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技術(shù)(Technology)
易科泰無土栽培堆肥生物降解動(dòng)態(tài)呼吸儀

時(shí)間:2024-09-13

作者:易科泰

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簡介:生物降解動(dòng)態(tài)呼吸儀可精確檢測土壤、水、大氣氣體、植物、堆肥和可生物降解廢物等樣品的耗氧、二氧化碳產(chǎn)量和產(chǎn)熱量等,是目前基于呼吸計(jì)法(Respirometry)測量堆肥、無土栽培生長基質(zhì)穩(wěn)定性、廢物材料生物降解性,評估現(xiàn)有和新生長培養(yǎng)基原材料及其在混合物中的相互作用的最合適工具(Thomas J. Aspray et al., 2015;Newman, S et al., 2023)。

  生物降解動(dòng)態(tài)呼吸儀可精確檢測土壤、水、大氣氣體、植物、堆肥和可生物降解廢物等樣品的耗氧、二氧化碳產(chǎn)量和產(chǎn)熱量等,是目前基于呼吸計(jì)法(Respirometry)測量堆肥、無土栽培生長基質(zhì)穩(wěn)定性、廢物材料生物降解性,評估現(xiàn)有和新生長培養(yǎng)基原材料及其在混合物中的相互作用的最合適工具(Thomas J. Aspray et al., 2015;Newman, S et al., 2023)。

  該系統(tǒng)主要由高端的呼吸代謝氣體分析儀(氧氣、二氧化碳、水汽、備選甲烷等)、8-16通道(或更多通道)的多功能氣路切換器與高量程氣流分流器、高精度氣流發(fā)生控制器、干燥器、數(shù)據(jù)采集器、專業(yè)版軟件等組成,可選配溫控箱、電導(dǎo)率測量儀、離子化學(xué)分析儀等。

系統(tǒng)特點(diǎn)

  • 英國堆肥行業(yè)使用的“真正的動(dòng)態(tài)”呼吸測試儀DR4(Thomas J. Aspray et al., 2015),空氣擴(kuò)散到樣品提供足夠的氧氣而非ORG0020僅通過腔室頂部空間。
  • 曝氣速率可自定義調(diào)節(jié),為相對高活性/低穩(wěn)定性的樣品提供足夠的曝氣。
  • 源自標(biāo)準(zhǔn)方法的呼吸測定技術(shù),高精度高分辨率,可鑒定不同生長培養(yǎng)基之間微生物穩(wěn)定性的差異
  • 全自動(dòng)化,可選配標(biāo)準(zhǔn)8通道、16通道,或擴(kuò)展更多通道
  • 可根據(jù)測試樣品量選擇不同大小和材質(zhì)的呼吸室,兼容性和擴(kuò)展性強(qiáng)

 

應(yīng)用方向

  • 無土栽培、植物工廠、植物表型
  • 堆肥、生長基質(zhì)穩(wěn)定性測試研究、植物營養(yǎng)
  • 土壤呼吸、土壤碳通量及土壤動(dòng)物呼吸代謝
  • 農(nóng)業(yè)、園藝、草坪種植者、園林綠化、土壤攪拌和土地修復(fù)、環(huán)境保護(hù)
  • 生物降解基礎(chǔ)研究、飼料發(fā)酵、生物基材料生產(chǎn)企業(yè)自檢及配方優(yōu)化等

 

技術(shù)指標(biāo)

