近年来,等离子体技术在农业领域中掀起了研究热潮,包括育种、病害抗治、果蔬保鲜、固氮等众多方面。其中,等离子体绿色氮肥制备更是备受关注。现今的固氮产业主要依靠Harber-Bosch制氨法,化石燃料的密集使用不仅威胁到世界能源安全,生产过程中温室气体的大量排放还造成严重的环境污染。世界范围内引起了发展绿色、清洁、可持续的新型固氮技术的呼声。等离子体固氮反应途径中,化石燃料的需求大幅降低;又因其独特的理化特性,理论上可以在较低的能耗之下合成氮肥。所以无论是从应用前景还是从发展潜力上看,等离子体固氮的研究都具有深远的意义。本文通篇都围绕等离子体固氮相关内容展开。为充分发挥等离子体自身的优势,并响应绿色可持续发展的理念,等离子体固氮可以采取在需求侧建立分布式小型基站的策略,因地制宜取用风能、光能等清洁能源。等离子体固氮明显区别于现有固氮技术,所以需要讨论整个固氮流程之下可能面临的问题,包括等离子体源的选择与优化、氮氧化合物的吸收溶解、固氮产物的诊断等。首先,本文以降低能耗为主要目的,通过比较不同的固氮等离子体源、放电间隙、气流速度以及稀有气体掺比等对影响固氮能耗的因素做了系统研究和优化,并对如何促进氮肥的液相吸收溶解做了初步研究。为了实现实际应用中对于液相产物特别是氮肥溶解后成分的在线检测需求,本文开发了一种以可见光图像分析为基础的检测方法。并通过与传统紫外-可见光分光光度计测量的结果比对,发现这种方法的检测效果与光谱法相当,足以胜任于固氮应用中物质的测量,同时在操作性、适用性以及测量成本上都有着明显的优势。由于目前尚未发展出专门用以农业固氮的等离子体源,等离子体自身的优势并没有得到充分发挥。在等离子体固氮大面积推广应用之前,等离子体源的突破以及氮氧化合物吸收溶解率的提高都是亟需打破的瓶颈。