보정 수동 샘플링 - NH의 다중 플롯 필드 측정<sub> 3</sub동적 튜브 방법 및 패시브 샘플러의 조합으로> 배출
Summary
암모니아 배출은 부영양화, 토양의 산성화 및 미세 입자 형성하여 환경에 큰 위협 및 농업 소스에서 주로 줄기. 이 방법은 배출 및 작물 개발 및 배출량 사이의 관계의 통계 분석을 가능하게 복제 된 현장 시험에서 암모니아 손실 측정을 할 수 있습니다.
Abstract
농업 암모니아 (NH 3) 배출 (총 EU 배출량의 90 %)는 EU15 내에서 약 45 % 공기 부영양화, 31 % 토양 산성화 12 % 미세 먼지 형성에 대한 책임이 있습니다. 그러나 NH 3 배출량은 영양소의 상당한 손실을 의미한다. 유기 및 무기 비료 응용 프로그램에서 NH 3 배출에 많은 연구가 최근 수십 년간 수행되었다. 그럼에도 불구하고, 3 배출 응용 프로그램 비료 후 NH 관련 연구는 아직 배출 관계에 대해, 비료의 종류, 사이트 조건 및 작물 성장에 특별히 제한됩니다. 때문에 치료에 작물의 변수 응답, 효과는 통계적 테스트 필드 복제를 포함하는 실험 설계에서 확인 할 수있다. 양적 배출량을 산출 지배 암모니아 손실 방법은 큰 필드 지역, 고가의 장비 또는 복제 된 현장 시험에서 자신의 응용 프로그램을 제한 전류 공급을 필요로한다. 이 홍보otocol은 NH의 측정을위한 새로운 방법을 설명 선택한 플롯에 두 가지 방법을 사용하여 동시 측정하여 정량적 인 방법으로 모든 플롯에 사용되는 간단한 반 정량적 측정 방법을 연결하는 많은 플롯 3 배출. 반 정량적 측정 방법 등의 수동 샘플러가 사용된다. 두 번째 방법은 손실 양적하는 패시브 샘플러 반 정량적 손실 변환 전송 몫을 얻기 위해 동적 챔버 방법 (동적 관법)이다 (kg 질소 HA-1). 이 방법의 기초가되는 원리는 균질 실험 필드에 위치 패시브 샘플러 동일한 환경 조건 하에서 동일한 NH 3 흡착 거동을 가지고있다. 따라서, 이송 공동 효율적인 단일 패시브 샘플러로부터 얻어진 동일한 현장 시험에 사용 된 모든 패시브 샘플러의 값을 조절하는 데 사용된다. 실험 방법은 광범위한 조건 하에서 유효 증명에게 추천맨 손으로 흙이나 작은 캐노피 (<0.3 m)와 조건에서 사용할 수. 키가 큰 식물 실험에서 얻은 결과는 더 신중하게 처리해야한다.
Introduction
암모니아 (NH 3)는 EU 농업 소스로부터 방출 주로 만 대기 미량 가스 (90 %)이다. 농업 또한 주요 소스 (> EU 배출량의 50 %)이지만, 이들은 EU15 인위적 온실 가스 배출량의 합계에 대해 5 % ~에만 기여한다. 반면, 농업 NH 3 배출은 배출 파생 부영양화의 약 45 %, 유럽 연합 15 개국 1 내 산성화 12 % 미세 먼지 형성의 31 %에 대한 책임이 있습니다. 생태계와 인간의 건강에 해로운 효과에 더하여, NH 3에 의한 발광 질소 (N) 손실이 농부에게 경제적 손실이다. 비료 현대 농업 의해 전달 식품 생산의 고속 필수적이다. NH 3 직접 소용 키 무기 질소 화합물을 질산염 외에도 비료 암모늄으로부터 유도 된 바와 같이, 환경 손상 떨어져, NH 3 배출 따라서, 영양소의 상당한 손실을 의미작물의 성장 과정과 수율에 적용되는 공장 수. N 비료의 적용은 유럽 연합 (EU) 농민에 대한 연간 이익 € 20-80000000000에 기여하지만, 결국 그것은 농업에서 대기로 방출 NH 3는 유럽 연합 (EU) 3 ~ 연간 피해 € 500 억 원인 것으로 추정했다. 따라서, NH 3 배출의 감소는 반드시 모두 환경에 미치는 영향을 감소하고, N.인가의 효율을 증가시키는
농업, NH 3는 주로 동물의 집, 분뇨 (슬러리, 혐기성 digestates (AD), 고형 비료) 저장 및 관리뿐만 아니라 분뇨 필드 응용 프로그램에서 방출된다. 성향은 비료 성분, 예를 들면 건조 물질 함량과 비료의 pH에 따라 NH 3 다르다을 방출합니다. 요소 및 암모늄, 인산 등의 합성 질소 비료를 기반으로 어느 정도 암모늄 및 아민 또한 NH 3 배출에 기여한다. 석 질산 암모늄 (수 있지만) 주 N 비료가 많은 유럽 국가에, 세부적인 요소의 사용이 증가하고, 2012 년 중앙 및 서유럽 CAN에 두 번째였다있다 4. 우레아 인해 높은 N 함량의 장점으로 개발 도상국에서 특히 인기가있다, 안전하고 쉬운 교통은 세계에서 가장 중요한 합성 질소 비료 5입니다. 그러나, 요소 가수 분해에 의한 pH와 표면 토양 NH 4 + -concentrations의 증가는 높은 NH 3 배출 될 수 있습니다. 특히 유럽 -6,7- 우레아 비료의 사용을 제한하는 낮은 흡착 용량, 알칼리성 토양 토양 낮은 N 사용 효율을 야기 할 수있다.
