农田甲烷和氧化亚氮静态箱法排放监测技术规范(T-LCAA 006—2021).pdf
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1、ICS 13.020.10 Z 04 团体标准 T/LCAA 0062021 农田甲烷和氧化亚氮静态箱法排放 监测技术规范 Measuring technical specification on methane and nitrous oxide emissions from farmland by static chamber 2021-03-05 发布 2021-03-06 实施 北京低碳农业协会北京低碳农业协会 发布发布 T/LCAA 0062021 I 目 次 前 言 .II1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 监测内容.2 4.1 监测地点信息.2 4.2
2、农田管理信息.2 4.3 日排放数据.2 5 样点设置原则.2 5.1 样点设置原则.2 5.2 减少采样过程对农作物生长干扰的措施.2 6 气体样品采集和分析操作.3 6.1 监测时间.3 6.2 观测频率.3 6.3 气体样品采集和存放方法.4 6.4 气样中的甲烷和氧化亚氮分析方法.5 7 甲烷和氧化亚氮小时排放通量计算方法.5 7.1 线性和非线性小时通量计算条件和方法.5 7.2 日通量估计方法.6 7.3 季节和年通量估计方法.7 8 数据质量控制.7 8.1 观测数据被判定为无效的条件.7 8.2 无效的小时通量数据的回收和插补.7 8.3 文档管理.7 T/LCAA 00620
3、21 II 前 言 本标准按照GB/T 1.12020的规则起草。本文件由北京低碳农业协会提出并归口。本标准主要起草单位:中国科学院大气物理研究所、北京低碳农业协会、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、国家市场监督管理总局认证认可技术研究中心、中国农业科学院饲料所、北京市土肥工作站、全国畜牧总站、北京市畜牧总站。本标准主要起草人:韩圣慧、郑循华、王睿、吴建繁、王立刚、韩新法、杨军香、杨泽慧、姚志生、王凯、张伟、李思琪、王琳、孙天晴、于跃跃、王伊琨、史文清、任康 T/LCAA 0062021 1 农田甲烷和氧化亚氮排放静态箱法监测技术规范 1 范围 本文件规定了农田甲烷和氧化亚氮排放监测技术
4、的术语和定义、监测内容、样点设置原则、气体样品采集和分析操作、甲烷和氧化亚氮小时通量计算方法、数据质量控制。本标准适用于监测农作物生长过程和休耕期间甲烷和氧化亚氮排放。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改)适用于本文件。T/LCAA 005-2021 气体中甲烷、氧化亚氮和二氧化碳浓度测定 气相色谱法 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 农田氧化亚氮排放 nitrous oxide from farmland 因使用化肥、堆肥
5、、沼肥、绿肥和还田秸秆等有机、无机含氮肥料产生的氧化亚氮(N2O)排放。(注:如无特别说明,包括施肥和秸秆还田导致的农田土壤N2O直接排放、氨和氮氧化物挥发导致沉降引起的间接排放和氮淋溶渗滤/径流损失引起的间接排放。3.2 农田甲烷排放 methane from farmland 使用化肥、堆肥、沼肥、绿肥和还田秸秆等有机、无机含氮肥料,因厌氧环境导致产生的甲烷(CH4)排放。3.3 采样点 sampling site 在监测区域内采集环境样品的准确位置,采样点应该对监测区域具有代表性。3.4 静态箱 statistic chamber 在采样点采集样品所用的箱子,具有一定的面积和气密性,并附
6、带采样附属用品,材料可用不锈钢、有机玻璃、PVC、聚碳酸酯材料等材料。一般静态箱分底座、中段箱和顶箱。3.5 T/LCAA 0062021 2 静态箱法 statistic chamber technique 又称密闭箱法,是在静态箱内气体与外界不发生任何交换的情况下,测定密闭箱体内被测气体在不太长的时间内(如十几分钟)的浓度变化,最终获得该气体在被测地表上方的交换通量的方法。3.6 通量 flux 表示物质分子移动量的大小,指某种物质在每秒/每小时内通过每平方厘米的假想平面的摩尔或毫摩尔数。3.7 数据插补 data Interpolation 采用适合的插补方法对缺失数据或不合格的观测数据
7、进行估计。4 监测内容 4.1 监测地点信息 包括监测地点的名称、经纬度、以及观测地点的气候特征、土壤性质、主要耕作方式和耕作制度。4.2 农田管理信息 包括移栽/种植/收获时间、灌溉用水量和时间、化肥和有机肥施肥量、施肥时间、施肥方式等。4.3 日排放数据 包括采样时间、采样天气情况、土壤温度、土壤湿度和水深、各采样箱内温度、各采样箱采集气样的甲烷和氧化亚氮的浓度。5 样点设置原则 5.1 样点设置原则 通常以不少于 3 个采样点作为空间重复(图 1)。注:左、右图可分别代表匀播和行播作物田的情形,即如主要包括作物行和行间空地两种情形的 行播农田,用一个采样箱就可同时覆盖作物行和行间空地两种
