本發(fā)明涉及一種測定農(nóng)田氨揮發(fā)的靜態(tài)箱式法，具體涉及一種降低靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)空間變異與環(huán)境擾動誤差的方法。

二、

背景技術(shù)：
：

農(nóng)田氨揮發(fā)測定方法主要分為微氣象法和箱式法兩種。微氣象法在農(nóng)田上方空氣中直接采樣，不改變自然環(huán)境，因此不干涉氨揮發(fā)過程，測定結(jié)果真實準確，要求較大的監(jiān)測面積，代表性好，是定量監(jiān)測農(nóng)田氨揮發(fā)的優(yōu)選方法；但微氣象法一般需要較大且地勢平坦的試驗區(qū)，而且需要復雜、昂貴的測定儀器，限制了微氣象法的應用。箱式法原理簡單，測定裝置容易制作，成本低廉，方便應用，移動性好，在田間可多點同時測定，是測定農(nóng)田氨揮發(fā)最常用的方法。其中靜態(tài)箱式法是應用最廣泛的箱式法，但靜態(tài)箱式法存在明顯的缺點是：測定面積很小、代表性差，農(nóng)田施肥不均導致的農(nóng)田氨揮發(fā)空間變異大是靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)誤差的重要來源。此外，靜態(tài)箱式法采樣裝置改變了自然環(huán)境，裝置內(nèi)氨濃度梯度、氣壓梯度、湍流脈動和氣體流動與自然條件下完全不同，采樣箱擾動自然環(huán)境是靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)誤差的另一個重要來源。尤其是整個監(jiān)測期間采樣箱位于同一位置時，長期密閉環(huán)境造成了更大的環(huán)境擾動誤差。實際應用中，有學者提出在階段采樣結(jié)束更換采樣器時，變更采樣位置，以降低采樣箱長期密閉導致的環(huán)境擾動誤差；但該方法疊加了施肥不均導致的氨揮發(fā)空間變異誤差，造成了更大的誤差，顧此失彼，并不是一個有效的方法。

三、

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)存在的不足之處，本發(fā)明提供一種降低靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)空間變異與環(huán)境擾動誤差的方法。本發(fā)明是一種簡單實用的降低誤差的方法。

為了解決上述問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種降低靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)空間變異與環(huán)境擾動誤差的方法，所述方法包括以下步驟：

a、將與采樣次數(shù)等量的采樣箱底座垂直打入土壤，采樣箱底座均勻分布于監(jiān)測區(qū)內(nèi)；

b、參照監(jiān)測區(qū)施肥量與施肥措施，采樣箱裝置內(nèi)采用相同的施肥措施，均勻施入單位面積等量化肥；

c、采樣箱內(nèi)施肥后用平板蓋住采樣箱底座，同時立即在監(jiān)測區(qū)內(nèi)施肥，監(jiān)測區(qū)內(nèi)施肥后立即將平板移開；

d、施肥后立即隨機選擇一個采樣箱底座安置采樣箱，采用靜態(tài)箱式法采樣測定農(nóng)田氨揮發(fā)；

e、階段采樣結(jié)束后，立即將采樣箱安置在監(jiān)測區(qū)內(nèi)下一個采樣箱底座上，采樣測定下一時段農(nóng)田氨揮發(fā)，每階段采樣結(jié)束后依次將采樣箱安置在下一個采樣箱底座上進行采樣，直至采樣結(jié)束。

根據(jù)上述的降低靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)空間變異與環(huán)境擾動誤差的方法，步驟a中所述采樣箱底座的高度為28cm。

根據(jù)上述的降低靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)空間變異與環(huán)境擾動誤差的方法，步驟a中，當監(jiān)測區(qū)施肥后需要灌水，則將高28cm的采樣箱底座垂直打入地面以下20cm深處，地上部留8cm(以防止底座內(nèi)灌水時水溢出，同時防止監(jiān)測區(qū)灌水時水流入底座內(nèi)造成污染)；監(jiān)測區(qū)與采樣箱底座內(nèi)施肥灌水后，底座打入地面以下25cm處，地上留3cm；