유기 및 무기 비료 응용 프로그램과 가축 하우징에서 NH 3 배출에 많은 연구가 6, 8. 그럼에도 불구하고, 조사 3 배출 암모니아 emitt의 적용 후 NH 관련 최근 수십 년 수행 된비료를 보내고하는 것은 여전히 제한된다. 특히이 암모니아 배출, 사용되는 비료의 종류, 사이트 조건 및 작물 성장 간의 관계에 적용됩니다. 이상적인 조건에서 이는 단지 통계 테스트를위한 필드 복제를 포함하는 실험 설계에서 검증 할 수 치료에 작물의 변수 응답에 복제 된 현장 시험을 필요로한다.
암모니아 손실 따라서도 복제 된 다중 플롯 현장 시험 구에서 결정되어야하지만, 지배 암모니아 손실 방법은 양적 배출량을 산출 (즉, kg N / (하 *의 시간)가) 큰 필드 영역 (micrometeorological 방법), 고가의 장비 (바람 터널을 필요로 ) 또는 복제 된 현장 시험에서의 응용 프로그램이 어렵거나 불가능하게 – 필드 전원 공급 장치. 또한, 풍동의 특정 설정을 수득 배출 값 (10)의 정확성에 대해 비판되었다. 따라서,에 대한 강한 요구가 존재N 암모니아 손실 방법은 복제 된 현장 시험에서 암모니아 배출을 결정합니다. 이 방법은 현장 조건, 비료 종류, 도포 법 농작물 개발 통계적 효과 검증에 기초하여 암모니아 배출량을 줄이기 위해 농업 대책을 개선하는 데 사용될 수있다.
새로운 방법론의 기본 개념, 보정 수동 샘플링, 몇 플롯에 두 가지 방법으로 동시에 측정하여 정량적 인 방법으로, 많은 플롯의 측정을위한 간단한 반 정량적 측정 방법을 연결하는 것입니다. 일본어 출판 (11)에서의 설계에 비해 변형 패시브 샘플러 반 정량적 측정 방법으로 사용된다. 동적 튜브 법 (DTM) (12), 보정 동적 챔버에있어서, 정량 손실 패시브 샘플러 반 정량적 손실 (kg N HA -1)로 변환하는 전달 계수를 얻기 위해 사용된다. 때문에 실내의 낮은 공기 교환 율을DTM에서 얻은 시스템 보정되지 않은 배출량은 사실 배출량보다 낮은 크기의 약 순서입니다. 그러나,이 문제는 현장 바람 상태 (13)에 따라 챔버 플럭스를 보정하는 보정 방정식에 의해 극복되었다. 챔버 교정 시험에서 사용 된 것과 동일한 내부 헤드 스페이스 부피 및 디자인 할 때 이러한 보정 방정식에만 적용 할 수있다. 챔버 직접 토양에 삽입 또는 토양 링에 배치 할 수 있습니다. 후자는 토양의 과도한 교란을 방지하고 조밀 한 잔디 swards 또는 압축 된 토양에 챔버의 거의 완벽한 소개를 할 수 있습니다. 또한, 테스트 될 비료의 정확한 양은 토양 내부 링에 적용될 수있다. 그러나, 토양 반지 토양 흙덩이는 또한 챔버와 토양 링 사이에 체결 수반 할 수 있습니다.
