1 引言
自然環(huán)境、人供設(shè)施及工業(yè)活動(dòng)中溫室氣體通量的估測是研究氣候變化的基礎(chǔ)。生態(tài)學(xué)家在森林、草原、濕地、農(nóng)田、水域等自然景觀的溫室氣體排放過程和驅(qū)動(dòng)因子等方面已做了大量工作；生物學(xué)家對(duì)家禽育肥、養(yǎng)殖場地溫室氣體的估測進(jìn)行了有效探索；工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的溫室氣體減排更成為人們減少環(huán)境污染的的重點(diǎn)。
傳統(tǒng)的溫室氣體估測多采用現(xiàn)場采樣、實(shí)驗(yàn)室采用氣相色譜分析的方法，耗時(shí)長，隨機(jī)誤差大，準(zhǔn)確度低。
2 觀測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1 目的
溫室氣體指京都協(xié)定書所定六種氣體總稱，包括二氧化碳Carbon dioxide（CO2）、 甲烷Methane （CH4）、 Nitrous oxide (N2O)、氫氟碳化物Hydrofluorocarbons（HFCs）、全氟碳化物 Perfluorocarbons（PFCs）、六氟化硫Sulfur hexafluoride（SF6）。實(shí)際需要監(jiān)測的溫室氣體的種類因估測、研究目的不同而有變化。AZ-M0510溫室氣體在線觀測系統(tǒng)因其實(shí)時(shí)、在線測量、自動(dòng)記錄、同時(shí)測量5中氣體、多種溫室氣體可選擇等特點(diǎn)已成為生態(tài)研究、環(huán)境修復(fù)、農(nóng)田施肥措施、動(dòng)物營養(yǎng)研究的手段。
2.2觀測點(diǎn)布設(shè)
氣體采樣地點(diǎn)四周盡量開闊。單點(diǎn)測量時(shí)，采樣氣管的長度在150米以內(nèi)。采用多通道采樣器時(shí)，氣管的長度不超過50米。
儀器機(jī)房位于小型建筑內(nèi)（高度不超過5m）時(shí)，采樣進(jìn)氣口距離屋頂平面的高度以1.5m-2m為宜。
儀器機(jī)房位于大型建筑內(nèi)（高度超過5m）時(shí)，采樣口的位置應(yīng)選擇在建筑的迎風(fēng)面或最頂端，采樣進(jìn)氣口距離屋頂平面的高度應(yīng)適當(dāng)增加。
四周有茂密樹木時(shí)，采樣進(jìn)氣口高度應(yīng)超過冠層高度1m 以上，至少在采用進(jìn)氣口的迎風(fēng)面水平面270°扇區(qū)內(nèi)，阻擋物到采樣進(jìn)氣口的距離大于阻擋物高度的10倍。
封閉箱的大小可根據(jù)研究的需要定制。
AZ-M0510溫室氣體分析儀主機(jī)應(yīng)平穩(wěn)放置，四周有不小于0.1m 的散熱空間，并盡量避開其他發(fā)熱、震動(dòng)、電磁干擾和強(qiáng)烈腐蝕的影響。
2.3采樣頻率
AZ-M0510溫室氣體在線觀測系統(tǒng)采用紅外光聲譜測量技術(shù)，通過選擇不同的濾波鏡可測量不同的氣體。
若測量一種氣體和水汽，需要13秒，若同時(shí)測量五種氣體和水汽，可在40秒完成。系統(tǒng)可重復(fù)測量，可達(dá)40個(gè)重復(fù)，若是12個(gè)點(diǎn)測量模式，每個(gè)點(diǎn)可達(dá)3個(gè)重復(fù)。
對(duì)于單點(diǎn)測量：
- 確保于測量前一天進(jìn)行采樣管預(yù)熱
- 除去采樣管預(yù)熱時(shí)間，設(shè)備預(yù)熱需要30分鐘
- 舍棄個(gè)濃度測量值
- 管長上限150m
對(duì)于多樣點(diǎn)測量：
- 確保于測量前一天進(jìn)行采樣管預(yù)熱
- 除去采樣管預(yù)熱時(shí)間外，設(shè)備預(yù)熱需要4小時(shí)
- 重復(fù)（三次）
- 舍棄一、二次的濃度測量值
- 管長上限50m
2.4 觀測內(nèi)容
測量氣體種類含CO2， CH4，N2O，NH3，CO， SO2，H2S， TOC， 氫氟碳化物， 全氟碳化物， 六氟化硫SF6等上百種氣體。檢測限達(dá)ppb級(jí)。