當監(jiān)測區(qū)施肥后不需要灌水，則將采樣箱底座垂直打入地面以下25cm深處，地上部留3cm(采樣箱底座垂直打入地面以下25cm深處是為了防止耕層土壤氮素隨水分側(cè)滲而污染底座內(nèi)土壤)。

根據(jù)上述的降低靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)空間變異與環(huán)境擾動誤差的方法，步驟b中采樣裝置底座內(nèi)土壤單獨施肥，施肥措施與監(jiān)測區(qū)相同，施肥量等于底座內(nèi)土壤面積乘以監(jiān)測區(qū)單位施肥量(可有效降低施肥不均導致的空間變異性誤差)。

根據(jù)上述的降低靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)空間變異與環(huán)境擾動誤差的方法，步驟c的具體操作過程為：采樣箱底座內(nèi)土壤施肥后，立即用直徑略大于采樣箱底座直徑的塑料平板蓋住底座(以避免監(jiān)測區(qū)施肥時污染底座內(nèi)土壤)；同時立即在監(jiān)測區(qū)內(nèi)施肥，監(jiān)測區(qū)施肥后立即將采樣箱底座上的塑料平板移開(以確保不在監(jiān)測時段內(nèi)時，采樣箱底座內(nèi)土壤處于自然環(huán)境下，避免采樣箱擾動環(huán)境造成的測定誤差)。

根據(jù)上述的降低靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)空間變異與環(huán)境擾動誤差的方法，步驟d的具體操作過程為：施肥后從監(jiān)測區(qū)內(nèi)所有底座中隨機選擇一個，將采樣箱底部插入采樣箱底座槽口上(采樣箱底座槽口寬度與采樣箱底部壁厚相匹配，以避免漏氣)；然后利用靜態(tài)箱式法采樣測定農(nóng)田氨揮發(fā)。

根據(jù)上述的降低靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)空間變異與環(huán)境擾動誤差的方法，步驟e的具體操作過程為：階段采樣結(jié)束后，立即將采樣箱內(nèi)采集氨氣樣品帶回實驗室分析測定，本階段采樣點即該采樣箱底座廢棄；然后從剩余底座中隨機選擇一個，立即安置采樣箱，采樣測定下一時段農(nóng)田氨揮發(fā)；依此類推，每階段采樣結(jié)束即棄置底座，同時將采樣箱安置在下一個隨機選擇的采樣箱底座上采樣，直至采樣結(jié)束。

本發(fā)明的積極有益效果：

1、本發(fā)明采用的靜態(tài)箱式法采樣裝置不同于現(xiàn)有技術(shù)中測定農(nóng)田氨揮發(fā)的靜態(tài)箱式法采樣裝置，本發(fā)明采用的采樣裝置由底座和采樣箱組成，同時底座地上部分留3cm，可防止底座內(nèi)土壤不在監(jiān)測時段內(nèi)時，采樣箱側(cè)壁過高產(chǎn)生采樣箱內(nèi)微環(huán)境而導致環(huán)境擾動誤差；并且本發(fā)明技術(shù)方案中每個監(jiān)測區(qū)內(nèi)采樣箱底座數(shù)量等于整個采樣周期內(nèi)采樣次數(shù)，階段采樣結(jié)束后，立即將采樣箱安置在監(jiān)測區(qū)內(nèi)下一個底座上，采樣測定下一時段農(nóng)田氨揮發(fā)，每階段采樣結(jié)束后依次將采樣箱安置在下一個底座上采樣，同時廢棄前一個底座，直至采樣結(jié)束，由此可避免現(xiàn)有靜態(tài)箱式法采樣箱長期密閉導致的環(huán)境擾動誤差。

2、本發(fā)明技術(shù)方案中采樣箱裝置內(nèi)單獨施肥，并與監(jiān)測區(qū)的施肥量和施肥措施相同，從而大幅度降低了因施肥不均導致的靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)的空間變異性誤差。