그림 1 : 동시 방식 측정NT 패시브 샘플러 및 현장 플롯에서 챔버 방식 (DTM)와 함께. 패시브 샘플러는 0.15 m 토양 / 캐노피 위의 평방 음모의 중심에 위치하고 있습니다. DTM과 측정은 측정 날짜 별 그래프 내에서 적어도 2 곳을 만들어집니다. 수확 전용 영역은 챔버와 패시브 샘플러 측정 조작에 의해 영향을받지 않습니다.
계수 측정은 두 가지 방법으로 플롯 소수에 동시에 수행되는 전송 (도 1)를 도출한다. 동일한 전체 측정 기간에인가되는 측정하고 (1 시간 이내)을 동시에 수행하는 것이 중요하다. 많은 플롯하는 전달 계수의 적용을 용이 원리 패시브 샘플러 이상적, 헤, 건물 등의 (적어도 10 배 바람 필드 교란 장애물에 적절한 거리를두고, 균질 한 실험 필드 (20)에 위치한다는 사실에 기초 obstac의 시간르 높이) (14)는 동일한 환경 조건 하에서 동일한 NH 3 흡착 동작이있다. 따라서, 예를 들어, 줄거리 50 % 낮은 발광 직접 샘플러 용액에 의해 50 % 감소 된 암모니아의 흡수를 번역한다. 따라서, 하나의 플롯 산 트랩 값 스케일링에 사용되는 전달 계수는 동일 현장 시험에 사용 된 모든 산 트랩의 값을 조절하는 데 사용된다. 패시브 샘플러 (11)의 암모니아 흡수 효율에 다양한 환경 조건 (온도, 풍속, 표면 거칠기) 효과에 의한 열전달 계수는 각각, 각 측정 캠페인에서 유래되어야한다.
두 가지 방법의 일반적인 기능이 적용 및 현장 시험에 필요한 디자인은 큰 버퍼와 벨로우즈 펌프 (DTM), 패시브 샘플러와 큰 차 실험 플롯에 의해 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE) 튜브와 연결하고 통풍이 토양에 배치 된 4 개의 동적 챔버를 포함 redu을위한 공간실제 플롯 발광 측정에 플롯 사이 NH 3 드리프트의 영향을 향하도록.
패시브 샘플러 묽은 황산 (0.05 MH 2 SO 4)로 충전되고, 플롯의 중심에 배치된다. 패시브 샘플러의 용액을 연속적으로 암모니아를 흡수하고, 배기 가스의 예상 세기에 따라 정기적으로 대체된다. 동시에, NH 3 플럭스는 두 가지 치료 플롯의 DTM과 시간의 특정 지점에서 제어 플롯으로 측정된다. 터널을 바람 대조적으로, 보정 수동 샘플링 결합 두 가지 방법은 매우 강력 6,8를 암모니아 배출 손실에 영향을 미칠 수있는 토양 수분, 토양 온도와 강수량에 매우 제한적인 효과가있다. 패시브 샘플러는 해당 변수에 영향없이, 토양 및 캐노피 표면 위의 0.15 m를 장착하는 동안, DTM 챔버와 측정 마지막에만 최소로 잠재적 인 챔버 효과를 감소시키는 약 5 분. </p>
샘플링 용액에 NH 4 + 농도에 대한 정확한 결과 암모늄 성 전극을 측정함으로써 얻을 수있다. 연속 흐름 자동 분석기와 측정 수정을 필요로 사용되는 샘플링 용액과 화학 물질의 산성 pH에 의해 방해함으로써 수 있습니다 이러한 기기에 적용 산도 민감한 색상 반응 등의 문제가 될 수 있습니다. DTM의 챔버 시스템을 통과 한 공기 중 NH 3 농도는 순간적으로 표시 관에 의해 측정된다. 측정 된 NH 3 농도는 각각의 측정 후 데이터 시트에 기록되어있다.
DTM 들어, NH 3 플럭스 (mg의 N / (㎡ 크기의 * 인 H))을 측정 NH 3 농도 4 챔버 시스템으로 공기 유량 및 챔버 (식. 1, 문단 2.5.1)에 의해 커버되는 영역으로부터 계산된다. (실제 배출량을 과소 평가) 결과 않은 교정 플럭스는 양적 손실 조정됩니다보정 방정식 (식. 2, 3, 2.5.1 절 참조). DTM의 스케일 누적 NH 3 손실 (kg N / 하)는, 두 개의 연속적인 측정 날짜 사이의 플럭스를 평균 각 구간의 지속 시간이 평균 광속을 곱 및 추가-까지의 모든 손실을 측정 모든 측정 구간에서에 의해 계산된다 운동. 패시브 샘플러에서 누적 질적 NH 3 손실 (ppm의 합) 실험 캠페인 내의 음모에 수집 된 NH 4 + -concentrations 값 (ppm)까지 추가하여 계산됩니다. 동일 부피 측정 온도하에 PPM 값은 직접 암모니아 캡쳐 량으로 변환하기 때문에 가능하다. 양적 손실로 전달 계수를이 질적 손실을 확장하기 위해 (kg N이 / (하 * PPM)가)에 DTM의 누적 최종 손실과 관련하여 산출 (kg N 하 -1) 샘플러의 농도의 합으로 측정 같은 플롯. 이 전달 계수는 t를 사용O를 전송 계수의 누적 농도를 곱하여 정량적 플럭스에 수동 샘플링 (예 : kg N / 헥타르)에서 반 정량 배출을 변환합니다.