最多同時(shí)選擇5個(gè)不同的濾波片（外加水汽濾波片），同時(shí)測量5種氣體和水汽。
2.5系統(tǒng)組成及技術(shù)指標(biāo)
AZ-M0510溫室氣體通量在線觀測系統(tǒng)由光聲譜溫室氣體分析儀主機(jī)、采樣管、多點(diǎn)采樣器、軟件組成。配置計(jì)算后，可現(xiàn)場實(shí)時(shí)顯示測量值。
技術(shù)指標(biāo)：
主機(jī)：紅外光聲譜技術(shù)，響應(yīng)時(shí)間：一種氣體：~13s，沖洗：5種氣體+水汽：~27 s；檢測限：ppb級(jí)
多樣點(diǎn)采樣器：12通道
封閉箱：尺寸定制
采樣管：150米
系統(tǒng)軟件：測量結(jié)果直接顯示在顯示屏上，并實(shí)時(shí)更新。實(shí)時(shí)計(jì)算平均值、均方差、和濃度等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
3 數(shù)據(jù)處理
封閉箱中氣體的通量，可按如下公式計(jì)算
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公式中：
0——開始時(shí)間；f——結(jié)束時(shí)間 ；h——距離氣體釋放面高h(yuǎn)處采樣測量
C(0)、C(t)、C(f) ——開始時(shí)（0），0.5f， f 時(shí)的氣體濃度
J(0)——開始時(shí)的氣體通量，按此法，可計(jì)算不同時(shí)刻的氣體通量。
4 應(yīng)用案例
4.1污染土壤的監(jiān)測，為土壤修復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
4.2 加拿大農(nóng)田N肥施加量對(duì)溫室氣體減排的影響
由加拿大糧農(nóng)委員會(huì)資助的項(xiàng)目“定點(diǎn)N肥施加量對(duì)溫室氣體減排的影響”由Alberta大學(xué)的Dr. R. Gary Kachanoski 博士主持，在加拿大境內(nèi)耕地開展研究。該項(xiàng)目采用靜態(tài)箱法和AZ-M0510系統(tǒng)的光聲譜溫室氣體分析儀在靜態(tài)箱法的采樣點(diǎn)實(shí)時(shí)測量N2O和CO2，同時(shí)測量土壤溫度和土壤含水量，完成如下工作：
在加拿大不同的土壤類型和氣候帶，定量現(xiàn)有的施肥點(diǎn)不同的施肥量條件下的溫室氣體（N2O， CO2）通量。結(jié)合這些點(diǎn)的土壤和作物數(shù)據(jù)，整合成公共數(shù)據(jù)庫，為建模做準(zhǔn)備。此外，評(píng)估不同的施肥措施對(duì)溫室氣體減排的影響潛力，同時(shí)發(fā)展和測試大田溫室氣體通量的隨機(jī)空間尺度理論。
4.3 施加豬糞農(nóng)田的氨氣和溫室氣體的測定：三種方法比較
該項(xiàng)目有美國 USDA-ARS 的動(dòng)物廢物管理研究所主持，比較三種施肥法（Row injection， Surface Spray injection， Aerway injection）開始時(shí)、72小時(shí)、216小時(shí)氨氣和溫室氣體的排放情況。
氨氣和溫室氣體（CO2， CH4和N2O）的通量（通過濃度計(jì)算）采用封閉箱和AZ-M0510 系統(tǒng)的主機(jī)-光聲譜氣體分析儀測量。封閉箱高10cm， 由鋁材制成，每次測量時(shí)，將一個(gè)寬38cm， 長102cm的錨嵌入地下15cm ， 露出地表18cm高，蓋上箱子后，用AZ-M0510 的主機(jī)測量氨氣和溫室氣體的濃度，主機(jī)設(shè)置成1s 采樣，2s 駐留測量室，3s抽氣，一個(gè)測量周期（測量氨氣、CO2， CH4和N2O和露點(diǎn)溫度）的時(shí)間是70s。封閉箱中有兩個(gè)風(fēng)扇，用于采樣前和采樣過程中混合氣體。也同時(shí)測量空氣中距地面5cm處的氣體濃度，查看風(fēng)的稀釋和驅(qū)散影響。此外，還測量采樣點(diǎn)上風(fēng)處和下風(fēng)處背景氣體濃度。采用Fickian diffusion 模型計(jì)算氣體通量。
