(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210645509.6 (22)申请日 2022.06.09 (71)申请人 中国科学院南京土 壤研究所 地址 210008 江苏省南京市玄武区北京东 路71号 (72)发明人 朱安宁　杨文亮　信秀丽　张先凤　 张佳宝　 (74)专利代理 机构 江苏斐多律师事务所 323 32 专利代理师 张佳妮 (51)Int.Cl. G01N 21/31(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 基于激光光谱技术的农田氨挥发箱式多点 同步原位实时监测方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于激光光谱技术的农 田氨挥发箱式多点同步原位实时监测方法， 用于 农田小区对比试验氨挥发监测。 该方法采用激光 多次反射光路的农田氨挥发原位监测系统监测 小区对比试验氨挥发， 首先在每个试验小区内设 置一个监测箱用于监测氨挥发； 监测时采用间歇 性密闭监测方式， 同步监测所有监测箱内氨气 浓 度、 气压、 气温； 每个监测时段内连续监测数据经 线性回归 方程检验筛选后， 基于动态密闭箱法理 论计算氨挥发速率。 该方法可实现多点同步、 原 位实时在线、 高灵敏度、 高时间分辨率监测农田 小区对比试验氨挥发， 避免采样误差， 提高监测 数据可比性。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 115060671 A 2022.09.16 CN 115060671 A 1.一种基于激光光谱技术的农田氨挥发箱式多点同步原位实时监测方法， 其特征在于 其步骤包括： (1)在每个监测区域内设置监测箱用于监测氨 挥发； (2)监测时采用间歇性密闭监测方式， 同步监测所有监测箱内氨气浓度C、 气压p、 气温 T； (3)每个监测时段内连续监测数据经线性回归方程检验筛选后， 基于动态密闭箱法理 论计算氨 挥发速率 Q(kg N ha–1d–1)， 计算公式为 式(1)中 (kg m–3)是监测箱内氨绝对浓度， C是测得的监测箱内氨气浓度， 单位为 ppm， p是监测箱内气 压， 单位为hPa， T是监测箱内空气绝对温度， 单位为K， 17是氨气分子量， 28.97是空气分子量； 式(2)中k为氨浓度与时间的线性回归方程的回归系数， V为监测箱内体积， 单位为m3， A 为监测箱内水平横截面积， 即覆盖监测土壤面积， 单位为m2， 14是氮素原子量， 17是氨气分 子量； 其中间歇性密闭监测方式是指每个监测周期为20～40分钟， 闭盖测量时间为2～3分 钟， 从0至2～3分钟的时间内监测箱自动闭盖、 原位连续监测箱体内氨气浓度、 气压、 气温， 监测周期的其余时间监测箱开盖与外界环境通气， 结束后进入下一个监测时段； 所有监测 箱设为同步 监测。 2.根据权利要求1所述的农田氨挥发箱式多点同步原位实时监测方法， 其特征在于： 步 骤a中设置监测箱时， 若是监测水田氨挥发， 监测箱插入土壤后， 水面以上剩余箱体高度应 为25±3cm， 且保证监测箱为水平 放置， 监测期间向监测箱内注水至水面以上箱体高度为25 ±3cm， 测量水面以上箱体高度； 若是监测旱地氨挥发， 先将安装监测箱位置地面修成水平 面， 然后将监测箱插入土壤， 地面以上剩余箱体高度应为25 ±3cm， 且保证监测箱为水平放 置， 测量地面以上箱体高度。 3.根据权利要求1所述的农田氨挥发箱式多点同步原位实时监测方法， 其特征在于： 步 骤(2)中监测时设置1～5秒自动存 储一次监测数据。 4.