Name: Bewertung von Methan und Lachgas Wärmeflüsse vom Reisfeld mittels statischer geschlossen Kammern, die Pflege der Pflanzen im Gasraum (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-06T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 3 s
Description: Erfahren Sie die Messung von Treibhausgasemissionen aus Reisfeldern mit statischen geschlossenen Kammern. Diese Methode ermöglicht die Bewertung von Methan- und Lachgasflüssen für Klimaforschung und nachhaltige Landwirtschaft.

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Die Autoren sind dankbar, dass Marco Romani und Eleonora Francesca Miniotti und das Personal Research Centre der Ente Nazionale Risi, die die experimentellen Studie zu Gast, wo das Video erstellt wurde. Wir wollen auch Francesco Alluvione Danke für den ersten wissenschaftlichen Blitz führt Protokoll Realisierung und Joan Leonard für ihre wertvolle Arbeit der englischen Bearbeitung des Manuskripts.

1. Kammer Design
<ol><li>Montieren Sie jede Kammer mit drei Hauptelementen: Anker, einem Deckel und mindestens vier Erweiterungen.</li>
	<li>Bauen Sie den Anker in Form von einem 75 x 36 cm x 25 cm (L x b x H) rechteckiger Kasten aus rostfreiem Stahl gefertigt. Schweißen Sie einen Wasser-ausfüllbare Kanal 10-13 mm (w) x 13-20 mm (h) auf der oberen rechteckigen Umfang des Ankers. Bohren Sie zwei Löcher (1 cm Durchmesser) auf jeder der vier Seiten des Ankers 5 cm vom oberen Wasserkanal. Hinweis: Anker Boden Spalte unterhalb der Kammer zu isolieren und laterale Verbreitung verhindern. Der Kanal ist notwendig, eine effektive Abdichtung zwischen dem Anker und dem Deckel zu erreichen. Die Löcher gewährleisten eine schnelle Entladung stehendes Wasser in der Kammer während der Bereich Entwässerung Ereignisse.</li>
	<li>Einen Deckel in eine rechteckige Kastenform aus Edelstahl zu bauen und Größe 75 cm x 36 cm x 20 cm (L x b x H) mit einem Innenvolumen von 54 L. Achten Sie darauf, daß es passt den Wasser-ausfüllbare Kanal.</li>
	<li>Decken Sie den Deckel mit einem 4 cm dicken geschlossenzelligen Schaum d. h., die wiederum von einer Licht reflektierenden (Aluminium-Like) Beschichtung abgedeckt. Hinweis: Es ist notwendig, die Kammer mit einem Temperatur-Kontrollsystem, um nicht zu künstlich mikrobiellen Aktivität fördern, konsequenten zu einer unbeabsichtigten Temperaturanstieg während Kammer Schließung auszustatten.</li>
	<li>Jeder Deckel mit einem Entlüftungsventil, gemacht aus einem gebogenen Stück Kunststoffschlauch auszustatten (1,5 cm x 24 cm, D x L) Größe der Kammer Volumen und Wind Bedingungen25. Verbinden Sie das Entlüftungsventil im Deckel, indem ein 1,5 cm Loch in der Mitte eines der zwei 36-cm-Seitenflächen des Deckels. Dann sichern Sie das Plastikrohr mit einer Schraubverbindung. Hinweis: Das Entlüftungsventil für die Übertragung von empfiehlt barometrischen Änderungen an den Enclose Luftvolumen und Volumenveränderungen, die während auftreten zu kompensieren Kammer-Gehäuse und Luft Probenahme Rücknahme und/oder die unkontrollierte, eingeschlossene Luft zugeordnet Temperaturänderungen. Die Entlüftung sollte ein Rohr und nicht einfach ein Loch, so dass Luft aus erschöpft das Gehäuse bei einem Rückgang der Außendruck innerhalb des Schlauches erfasst und dann zurück zum Gehäuse, für den Fall, dass der Druck wieder steigt. Die gebogene Form minimiert das Potenzial der Kammer Druckentlastung durch Windströmung über die externe Öffnung, d. h.der Venturi-Effekt-26.</li>
