù)通過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)、CFD模擬驗(yàn)證、實(shí)地試驗(yàn)結(jié)果和統(tǒng)計(jì)分析,證明了其在測(cè)量氨排放方面的準(zhǔn)確性和可靠性優(yōu)WT技術(shù)。

2.       動(dòng)態(tài)通量DFC和逆向拉格朗日隨機(jī)模bLS,這兩種方法都顯示噴霧施肥相比,注射施肥方式大幅度降NH3排放量DFC  89%,bLS  97%),新的測(cè)量系統(tǒng)有利于對(duì)NH3的排放進(jìn)行測(cè)量

 

如果各位老師、學(xué)者同學(xué)對(duì)此文感興趣請(qǐng)聯(lián)系我們,我們會(huì)竭誠(chéng)為大家發(fā)送此文獻(xiàn)原文以及文獻(xiàn)相關(guān)的解讀資料。

 

 

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