文献类型： 中文期刊

作者： 李奇辰 ¹ ; 霍丽丽 ¹ ; 姚宗路 ¹ ; 赵立欣 ¹ ; 杉原敏昭 ² ;

作者机构： 1.中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所

2.明治大学农学部

关键词： 秸秆CO₂排放;腐解动态监测系统;Arduino;高时空分辨率监测

期刊名称： 农业机械学报

ISSN： 1000-1298

年卷期： 2024 年 55 卷 010 期

页码： 399-409

收录情况： EI ; 北大核心 ; CSCD

摘要： 针对秸秆腐解产物复杂，导致在线监测困难的问题，提出以秸秆腐解CO₂排放量作为反映秸秆腐解动态特性的指标。并针对市面CO₂传感器成本高、体积大，在秸秆腐解监测中普及困难的问题，基于小型、低成本非色散红外（Non-dispersive infrared, NDIR）CO₂传感器、环境传感器及Arduino板，设计了秸秆腐解动态监测系统，实现秸秆腐解过程环境参数、秸秆温度以及CO₂浓度多位点的监测，并结合微生物群落数据，分析了秸秆腐解规律。以市面TR-76Ui CO₂记录仪为基准，对每个低成本NDIR CO₂传感器进行测试与校准，1 829个数据点的线性回归模型决定系数R²为0.97～0.99,RMSE为14.56～56.36μL/L,表明低成本NDIR CO₂传感器具有良好的检测精度和稳定性。秸秆堆体内部CO₂浓度具有周期性变化规律，变化趋势与温度的变化趋势一致，且振动幅度随秸秆干燥逐渐减弱，该现象反映了微生物活动的生物节律，揭示了秸秆堆体内部CO₂变化能够反映秸秆腐解的行为特征。分析表明，秸秆腐解速率与温度和含水率呈正相关，决定系数R²分别为0.813 7与0.892。调节秸秆含水率大于40%后，秸秆腐解速率迅速下降，至第4天趋于平稳。添加微生物菌剂后秸秆腐解速率在第7天开始明显下降，至第12天开始趋于平稳。监测周期内传感器未发生明显漂移，有较好的稳定性，检测精度可以满足秸秆腐解试验的分析需求，小型、低成本硬件对于秸秆腐解动态监测具有很好的推广应用潜力。