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可调谐二极管激光吸收光谱技术测定农田氨挥发的初步研究

作　者: 杨淑莉
导　师: 陈效民；朱安宁
学　校: 南京农业大学
专　业: 土壤学
关键词: 农田氨挥发可调谐半导体激光吸收光谱技术反拉格朗日随机扩散技术
分类号: S158.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

20多年的实践表明,资源问题、生态安全问题已成为我国新的制约粮食持续高产的因素。农田氨挥发损失不但造成了氮肥利用效率降低、资源浪费,同时也导致了许多生态环境问题。但目前,在我国农田生态系统氨挥发的相关研究中,测定的方法和手段相对落后,新技术新方法研究和应用不够及时,对于农田环境下的氨排放,我国尚缺乏连续自动监测系统的数据积累,这在一定程度上影响了我国农田生态系统的科研水平。因此开展基于高时间分辨率、高灵敏度的可调谐二极管激光吸收光谱技术的应用研究不仅是对农田氨挥发研究方法发展的有力推动,也为提高氮肥利用率、减少区域氨排放等前沿性科学问题的研究提供了重要的高技术和新方法支撑。本文以黄淮海平原冬小麦、夏玉米农田生态系统为研究对象,在针对不同施氮量与不同施氮方式下基、追肥施用后的土壤氨挥发状况及其影响因素展开研究的基础上,重点开展了开放光程可调谐二极管激光吸收光谱技术(Tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)与微气象学反拉格朗日随机扩散技术(backward Lagrangian Stochastic dispersion technique,bLS)结合在线连续监测农田氨挥发的新方法研究。并与通气法的测定结果进行了比较验证。主要研究结论如下：(1)肥料氮素的氨挥发损失主要发生在施肥后1周。不同施氮方式下土壤氨挥发速率、氨挥发累积量及其占施氮量的比率均随施氮量的增加而增大。氮肥在土壤中的深度对氨挥发有显著影响,基肥时期除150 kg/hm2施N量外,氨挥发累积量为沟施法明显大于传统施氮法；追肥期不同施氮量均为传统施氮法大于沟施法。传统施氮法在整个冬小麦季氨挥发损失累积量占总施N量的比例为4.78%-6.72%,沟施法为4.31%-11.24%。相关分析显示,施肥后表层土壤NH4+-N浓度与氨挥发速率呈正相关关系,而pH则与其呈负相关关系。另外,气温和降雨气候条件对氨挥发速率也有一定程度的影响。(2)可调谐二极管激光吸收光谱技术可以获取连续、动态的农田氨浓度变化数据,与反拉格朗日随机扩散技术结合,可实现对农田氨挥发的在线连续监测。TDLAS-bLS方法所得小麦追肥期土壤氨挥发累积量为27.51 kg N hm-2,占施肥量的24.3%,明显大于通气法所得氨挥发累计量(5.11 kg N hm-2,4.52%)。因风向控制不严格,bLS模型可能高估了实际氨挥发情况。TDLAS-bLS监测土壤氨挥发与大气温度、平均摩擦风速、0～5 cm、5～10 cm土壤温度之间都存在极显著正相关。(3)夏玉米TDLAS-bLS方法所得氨挥发累计损失量为7.57 kg N hm-2,占施氮量比例为5.41%,通气法为5.81 kg N hm-2,所占比例为4.15%,两者较接近。相关分析亦显示,TDLAS-bLS监测土壤氨挥发与大气温度、平均摩擦风速、0～5 cm.5～10 cm土壤温度之间都存在极显著正相关。

全文目录

摘要 6-8ABSTRACT 8-10引言 10-12第一章农田氨挥发测定方法及新技术应用研究进展 12-24 1.1 农田氨挥发测定方法 12-15 1.1.1 密闭室法 12 1.1.2 微气象学法 12-15 1.2 影响农田氨挥发的主要因素 15-17 1.2.1 农业措施 15-16 1.2.2 环境因素 16-17 1.3 可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的发展及其应用 17-21 1.3.1 TDLAS技术的发展概况 18 1.3.2 TDLAS技术测定大气氨浓度的基本原理 18-19 1.3.3 基于TDLAS技术的大气氨浓度测定研究进展 19-20 1.3.4 基于TDLAS技术的氨挥发测定研究进展 20-21 1.4 本文的主要研究内容及目的意义 21-24第二章不同施氮量和施氮方式下田间氨挥发损失及其影响因素 24-36 2.1 引言 24 2.2 材料与方法 24-26 2.2.1 供试土壤 24-25 2.2.2 试验处理 25 2.2.3 田间取样、测定方法 25-26 2.2.4 结果计算 26 2.3 结果与分析 26-33 2.3.1 冬小麦土壤氨挥发动态变化 26-28 2.3.2 冬小麦季土壤氨挥发累积量 28-29 2.3.3 影响冬小麦土壤氨挥发的因素 29-33 2.4 本章小结 33-36第三章基于TDLAS技术的冬小麦农田氨挥发测定 36-50 3.1 引言 36 3.2 材料与方法 36-38 3.2.1 供试土壤和试验布设 36 3.2.2 TDLAS-bLS监测方法 36-38 3.3 结果与分析 38-49 3.3.1 冬小麦追肥期田间氨浓度的动态变化 38-41 3.3.2 bLS技术反演氨挥发通量过程的数据准备 41-42 3.3.3 冬小麦追肥期农田氨挥发通量 42-43 3.3.4 氨挥发监测方法的比较 43-45 3.3.5 TDLAS-bLS法测定农田氨挥发影响因素分析 45-49 3.4 本章小结 49-50第四章基于TDLAS技术的夏玉米农田氨挥发测定 50-62 4.1 引言 50 4.2 材料与方法 50-52 4.2.1 研究地点概况 50-51 4.2.2 氨挥发的监测方法 51 4.2.3 试验布置 51-52 4.3 结果与分析 52-60 4.3.1 夏玉米追肥期田间氨浓度的动态变化 52-53 4.3.2 夏玉米追肥期氨挥发通量 53-55 4.3.3 方法比较与验证 55-57 4.3.4 TDLAS-bLS法监测农田氨挥发的影响因素分析 57-60 4.4 本章小结 60-62第五章全文总结 62-64 5.1 全文结论 62-63 5.2 本研究的创新点 63 5.3 研究中的不足之处 63-64参考文献 64-74致谢 74-76读研期间发表的论文 76

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