田間原位測定農田氨揮發的裝置及方法
2023-06-08 13:04:16
專利名稱：田間原位測定農田氨揮發的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及田間原位測定農田氨揮發的裝置及方法，可在田間原位測定氨排放速率和排放量，幹擾物質少、靈敏度高、操作容易，適合各類農田氨排放監測研究。
背景技術：
氨是一種重要的大氣汙染物，不斷加劇的人類活動已導致越來越多的氨進入大氣中，然後通過沉降返回生物地球圈，與目前受到廣泛關注的水體富營養化、藻類爆發、土壤酸化、生物多樣性減少以及溫室效應等全球問題密切相關，農田是氨的一個重要排放源；而且，氨排放還是農田氮素營養流失的一個重要途徑，因此，研究農田氨排放不僅是緩解環境問題的需要，也是提高農業生產效率的要求。目前，氨揮發的測定方法主要有間接法和直接法兩種，由於間接法的誤差較大，目前已基本不用。直接法的基本原理是利用酸性溶液或者浸有酸液的捕獲器收集空氣中的氨，然後帶回室內分析並計算出排放通量。直接法主要包括密閉室法和微氣象學法，由於微氣象學法儀器設備比較昂貴、測定面積要求太大(超過1公頃)，同時對於環境和氣象條件的穩定性要求很高，因此在我國農田研究中很難應用，因此，密閉室法是常用的測定農田氨揮發的主要方法。密閉室法其原理是利用空氣置換將土壤揮發出來的NH3隨氣流進入吸收瓶中，然後將吸收液帶回室內測定。 目前研究中採用的吸收液是含有混合有指示劑的洲硼酸溶液，然後標準稀硫酸滴定來計算氨揮發量，該法的優點是硼酸屬弱酸，緩衝性較好，而且該法不需要精密儀器，酸鹼滴定即可，然而，該法的靈敏度較低，極易受空氣中酸性或鹼性顆粒的幹擾，導致測定結果與實際揮發量偏差較大，同時，遇田間高溫環境時，爆氣過程還會導致指示劑靈敏度降低，尤其是在氨揮發量較小的情況時基本無能為力，因此，該氨揮發的測定方法急需改進。常用的氨吸收液有硼酸、正磷酸、硫酸和草酸，室內分析吸收液中的氨的方法主要有滴定法和比色法，比色法中的納氏比色法易受醛類、二氧化硫、金屬離子的幹擾，而靛酚藍比色法能直接測定吸收液中的銨，專一性強，幹擾物質少，靈敏度高，可達0.01 mg L-1, 此法已被列為水樣銨氮測定的國標方法，而且，目前分光光度計的使用已相當普遍，因此， 在分析各種吸收液和分析方法的優缺點之後，我們採用了一套新的氨揮發測定方法，即用 0. Olmol廠1的稀硫酸代替m的硼酸作為氨吸收液，然後用靛酚藍比色法測定吸收液中的氨。
發明內容
所解決的技術問題提供一種田間原位測定農田氨揮發的裝置及方法，該裝置佔地面積小，適用於農田小區實驗研究，且檢測靈敏度高。技術方案為實現上述目的，本發明採用的技術方案如下田間原位測定農田氨揮發的裝置，包括通氣管、空氣交換室、洗氣瓶、流量計和真空抽氣控制裝置，所述通氣管與空氣交換室的進口連接，空氣交換室的出口與洗氣瓶進口連接， 洗氣瓶出口與真空抽氣控制裝置通過流量計連接，洗氣瓶內裝有IOOml的0. 01 mol L—1的稀硫酸溶液。所述洗氣瓶為兩組串聯。所述真空抽氣控制裝置包含真空泵、控制閥、流量計以及它們的聯接部件，控制閥用於控制空氣交換室內的換氣速率。所述裝置測定農田氨揮發的方法，將空氣交換室底部嵌入土壤中，通過控制閥保持空氣交換室內空氣交換速率為10-15次/分鐘；抽氣結束後稀硫酸吸收的氨採用靛酚藍比色法測定，以此來計算測定時間段和區域的氨揮發量。有益效果
傳統方法(硼酸吸收-標準稀酸滴定)的特點是靈敏度低、容易受酸鹼物質的幹擾。回收率和變異係數可反映一種方法的準確性和精確性，回收率越高、變異係數越低則說明方法準確可靠，將本發明提出的方法與傳統方法在實驗室進行回收率和變異係數對比。①回收率在高NH4+-N濃度、高pH條件下，NH3揮發量較大，兩種方法的回收率都比低PH(中性)、 低NH4+-N濃度時的高，但傳統方法(硼酸吸收-標準稀酸滴定法)的回收率僅有60%左右，遠不及本發明提出的稀硫酸吸收-靛酚藍比色法的90%左右的回收率；低NH/-N濃度、低pH 條件下，儘管氨揮發量很小，但發明中的方法依然能保持90%的回收率，而硼酸吸收-標準稀酸滴定法的回收率只有15%左右，這說明，在氨揮發量很小的情況下，傳統方法低估了實際的氨揮發量。②變異係數本發明提出的方法測定的氨揮發量的變異係數較小，基本保持在5%以內，而硼酸吸收液的變異係數教大，這可以從圖2中看出，說明發明中的方法更加精確。