【激光氨氣分析】AE: 華北農區秋冬季地氣氨交換規律

題注：米兰app下载苹果手机安装和中科院大氣物理研究所和深入合作，研發了一款便攜式、高精度、快響應的HT8700開路多通池激光氨米兰app下载苹果手机版官网，並以HT8700為(wei) 核心部件，集成開發了一套基於(yu) 大氣湍流方法（渦動相關(guan) 法）的氨通量觀測係統，這是目前測量地氣氨交換通量的理想方法。

本文介紹了一個(ge) 最新發表在Atmospheric Environment的研究工作。該項目采用了HT8700和渦動相關(guan) 技術，在華北農(nong) 區開展秋冬季地氣氨交換通量高頻觀測，成功獲取了典型玉麥輪作農(nong) 田在冬小麥播種施肥期間的氨揮發通量數據。

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華北是我國氨的熱點區域，大氣中的氨含量高，空間覆蓋範圍廣，這與(yu) 區域內(nei) 高強度的農(nong) 業(ye) 活動密切相關(guan) ，如農(nong) 業(ye) 施肥、畜牧養(yang) 殖等。高濃度的大氣氨和由此引發的過量活性氮沉降，會(hui) 導致重霾汙染天氣，也深刻改變了氮素的生物地球化學循環。對農(nong) 業(ye) 生產(chan) 而言，施肥導致的氮揮發還是農(nong) 田氮養(yang) 分損失的重要途徑。

相對於(yu) 氨的重要性，對其排放和沉降的觀測研究工作卻相對滯後，這主要受製於(yu) 氨在線檢測儀(yi) 器及觀測方法上的局限。例如，目前國內(nei) 外對於(yu) 氨幹沉降通量的觀測，大都采用基於(yu) 低頻（數日至數月）濃度采樣的沉降速率經驗係數法，其結果的準確度亟待檢驗。加之氨氣在大氣中相態轉化多變，高頻且準確的濃度和通量信息，是對大氣氨實施有效調控的必要基礎。

鑒於(yu) 此，中國科學院大氣物理研究所聯合中國農(nong) 業(ye) 大學、中國科學院亞(ya) 熱帶農(nong) 業(ye) 生態研究所等單位，采用自主研製的開路激光氨米兰app下载苹果手机版官网（Wang et al.，2021）和基於(yu) 大氣湍流理論的渦動相關(guan) 技術，在華北農(nong) 區開展秋冬季地氣氨交換通量高頻觀測，研究站點位於(yu) 河北省曲周縣，該地區的氨排放和沉降問題尤為(wei) 突出。

研究團隊成功獲取了典型玉麥輪作農(nong) 田在冬小麥播種施肥期間的氨揮發通量數據，並估算出由此損失的氮占氮肥施用量的0.57-0.71%，該結果遠遠低於(yu) 同類觀測研究的估算結果，這在很大程度上歸因於(yu) 優(you) 化後的施肥管理措施，為(wei) 評估農(nong) 業(ye) 氨減排途徑的有效性提供了觀測證據。得益於(yu) 觀測設備在測量精度和頻率上的優(you) 良性能，研究團隊還獲得農(nong) 區高時間分辨率（半小時）的氨幹沉降通量數據集，監測到平均沉降速率為(wei) 14 g N ha-1 d-1，並發現迥然不同於(yu) 自然生態係統的幹沉降日變化規律。未來，利用該自主儀(yi) 器及方法開展長期定位觀測，可為(wei) 氨幹沉降通量的聯網觀測研究提供有效的驗證數據，有助於(yu) 提升對氨沉降時空變化規律的認識。

圖1 基於(yu) 自主研製儀(yi) 器的氨湍流通量觀測係統 

圖2 華北典型農(nong) 區秋冬季氨濃度和氨通量半小時平均觀測值（子圖b和c中的通量值與(yu) 子圖a相同，縱軸坐標數值範圍不同）

圖3 華北典型農(nong) 區秋冬季氨濃度和氨幹沉降通量日變化趨勢

上述研究成果近期發表於(yu) Atmospheric Environment，論文第一作者為(wei) 大氣物理研究所王凱博士和中國農(nong) 業(ye) 大學王敬霞研究生，通訊作者為(wei) 中國農(nong) 業(ye) 大學劉學軍(jun) 教授。研究得到國家大氣重汙染成因與(yu) 治理攻關(guan) 項目（DQGG0208）、國家重點研發計劃項目（2018YFC0213301、2017YFD0200101）、國家自然科學基金（41975169、42175137）等項目的資助。

相關(guan) 文獻：

1. Wang K., Wang J., Qu Z., Xu W., Wang K., Zhang H., Shen J., Kang P., Zhen X., Wang Y., Zheng X., Liu X., 2022. A significant diurnal pattern of ammonia dry deposition to a cropland is detected by an open-path quantum cascade laser-based eddy covariance instrument. Atmospheric Environment 278, 119070

2. Wang K., Kang P., Lu Y., Zheng X., Liu M., Lin T., Butterbach-Bahl K., Wang Y., 2021. An open-path ammonia analyzer for eddy covariance flux measurement. Agricultural and Forest Meteorology 308–309: 108570.