	<li>Geben Sie einen Probenahme-Port für die Entnahme von Gasproben. Machen Sie ein 1 cm Loch in der Mitte der Oberseite des Deckels in eine 7 cm X 7 cm Nische in der Zelle Schaumstoff gegraben. Schließen Sie das Loch mit einem Gummistopfen, der ein Teflon-Rohr (Innendurchmesser 3 mm, Länge 20 cm) passt. Sicherstellen Sie, dass der Teflonschlauch 3 cm extrudiert und 17 cm dringt, wenn der Verschluss in seiner Nische platziert wird. Verbinden Sie den nach außen Teil des Rohres, ein One-Way-Absperrhahn der Öffnung/Schließung des Hafens Probenahme zu verwalten.</li>
	<li>Statten Sie jeden Deckel mit einem 12V PC Lüfter angetrieben durch eine 12V 7Ah wiederaufladbar und tragbare Batterie, zur Luft mischen. Den PC-Lüfter auf der oberen Innenseite des Deckels mittels zwei Stahl Verbindungselemente verschraubt an der Innenseite der Kammer zu verorten. Hinweis: Air mixing ist notwendig, zu verhindern, dass Gas-Schichtung innerhalb der Kammer Headspace während Gehäuse, vor allem, wenn große Mengen von Vegetation vorhanden sind.</li>
	<li>Bauen Sie eine Reihe von Erweiterungen für die Pflanzen im Inneren der Kammer sind, wenn sie ausgewachsen sind. Zum Beispiel, wenn die Pflanzen nicht 80 cm Höhe auf ihre endgültige Größe übersteigt, bauen Sie 4 Verlängerungen für jede Kammer. Sicherzustellen, dass jeder eine rechteckige Box aus Edelstahl und 75 x 36 x 25 cm (L x b x H) in der Größe und mit einem oberen Wasser-ausfüllbare Kanal wie beschrieben für den Anker. Fügen Sie diese Erweiterungen zwischen Anker und Deckel während der Kammer-Gehäuse je nach Ernte.</li>
</ol>2. Bereitstellung und Anordnung des Systems zur Vermeidung von Störungen der Erde zu verankern
<ol><li>Fügen Sie Anker in den Boden nach Bereich Vorbereitung (d. h., nach allen Bodenbearbeitung Operationen) und vor der Aussaat Reis. Wenn möglich, nehmen Sie nicht die Anker für die Dauer der Messung, wenn unbedingt notwendig, wie z. B. für Bodenbearbeitung Betrieb zwischen den beiden folgenden Spielzeiten zuschneiden. Legen Sie die Anker ein paar Tage (mindestens 2 Tage) vor Flux Messung beginnt, so dass der Boden nach Störung während der Installation neu gestalten.</li>
	<li>Legen Sie vor der Verteilung Anker auf dem nackten Boden, 30 cm x 3 m (W x L) Holz Planken (im Feld und gehen ausschließlich auf sie während der folgenden Vorgänge Bodenverdichtungen zu vermeiden. Legen Sie die Dielen mindestens 0,5 m von jeder Anker.</li>
	<li>Legen Sie Anker in einer Tiefe von 40 cm in die gepflügten Pfanne zu sichern den Anker und vermeiden versehentliche seitneigung nach Feld Überschwemmungen, vor allem wenn Erweiterung verwendet wird. Nachdem der Anker auf dem Boden im Feldbereich zugeordneten positioniert wurden, legen Sie einen benutzerdefinierte montiert Stahlrahmen auf den Anker, unter Beibehaltung der korrekten Ausrichtung der beiden Komponenten. Hammer des Ankers in den Boden, und achten Sie auf den Rahmen und nicht den Anker, um Schäden an den Anker getroffen. Nach dem Einlegen sicherstellen Sie, dass die Anker mit Hilfe einer Wasserwaage perfekt flach sind.</li>
	<li>Legen Sie mindestens drei Anker für jede überwachte Behandlung (d.h., Wiederholungen). Respektieren Sie einen Mindestabstand zwischen benachbarten Kammern von 1 m, für den Fall, dass mehr als einer Kammer innerhalb der gleichen Versuchsgerät verwendet werden muss.</li>
	<li>Sobald die Anker eingesetzt sind, entfernen Sie vorübergehend die Holzbohlen zu Fuß, und ordnen Sie dann das Feld mit einem System von Laufstegen aus den seitlichen Ufern des Feldes. Legen Sie im Detail in das Feld Betonsteine mindestens 0,5 m weit weg von den Ankern in Zahlen ausreichen, um ein System von Holzbohlen halten. Hinweis: Laufstege sind notwendig, um Boden Störung während der Ereignisse nach dem Bilanzstichtag GHG Messung zu verhindern. Die Anzahl von Betonsteinen hängt von der Entfernung der Anker vom seitlichen Ufer des Feldes. Jede 3 m lange Diele erfordert zwei Betonblöcke für Stabilität.</li>
