印度北部农村地区环境NH3与农业活动和气象因素的日变化
1环境科学学院,Jawaharlal Nehru大学,新德里,印度。
通讯作者邮箱:umeshkulshrestha@gmail.com
DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.16.Special-Issue1.02
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环境氨氮的日变化3.在印度北印度农村遗址的农业活动和气象因素相关。Curr World Environ 2021;Si1。DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.16.Special-Issue1.02
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环境氨氮的日变化3.在印度北印度农村遗址的农业活动和气象因素相关。Curr World Environ 2021;Si1。可从:https://bit.ly/37snluw.
文章出版历史
收到: | 25-06-2020 |
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公认: | 21-11-2020 |
审核: | Sänia亚历山德拉Correia Carabineiro |
第二次审查: | Alzira Dinis |
最终批准: | S. C. Garkoti教授 |
介绍
由于氮在水生和陆地生态系统中的作用,氮的生物地球化学循环至关重要。然而,全球氮循环受到食物和能源生产的无限制增长的干扰,导致活性氮(Nr)在各种环境基质中积累。一般来说,Nr是指在地球生物圈和大气中具有生物活性、光化学活性和放射性活性的任何形式的氮化合物。1-2NR包括无机减少形式的n(NH3.,NH.4.+),无机氧化形式(没有X, 不3.-,n2O、 有机氮化合物。3.然而,这些Nr物种在大气化学中是极其重要的。因此,监测农业氮在空气中的排放并了解其在大气中的行为至关重要,因为后者即将引起环境和人类健康方面的关切。空气中氮排放量不断增加的主要来源之一是农业活动,其次是牲畜、人类粪便、交通运输部门。氨是农业生产中最重要的活性氮化合物之一。大气氨氮的其他次要人为来源3.排放包括畜禽粪便、刀耕火种和工业4.还有森林火灾、土壤和海洋等自然资源。5 - 6.在印度,IGP已被报道为两种NH的热点3.和NH4.+该地区密集农业活动造成的排放。7.NH的主要贡献者3.农业系统的排放包括无机肥料,牲畜粪便,增加生物N-固定,生物量燃烧和残留物在作物收获后添加到该领域。尤为据报道,如据报道的Bymisselbrook等人。,8.仅仅农业部门负责总大气总部的90%3.排放。根据Vitousek等人的研究,9.人类干预使Nr物种(即NH)的通量增加了近一倍3.,nox,nh4.+, 不3.-和N2O.10.人类活动每年贡献约170 Tg-1NR进入农药系统,无机肥料加入每年占80 TG NR。11.对于印度的情况,Aneja等人,12.肥料和家畜对nhh的贡献最大3.分别为2696.6 Gg和1704.8 Gg。在各种无机肥料中,尿素是南亚地区使用最广泛的氮肥。13.此外,尿素是NH的最高贡献者(〜94%)3.因为它的大规模使用和氮含量是印度使用的所有其他肥料中最高的。14.单独尿素贡献2481.5 gg nh3.磷酸二铵(DAP)、NPK、磷酸铵分别贡献124.8 Gg、89.7 Gg和0.6 Gg NH3.每年分别。此外,农业领域尿素的增加率估计每年92%,从而增加了NR预算。13.这些天然资源投入的45-55%可通过作物生物量回收,而剩余的则通过农业系统损失。浸出、侵蚀(32-45 Tg N年-1)和反硝化作用(26 ~ 60 Tg N年-1)。10-11从而直接或间接地影响氮循环。
大量的氮肥或过量的活性土壤氮(Nr)以氨(NH)的形式挥发流失3.)表面耗尽,从而显着有助于氮气损失。Bouwman等人。,15.报道称,10-30%的施用的施肥通过挥发过程丧失。曾经NH.3.用肥料添加到土壤中,加入NH4.+保留在交换站点上。NH.4.+被硝化成硝酸盐(NO3.-),或分解成NH3.,取决于土壤和环境条件。高温抑制了格伦茨和达尔·骆马报告的硝化过程,16.因此,氨挥发随着温度的增加而增加。农业科学系统,NH3.通过减少氮肥投入,提高氮肥利用率,可以减少排放。17.