3、本發(fā)明技術(shù)方案中采樣箱底座插入地面以下25cm處，可避免現(xiàn)有技術(shù)采樣箱底部僅插入地面以下5cm深處，而導致的耕層土壤氮素隨水分側(cè)滲污染采樣箱內(nèi)土壤。

4、本發(fā)明技術(shù)方案采用的原理簡單，成本低廉，簡便易行，適用于任何采樣方式的靜態(tài)箱式法。

四、附圖說明：

圖1本發(fā)明農(nóng)田應用示意圖；

圖1中：1為農(nóng)田土壤，2為靜態(tài)箱式法裝置底座，3為靜態(tài)箱式法裝置底座槽口，4為靜態(tài)箱式法裝置采樣箱。

圖2采樣箱內(nèi)單獨施肥與大區(qū)施肥靜態(tài)箱式法測定結(jié)果標準差對比圖；

圖2中：采樣箱內(nèi)施肥是指先安裝采樣箱，然后采樣箱內(nèi)單獨施肥，其單位面積施肥量與大區(qū)相同，可有效降低空間變異性誤差；大區(qū)施肥是先在監(jiān)測區(qū)內(nèi)施肥，然后安裝采樣箱采樣，不能避免空間變異性誤差。

圖3采樣箱位置固定、位置變更測定氨揮發(fā)動態(tài)與質(zhì)量平衡法測定結(jié)果對比圖。

五、具體實施方式：

以下結(jié)合實施例進一步闡述本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的保護內(nèi)容。

實施例1：

1)試驗設計：試驗在中國科學院封丘農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站內(nèi)農(nóng)田進行。

試驗設4個不同監(jiān)測區(qū)面積：監(jiān)測區(qū)面積設3m²、15m²、30m²和45m²四個水平，每個監(jiān)測區(qū)的尿素施用量均為40kg/畝，灌水量均為50mm；

同時設2種不同施肥方式：1)單獨施肥——首先將4個采樣箱底座垂直打入農(nóng)田地面以下20cm處，地上部留8cm，底座內(nèi)單獨施用尿素，施用量40kg/畝(采樣箱內(nèi)單位面積施肥量與監(jiān)測區(qū)相同)，隨后立即灌水50mm；2)統(tǒng)一施肥——監(jiān)測區(qū)內(nèi)統(tǒng)一施用尿素，施用量40kg/畝，隨后立即灌水50mm；然后將之前單獨施肥的4個采樣箱底座垂直打入農(nóng)田地面以下25cm處；同時在施肥后的監(jiān)測區(qū)內(nèi)再安裝4個采樣箱底座，并將底座一次性垂直打入地面以下25cm處；

4個不同面積監(jiān)測區(qū)中各安裝4個單獨施肥采樣箱底座和4個統(tǒng)一施肥采樣箱底座，所有底座在監(jiān)測區(qū)內(nèi)均勻分布；

施肥后立即用靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)速率，每隔24小時更換一次采樣器，連續(xù)監(jiān)測72小時；采樣器采集氨氣用500mL、1mol/L氯化鉀溶液(所加入氯化鉀溶液體積記為v_浸)浸提，浸提液銨離子濃度c_靜用靛酚藍比色法測定；本試驗中采用的靜態(tài)箱式法參見“王朝輝等.北方冬小麥/夏玉米輪作體系土壤氨揮發(fā)的原位測定.《生態(tài)學報》，2002，第22卷3期：359-365”；不同的是本試驗將靜態(tài)箱式法裝置做了局部改動，箱式法裝置分為上部采樣箱和下部底座，上部采樣箱為兩端開口的PVC管(內(nèi)徑15cm，高10cm，壁厚2mm)，底座由圓形PVC管制作(內(nèi)徑15cm，高28cm，壁厚2mm，上部槽口寬3mm、深6mm)；本發(fā)明裝置參照農(nóng)田氧化亞氮測定裝置(參見“馬二登等.追肥時間對小麥拔節(jié)-成熟期氧化亞氮排放的影響.《土壤學報》,2011,第48卷5期：971-978”)，不同的是本發(fā)明應用時將采樣箱直接插入采樣箱底座槽口中，無需向槽口中注水密閉，以免土壤揮發(fā)氨氣溶于水中造成誤差。

