农业机械学报

作者：李奇辰，霍丽丽，姚宗路，赵立欣，杉原敏昭

单位：中国农业科学院;农业农村部华北平原农业绿色低碳重点实验室,中国农业科学院;农业农村部华北平原农业绿色低碳重点实验室,中国农业科学院;农业农村部华北平原农业绿色低碳重点实验室,中国农业科学院;农业农村部华北平原农业绿色低碳重点实验室,明治大学,

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

基金：国家重点研发计划项目（2023YFD1701505）

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，1829个数据点的线性回归模型决定系数R2为0.97~0.99，RMSE为14.56~56.36 μL/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。

来源：2024年第10期

《农业机械学报》期刊编辑部

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