一些研究小组对NH进行了一些研究3.亚洲地区库存18.这主要依赖排放因子。但是,没有国家的特定声排放因子3.可用,在NH的排放估计中有很高的不确定性3.在印度。19.帕萨马尔等人报道20.NH.3.肥料和牲畜的排放估计分别为1175千兆格和1433克GG。根据Yang等人给出的估计数,21.气态氨的浓度在1.3~17.2μgm之间-3全年。在农业领域观察到这些浓度在夏天比冬天更高。
大气氨(NH3.)高度可变。NH3.是剧影中最丰富的碱性成分22.以及次级气溶胶形成的前体分子,通过促进细颗粒物(PM)的环境水平而造成东亚和南亚的严重空气污染2.5)。23.大气的转化NH3.进入NH4.+通过前体气体的化学方法(NH3.,所以2, 不X)通过凝结或通过直接成核来发生。通过气于颗粒形成过程形成的主要无机化合物是双硫酸铵(NH4.HSO汽车贸易公司4.),硫酸铵(NH4.)2所以4.,硝酸铵(NH4.不3.)和氯化铵(NH4.cl)。在大气中的大量递增时3.排放及其转化过程中,氨氮(NH)较多4.+)通过干燥和湿沉积机制返回陆地和水生生态系统。温带区域,降水是主要清除机制,而在干燥区域(没有或没有降雨)干燥沉积是除去大气污染物的主导机制。由于在印度〜90%的降水期间发生在季风期(6月至9月)中,干燥沉积是全年扫除大气污染物的主导机制。24.此外,天然橡胶物种的命运取决于大气酸度、颗粒负荷、土地利用动态和大气光化学。25.nh的沉积3.和NH4.+在全球各种隔间,导致陆地和水生生态系统,生物多样性损失,森林损伤,水和土壤酸化等级联的环境问题。26 - 27日因此,它在大气现象中的作用如云水中和通常在细粒尺寸范围内的云水,沉淀和气溶胶形成的中和的作用是关键的。28.
此外,铵颗粒的形成增加了NH的停留时间3.在大气中,影响酸性物质的地理分布。而且,将这些细颗粒深入肺部的沉积导致人类的发病率和死亡率,可视性和气候的变化。29.从此,监测大气NH3.在农业领域是需要考虑的决定性参数之一。为此,该研究在哈里亚纳州贾哈尔区的一个农村遗址进行了以下目标 - i)。量化NH3.ii)研究气象参数的影响,以确定NH可能的转换3..
NH.3.来自各种农业活动的排放率及其下行浓度主要取决于气象条件。事件太阳辐射/空气温度与NH之间存在正相关关系3.地表施用肥料的排放。30-32太阳辐射增加NH3.通过增加大气湍流,因此,NH3.从表面蒸发。除了由于空气温度的增加而蒸发的水,增加了表面的总N浓度。因此,NH3.在地面被大气湍流向上输送,并被平流横向输送。因此,NH3.发射水平与风速,相对湿度和温度有关。32.更高的湿度和较低的温度最受欢迎NH的形成4.+不存在的气溶胶2所以2.
