“Agricomb”测量来自......奶牛的多种气体排放
在光频梳作为光尺首次亮相后，衍生产品随之而来，包括用于测量星光的“天文梳”和用于检测天然气泄漏的类似雷达的梳状系统。现在，研究人员推出了用于测量“奶牛打嗝”的“农用梳子”。 agricomb 可以帮助优化农业生产过程，减少温室气体的产生。
美国国家标准与技术研究院 (NIST) 和堪萨斯州立大学 (KSU) 的研究人员使用 NIST 的 agricomb 同时测量堪萨斯州肉牛饲养场周围大气中甲烷、氨、二氧化碳和水蒸气的排放量。 NIST 设备——一个双梳系统——根据当梳状光在露天路径中来回发送时被大气吸收的红外光的确切色调和数量来识别微量气体。
便携式系统安装在停在饲养场旁边的拖车内。激光经过特殊放大和过滤以针对特定气体。研究人员从包含约 300 头奶牛的围栏中沿两条 100 米的路径测量了上风和下风的气体。该实验的重点是甲烷和氨，因为牲畜（主要是牛）的排放是美国最大的人为甲烷（一种主要的温室气体）来源；氨是一种重要的大气污染物。
测量结果捕获了牛消化过程和地面粪便中的排放物。 agricomb 测量了百万分之几的甲烷和氨浓度，精度为十亿分之 25。甲烷的 agricomb 结果与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处对空气进行采样。梳状系统对氨特别有用，因为这种气体很粘，很难用将空气吸入其中的系统进行测量。此外，agricomb可以同时测量多种气体，这对于传统系统来说是一个挑战。
最后，研究人员表示，虽然商业传感器可以更快地测量精确的背景水平，但农业传感器更精确地捕获了顺风羽流，然后可以更好地表征气体来源。提高精度对于计划未来测量牧场中分布稀疏的奶牛的甲烷至关重要，这是一个更具挑战性的问题。
新旧技术的一致激发了人们对 agricomb 可用于准确量化农业环境中的气体的信心。 agricomb 的优点包括对广泛的红外光的敏感性、高精度、一次对多种气体的免校准检测以及测量设置的灵活性。将两个具有不同“齿”间距的梳子配对，以识别光的确切颜色，使分析更加精确。
由于商业农场的管理实践和牛群特征的差异，估算牲畜的甲烷排放量具有挑战性。此外，研究人员表示，牛所吃的食物会影响排放，但在国家清单中没有说明，这导致温室气体排放模型存在很大的不确定性。堪萨斯饲养场的牛混合吃干草和玉米青贮饲料。
NIST 物理学家 Brian Washburn 说：“对于未来，我们的计划是与 KSU 合作进行牧场测量，让牛吃本地草。” “不同的饲料，加上草原土壤中消耗甲烷的微生物活动，可能意味着牧场中的大气甲烷产量低于饲养场。牛大约 75% 的时间都在牧场度过，因此这一测量值将更能代表净甲烷产量。这也将是一个更难的测量，因为它将发生在更大的区域，大约 500 米乘 500 米，动物更少——大约 40 头。”
研究人员认为，agricomb 可以通过在大空间尺度上同时测量多种气体来支持精准农业——利用新技术提高产量，从而使设计更清洁、更高效的农场成为可能。
传感器