Калиброванные Пассивный Отбор проб - мультиграфическая Полевые измерения NH<sub&gt; 3</sub&gt; Выбросы с комбинацией динамического метода трубы и пассивные пробоотборники

Резюме

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.

Аннотация

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.

Введение

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: 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.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

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.

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.

2. Добавить контрольные участки без внесения удобрений, распределенных между участками обработки.
3. Дайте номер или код для каждого участка для простой идентификации участков и образцов.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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: 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: 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.

2. 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:. 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.
4. 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.
5. 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 _{4 раствор после того, как интервал дискретизации истекло.}
   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.
   3. 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.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

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 п?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

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 азо?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

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