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(guò)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(qiáng)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(zhǔn)確測(cè)量一直是學(xué)界的一大挑戰(zhàn)，目前國(guó)際上主流的測(cè)量?jī)x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(zhǔn)度測(cè)量。與此同時(shí)，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(cè)只能在少數(shù)電力條件允許的環(huán)境下開(kāi)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(tuán)隊(duì)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(kāi)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(jí)聯(lián)激光（DFB-QCL）的光源，其開(kāi)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(cè)量誤差，光機(jī)電軟各個(gè)部分高度集成，可完全由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，適合野外條件使用。研究團(tuán)隊(duì)基于實(shí)驗(yàn)室和野外觀測(cè)試驗(yàn)，對(duì)這款儀器的穩(wěn)定性、測(cè)量精度、準(zhǔn)確度等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并以它為核心部件，集成開(kāi)發(fā)了一套基于大氣湍流方法（渦動(dòng)相關(guān)法）的氨通量觀測(cè)系統(tǒng)（圖2），這是目前測(cè)量地氣氨交換通量的理想方法。
野外測(cè)試結(jié)果顯示，這款開(kāi)路氨分析儀可在-15至40度的環(huán)境溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，10 Hz采樣頻率的測(cè)量精度（1σ）達(dá)0.302 nmol mol-1（即ppbv），半小時(shí)氨通量檢測(cè)限為7.1 ± 1.1 μg N m-2 h-1。憑借這一靈敏度，該通量觀測(cè)系統(tǒng)能準(zhǔn)確有效地測(cè)量農(nóng)田、養(yǎng)殖場(chǎng)等強(qiáng)排放源的氨排放通量，也可有效測(cè)量大多數(shù)區(qū)域的大氣氨沉降速率。這款國(guó)產(chǎn)儀器的問(wèn)世，為大氣氨濃度和地表與大氣間的氨交換通量測(cè)量提供了一種先進(jìn)工具，也將助力國(guó)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1 HT8700型開(kāi)路氨分析儀及其結(jié)構(gòu)圖
圖2 大氣氨通量渦動(dòng)相關(guān)法觀測(cè)系統(tǒng)
圖3 亞熱帶稻田施肥期間觀測(cè)的大氣氨濃度和地面氨排放通量
上述研究工作由國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目（41975169）和中國(guó)科學(xué)院從0到1原始創(chuàng)新項(xiàng)目（DBS-LY-DQC007）資助，相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Agricultural and Forest Meteorology?！?/span>
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.
原文轉(zhuǎn)自中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所：http://www.iap.cas.cn/gb/xwdt/kyjz/202108/t20210811_6155807.html
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