根据权利要求1所述的农田氨挥发箱式多点同步原位实时监测方法， 其特征在于： 步 骤(3)中每个监测时段内连续监测数据经线性回归方程检验筛选后是指： 先建立氨气绝对 浓度 (kg m–3)与时间t(d)的一元线性回归方程 其中判定系 数R2＝θ， 其 中k为回归系数， b为常数项； θ≥0.95时视为氨浓度随时间线性升高， 可用于计算氨挥发速 率， 如 θ<0.95， 则依次剔除连续3分钟监测数据中最后10秒监测数据， 直至θ ≥0.95时结束剔 除， 剩余数据用于计算氨 挥发速率。 5.根据权利要求1 ‑4中任一项所述的农田氨挥发箱式多点同步原位实时监测方法， 其 特征在于： 步骤(3)中每个闭盖监测数据计算的氨挥发速率作为每个监测时段内的氨挥发 速率均值。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115060671 A 2基于激光 光谱技术的农田氨挥 发箱式多点同步原位实时监测 方法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种农田小区对比试验氨挥发监测方法， 具体涉及基于激光光谱技术 的农田氨 挥发箱式多点同步原位实时监测方法。 背景技术 [0002]自上世纪70年代以来， 经过众多科学家的努力， 建立了类型多样的农田氨挥发测 定方法， 但在适用性、 准确 性、 时空分辨率等方面存在较大差异。 当前主流的农田氨挥发测 定方法可分为微气象法和箱式法两类。 箱式法是农田小区对比试验测定氨挥发最主要的方 法。 根据采样箱是否与外界空气相通， 一般将箱式法分为密闭箱法和开放箱法两种。 密闭箱 法是直接测定一定时间内密闭采样箱内空气中氨气增值以计算氨挥发， 根据 氨气增值测定 方法可分为静态密闭箱法和 动态密闭箱法； 静态密闭箱法是在密闭箱内放置酸吸收剂持续 吸收挥发氨气测定氨挥发通量， 动态密闭箱法基于密闭箱内挥发气 体浓度随时间线性升高 的假设， 通过测定密闭箱初始和结束时氨浓度测定氨挥发通量； 由于检测技术的局限， 目前 氨挥发测定多采用静态密闭箱法， 动态密闭箱法应用较少 。 开放箱法是用抽气泵以稳定流 速将采样箱内氨气抽出并用酸吸收剂富集测定氨挥发通量， 也叫抽气箱法。 国内外常用的 静态密闭箱法和开放箱法依赖酸吸收法富集土壤挥发氨气(一般12 ‑24小时获取一个样 品)， 耗时费力， 且时间分辨率低， 难以揭示氨挥发的日内动态变化规律。 常规的分析技术难 以实现氨浓度准确地快速在线监测， 限制了农田氨 挥发研究水平的提高。 [0003]可调谐激光吸收光谱技术利用分子光谱的 “指纹”特征， 通过获取被测气体对特征 光谱的吸收信息， 实现对气 体浓度的定量分析， 具有高光谱分辨率、 高灵敏度和良好选择性 等特点， 使之成为 痕量气体快速、 实时分析的有效方法之一。 其包含开放光路与气 体吸收池 两种测量方式， 气体 吸收池测量方式适于待测 点气体采样或者原位测量， 是小区对比试验 氨挥发测定的必 然选择。 国外将源于气 体吸收池的腔增强激光光谱技术与动态密闭箱法结 合研制了可用于小区对比试验的箱式氨挥发实时监测系统， 在农田应用中一台氨气分析仪 需与多个采样箱配套使用， 多个采样箱依次循环抽气采样测定， 监测数据是不同步， 比如一 台氨浓度分析仪配16个采样箱循环监测时， 第1个采样箱监测时间和第16个采样箱监测时 间要间隔4个小时， 4个小时内因为气象因素的变化会导致其测定结果差异较大， 存在单个 采样箱测 定时间分辨率低(6个数据/天)、 多个采样箱测定结果时间可比性差的问题， 采样 箱数量越多， 单点时间分辨率和多点数据可比性越差； 抽气采样测定过程中， 高 吸附性的氨 气吸附管道内壁会导致较大的采样误差和记忆效应； 仪器核心部件高精度谐振腔对监测环 境要求极高， 需频繁实验室校准。 发明内容 [0004]本发明的目的在于针对上述现有农田小区对比试验氨挥发测定所用的箱式法存 在的不足， 提供一种基于激光光谱技术的农田氨挥发箱式多点同步原位实时监测方法， 实说　明　书 1/6 页 3 CN 115060671 A 3