方法
网站描述
在哈里亚纳邦朱州贾巴尔区的Chhuchakwas村的一个农村遗址进行了一项研究(图1)。它位于28°22' - 28°49'北纬,76°18°'-76°59'East Stongitues。该村位于哈吉贾尔区的距离为13公里,位于哈里亚纳国家的东南部,占地面积1834平方米的地理面积。该地区的气候特征是炎热的夏季,寒冷的冬季和中等降雨约444毫米。该地区在农业下约87.03%的土地和6.77%的建筑面积,表明城市化方面的发展较少。该区涵盖了41公里的森林面积2,净播种面积1670公里2可耕面积1760公里2(农业部Jhajjar)。抽样网站代表了各种各样的农业领域包围的典型农村氛围。
图1:采样网站的地图 点击此处查看数字 |
气象数据
研究区7月至10月的气温、相对湿度和风数据均由worldweateronline.com。表1显示了采样期间上述所有气象参数的平均值。
表1:采样期间温度,风速和相对湿度的每月变化
月 |
温度(0.C) |
风速(MPH) |
相对湿度 (%) |
2017年7月 |
37.40 |
9. |
39.46 |
2017年8月 |
35.83 |
7. |
52.13 |
2017年9月 |
35.28 |
4. |
38.06 |
2017年10月 |
34.86 |
3. |
32.40 |
实验装置
气态NH的集合3.从2017年7月到10月,在白天和晚上(上午8点到下午2点和晚上10点到下午4点)进行了6小时的采样,使用的是一个由小排量泵组成的采样组件(图2),流量为1 LPM。用20ml 25 mM H的吸收液吸收氨气2所以4.)在标准的冲击6小时。33.采集气溶胶样品的ptfe过滤器(直径为47 mm,孔径为0.2 μ m)置于撞击器上游。过滤器组件通过硅管与冲击器连接。收集气体NH3.将吸收溶液中的样品转移到离心管中,保存在冰箱中并分析催化的脱酚蓝方法。它包括光度测定NH3.基于与苯酚和次氯酸盐产生靛酚的反应,在碱性培养基中强烈蓝色,在630nm处进一步分析。普通技术的灌溉技术的收集效率3.使用以下公式使用两个射击器(图2),估计捕获估计:
收集效率=η2∗100 /(η1+η2) - 1)
那里的η1和η.2分别是斑点1和2中的光密度的值(图2)
图2:采样组件的流程图 点击此处查看数字 |
因此,NH的收集效率3.采用该方法估计捕获率为67%。此外,如果发现有任何中断或采样后流量比采样前流量减少10%以上,则拒绝每日的样本,以保持数据收集的确定性和可靠性。
农业及种植模式
Jhajjar地区的农业活动主要是农业活动和畜牧业。该地区主要种植Kharif和Rabi作物。“Kharif”一词在阿拉伯语中是秋天的意思,因为这个季节正好是秋天的开始季风作物.这些是在六月六月季节发作的作物,并在9月或八八十八段收获。栽培稻(水稻),珍珠粟(bajra),棉(棉花),Cyamopsistetragonoloba(瓜尔队)等等,Rabi作物是11月份冬季播种的农业作物,并在Marcheg收获。Triticum aestivum(小麦),芸苔juncea(芥末),部落vulgare(大麦)等。
结果和讨论
浓度NH.3.在研究期间
表2给出了NH的浓度3.在不同时期(生长、施肥后、籽粒灌浆、收获后)哈利夫作物(主要是我们的研究区中的珍珠小米)。7月份的日益增长的时间显示最低NH3.浓度平均值29.68μgm-3与其他时间相比较。这些值可以假设为背景值。在作物生长前,氮肥既可以在土壤中施用(基肥),也可以在土壤表面施用(追肥)。基肥将氮肥置于土层以下,限制了氮肥的硝化、反硝化和挥发,从而提高了氮肥的利用效率。34.由于磷酸二铵(DAP)肥料主要用于生长之前的基础敷料(30kg /公顷),与顶部敷料(常见尿素)肥料应用后的水平相比,水平非常少。