專(zhuān)利名稱(chēng)：田間原位測(cè)定農(nóng)田氨揮發(fā)的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及田間原位測(cè)定農(nóng)田氨揮發(fā)的裝置及方法，可在田間原位測(cè)定氨排放速率和排放量，干擾物質(zhì)少、靈敏度高、操作容易，適合各類(lèi)農(nóng)田氨排放監(jiān)測(cè)研究。
背景技術(shù)：
氨是一種重要的大氣污染物，不斷加劇的人類(lèi)活動(dòng)已導(dǎo)致越來(lái)越多的氨進(jìn)入大氣中，然后通過(guò)沉降返回生物地球圈，與目前受到廣泛關(guān)注的水體富營(yíng)養(yǎng)化、藻類(lèi)爆發(fā)、土壤酸化、生物多樣性減少以及溫室效應(yīng)等全球問(wèn)題密切相關(guān)，農(nóng)田是氨的一個(gè)重要排放源；而且，氨排放還是農(nóng)田氮素營(yíng)養(yǎng)流失的一個(gè)重要途徑，因此，研究農(nóng)田氨排放不僅是緩解環(huán)境問(wèn)題的需要，也是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的要求。目前，氨揮發(fā)的測(cè)定方法主要有間接法和直接法兩種，由于間接法的誤差較大，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，然后帶回室內(nèi)分析并計(jì)算出排放通量。直接法主要包括密閉室法和微氣象學(xué)法，由于微氣象學(xué)法儀器設(shè)備比較昂貴、測(cè)定面積要求太大(超過(guò)1公頃)，同時(shí)對(duì)于環(huán)境和氣象條件的穩(wěn)定性要求很高，因此在我國(guó)農(nóng)田研究中很難應(yīng)用，因此，密閉室法是常用的測(cè)定農(nóng)田氨揮發(fā)的主要方法。密閉室法其原理是利用空氣置換將土壤揮發(fā)出來(lái)的NH3隨氣流進(jìn)入吸收瓶中，然后將吸收液帶回室內(nèi)測(cè)定。 目前研究中采用的吸收液是含有混合有指示劑的洲硼酸溶液，然后標(biāo)準(zhǔn)稀硫酸滴定來(lái)計(jì)算氨揮發(fā)量，該法的優(yōu)點(diǎn)是硼酸屬弱酸，緩沖性較好，而且該法不需要精密儀器，酸堿滴定即可，然而，該法的靈敏度較低，極易受空氣中酸性或堿性顆粒的干擾，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果與實(shí)際揮發(fā)量偏差較大，同時(shí)，遇田間高溫環(huán)境時(shí)，爆氣過(guò)程還會(huì)導(dǎo)致指示劑靈敏度降低，尤其是在氨揮發(fā)量較小的情況時(shí)基本無(wú)能為力，因此，該氨揮發(fā)的測(cè)定方法急需改進(jìn)。常用的氨吸收液有硼酸、正磷酸、硫酸和草酸，室內(nèi)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(lèi)、二氧化硫、金屬離子的干擾，而靛酚藍(lán)比色法能直接測(cè)定吸收液中的銨，專(zhuān)一性強(qiáng)，干擾物質(zhì)少，靈敏度高，可達(dá)0.01 mg L-1, 此法已被列為水樣銨氮測(cè)定的國(guó)標(biāo)方法，而且，目前分光光度計(jì)的使用已相當(dāng)普遍，因此， 在分析各種吸收液和分析方法的優(yōu)缺點(diǎn)之后，我們采用了一套新的氨揮發(fā)測(cè)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，然后用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定吸收液中的氨。

發(fā)明內(nèi)容
所解決的技術(shù)問(wèn)題提供一種田間原位測(cè)定農(nóng)田氨揮發(fā)的裝置及方法，該裝置占地面積小，適用于農(nóng)田小區(qū)實(shí)驗(yàn)研究，且檢測(cè)靈敏度高。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下田間原位測(cè)定農(nóng)田氨揮發(fā)的裝置，包括通氣管、空氣交換室、洗氣瓶、流量計(jì)和真空抽氣控制裝置，所述通氣管與空氣交換室的進(jìn)口連接，空氣交換室的出口與洗氣瓶進(jìn)口連接， 洗氣瓶出口與真空抽氣控制裝置通過(guò)流量計(jì)連接，洗氣瓶?jī)?nèi)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(lián)。