Picarro—華北平原開放式奶牛場氨排放研究

霧霾問題，嚴重威脅人們的健康和生活質量，為了尋求解決方案，科學家們開始尋求各種可能的對策，其中之一就是從奶牛場中尋找突破口。這聽起來可能有些奇怪，但事實上，氨氣是霧霾形成的一個重要因素，而奶牛場和氨氣之間存在著奇妙的關聯(lián)。
 

NH₃氨氣（Ammonia）

氨是大氣中的主要堿性物質，是細顆粒物的重要前驅體。它可以與硫酸鹽和硝酸鹽或其他化合物反應生成細顆粒物，造成各種環(huán)境和健康問題。氨沉降對于土壤酸化及水體富營養(yǎng)化也具有重要影響。

人們越來越關注氨排放，以建立準確的排放清單并制定合理的減排措施。然而世界范圍內許多氨排放清單的排放因子（EFs）和活動數(shù)據(jù)存在很大的不確定性。中國是氨排放的重要源，約占亞洲總排放的55%，約占全球總排放的20%。而農業(yè)是最重要的排放源，畜牧業(yè)氨排放占人為總排放的50%以上。因此，準確量化其排放特征顯得尤為重要。
 

科研團隊為此開展研究
 

 

北京大學環(huán)境科學與工程學院蔡旭暉研究團隊于2016.6.29-7.18（2016S，探索階段）、2016.12.16-2017.1.10（2016W）、2018.6.1-7.2（2018S）三個試驗階段在北京西北郊區(qū)的一個開放式奶牛場（403±5頭荷斯坦奶牛，自由走動，具有“華北平原農場規(guī)模和奶牛類型”的代表性）利用微氣象方法估算了華北平原典型奶牛場的氨排放量。使用定制的9 m可伸縮塔作為每個觀測點的觀測平臺，所有儀器均安裝在塔上，距地面高度大致相同（8 m）。測量了NH3濃度、氣象參數(shù)（風速和風向、氣溫、濕度）、湍流變量，經過嚴格的質量控制和篩選后，利用Inverse dispersion method（IDM）和分析足跡模型確定氨排放率，并確定奶牛場的排放因子。
 

NH₃排放測量：

利用Picarro G2103氨氣分析儀以2s的采樣率測量NH₃濃度。Teflon管與分析儀相連，另一端連接到防水杯上，固定在塔上，出口向下。未使用過濾器。管總長度約為9m，樣品流速約為1.0 slpm。在2016W和2018S試驗中，使用恒溫加熱帶加熱氣路，以消除采樣管內的水蒸氣凝結，減少氨吸附。
 

結論
 

從實驗結果可以看出，氨排放量日變化比較合理。中午排放率峰值約為40 μg m-2 s-1，夜間約為20 μg m-2 s-1。相對較低的排放率和較短的白天持續(xù)時間導致冬季日平均排放率低于夏季。整個奶牛場冬季和夏季的總排放量分別為0.38±0.13 g s-1和0.46±0.10 g s-1 ，相當于冬季20±7 μg m-2 s-1和夏季24±6 μg m-2 s-1的平均排放率。奶牛場排放因子為冬季82±27 g head-1 d-1和夏季99±23 g head-1 d-1。與中國及其他以往的研究結果相當。源分布的復雜性、湍流的擾動、模型簡化和數(shù)據(jù)篩選都會導致結果的不確定性。作者建議未來需要開展更多工作來減少這些不確定性。
 

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