증발을 통해 콜렉터로부터 물의 손실 흡수 능력에 영향을주지 않지만, 데이터 분석 나중에 수정 될 수있다. 때문에 강한 바람 동안 용액을 흘리 심지어 독일 북부의 해안 습지에서 관찰되지 않았습니다. 이 방법의 성공적인 응용 프로그램에 대한 결정은 플롯에서 동일한 위치 및 배치의 높이를 포함하여 필드에 적용된 모든 패시브 샘플러의 동일한 디자인입니다. 패시브 샘플러 몇몇 설계는 이전에는 성공적으로 적용되었다. 이 논문은 현장 측정에서 동작 안정적이고 쉽게 입증했다 하나의 특정 디자인을 제안한다. 제시된 방법은 광범위 약 15 느낌에 표준 암모니아 손실 방법 (micrometeorological 방법)에 비교하여 테스트되었습니다절차 (15, 16)의 양적 유효성 및 배출 역학 (17)의 공정한 표현을 확인 D 시험. 교정 연구 (13)에서 측정 micrometeorological 비교 보정 광속의 측정 (R²) 계수는 최근 연구 (18)에서 측정 된 대기의 암모니아 농도에 대한 암모니아 센서를 비교하여 얻어진 계수 매우 유사 0.84이었다. 누적 암모니아 손실 상대 평균 제곱근 오차도 측정 micrometeorological 13 비교 다른 연구에서 얻어진 값에 매우 가까운 17 %였다. 제안 된 방법은 유기 슬러리 암모니아 배출량 (5 별도 시험), 0.96 (곡선의 기울기 ≈ 1) 5 %의 상대 평균 제곱근 오차의 R²의 micrometeorological 측정 비교 한 두번째 검증 얻었다 최종 누적 암모니아 배출 15. 이 방법은 민감한 증명했다다른 합성 N 비료 (19)를 사용하여 3 년 현장 시험. 이 방법의 응용 프로그램은 이러한 조건 13,15,16에서 검증 된 챔버 방법으로 2m 높이에서 ≤4 m / sec의 평균 풍속으로 제한됩니다.
측정 캠페인 주까지 수일 동안 지속되는 여러 플롯에 비료를 도포 한 후, 암모니아 배출량을 시험하는 실험으로서 정의된다. 플롯의 각 측정 캠페인은 여러 후속 샘플링 간격 (패시브 샘플러) 또는 측정 날짜 (DTM)로 구성되어 있습니다. 샘플링 간격은 샘플링 용액에 의해 방출되는 암모니아의 흡광도 순차 기간으로 정의된다. 측정 기간은 DTM 측정은 전달 계수를 도출하기 위해 사용 다른 플롯을 완료하는 시간에 연속 점으로서 정의된다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 제안 된 방법은 복제 된 현장 시험 상이한 비료 치료 암모니아 배출량을 비교하고 N 비료의 관리를 향상시키기 위해 이러한 측정으로부터 얻어진 유의 한 정보를 사용하여 사용될 수 있음을 도시 하였다. 이 방법에 의해 얻어진 배기 가스의 양은 micrometeorological 측정 13,15,16과 비교하여 이전 연구에서 검증되었습니다. 본 논문에서는 이러한 접근 방식의 양적 유효성은 간접적으로 ?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 개발 및이 방법의 발전에 자신의 노력에 대한 박사 마르코 Roelcke 박사 더크 Niekisch 박사 로버트 Quakernack 박사 강 니켈에 감사합니다. 또한 현장 기술자 도리스 Ziermann 및 6월 양에 감사드립니다. 기본 조사는 독일 연구 협회, 연방 국가 슐레스비히 홀슈타인, 유럽 연합 (EU)과 SKW Piesteritz 공사의 EFRE 보조금에 의해 지원되었다. 인용 된 간행물에 상세히 나타낸 바와 같이.
Materials
| 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 (scintilation 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 |
Referenzen
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