尿素在土壤表面上施加尿素后,水平显着增加英石八月,申请率〜100kg /公顷。在印度使用的各种肥料中,NH3.浓度在施用尿素时达到最高值。尿素的贡献是最高的,不仅因为它在印度农业的过度使用,而且由于氨氮的大排放因素3.排放。35.白天和夜间的平均浓度测量值为96µg m-3和149µg m-3分别。NH的水平3.在谷物灌装和收获后的期间非常高。植物吸收土壤 - NdeClease朝向成熟,NH3.土壤上的挥发增加。这可能负责更高的NH3.emsclectionstowards成熟。对于在几个月的进一步分析,NH的变化3.与风向相关,如图7所示。
表2:NH的昼夜浓度3.在不同时期的Kharif作物(我们研究地区的珍珠粟)
日期 |
采样时间 |
天时间NH.3.浓。(μgm-3) |
夜间NH.3.浓。(μgm-3) |
2017年7月09 |
1 |
- |
|
2017年7月10 |
34. |
- |
|
2017年7月11日 |
播种时期 |
41. |
- |
2017年7月12日 |
45. |
- |
|
2017年7月13日 |
25. |
- |
|
2017年8月02日 |
115. |
163 |
|
2017年8月3日 |
施肥后 |
122. |
88 |
2017年8月4日 |
添加 |
84 |
190 |
2017年8月5日 |
63 |
154. |
|
2017年9月12日 |
141. |
170 |
|
2017年9月13日 |
粮食灌装 |
187 |
139. |
2017年9月14日 |
125. |
144. |
|
2017年9月15日 |
98 |
121. |
|
2017年10月8日 |
56. |
176 |
|
09年10月2017年 |
收获后 |
104. |
234. |
2017年10月10日 |
117. |
249. |
|
2017年10月11日 |
151. |
184 |
NH的昼夜变化3.在研究期间
图3显示了NH的昼夜变异性3.在研究期间集中。NH.3.与白天相比,夜间的浓度更高。NH也有类似的变化3.其他研究人员还报告了排放。36.白天NH3.浓度从1 ~ 187µgm不等-3在夜间,其含量在88到249µgm之间-3.NH的平均浓度3.每天和夜间被发现为89和168μgm-3分别。图4显示了NH的平均日和夜间浓度的变化3.在抽样的几个月里。更高的NH3.夜间观测到的氨氮浓度可能是由于稳定的大气条件(较少的湍流)导致气态氨氮的分散减少3.由于在相对浅边界内的累积和低效垂直混合,在大气中。这种模式与其他研究人员的研究一致。37-38
图3:NH的昼夜变化3.学习期间的注意力。 点击此处查看数字 |
图4:NH的平均夜间时间变化3.在抽样月份。 点击此处查看数字 |
气象数据
在7月、8月、9月和10月的取样期间,观测到的平均温度分别为37.4℃、35.83℃、35.28℃和34.86℃O.平均相对湿度分别为39.46%、52.125%、38.06%和32.40%,盛行风速和风向大多在2~7mph范围内,在W、E、NW和ESE方向上有明显的分布。
NH.的变异3.温度和相对湿度如图5中所示。之间没有显着的相关性之间观察到3.在我们的流域温度和相对湿度的浓度(图6)。NH的水平3.与白天的温度和相对湿度呈负相关。相比之下,nh3.浓度与夜间相对湿度的温度和负面呈呈正相关。可以解释关于高温和低相对湿度条件的事实,这些关系是NH的形成3.从NH.4.+.在夏季,颗粒铵硝酸铵是挥发性的原因,因此,NH4.不3.将在气相中。39.
图5:NH变化3.(µg m-3)相对湿度(%)和温度(0.C)白天时间和晚上时间。 点击此处查看数字 |
图6:NH的相关性3.(µg m-3)相对湿度(%)和温度(0.C)白天时间和晚上时间。 点击此处查看数字 |
可能的NH来源3.