  1. 氧氣分析測量儀:燃料電池原理氧氣傳感器,溫度、壓力補(bǔ)償; 量程0-100%(用戶可自定義設(shè)置5個(gè)級別),精度0.1%(O2濃度2-100%時(shí));分辨率0.0001%O2,漂移< 0.01%每小時(shí)(溫度恒定情況下);響應(yīng)時(shí)間小于7秒;24小時(shí)漂移低于0.01%;
  2. 二氧化碳分析測量儀:雙波長無色散紅外氣體分析器,量程0-5%(用戶可自定義設(shè)置9個(gè)級別,可定制其他量程);精度為讀數(shù)的1%,分辨率0.0001%(1ppm);漂移<0.001%每小時(shí)(溫度恒定情況下);響應(yīng)時(shí)間小于0.5秒;24小時(shí)漂移低于0.002%;20分鐘噪音< 1 ppm RMS;
  3. RH-300水汽測量儀(備選):薄膜電容原理,量程0-100%RH,精度1%,分辨率0.001%RH;露點(diǎn)溫度量程-40到40℃,精度0.5℃,分辨率0.002℃;水蒸氣密度量程0-10ug/ml,分辨率0.0001ug/ml;水汽壓量程0-20000Pa,分辨率0.01Pa(0-1000Pa時(shí));漂移<0.01%RH每小時(shí)(溫度恒定情況下);
  4. 甲烷分析測量儀(備選):雙波長紅外技術(shù),氣壓補(bǔ)償,測量范圍0-10%;可選配高靈敏度激光氣體檢測甲烷分析儀,分辨率1ppm;精確度1%;適用氣流5-2000ml/分鐘;噪音小于3ppm,漂移低于0.002%每小時(shí)(溫度恒定情況下);溫度測量精度0.2℃,分辨率0.001℃;大氣壓測量分辨率0.0001kPa,精度為讀數(shù)的1%;
  5. 氣路轉(zhuǎn)換器:8個(gè)氣路通道(包括一個(gè)Baseline通道)自動(dòng)切換或手動(dòng)切換均支持;可多臺組合成16通道或24通道;反應(yīng)時(shí)間<50毫秒;支持push或pull兩種氣流方向;支持stop ?ow或?ow-through兩種氣路切換模式;
  6. 氣流分流控制器:流速范圍0-2000毫升/分鐘或0-5000毫升/分鐘,分辨率1毫升/分鐘,自動(dòng)補(bǔ)償溫度和壓力,并產(chǎn)生 STP 流速,精度2%;

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):12個(gè)信號輸入通道,其中8個(gè)模擬輸入通道可以測量-5.12V到+5.12V的電壓信號,16bits數(shù)模轉(zhuǎn)換;4個(gè)溫度輸入專用通道專門連接溫度傳感器,溫度測量范圍-5到60℃;2個(gè)模擬信號輸出通道,0-5V,12位分辨率;1個(gè)16bits計(jì)數(shù)器;

  1. 標(biāo)配500毫升玻璃呼吸室,可選擇其它材質(zhì)或定制體積的呼吸室等。

 

應(yīng)用案例

  • 英國開放大學(xué)科研人員使用SSI呼吸代謝系統(tǒng)構(gòu)建的堆肥生物降解動(dòng)態(tài)呼吸儀測量五種無土栽培生長基質(zhì)(分別為厭氧沼渣纖維AD、樹皮BC、椰殼纖維CR、木纖維WF和綠色堆肥GC)在有氧條件下單一材料的微生物活性、水分對測試的影響、添加營養(yǎng)物質(zhì)對測試的影響、以及不同生長基質(zhì)混合的交互作用影響等,研究結(jié)果發(fā)表在2023年的國際《Horticulturae 》雜志。

    呼吸儀示意圖(引自Newman, S et al. Using Respirometry to Investigate Biological Stability of Growing Media in Aerobic Conditions. Horticulturae, 2023)

單一生長基質(zhì)材料的CO2產(chǎn)量,CO2的產(chǎn)生速率(a);累積CO2產(chǎn)量(c); (b)和(d)為水平曲線之間數(shù)據(jù)的可視化放大圖

  研究結(jié)果,該動(dòng)態(tài)呼吸測定法是評估現(xiàn)有和新生長培養(yǎng)基原材料及其在混合物中的相互作用的合適工具。使用源自標(biāo)準(zhǔn)方法的呼吸測定技術(shù),成功鑒定了不同生長培養(yǎng)基之間微生物穩(wěn)定性的差異。此外,通過模擬真實(shí)可復(fù)制的條件,該技術(shù)可以通過添加額外微生物或其它要素生產(chǎn)新的生長基培養(yǎng)物。

 

參考文獻(xiàn)

Thomas J. Aspray et al., Static, dynamic and inoculum augmented respiration based test assessment for determining in-vessel compost stability,Waste Management,Volume 42,2015,Pages 3-9,ISSN 0956-053X, https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.04.027.

Newman, S.; Alexander, P.; Bragg, N.; Howell, G. Using Respirometry to Investigate Biological Stability of Growing Media in Aerobic Conditions. Horticulturae 2023, 9, 1258. https://doi.org/10.3390/horticulturae9121258

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