本月初的第八屆國際氮倡議會議（INI2021）云集了世界各地的科學(xué)家，一同針對認(rèn)為活性氮過量排放的問題提供治理意見。其中，由于氮肥是糧食生產(chǎn)的重要資源，農(nóng)業(yè)活動是目前活性氮治理的重點(diǎn)目標(biāo)之一。
針對這一議題，寧波海爾欣光電科技有限公司獲邀分享了我司激光氣體分析技術(shù)于農(nóng)業(yè)渦動相關(guān)氨通量測量的應(yīng)用，同時我司研發(fā)人員積極參與了INI2021多個分會場講座，今天小編節(jié)選了一些國外的學(xué)術(shù)成果與大家分享！
德國Thünen氣候智能型農(nóng)業(yè)研究所牽頭開展了兩項發(fā)表于INI20021的通量測量工作?！?/span>Temporal dynamics of reactive nitrogen fluxes over different ecosystems》研究工作隸屬于NITROSPHERE 和FORESTFLUX項目，目的是介個渦動協(xié)方差方法測試新的濃度測量技術(shù)，并研究日尺度和季節(jié)尺度上的氨、氮通量動態(tài)。論文描述了對氨和活性氮總體（ΣNr）在不同生態(tài)系統(tǒng)中的通量觀測?；诹孔蛹壜?lián)激光器（QCL）的氨氣分析儀提供了高頻的氨濃度數(shù)據(jù)，ΣNr數(shù)據(jù)則來自化學(xué)熒光法（chemiluminescence）。值得一提的是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果中耕地施肥后的氨及氮通量呈現(xiàn)強(qiáng)烈的日變化，并在中午達(dá)到峰值，與我司基于HT8700的農(nóng)田氨通量測量結(jié)果一致。
圖一 耕地施肥后的氨通量呈現(xiàn)明顯的日變化，并在中午達(dá)到峰值 | 來源：Brümmer et al. 2021
另一項研究《Validation of nitrogen dry deposition modelling above forest using high-frequency flux measurements》同樣基于化學(xué)熒光法獲得森林的ΣNr通量數(shù)據(jù)。氮沉降的準(zhǔn)確建模對于識別氮超標(biāo)和定義環(huán)境保護(hù)指南中的臨界值至關(guān)重要，然而由于過去可用于模型開發(fā)和驗(yàn)證的活性氮長期通量測量的可靠數(shù)據(jù)十分有限，當(dāng)今通用的幾種模型仍然存在不確定性。此項研究工作用于驗(yàn)證現(xiàn)有的氮沉降通量模型例如DEPAC (DEPosition of Acidifying Compounds) 和LOTOS-EUROS (LOng Term Ozone Simulation–EURopean Operational Smog)，并提出了可能需要的修正建議。
北卡羅萊納州立大學(xué)的Prof. V. P. Aneja團(tuán)隊也發(fā)表了兩篇研究成果。其中之一為與美國環(huán)保署的合作項目，旨在為現(xiàn)代社會中占地廣大的人工草坪，提供活性氮治理的科學(xué)依據(jù)。研究人員用箱法對三種活性氮NH3、NO和N2O在高羊茅表面上進(jìn)行通量測量，實(shí)驗(yàn)時間涵蓋四季，同時測量草坪使用不同量的氮肥後的活性氮通量，獲得了活性氮對于施氮肥、土壤溫度和水分變化的反應(yīng)，顯示出不同的排放變化趨勢。小編在此解釋一下，此項研究中使用的箱法是和渦動相關(guān)法并列為適合用于通量測量的方法，由于人工草坪難以滿足渦動相關(guān)法的下墊面要求，并且草坪實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)處于交通便利的地方，即使箱法需要耗費(fèi)較大的人力維護(hù)，卻能很好地滿足實(shí)驗(yàn)需求。
圖二 隨著人工草坪的廣泛使用，所施用的氮肥造成的效應(yīng)值得關(guān)注 | 來源：Nahas et al. 2021
Prof. Aneja團(tuán)隊的另一項工作《Characterization of Atmospheric Reactive Nitrogen Emissions from Global Agricultural Soils》則是利用來自世界各地觀測網(wǎng)路的活性氮排放數(shù)據(jù)，建立模型對全球的活性氮排放量做宏觀的測算。團(tuán)隊認(rèn)為，科學(xué)家們可以利用這個模型，對未來大范圍內(nèi)的活性氮排放有更多的預(yù)測及理解。
圖三 北卡州立大學(xué)利用統(tǒng)計模型測算全球一年期間的N2O排放 | 來源：Aneja et al. 2021
南亞作為人口密集的區(qū)域，是目前很大的活性氮排放熱點(diǎn)，受到科學(xué)家們的高度關(guān)注。來自加州大學(xué)伯克利分校的學(xué)者Dr. Saumya Singh在《Variability of atmospheric ammonia and its sources over Indian region》報告中，針對印度的大氣氨濃度數(shù)據(jù)給出了觀察與評論。然而，小編發(fā)現(xiàn)目前印度的氨濃度數(shù)據(jù)主要來自于使用化學(xué)熒光法的空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星遙測，使用化學(xué)熒光法需將氨先轉(zhuǎn)化為一氧化氮再進(jìn)行分析，較低的測量效率使得其沒有辦法做到實(shí)時監(jiān)控。因此目前我們可以看到的數(shù)據(jù)都是時間或空間上較為宏觀的觀測結(jié)果。
圖四 南亞的恒河平原（Indo-Gangetic Plains, IGP）是科學(xué)家關(guān)注的氮排放熱點(diǎn)區(qū)域 | 來源：Singh 2021
總結(jié)來說，小編在INI2021看到了特別是德國所在的歐盟對于活性氮治理的決心?？茖W(xué)家們已經(jīng)在部署先進(jìn)的測量設(shè)備在森林或農(nóng)田做長期的通量觀測，基于激光光譜分析技術(shù)的儀器以其低功耗、快速響應(yīng)、高準(zhǔn)確度等優(yōu)勢，成為研究項目中氨通量測量的得力工具。即便是對于以模型測算為主的研究項目，也需要更多優(yōu)質(zhì)的通量或濃度數(shù)據(jù)作為建模參考?？茖W(xué)家們認(rèn)為，活性氮作為聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（Sustainable Development Goals）側(cè)重解決的問題之一，未來需要構(gòu)建類似ICOS（Integrated Carbon Observation System 綜合碳觀測系統(tǒng)）的活性氮觀測網(wǎng)絡(luò)，人類才能真正系統(tǒng)地面對并逐步解決氮問題。
參考文獻(xiàn)：
1. “Temporal dynamics of reactive nitrogen fluxes over different ecosystems”, C. Brümmer et al., INI2021.
2. “Validation of nitrogen dry deposition modelling above forest using high-frequency flux measurements”, P. Wintjen et al., INI2021.
3. “Characterization of reactive nitrogen emissions from turfgrass”, A. Nahas et al., INI2021.
4. “Characterization of atmospheric reactive nitrogen emissions from global agricultural soils”, V. P. Aneja et al., INI2021.
5. “Variability of atmospheric ammonia and its sources over Indian region”, S. Singh, INI2021.
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