因为,在北半球3.要么是干沉积,要么是容易转化成氨4.+.因此,高浓度的气态NH3.预计接近地表,距离排放源较近。40-41因此,在观测点附近可能有一些局部排放源。风升图显示,7月和8月采样点西向的浓度较高(图7)。附近农田中大量施用无机氮肥可能对环境硝态氮有促进作用3.这些采样月份的浓度。来自世界各地的几位研究人员也报告了类似的观察结果。42-43在粮食灌装期间,在9月份,氨的水平相当高,普遍的风向主要是西北(图7C)。由于这个村庄是在西北方向的采样网站,牲畜种群,固体废物发电可能导致这些高NH3.水平。此外,10月份收获期间,在收获期间的E和IES方向上大幅多样化。除了生物质燃烧之外,可以有各种源等各种来源,如附近的区域。
图7:风玫瑰图(a) 2017年7月,(b) 2017年8月,(c) 2017年9月和(d) 2017年10月。 点击此处查看数字 |
观察到NH3.2017年10月8日白天和夜间的浓度为56µg m-3&176μgm-3(表3)。绘制风玫瑰图以了解对该特定日期的昼夜值之间的显着差距(图8)。可以推断出在白天和夜间风向的微小变化。因此,高NH3.从夜间(2017年10月8日)开始的水平可以归因于收获后阶段生物质燃烧的开始。然而,为了排除其他可能性,还需要进一步调查。
图8:(e, f) 2017年10月8日,(g,h) 2017年10月9日,(i,j) 2017年10月10日,(k, l) 2017年10月11日。 |
表3:环境氨氮比较3.全球各种特色网站的浓度
网站 |
背景 |
期间 |
NH.3.(µg m-3) |
参考 |
北卡罗莱纳(美国) |
农业 |
2004年7月- 9月 |
11.1 |
威尔逊和Serre44. |
Dongbeiwang (中国) |
郊区农业 |
9.5 |
沈等。45. |
|
中国北京) |
城市 |
2007年8月 |
24.3 |
lanniello等。46. |
Dhangadi(尼泊尔) |
区域 |
1999年9月-2001年6月 |
14.6 |
卡迈克尔et al。47. |
阿格拉(印度) |
城市 |
7 - 9月 |
10.8 |
Parmar等人。48. |
奥克拉,新德里(印度) |
城市工业 |
2012年10月- 2013年9月 |
40.7 |
辛格和kulshrestha.14. |
Mai,U.P(印度) |
农村农业 |
2012年10月- 2013年9月 |
50.5 |
辛格和kulshrestha.14. |
Chhuchhakwas,Haryana(印度) |
农村农业 |
2017年7月 2017年8月 2017年9月 2017年10月 |
29.7 122.9 141.2 159.5 |
目前的学习 |
气体NH浓度的比较3.其他的研究
一般来说,大气NH的水平3.在热带地区比在温带地区高。这可能是由于热带地区的高温导致气体NH的蒸发率更高3.来自农业土壤,动物粪便和其他来源。此外,热带地区碱性尘埃的丰富有利于碱性氨氮的存在3.以其气态形式。相比之下,H的主导地位2所以4.在大多数温带地区的酸化气氛中导致NH的形成4.+所以4.2-气溶胶。38.表4给出了NH的比较3.全球各地的浓度。
结论
平均NH.3.施用磷酸铵(DAP)的量很小,为29.68µgm-3.这是因为添加到土壤中可以提高肥料的使用效率。浓度达到相当高的96.53µgm-3和149.40µgm-3分别在白天和夜间,在土壤表面施用氮肥(尿素)后。风向表明附近的农田是这些高水位的主要来源。平均NH3.在白天和夜间浓度被观察到为138.41μg-3和144.01µg m-3分别在收获前。如此高的水平可能是由于牲畜、污水等的贡献,因为在取样期间风主要来自西北(村庄)方向。环境NH3.浓度在夜间夜间和最小值达到其最大值。
研究表明,为了减少全球范围内氮循环的人为强迫,需要解决氮施肥效率低下的问题。此外,还需要全面审查农业地区周围空气中铵态气溶胶的形成情况,以解决与铵态气溶胶有关的健康和气候问题。
确认
我们衷心感谢大学授予委员会(UGC)授予奖金的奖励。我们感谢科学技术部(DST)通过DST-PURSE计划扩展其财务支持。这项工作是DRSNet-India网络的一部分。
工具书类
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