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【激光氨氣分析】AE: 華北農(nóng)區(qū)秋冬季地氣氨交換規(guī)律
題注：寧波海爾欣光電科技有限公司和中科院大氣物理研究所和深入合作,，研發(fā)了一款便攜式,、高精度、快響應的HT8700開路多通池激光氨分析儀,，并以HT8700為核心部件,，集成開發(fā)了一套基于大氣湍流方法（渦動相關(guān)法）的氨通量觀測系統(tǒng)，這是目前測量地氣氨交換通量的理想方法,。
本文介紹了一個最新發(fā)表在Atmospheric Environment的研究工作,。該項目采用了HT8700和渦動相關(guān)技術(shù)，在華北農(nóng)區(qū)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(nóng)田在冬小麥播種施肥期間的氨揮發(fā)通量數(shù)據(jù),。
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華北是我國氨的熱點區(qū)域，大氣中的氨含量高,，空間覆蓋范圍廣,，這與區(qū)域內(nèi)高強度的農(nóng)業(yè)活動密切相關(guān)，如農(nóng)業(yè)施肥,、畜牧養(yǎng)殖等,。高濃度的大氣氨和由此引發(fā)的過量活性氮沉降，會導致重霾污染天氣,，也深刻改變了氮素的生物地球化學循環(huán),。對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，施肥導致的氮揮發(fā)還是農(nóng)田氮養(yǎng)分損失的重要途徑,。
相對于氨的重要性,，對其排放和沉降的觀測研究工作卻相對滯后，這主要受制于氨在線檢測儀器及觀測方法上的局限,。例如,，目前國內(nèi)外對于氨干沉降通量的觀測，大都采用基于低頻（數(shù)日至數(shù)月）濃度采樣的沉降速率經(jīng)驗系數(shù)法,，其結(jié)果的準確度亟待檢驗,。加之氨氣在大氣中相態(tài)轉(zhuǎn)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(diào)控的必要基礎(chǔ),。
鑒于此，中國科學院大氣物理研究所聯(lián)合中國農(nóng)業(yè)大學、中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所等單位,，采用自主研制的開路激光氨分析儀（Wang et al.,，2021）和基于大氣湍流理論的渦動相關(guān)技術(shù)，在華北農(nóng)區(qū)開展秋冬季地氣氨交換通量高頻觀測,，研究站點位于河北省曲周縣,，該地區(qū)的氨排放和沉降問題尤為突出。
研究團隊成功獲取了典型玉麥輪作農(nóng)田在冬小麥播種施肥期間的氨揮發(fā)通量數(shù)據(jù),，并估算出由此損失的氮占氮肥施用量的0.57-0.71%,，該結(jié)果遠遠低于同類觀測研究的估算結(jié)果，這在很大程度上歸因于優(yōu)化后的施肥管理措施,，為評估農(nóng)業(yè)氨減排途徑的有效性提供了觀測證據(jù),。得益于觀測設備在測量精度和頻率上的優(yōu)良性能，研究團隊還獲得農(nóng)區(qū)高時間分辨率（半小時）的氨干沉降通量數(shù)據(jù)集,，監(jiān)測到平均沉降速率為14 g N ha-1 d-1,，并發(fā)現(xiàn)迥然不同于自然生態(tài)系統(tǒng)的干沉降日變化規(guī)律。未來,，利用該自主儀器及方法開展長期定位觀測,，可為氨干沉降通量的聯(lián)網(wǎng)觀測研究提供有效的驗證數(shù)據(jù)，有助于提升對氨沉降時空變化規(guī)律的認識,。
圖1 基于自主研制儀器的氨湍流通量觀測系統(tǒng)
圖2 華北典型農(nóng)區(qū)秋冬季氨濃度和氨通量半小時平均觀測值（子圖b和c中的通量值與子圖a相同,，縱軸坐標數(shù)值范圍不同）
圖3 華北典型農(nóng)區(qū)秋冬季氨濃度和氨干沉降通量日變化趨勢
上述研究成果近期發(fā)表于Atmospheric Environment，論文第一作者為大氣物理研究所王凱博士和中國農(nóng)業(yè)大學王敬霞研究生,，通訊作者為中國農(nóng)業(yè)大學劉學軍教授,。研究得到國家大氣重污染成因與治理攻關(guān)項目（DQGG0208）、國家重點研發(fā)計劃項目（2018YFC0213301,、2017YFD0200101）,、國家自然科學基金（41975169、42175137）等項目的資助,。
相關(guān)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.