所述真空抽氣控制裝置包含真空泵、控制閥、流量計(jì)以及它們的聯(lián)接部件，控制閥用于控制空氣交換室內(nèi)的換氣速率。所述裝置測(cè)定農(nóng)田氨揮發(fā)的方法，將空氣交換室底部嵌入土壤中，通過(guò)控制閥保持空氣交換室內(nèi)空氣交換速率為10-15次/分鐘；抽氣結(jié)束后稀硫酸吸收的氨采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，以此來(lái)計(jì)算測(cè)定時(shí)間段和區(qū)域的氨揮發(fā)量。有益效果
傳統(tǒng)方法(硼酸吸收-標(biāo)準(zhǔn)稀酸滴定)的特點(diǎn)是靈敏度低、容易受酸堿物質(zhì)的干擾?；厥章屎妥儺愊禂?shù)可反映一種方法的準(zhǔn)確性和精確性，回收率越高、變異系數(shù)越低則說(shuō)明方法準(zhǔn)確可靠，將本發(fā)明提出的方法與傳統(tǒng)方法在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行回收率和變異系數(shù)對(duì)比。①回收率在高NH4+-N濃度、高pH條件下，NH3揮發(fā)量較大，兩種方法的回收率都比低PH(中性)、 低NH4+-N濃度時(shí)的高，但傳統(tǒng)方法(硼酸吸收-標(biāo)準(zhǔn)稀酸滴定法)的回收率僅有60%左右，遠(yuǎn)不及本發(fā)明提出的稀硫酸吸收-靛酚藍(lán)比色法的90%左右的回收率；低NH/-N濃度、低pH 條件下，盡管氨揮發(fā)量很小，但發(fā)明中的方法依然能保持90%的回收率，而硼酸吸收-標(biāo)準(zhǔn)稀酸滴定法的回收率只有15%左右，這說(shuō)明，在氨揮發(fā)量很小的情況下，傳統(tǒng)方法低估了實(shí)際的氨揮發(fā)量。②變異系數(shù)本發(fā)明提出的方法測(cè)定的氨揮發(fā)量的變異系數(shù)較小，基本保持在5%以?xún)?nèi)，而硼酸吸收液的變異系數(shù)教大，這可以從圖2中看出，說(shuō)明發(fā)明中的方法更加精確。在田間驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，無(wú)論是不施肥田塊還是施肥田塊本發(fā)明的方法測(cè)得的的氨揮發(fā)量的重復(fù)性均優(yōu)于傳統(tǒng)方法，當(dāng)測(cè)定地區(qū)空氣中酸/堿性顆粒越多，這些顆粒物對(duì)傳統(tǒng)方法測(cè)定結(jié)果的干擾性越明顯，本發(fā)明的方法的優(yōu)越性更明顯。如今多數(shù)地區(qū)空氣中酸性顆粒物較多，這點(diǎn)可以通過(guò)酸雨來(lái)體現(xiàn)，酸性顆粒物導(dǎo)致采用傳統(tǒng)方法時(shí)無(wú)法滴定氨揮發(fā)量較低田塊的氨揮發(fā)量，而由于本發(fā)明中的靛酚藍(lán)比色法對(duì)NH4+離子的專(zhuān)一性，因此不會(huì)影響氨揮發(fā)量的測(cè)定。因此，運(yùn)用本發(fā)明可對(duì)不同地區(qū)不同施肥模式下的農(nóng)田氨排放開(kāi)展廣泛的科學(xué)觀測(cè)研究。


圖1為田間原位測(cè)定農(nóng)田氨揮發(fā)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(jì)、6為真空泵；
圖2為傳統(tǒng)的硼酸吸收-標(biāo)準(zhǔn)稀酸滴定法和本發(fā)明的稀吸收-靛酚藍(lán)比色法的回收率對(duì)比。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)具體實(shí)施方案介紹本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)及所帶來(lái)的有益效果，但不對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍構(gòu)成任何限定。
實(shí)施例1
