キャリブレーションされたパッシブサンプリング - NHのマルチプロット場計測₃ダイナミックチューブ法の組み合わせによる排出量およびパッシブサンプラー

アンモニア（NH _3）は、EUの農業源から放出された（90％）は、主にのみ大気微量ガスです。農業はまた、主要な供給源（> EUの排出量の50％）であるが、これらはEU15人為的な温室効果ガスの排出量の合計は約〜5％にのみ寄与する。これとは対照的に、農業NH ₃の排出量は、排出由来の富栄養化の約45％、EU15 ¹内の酸性化と12％の微細粉塵形成の31％を担っています。生態系や人の健康に有害な影響に加えて、NH ₃放出による窒素（N）の損失は、農家²に経済的損失です。窒素肥料は、近代農業によって配信食糧生産率が高いために不可欠です。環境被害の離れて、NH ₃の排出量、したがって、NH _3を直接役に立つキー鉱物窒素種を硝酸塩に加えて、肥料アンモニウムから誘導されるように、栄養分のかなりの損失を意味します作物の成長過程と収量を支配する植物することができます。 N肥料の適用は、EUの農家のために、年間利益の€20から80000000000に貢献するが、今度はそれが農業から空気中に放出されたNH _3は、EU ^3〜毎年恒例のダメージで€50億引き起こすことが推定されました。したがって、NH ₃の排出量の削減は、環境への影響を減少させ、適用N.の効率を増加させる両方のために必須です

農業では、NH _3は、主_に動物の家、肥料（スラリー、嫌気digestates（AD）、固形肥料）保管・管理だけでなく、肥料、フィールドアプリケーションから放出されます。肥料組成、 例えば乾燥物含有量と肥料のpHに依存してNH ₃と異なる点を放出する傾向。尿素およびリン酸二アンモニウムなどの合成窒素肥料をベースある程度アンモニウムおよびアミンにもNH ₃排出量に貢献しています。石灰硝酸アンモニウム（CANが、）主なN肥料は多くのヨーロッパの国である、粒状尿素の使用が増加し、2012年に中央および西ヨーロッパのCANに2つ目だった^4。尿素が高いN含有量のその利点に発展途上国では特に人気があり、安全、かつ簡単に輸送し、世界で最も重要な合成窒素肥料⁵です。しかし、尿素加水分解から得られるpH及び表面汚れNH ₄ ⁺ -concentrationsの増加は、高いNH ₃の排出をもたらすことができます。これは、特にヨーロッパ^6,7での尿素肥料の使用を制限する低吸着能力を持つアルカリ性土壌や土壌中に、低Nの利用効率を引き起こす可能性があります。

NH ₃上の多くの研究が有機無機施肥や家畜ハウジングからの発光は^8、ここ数十年⁶で行われてきた。それにもかかわらず、アンモニアemittの適用後に、NH ₃排出量に関する研究を肥料ることはまだ限られています。これは、特に、アンモニアの排出量、使用する肥料の種類、現場の状況や作物の成長との関係に適用されます。理想的な条件下ではこれが原因でのみ統計的検定のためのフィールドの複製を含む実験デザインで検証することができる治療法への作物の変数応答に複製されたフィールド試験を必要とします。

アンモニア損失は、したがって、複製されたマルチプロットのフィールドトライアル⁹で決定されるべきであるが、定量的な排出量（ すなわちキロN /（ヘクタール*の時間））を得た支配的なアンモニア損失の方法は、大きなフィールド領域（微気象の方法）、高価な機器（風洞を必要とします）、またはレプリケートされたフィールドトライアルへの応用が困難または不可能で、フィールド電力供給。また、風洞の具体的な設定は、得られた発光値¹⁰の精度に関して批判されてきました。したがって、強く求められていますnはアンモニア損失方法は、複製されたフィールド試験中のアンモニアの排出量を決定します。この方法は、現場の状況、肥料の種類、塗布法及び作物の開発の統計的検証の効果に基づいてアンモニアの排出を削減するため、農業対策を向上させるために使用することができます。

