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應用G2103與G2509對不同施肥方式下氨氣排放通量室優(yōu)化設計的研究

更新時(shí)間:2024-03-25      點(diǎn)擊次數:456


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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(lèi)健康。為了評估緩解方案,需要可靠的效果測量。本研究提出一種新的具有高時(shí)間分辨率在線(xiàn)測量的動(dòng)態(tài)通量室,新的測量系統有助于在手動(dòng)和農場(chǎng)規模的漿料畜便施用后以相對較高的精度重復進(jìn)行 NH3 排放測量。

 

 

(一)       研究目標:

 

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,用于測量農場(chǎng)規模機械施用液態(tài)動(dòng)物糞便slurry)后的氨NH3)排放。研究還評估不同施肥方法(手動(dòng)、實(shí)驗性噴霧器、商業(yè)噴霧器)中氨氣排放變異性,并與逆向拉格朗日隨機模型bLS)的測量結果進(jìn)行比較。

 

(二)       研究方法:

 

研究三個(gè)田間試驗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):使用手持設備施肥。

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

·       試驗說(shuō)明:在一個(gè)地塊上使9個(gè)DFC3個(gè)WT,每個(gè)測量單元都有背景測量點(diǎn)。與早期設計的風(fēng)洞進(jìn)行比較,評估DFC系統的性能。

2.       Trial B:

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

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

·       試驗布局 100m2地塊上使8個(gè)DFC,并在地塊內外設置bLS測量點(diǎn)。評30米噴霧臂施肥對氨排放的影響,并DFC測量結果進(jìn)行比較。

3.       Trial C:

·       施肥技術(shù):使3米長(cháng)的實(shí)驗性肥料噴霧臂。

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

·       試驗布局: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量,并在每個(gè)地塊內及上風(fēng)向位置設置bLS測量點(diǎn)。比較兩種施肥方法對氨排放的影響,并DFCbLS測量結果進(jìn)行比較。

 

這三個(gè)試驗的目的是評估不同施肥技術(shù)對氨排放的影響,并比DFCbLS兩種測量方法的準確性和可靠性。

 

(三)       Picarro儀器的使用與數據說(shuō)明

 

1.       在三個(gè)田間試驗中,Picarro G2103被用DFC和風(fēng)洞 WT)測量,空氣被抽取到一個(gè)旋轉閥,測量周期8分鐘,試驗A144分鐘產(chǎn)生一個(gè)數據點(diǎn)9個(gè)DFC3個(gè)背景,3個(gè)WT3個(gè)背景,18個(gè)測量),試B88分鐘產(chǎn)生一次數據點(diǎn)8個(gè)DFC3個(gè)背景,11個(gè)測量),試C80分鐘產(chǎn)生一次數據點(diǎn)(每個(gè)應用方7個(gè)DFC,3個(gè)背景,10個(gè)測量。

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

a.       測量穩定性:在施用消化液前,這三臺儀器測量的氨濃度9.5小時(shí)內保持穩定,這意味著(zhù)在施肥前,田間的氨背景濃度沒(méi)有顯著(zhù)變化。

b.       儀器間的偏差:盡管測量結果穩定,但三臺儀器之間存在小的偏差offset)。這可能是由于儀器校準、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,三臺儀器測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)       背景測量的儀器0.824 ± 0.11 μg NH3 m-3

d.       校正:為了確保測量結果的準確性,對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)測量結果。

3.       數據說(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模型bLS測量,可以直觀(guān)地比較不同測量方法和施肥技術(shù)對氨排放的影響。

b.       DFC、WTbLS三種不同測量方法的結果,有助于確定在不同施肥條件下更適合評估氨排放的方法。

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

d.       直觀(guān)地展示研究結果,支持注射施肥相比傳統的噴霧施肥技術(shù)可以顯著(zhù)減少氨排放的研究結論。

 

(四)       總結

 

1.       動(dòng)態(tài)通量DFC技術(shù)通過(guò)設計改進(jìn)、CFD模擬驗證、實(shí)地試驗結果和統計分析,證明了其在測量氨排放方面的準確性和可靠性?xún)?yōu)WT技術(shù)。

2.       動(dòng)態(tài)通量DFC和逆向拉格朗日隨機模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%),新的測量系統有利于對NH3的排放進(jìn)行測量

 

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