2)氨揮發(fā)率計算：

靜態(tài)箱式法測定氨揮發(fā)速率計算公式為t為采樣間隔(24小時)，H為靜態(tài)箱式法水平橫截面積；詳見附圖2，圖2中：標準差是同一監(jiān)測區(qū)內(nèi)、同一施肥處理下4個采樣箱測定氨揮發(fā)速率的標準差。

3)效果對比：

通常來說，監(jiān)測區(qū)面積越大，施肥不均問題越突出，導致氨揮發(fā)空間變異性越大；如附圖2所示，隨監(jiān)測區(qū)面積增加，大區(qū)施肥處理下靜態(tài)箱式法測定氨揮發(fā)速率標準差直線增加，即大區(qū)施肥處理下4個采樣箱測定結(jié)果差異逐漸增加。而采用本發(fā)明采樣箱內(nèi)單獨施肥時，不同面積監(jiān)測區(qū)間靜態(tài)箱式法測定氨揮發(fā)速率標準差基本沒有差異，而且標準差顯著低于大區(qū)施肥處理。

實驗結(jié)果表明：本發(fā)明采樣箱內(nèi)單獨施肥處理可顯著降低施肥不均導致的靜態(tài)箱式法空間變異性誤差。

實施例2：

在農(nóng)田氨揮發(fā)監(jiān)測中，微氣象學質(zhì)量平衡法被普遍認為是較準確的氨揮發(fā)測定方法，常用作氨揮發(fā)測定的參比方法。本驗證試驗在農(nóng)田作物小麥追肥后采用質(zhì)量平衡法、靜態(tài)箱式法同時測定農(nóng)田氨揮發(fā)，于中國科學院封丘農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站外農(nóng)田進行，首先在農(nóng)田劃定一個半徑為25m的圓形監(jiān)測區(qū)。

1)靜態(tài)箱式法：

靜態(tài)箱式法裝置參照實施例1，靜態(tài)箱式法采用以下2種方式測定農(nóng)田氨揮發(fā)：

Ⅰ、本發(fā)明專利技術(shù)方案：監(jiān)測區(qū)施肥灌水前，在監(jiān)測區(qū)內(nèi)隨機分布安置42個采樣箱底座，每個采樣箱底座垂直打入地面以下20cm深處，每個底座內(nèi)單獨施尿素20kg/畝，施肥后立即灌水50mm，然后用直徑17cm、厚4mm的圓形PVC板蓋住所有底座；待監(jiān)測區(qū)施肥灌水后，立即撤掉所有圓形PVC板，同時把所有采樣箱底座繼續(xù)垂直打入地面以下25cm深處；監(jiān)測開始時隨機選擇3個采樣箱底座，安置靜態(tài)箱式法采樣箱采樣監(jiān)測，24小時后收集采樣箱帶回實驗室，同時拔出3個采樣箱底座并棄置采樣點；然后從剩余采樣器中隨機選擇3個采樣箱底座安裝采樣箱測定下一時段氨揮發(fā)，依此類推，每階段采樣結(jié)束即棄置底座，同時將采樣箱安置在下一個隨機選擇的采樣箱底座上采樣；每隔24小時采一次樣，連續(xù)監(jiān)測336小時；

Ⅱ、位置固定+統(tǒng)一施肥：監(jiān)測區(qū)內(nèi)施肥灌水后，在監(jiān)測區(qū)內(nèi)隨機分布安置3個采樣箱底座，采樣箱底座垂直打入地面以下25cm處，整個監(jiān)測期內(nèi)底座位置及采樣位置固定；監(jiān)測開始時安置靜態(tài)箱式法采樣箱采樣監(jiān)測，每隔24小時收集采樣箱帶回實驗室，同時安裝新的采樣箱測定下一時段氨揮發(fā)；每隔24小時采一次樣，連續(xù)監(jiān)測336小時；