新しい方法論の基本的な考え方、較正された受動的なサンプリングは、いくつかのプロット上の両方の方法で同時測定することにより定​​量法で、多くのプロットに測定するための簡単​​な半定量的な測定方法をリンクすることです。元の出版物¹¹の設計と比較して改変されパッシブサンプラーは、半定量的な測定法として用いられています。ダイナミック・チューブ法^{（DTM）12、}較正動的チャンバー法は、定量的な損失にパッシブサンプラーの半定量的な損失量（kg N HA ^-1）に変換する伝達係数を得るために使用されます。チャンバー内の低い空気為替レートDTMから得られるシステムキャリブレーションされていないの排出量は、真の排出量よりも低い約一桁です。しかしながら、この問題は、その場風の状態¹³によって室束を補正する校正式によって克服されました。チャンバは較正試験で使用したものと同じ内部ヘッドスペース容積とデザインを有する場合、これらの較正方程式は、適用することができます。チャンバは直接土壌に挿入または土壌環上に配置することができます。後者は、土壌の過度の乱れを防止し、密な草草地や固め土壌上室のほぼ気密導入を可能にします。また、試験される肥料の正確な量は、土壌のリングの内側に適用することができます。しかし、土壌環上の土壌土塊は、チャンバと土壌リングとの間にクランプ伴うことができます。

図1：同時measuremeNTパッシブサンプラーとフィールドプロットでチャンバー法（DTM）を持つ。パッシブサンプラーは0.15メートル、土壌/キャノピー上記の正方形のプロットの中心部に位置しています。 DTMでの測定は、測定日ごとにプロット内に少なくとも2箇所を作られています。収穫のための専用エリアは、チャンバとパッシブサンプラー測定操作によって影響されるべきではありません。

導出する伝達係数の測定は、両方の方法（ 図1）とのプロット少数の上で同時に行われます。同じ総測定時間で適用されていること及び測定は（1時間以内）に同時に行われることが重要です。多くのプロットの伝達係数の適用を容易にする原理は、パッシブサンプラーが理想的に、ヘッジ、建物等 （少なくとも10倍の風の場を乱す障害物に適当な距離で、均質な実験場で20を置いたという事実に基づいていますobstacの倍ルの高さ^）14は 、同一の環境条件下で同じNH ₃の吸収挙動を有します。だから、例えば、プロット上の50％より低い発光が直接サンプラー液で50％減少したアンモニアの取り込みに翻訳するでしょう。したがって、1つのプロットに、酸トラップ値のスケーリングに使用される移動係数は、同じフィールド試験で使用されるすべての酸トラップの値をスケールするために使用することができます。パッシブサンプラー¹¹のアンモニアの取り込み効率に変化する環境条件（温度、風速、表面粗さ）の影響による移動係数は、それぞれ、各測定キャンペーンに対して導出されなければなりません。

二つの方法の一般的な特徴は、適用され、フィールドトライアルの必要な設計は、大きなバッファを持つベローズポンプ（DTM）、パッシブサンプラーと大二次試験区によりポリテトラフルオロエチレン（PTFE）チューブを接続し、換気土の上に置い4ダイナミックチャンバを含みますReduのためのスペース実際のプロット上の発光測定上のプロット間のNH ₃ドリフトの影響をcing。

パッシブサンプラーを希硫酸（0.05 MH ₂ SO _4）で充填され、プロットの中心に配置されています。パッシブサンプラー内の溶液を連続的にアンモニアを吸収し、排出量の予想される強度に応じて定期的に交換されます。同時に、NH ₃フラックスは2つの治療プロット上のDTMと時間の特定のポイントで、対照区で測定されています。トンネル風とは対照的に、較正された受動的なサンプリングに合わせ両方の方法は非常に強く^6,8アンモニア放出損失に影響を与えることができる土壌水分、土壌温度、降水量のごく限られた効果を有します。パッシブサンプラーは、土壌や天蓋表面の上に0.15メートルを装着されているが、それらの変数には影響せず、DTM室での測定が最小限に潜在室の影響を低減する、約5分間続きます。 </p>

