基于高时间分辨率数据的农田氨挥发研究

明确农田氨挥发的动态变化规律是提高农田氮肥利用率，估算农田生态系统氨排放量以及优化氮肥管理对策的重要基础。然而，由于技术手段和研究方法的局限，传统氨挥发监测方法只能获取低时间分辨率的数据，难以明确农田氨挥发的变化动态特别是日变化规律。本项目拟将可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）和微气象学反向拉格朗日随机扩散理论有效结合，通过田间试验，开展基于高时间分辨率数据的农田氨挥发研究。主要研究内容包括：（1）开放光程TDLAS技术测定农田空气氨浓度的应用基础研究；（2）基于开放光程TDLAS的农田氨挥发在线监测方法研究；（3）黄淮海平原小麦、玉米以及水稻种植模式下基于高时间分辨率数据的农田空气氨浓度、氨挥发量在不同计算平均周期条件下的日变化、日际变化和季节性变化动态。为建立高时间分辨率、高灵敏度的农田氨挥发通量在线监测方法，揭示农田氨挥发的动态变化规律提供创新性成果。

农田氨挥发研究发展的关键是监测技术和方法的发展。由于空气中氨浓度很低，属痕量气体，当前常规的分析技术难以直接检测到，导致农田氨挥发损失量难以准确测定。因此迫切需要研发基于高技术的农田氨挥发测定新方法，以实现连续、动态的高时间分辨率数据监测。. 围绕项目的总体目标，通过测定技术与理论研发、田间监测、方法验证等手段，开展了利用开放式长光程痕量氨二极管激光吸收光谱测定系统，通过与反向拉格朗日随机扩散法的集成，建立高时间分辨率、高灵敏度的农田氨挥发通量在线监测方法研究，在开放光程TDLAS技术测定大气氨浓度的应用基础、基于开放光程TDLAS的农田氨挥发在线监测方法体系、黄淮海平原冬小麦/夏玉米种植模式下农田氨挥发的动态变化规律等三个方面取得了重要成果。. 利用斜坡背景拟合、Levenberg_Marquard线型拟合、 光强归一、线性最小二乘拟合等组合方法进行了氨浓度反演方法的优化；通过光学系统优化、高频扫描及湍流抑制电路设计、中心波长自适应算法、自动增益调节电路设计等组合技术大幅提高了TDLAS系统在开发环境下的稳定性。通过对摩擦风速u*、大气稳定度L、表面粗糙度zo以及采样高度和采样距离对田间监测的影响的深入研究，明确了方法的适用性与可靠性。并通过与质量平衡法的比较，证实了方法的有效性和可靠性。建立了可以实时监测的高时间分辨率农田氨挥发TDLAS-BLS测定方法。项目率先在国内建立了新的农田氨挥发测定方法-基于可调谐二极管激光吸收光谱技术技术的反向拉格朗日随机扩散法，实现了长光程下农田大气氨浓度的非接触、高灵敏、快速、连续实时在线监测，改变了长期以来无法获取高时间分辨率农田氨挥发日内动态变化规律的局面，为农田氨挥发研究提供了先进的方法手段。