田間原位測(cè)定農(nóng)田氨揮發(fā)的裝置，包括通氣管1、空氣交換室2、洗氣瓶、流量計(jì)5和真空抽氣控制裝置6，所述通氣管與空氣交換室的進(jìn)口連接，空氣交換室的出口與洗氣瓶進(jìn)口連接，洗氣瓶出口與真空抽氣控制裝置通過(guò)流量計(jì)連接，洗氣瓶?jī)?nèi)裝有0.01 mol L—1的稀硫酸。所述洗氣瓶為兩組串聯(lián)。真空抽氣控制裝置包含真空泵、控制閥以及它們的聯(lián)接部件， 控制閥用于控制空氣交換室內(nèi)的換氣速率。測(cè)定農(nóng)田氨揮發(fā)的方法，將空氣交換室底部嵌入土壤中，通過(guò)控制閥保持空氣交換室內(nèi)空氣交換速率為10-15次/分鐘；抽氣結(jié)束后稀硫酸吸收的氨采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，以此來(lái)計(jì)算測(cè)定時(shí)間段和區(qū)域的氨揮發(fā)量。
實(shí)施例2
本發(fā)明是一種田間原位研究農(nóng)田氨揮發(fā)的系統(tǒng)方法?？諝饨粨Q室為直徑20cm (內(nèi)經(jīng)19cm)、高15 cm的底部開(kāi)放的透明有機(jī)玻璃圓筒，頂部有兩個(gè)通氣口，其中一個(gè)直徑為 2. 5cm的通氣口與2. 5m高的通氣管通過(guò)螺紋管相連，保證測(cè)定的不同田塊間交換空氣氨濃度一致，另一個(gè)通氣孔與兩個(gè)串聯(lián)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(jì)及真空泵相連。測(cè)定土壤氨揮發(fā)時(shí)，將有機(jī)玻璃圓筒底部嵌入表層土中，上面留有約纊IOcm高的空間，然后開(kāi)啟真空泵，保證空氣交換室內(nèi)換氣頻率15 20 次mirT1，記錄抽氣時(shí)間，抽氣結(jié)束后，將洗氣瓶帶回實(shí)驗(yàn)室，采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定吸收液中的氨量，計(jì)算出單位面積農(nóng)田的氨揮發(fā)速率。
權(quán)利要求
1.田間原位測(cè)定農(nóng)田氨揮發(fā)的裝置，其特征在于包括通氣管(1)、空氣交換室(2)、洗氣瓶、流量計(jì)(5)和真空抽氣控制裝置(6)，所述通氣管與空氣交換室的進(jìn)口連接，空氣交換室的出口與洗氣瓶進(jìn)口連接，洗氣瓶出口與真空抽氣控制裝置通過(guò)流量計(jì)連接，洗氣瓶?jī)?nèi)裝有0. 01 mo 1 L—1的稀硫酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的田間原位測(cè)定農(nóng)田氨揮發(fā)的裝置，其特征在于所述洗氣瓶為兩組串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的田間原位測(cè)定農(nóng)田氨揮發(fā)的裝置，其特征在于所述真空抽氣控制裝置包含真空泵、控制閥以及它們的聯(lián)接部件，控制閥用于控制空氣交換室內(nèi)的換氣速率。
4.上述任一權(quán)利要求所述裝置測(cè)定農(nóng)田氨揮發(fā)的方法，其特征在于將空氣交換室底部嵌入土壤中，通過(guò)控制閥保持空氣交換室內(nèi)空氣交換速率為10-15次/分鐘；抽氣結(jié)束后稀硫酸吸收的氨采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，以此來(lái)計(jì)算測(cè)定時(shí)間段和區(qū)域的氨揮發(fā)量。
全文摘要
田間原位測(cè)定農(nóng)田氨揮發(fā)的裝置及方法，包括通氣管、空氣交換室、洗氣瓶、流量計(jì)和真空抽氣控制裝置，所述通氣管與空氣交換室的進(jìn)口連接，空氣交換室的出口與洗氣瓶進(jìn)口連接，洗氣瓶出口與真空抽氣控制裝置通過(guò)流量計(jì)連接，洗氣瓶?jī)?nèi)裝有100ml的0.01molL-1的稀硫酸溶液。在田間驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，無(wú)論是不施肥田塊還是施肥田塊本發(fā)明的方法測(cè)得的的氨揮發(fā)量的重復(fù)性均優(yōu)于傳統(tǒng)方法，當(dāng)測(cè)定地區(qū)空氣中酸/堿性顆粒越多，這些顆粒物對(duì)傳統(tǒng)方法測(cè)定結(jié)果的干擾性越明顯，本發(fā)明的方法的優(yōu)越性更明顯。
文檔編號(hào)G01N21/29GK102207454SQ20111008153
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者周偉, 尹斌, 田玉華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所