サンプル溶液中のNH ₄ ⁺濃度の正確な結果は、アンモニウム感応電極を用いた測定によって得ることができます。これらの機器に適用されるpH感受性色反応はによってサンプリングソリューションと修正を必要とする使用される化学物質の酸性pHによって妨害することができるように連続フローの自動分析装置で測定が問題となる可能性があります。 DTMのチャンバーシステムを通過した空気中のNH ₃濃度を瞬時に指示管を用いて測定されています。測定されたNH ₃濃度は、各測定後のデータシートに記録されています。

DTMは、NH ₃フラックス（MG N /（㎡* hで））を測定したNH ₃濃度及び4チャンバーシステムを通る空気流量及びチャンバ（式1、パラグラフ2.5.1）によって覆われた面積から計算されます。 （真の排出量を過小評価）得られた未校正済みフラックスは、定量的損失にスケーリングされます較正式を用いて（式2及び3は、項2.5.1を参照されたいです）。 DTMのスケーリングされた累積NH ₃敗（キロN /ヘクタール）は、2次の測定の日付の間の磁束を平均各間隔の期間で、この平均フラックスを乗算、加算アップ測定の全ての測定間隔からすべての損失をすることによって計算されますキャンペーン。パッシブサンプラーからの累積定性的なNH ₃敗（ppmの和）は、実験キャンペーン内のプロットに収集NH ₄ ⁺ -concentrations（ppm）を合算することによって計算されます。同一のボリュームと測定温度下で、ppmの値は直接アンモニアの捕捉された量に変換ので、これは実現可能です。伝達係数（キロN /（ヘクタール* PPM））はサンプラーで濃度の総和にDTMの累積最終損失量（kg N haの^-1）を関連付けることによって導出される定量的損失にこれらの定性的な損失をスケーリングする上で測定同じプロット。この移動係数は、その後、Tは使用されていますO伝達係数との累積濃度を乗じて定量的なフラックス（ 例えばキログラムN /ヘクタール）に受動的サンプリングから半定量排出量を変換します。

蒸発を介して集電体からの水の損失は、吸収能力に影響を与えるが、データ分析のために、後に補正する必要がありません。強風時に溶液をこぼすがあってもドイツ北部の沿岸湿地で観察されていません。このアプローチの成功のアプリケーションのための決定的は、プロット内で同一位置と配置の高さなどの分野に適用されるすべてのパッシブサンプラーの同一の設計です。パッシブサンプラーのいくつかのデザインが正常に過去に適用されています。本稿では、信頼性とフィールド測定に動作するように簡単であることが判明した一つの特定の設計を示唆しています。提示されたアプローチは広く、約15金融商品​​取引法に標準アンモニア損失法（微気象の方法）との比較によってテストされていますD試験は、手順^15,16と排出量のダイナミクス¹⁷の公平な表現の定量的な妥当性を確認しました。キャリブレーション研究¹³における微気象の測定値と比較して、較正されたフラックスの決意の係数（R 2が）最近の研究¹⁸で測定された大気中のアンモニア濃度のためにアンモニアセンサを比較することによって得られた係数と非常によく似0.84でした。累積アンモニア損失の相対的な二乗平均平方根誤差はまた、微気象測定値^13を比較^した他の研究で得られた値に非常に近い17％でした。提案した方法は、有機スラリーからのアンモニアの排出量（5つの別々の試験）、0.96（曲線の傾き≈1）および5％の相対二乗平均平方根誤差のR²の微気象測定値と比較した第二の検証で得られました最終的な累積アンモニア排出量^15。この方法は、内の機密であることが判明しました異なる合成N肥料^19を使用して、3年間の実地試験。このアプローチの適用は条件のみ^13,15,16の下で検証されたチャンバー法として、2メートルの高さで≤4メートル/秒の平均風速に制限されています。

測定キャンペーンは、数週間まで、数日間持続し、いくつかのプロットに肥料を適用した後、アンモニアの放出を試験する実験として定義されます。プロット上の各測定キャンペーンは、いくつかの後続のサンプリング間隔（パッシブサンプラー）または測定日（DTM）で構成されています。サンプリング間隔は、サンプリング溶液によって放出されたアンモニアの吸光度の連続期間として定義されます。測定日時は、DTM測定が伝達係数を導出するために使用される異なるプロット上で実行された時点で順次点として定義されます。