8、类型地表 图图 1 1 单个采样点的设置示意图单个采样点的设置示意图 5.2 减少采样过程对农作物生长干扰的措施 a 栈桥设置 对于土壤水分较多、地面淹水(如稻田)、土壤较疏松、植物生长茂盛等的农田,在到达各个采样T/LCAA 0062021 3 箱的必经路径上设置 10 m 左右的栈桥(如图 2)。图图 2 专为单个重复采样箱架设的栈桥专为单个重复采样箱架设的栈桥 b 固定木板/砖路设置 对于地面土壤相对硬实的农田,在每个采样箱底座四周固定放置木板或砖块以供采样操作人员站立,避免采样箱底座外侧四周 50 cm 范围内的土壤、植物和凋落物等免遭踩踏。c 植株保护栏 在整个采样箱内及采样箱外四周
9、 50 cm 范围内的植物设置保护栏(如图 3)。图图 3 3 箱内外植物保护栏箱内外植物保护栏 e 植株保护行 如果试验小区的面积比较小,各小区之间要留出足够面积的保护行(至少 2-3 行),以减轻或避免边缘效应和气体采样频繁操作对农作物生长造成的破坏。6 气体样品采集和分析操作 6.1 监测时间 在中国华北、华东、中南、华南、东北大部分地区,监测时间为上午 08:00-11:00 之间或下午17:00-19:00 之间完成;在中国西部,如四川、云南、青海、西藏和新疆等地,监测时间推后 2 个小时;在中国黑龙江省东部,监测时间需提前 2 个小时。凡属于如下情形者,将气体采样调整到一天中最方便
10、野外操作的时间或被测气体通量受到特别关注的时间。这些情形主要包括:a)遇大雨等原因致使不能按时完成采样;b)阴天;c)发生了可刺激气体产生与排放的突发性事件(如施肥、灌溉、排水等)。6.2 观测频率 T/LCAA 0062021 4 每星期观测不少于 1 次。对于以下情况,要实施加密观测(表 1)。当气体通量降低到强排放发生之前的水平时,将测定频率降至每星期 1 次。表表 1 1 加密观测的情况加密观测的情况 情况情况 加密观测加密观测 引起土壤水分状况发生显著变化的事件引起土壤水分状况发生显著变化的事件 小雨 逐日观测持续 3 天 大雨(热带雨林干季的每场降雨、湿季的初雨、湿季持续晴天一段时
11、间后才发生的降雨)逐日观测持续 7 天 持续数日降雨 选择在一天中雨小或雨停的时间进行加密观测 灌溉(旱地灌溉,水田或湿地排水,家畜放牧过程中排尿)逐日观测持续 7 天 引起土壤中速效氮或易分解氮含量发生显著变化的事件引起土壤中速效氮或易分解氮含量发生显著变化的事件 耕翻、小量追施氮肥 逐日观测持续 7 天 施用化学氮肥、有机肥料、秸秆 逐日观测持续 15 天或更长时间 6.3 气体样品采集和存放方法 a 气体样品采集 用配有三通阀的 60 mL 或 100 mL 医用塑料注射器进行气体样品采集和储存。气体样品的采样时间持续 30 至 80 分钟,期间每个采样箱共采集 5 个气体样品,并同时记
12、录采样时间、气温和大气压。具体操作步骤如图 4。b 气体样品存放 用注射器从密闭采样箱抽取的气体样品,既可直接储存在注射器中,也可转移并储存在预先准备好的真空瓶中。T/LCAA 0062021 5 图图 4 气样采集和储存气样的流程图气样采集和储存气样的流程图 6.4 气样中的甲烷和氧化亚氮分析方法 采用标准 T/LCAA 005-2021 分析气样中的甲烷和氧化亚氮浓度。7 甲烷和氧化亚氮小时排放通量计算方法 7.1 线性和非线性小时通量计算条件和方法 a 满足非线性的小时通量计算方法的条件 密闭罩箱期间的气体浓度观测数据同时满足以下条件时,采用非线性算法估算通量:a)5 次浓度观测数据全部
13、有效(n=5);b)非线性相关系数(RNL)大于 0.878(回归关系统计显著,即 p 0.001,或 k2 0.01;d)非线性拟合给出的采样箱密闭阶段的初始气体浓度变化率(k1 k2 C0)大于线性拟合给出的采样箱密闭阶段的平均气体浓度变化率。出发去采样点之前的准备工作:出发去采样点之前的准备工作:(1)检查塑料医用注射器的气密性;如采用真空储气瓶存放气样,要先将真空储气瓶抽成约-1个大气压,贴上标签(2)准备好记录表,内容包括:采样日期、顶箱高度、地面淹水深度、箱外5 cm和10 cm深度的土壤温度、箱外表层土壤0-6 cm深度的土壤体积含水量、气压、对应于每一个气体样品的采样时间、箱内
14、气温运送采样箱到采样点采样点检查:(1)底座是否有漏气的情形(2)清理底座平台上的杂物,如树叶、尘土、植物等,确保密封胶完好无损顶箱错位放置在箱底座的平台上打开平衡管顶箱安装在底座上,扣上气密性连接扣关闭平衡管记录密闭时间(记为时:分:秒)采集箱外空气60ml作为第一个气样记录箱内气温每隔8分钟采集第25个气样:(1)打开平衡管(2)用注射器抽取10 mL气体并放掉(3)抽取60 mL气样,记录时间(4)关闭注射器和采样管连接的三通,关闭平衡管。如用真空瓶保存气样,则将样气注入真空瓶。(5)记录箱内温度(6)分别测定5 cm和15 cm深度的土壤温度气样采集完毕(1)用堵头将采样管三通各个出口
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