本月初的第八屆國(guó)際氮倡議會(huì)議（INI2021）云集了世界各地的科學(xué)家，一同針對(duì)認(rèn)為活性氮過(guò)量排放的問(wèn)題提供治理意見(jiàn)。其中，由于氮肥是糧食生產(chǎn)的重要資源，農(nóng)業(yè)活動(dòng)是目前活性氮治理的重點(diǎn)目標(biāo)之一。

      針對(duì)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(dòng)相關(guān)氨通量測(cè)量的應(yīng)用，同時(shí)我司研發(fā)人員積極參與了INI2021多個(gè)分會(huì)場(chǎng)講座，今天小編節(jié)選了一些國(guó)外的學(xué)術(shù)成果與大家分享！

      德國(guó)Thünen氣候智能型農(nóng)業(yè)研究所牽頭開(kāi)展了兩項(xiàng)發(fā)表于INI20021的通量測(cè)量工作?！?/span>Temporal dynamics of reactive nitrogen fluxes over different ecosystems》研究工作隸屬于NITROSPHERE 和FORESTFLUX項(xiàng)目，目的是介個(gè)渦動(dòng)協(xié)方差方法測(cè)試新的濃度測(cè)量技術(shù)，并研究日尺度和季節(jié)尺度上的氨、氮通量動(dòng)態(tài)。論文描述了對(duì)氨和活性氮總體（ΣNr）在不同生態(tài)系統(tǒng)中的通量觀測(cè)。基于量子級(jí)聯(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(lái)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(cè)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(lái)源：Brümmer et al. 2021

      另一項(xiàng)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(duì)于識(shí)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(guò)去可用于模型開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證的活性氮長(zhǎng)期通量測(cè)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(xiàng)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(duì)也發(fā)表了兩篇研究成果。其中之一為與美國(guó)環(huán)保署的合作項(xiàng)目，旨在為現(xiàn)代社會(huì)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(duì)三種活性氮NH3、NO和N2O在高羊茅表面上進(jìn)行通量測(cè)量，實(shí)驗(yàn)時(shí)間涵蓋四季，同時(shí)測(cè)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(duì)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(shì)。小編在此解釋一下，此項(xiàng)研究中使用的箱法是和渦動(dòng)相關(guān)法并列為適合用于通量測(cè)量的方法，由于人工草坪難以滿(mǎn)足渦動(dòng)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(mǎn)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(lái)源：Nahas et al. 2021

      Prof. Aneja團(tuán)隊(duì)的另一項(xiàng)工作《Characterization of Atmospheric Reactive Nitrogen Emissions from Global Agricultural Soils》則是利用來(lái)自世界各地觀測(cè)網(wǎng)路的活性氮排放數(shù)據(jù)，建立模型對(duì)全球的活性氮排放量做宏觀的測(cè)算。團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，科學(xué)家們可以利用這個(gè)模型，對(duì)未來(lái)大范圍內(nèi)的活性氮排放有更多的預(yù)測(cè)及理解。

圖三 北卡州立大學(xué)利用統(tǒng)計(jì)模型測(cè)算全球一年期間的N2O排放 | 來(lái)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(lái)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(bào)告中，針對(duì)印度的大氣氨濃度數(shù)據(jù)給出了觀察與評(píng)論。然而，小編發(fā)現(xiàn)目前印度的氨濃度數(shù)據(jù)主要來(lái)自于使用化學(xué)熒光法的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星遙測(cè)，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(cè)量效率使得其沒(méi)有辦法做到實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此目前我們可以看到的數(shù)據(jù)都是時(shí)間或空間上較為宏觀的觀測(cè)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(lái)源：Singh 2021 

    總結(jié)來(lái)說(shuō)，小編在INI2021看到了特別是德國(guó)所在的歐盟對(duì)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(cè)量設(shè)備在森林或農(nóng)田做長(zhǎng)期的通量觀測(cè)，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(shì)，成為研究項(xiàng)目中氨通量測(cè)量的得力工具。即便是對(duì)于以模型測(cè)算為主的研究項(xiàng)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。科學(xué)家們認(rèn)為，活性氮作為聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（Sustainable Development Goals）側(cè)重解決的問(wèn)題之一，未來(lái)需要構(gòu)建類(lèi)似ICOS（Integrated Carbon Observation System 綜合碳觀測(cè)系統(tǒng)）的活性氮觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，人類(lèi)才能真正系統(tǒng)地面對(duì)并逐步解決氮問(wèn)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.