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AFM: 國產(chǎn)便攜式開路氨分析儀助力氮循環(huán)研究
氨是大氣中最主要的堿性氣體，在二次氣溶膠顆粒物生成中扮演著重要角色，是引發(fā)重霾污染和過量氮沉降的重要活性氮，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，氨揮發(fā)也是農(nóng)田氮養(yǎng)分損失的主要途徑。因氨具有強表面吸附力和水溶性等特性，大氣氨濃度和地氣氨交換通量的原位準確測量一直是學(xué)界的一大挑戰(zhàn)，目前國際上主流的測量儀器大多采用閉路吸入式的構(gòu)造，采樣管路的吸附效應(yīng)一直制約著大氣氨濃度的快速高頻高精準度測量。與此同時，閉路儀器和搭配使用的外置抽氣泵均要求交流供電，這意味著目前絕大多數(shù)的大氣氨通量觀測只能在少數(shù)電力條件允許的環(huán)境下開展。
中科院大氣物理研究所王凱和鄭循華所在的碳氮循環(huán)團隊和寧波海爾欣光電科技有限公司深入合作，研發(fā)了一款便攜式、高精度、快響應(yīng)的開路多通池激光氨分析儀(圖1)。這款儀器基于可調(diào)諧激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù)，采用了分布反饋式量子級聯(lián)激光(DFB-QCL)的光源，其開放式的光路結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)閉路儀器管路吸附引起的測量誤差，光機電軟各個部分高度集成，可完全由太陽能驅(qū)動運行，適合野外條件使用。研究團隊基于實驗室和野外觀測試驗，對這款儀器的穩(wěn)定性、測量精度、準確度等指標進行評價，并以它為核心部件，集成開發(fā)了一套基于大氣湍流方法(渦動相關(guān)法)的氨通量觀測系統(tǒng)(圖2)，這是目前測量地氣氨交換通量的理想方法。
圖1 HT8700型開路氨分析儀及其結(jié)構(gòu)圖
圖2 大氣氨通量渦動相關(guān)法觀測系統(tǒng)
野外測試結(jié)果顯示，這款開路氨分析儀可在-15至40度的環(huán)境溫度下穩(wěn)定運行，10 Hz采樣頻率的測量精度(1σ)達0.302 nmol mol-1(即ppbv)，半小時氨通量檢測限為7.1 ± 1.1 μg N m-2 h-1。憑借這一靈敏度，該通量觀測系統(tǒng)能準確有效地測量農(nóng)田、養(yǎng)殖場等強排放源的氨排放通量，也可有效測量大多數(shù)區(qū)域的大氣氨沉降速率。這款國產(chǎn)儀器的問世，為大氣氨濃度和地表與大氣間的氨交換通量測量提供了一種先進工具，也將助力國內(nèi)大氣環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)、農(nóng)學(xué)等領(lǐng)域的氮循環(huán)研究。
圖3 亞熱帶稻田施肥期間觀測的大氣氨濃度和地面氨排放通量
上述研究工作由國家自然科學(xué)基金委面上項目(41975169)和中國科學(xué)院從0到1原始創(chuàng)新項目(DBS-LY-DQC007)資助，相關(guān)成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Agricultural and Forest Meteorology。
文章引用：
Wang K.*, Kang P., Lu Y., Zheng X.H., Liu M.M., Lin T.J., Butterbach-Bahl K., Wang Y.*, 2021. An open-path ammonia analyzer for eddy covariance flux measurement. Agricultural and Forest Meteorology 308–309: 108570.
文章鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2021.108570原文轉(zhuǎn)自中國科學(xué)院大氣物理研究所