在田間驗證實驗中，無論是不施肥田塊還是施肥田塊本發明的方法測得的的氨揮發量的重複性均優於傳統方法，當測定地區空氣中酸/鹼性顆粒越多，這些顆粒物對傳統方法測定結果的幹擾性越明顯，本發明的方法的優越性更明顯。如今多數地區空氣中酸性顆粒物較多，這點可以通過酸雨來體現，酸性顆粒物導致採用傳統方法時無法滴定氨揮發量較低田塊的氨揮發量，而由於本發明中的靛酚藍比色法對NH4+離子的專一性，因此不會影響氨揮發量的測定。因此，運用本發明可對不同地區不同施肥模式下的農田氨排放開展廣泛的科學觀測研究。
圖1為田間原位測定農田氨揮發的裝置示意圖，其中1為通氣管、2為空氣交換室、 3為洗氣瓶A、4為洗氣瓶B、5為流量計、6為真空泵；
圖2為傳統的硼酸吸收-標準稀酸滴定法和本發明的稀吸收-靛酚藍比色法的回收率對比。
具體實施例方式以下通過具體實施方案介紹本發明的實現及所帶來的有益效果，但不對本發明保護範圍構成任何限定。
實施例1
田間原位測定農田氨揮發的裝置，包括通氣管1、空氣交換室2、洗氣瓶、流量計5和真空抽氣控制裝置6，所述通氣管與空氣交換室的進口連接，空氣交換室的出口與洗氣瓶進口連接，洗氣瓶出口與真空抽氣控制裝置通過流量計連接，洗氣瓶內裝有0.01 mol L—1的稀硫酸。所述洗氣瓶為兩組串聯。真空抽氣控制裝置包含真空泵、控制閥以及它們的聯接部件， 控制閥用於控制空氣交換室內的換氣速率。測定農田氨揮發的方法，將空氣交換室底部嵌入土壤中，通過控制閥保持空氣交換室內空氣交換速率為10-15次/分鐘；抽氣結束後稀硫酸吸收的氨採用靛酚藍比色法測定，以此來計算測定時間段和區域的氨揮發量。
實施例2
本發明是一種田間原位研究農田氨揮發的系統方法。空氣交換室為直徑20cm (內經19cm)、高15 cm的底部開放的透明有機玻璃圓筒，頂部有兩個通氣口，其中一個直徑為 2. 5cm的通氣口與2. 5m高的通氣管通過螺紋管相連，保證測定的不同田塊間交換空氣氨濃度一致，另一個通氣孔與兩個串聯的裝有IOOml的0. 01 mol L—1稀硫酸溶液的洗氣瓶相連， 洗氣瓶的另一端與流量計及真空泵相連。測定土壤氨揮發時，將有機玻璃圓筒底部嵌入表層土中，上面留有約纊IOcm高的空間，然後開啟真空泵，保證空氣交換室內換氣頻率15 20 次mirT1，記錄抽氣時間，抽氣結束後，將洗氣瓶帶回實驗室，採用靛酚藍比色法測定吸收液中的氨量，計算出單位面積農田的氨揮發速率。
權利要求
1.田間原位測定農田氨揮發的裝置，其特徵在於包括通氣管(1)、空氣交換室(2)、洗氣瓶、流量計(5)和真空抽氣控制裝置(6)，所述通氣管與空氣交換室的進口連接，空氣交換室的出口與洗氣瓶進口連接，洗氣瓶出口與真空抽氣控制裝置通過流量計連接，洗氣瓶內裝有0. 01 mo 1 L—1的稀硫酸。
2.根據權利要求1所述的田間原位測定農田氨揮發的裝置，其特徵在於所述洗氣瓶為兩組串聯。
3.根據權利要求1所述的田間原位測定農田氨揮發的裝置，其特徵在於所述真空抽氣控制裝置包含真空泵、控制閥以及它們的聯接部件，控制閥用於控制空氣交換室內的換氣速率。
4.上述任一權利要求所述裝置測定農田氨揮發的方法，其特徵在於將空氣交換室底部嵌入土壤中，通過控制閥保持空氣交換室內空氣交換速率為10-15次/分鐘；抽氣結束後稀硫酸吸收的氨採用靛酚藍比色法測定，以此來計算測定時間段和區域的氨揮發量。
全文摘要
田間原位測定農田氨揮發的裝置及方法，包括通氣管、空氣交換室、洗氣瓶、流量計和真空抽氣控制裝置，所述通氣管與空氣交換室的進口連接，空氣交換室的出口與洗氣瓶進口連接，洗氣瓶出口與真空抽氣控制裝置通過流量計連接，洗氣瓶內裝有100ml的0.01molL-1的稀硫酸溶液。在田間驗證實驗中，無論是不施肥田塊還是施肥田塊本發明的方法測得的的氨揮發量的重複性均優於傳統方法，當測定地區空氣中酸/鹼性顆粒越多，這些顆粒物對傳統方法測定結果的幹擾性越明顯，本發明的方法的優越性更明顯。
文檔編號G01N21/29GK102207454SQ20111008153
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月1日 優先權日2011年4月1日
發明者周偉, 尹斌, 田玉華 申請人:中國科學院南京土壤研究所