研究人员使用“农业频率梳”测量奶牛排放的气体情况

发表于 3年以前 | 总阅读数：632 次

NIST的仪器是一个双梳状系统，当梳状光在户外路径上来回传送时，它会根据大气吸收的红外光的精确阴影和数量来识别痕量气体。

据《Science Advances》描述，这是频率梳首次在农业环境中使用。这个便携式系统被安装在饲养场旁边的一辆拖车里。激光经过特殊放大和过滤来瞄准特定的气体。

研究人员对拥有约300头牛的牛圈中沿逆风和下风两条100米长的路径排放的气体进行了测量。实验的重点是甲烷和氨，因为牲畜（主要是牛）的排放是美国人为甲烷的最大来源，甲烷是一种主要的温室气体，而氨是一种重要的大气污染物。

测量捕获了牛在消化过程和地上粪便的排放量。农业频率梳以百万分之二十五的精度测量了甲烷和氨的浓度。农业频率梳的甲烷检测结果跟商业传感器的结果相当，该传感器在饲养场边缘的多个入口对空气进行采样。频率梳系统对氨特别有用，因为这种气体很粘、很难用吸入空气的系统来测量。此外，它还可以同时测量多种气体，这对传统的系统是一个挑战。

最后，根据这篇论文，虽然商用传感器能更快地测量出精确的背景水平，但农业频率梳能更准确地捕捉到顺风羽流从而更好地描述气体来源。对于未来计划测量牧场上分布稀疏的奶牛所产生的甲烷来说，精度的提高至关重要，这是一个更具挑战性的问题。

这篇论文指出，新旧技术的一致激发了人们的信心，其认为农用频率梳可以在农业环境中准确地量化气体。农用频率梳的优点包括对广泛的红外光敏感、高精度、一次检测多种气体无需校准及测量设置的灵活性。

由于商业农场的管理实践和牛的特性不同，估算牲畜的甲烷排放具有挑战性。此外根据这篇论文，牛吃什么会影响排放，但没有将国家清单计入，这使得该温室气体排放模型存在很大的不确定性。据悉，堪萨斯饲养场的牛吃的是混合的干草和玉米青贮饲料。

NIST物理学家Brian Washburn表示：“未来我们的计划是跟KSU合作进行牧场测量，在那里牛吃本地的草。不同的饲料加上草地土壤中消耗甲烷的微生物活动可能意味着牧场大气中的甲烷产量低于饲养场。牛一生中约有75%的时间是在牧场度过的，所以这种测量方法更能代表净甲烷产量。这也将是一个更困难的测量，因为它将发生在一个更大的区域，大约500米x500米，动物更少，约40头。”

这组科学家认为，通过在大空间尺度上同时测量多种气体可以支持精确农业--通过使用新技术来提高产量从而使设计出更清洁、更多产的农场成为可能。