上述Ⅰ和Ⅱ兩種技術(shù)方案中，采樣箱采集的氨氣均采用500mL、1mol/L氯化鉀溶液(所加入氯化鉀溶液體積記為v_浸)浸提，浸提液銨離子濃度c_靜用靛酚藍比色法測定；靜態(tài)箱式法測定t為采樣間隔(24小時)，H為靜態(tài)箱式法裝置水平橫截面積。

2)質(zhì)量平衡法：

在圓形監(jiān)測區(qū)中心垂直安置一個高2.5m、直徑約3cm的鋼管，圓形監(jiān)測區(qū)內(nèi)均勻撒施尿素20kg/畝并立即灌水50mm，在圓形監(jiān)測區(qū)中心的鋼管上距地面0.4m、0.8m、1.2m、1.6m和2.5m高度h處安裝質(zhì)量平衡法采樣器(質(zhì)量平衡法采樣器參見“Leuning R,Freney JR,Denmead OT,et al.A sampler for measuring atmospheric ammonia flux.Atmospheric Environment,1985,19:1117-1124”)采樣測定氨揮發(fā)；每隔24小時收集質(zhì)量平衡法采樣裝置帶回實驗室，用體積V_蒸為100mL蒸餾水浸提采樣裝置采集的氨氣，浸提液銨離子濃度C_質(zhì)用靛酚藍比色法測定；收集質(zhì)量平衡法采樣裝置后，立即放置新的采樣裝置測定下一個采樣間隔氨揮發(fā)；每隔24小時采一次樣，連續(xù)監(jiān)測336小時。

質(zhì)量平衡法每個高度采樣器測定水平氨揮發(fā)通量t為階段采樣周期，H_質(zhì)為質(zhì)量平衡法裝置水平橫截面積；質(zhì)量平衡法測定分別為h₁～h₅高度處水平氨揮發(fā)通量，X為圓形監(jiān)測區(qū)半徑。

3)試驗結(jié)果：

微氣象學質(zhì)量平衡法測定的氨揮發(fā)速率可視為氨揮發(fā)速率真值，以其為標準可評估靜態(tài)箱式法測定農(nóng)田氨揮發(fā)誤差，詳見附圖3。如附圖3所示：質(zhì)量平衡法測定氨揮發(fā)動態(tài)為施肥后氨揮發(fā)速率逐漸升高，在施肥后第5天達到峰值，隨后氨揮發(fā)速率逐漸降低，直至監(jiān)測不到；采樣箱位置固定的靜態(tài)箱式法測定氨揮發(fā)動態(tài)為施肥后氨揮發(fā)速率逐漸升高，在施肥后第3天即達到峰值，之后氨揮發(fā)速率逐漸降低，直至監(jiān)測不到，其測定氨揮發(fā)比質(zhì)量平衡法測定結(jié)果提前2天達到峰值；而本發(fā)明采樣箱位置變更的靜態(tài)箱式法測定氨揮發(fā)動態(tài)與質(zhì)量平衡法一致，且都是在施肥后第5天達到峰值。采樣箱位置固定時靜態(tài)箱式法測定氨揮發(fā)速率與質(zhì)量平衡法測定結(jié)果1:1曲線方程為y＝0.73x(R²＝0.30)，靜態(tài)箱式法平均低估氨揮發(fā)速率27％，兩種方法監(jiān)測結(jié)果相符性很差。本發(fā)明采樣箱位置變更時靜態(tài)箱式法測定氨揮發(fā)速率與質(zhì)量平衡法測定結(jié)果1:1曲線方程為y＝0.91x(R²＝0.82)，靜態(tài)箱式法平均僅低估氨揮發(fā)速率9％，兩種方法監(jiān)測結(jié)果相符性很高。

綜上所述，田間實地驗證試驗表明在農(nóng)田氨揮發(fā)監(jiān)測中，采用本發(fā)明技術(shù)方案可顯著降低靜態(tài)箱式法的空間變異與環(huán)境擾動誤差，測定結(jié)果更符合田間實際情況，證明了本發(fā)明的有效性。