</ol>3. Kammer Schließung und THG-Messungen
<ol><li>Führen Sie Messung Veranstaltungen immer zur gleichen Zeit jeden Tag, um tagaktive Variabilität zu minimieren. Hinweis: Im Moment beste durchschnittliche tägliche Bewegung vertreten ist, bei nahe dem täglichen Mittelwert, d.h.bei 10:00 Temperaturen Dies ist der beste Weg, den täglichen kumulierten Wert aus einer einmaligen Messung in der Tag-27zu schätzen.</li>
	<li>Bei der Ankunft in das Feld Ort Holzbohlen auf die Betonsteine, Anker zu erreichen. Danach füllen Sie die Kanäle, die am oberen Rand der Anker mit Wasser gelegt. Fügen Sie Erweiterungen sorgfältig wie nötig, um die Pflanzen innerhalb der Kammer Headspace umschließen hinzu. Hinweis: Dieser Vorgang sollte von zwei Betreibern durchgeführt werden, um Flurschäden zu vermeiden. Füllen Sie den Kanal für jede verwendete Erweiterung sowie mit Wasser.</li>
	<li>Schließen Sie jede Kammer, platzieren den Deckel in den wassergefüllten Kanal der oberen Erweiterung. Während der Schliessungszeit (in der Regel 15-20 min, aber für experimentelle Bedürfnissen modifizierbar) zurücktreten Sie, mindestens drei Gasproben in gleichen Zeitabständen (z.B.kurz nach Schließung, nach 10 min und nach 20 min). Verbinden Sie bei Verkostungen eine 50-mL-Spritze mit ein One-Way-Absperrhahn mit dem Sampling-Anschluss ausgestattet, dann öffnen Sie die zwei Hähne (eine in der Spritze) und eine in der Probenahme-Hafen, "spülen" die Spritze, durch Verschieben des Kolbens nach oben und unten dreimal vor der Rücknahme 35 mL von Headspace-Kammer, und schließen Sie dann endlich die zwei Hähne. Trennen Sie die Spritze aus der Probenahme-Port, und bewahren sie auseinander. Hinweis: Beim Betrieb in der Nähe von den Kammern im Bereich Hochwasser zu vermeiden Störungen oder Turbulenzen stehendes Wasser wie es atypischen Gasblasen produzieren und THG Flussmittel Schätzungen verändern kann.</li>
	<li>Fügen Sie geeignet für Reispflanzen enthalten mehrere Erweiterungen hinzu. Zwischenschalten Sie Erweiterungen zwischen Anker und Deckel, alle Wasser-ausfüllbare Kanäle füllen. Verwenden Sie eine Erweiterung, wenn der Reis 20-40 cm über der Bodenoberfläche ist (gemessen mit einem Zollstock); Verwenden Sie zwei Erweiterungen, wenn der Reis 40-60 cm, und So weiter ist.</li>
	<li>Während der Schließung der Kammer Messen Sie die Headspace-Temperatur alle 3-5 min mit einem Temperatur-Datenlogger.</li>
	<li>Betrachten Sie das Samplingereignis abgeschlossen, nach der Schutzfrist. Den Deckel abnehmen und anschließend alle Erweiterungen verwendet. Hinweis: Um den Zeitaufwand für mehrere Kammern zu überwachen, und vermeiden tagaktiv Variabilität Voreingenommenheit zu verkürzen, ist es möglich, gleichzeitig mehr als einer Kammer zu messen. Zum Beispiel mit einem Team von zwei Betreibern ist es möglich, Probenahme von bis zu 10 benachbarten Kammern in 30 min zu verwalten.</li>
	<li>Nach jeder Samplingereignis Höhenmessung Headspace jeder Kammer aus dem Boden (wenn das Feld leer ist) oder durch stehendes Wasser (wenn das Feld überflutet ist) mit einem Zollstock.</li>
</ol>4. Probieren Sie Handling und Analysen
<ol><li>Vor jedem Reisfeld zu besuchen, drei (oder mehr) 12 mL Glasfläschchen mit Butylkautschuk Septen pro Feld Kammer im Labor geschlossen zu evakuieren. Hinweis: Fläschchen können wiederverwendet werden. Vor jeder erneuten Verwendung ist es notwendig, ersetzen die gummiseptum und Wiederherstellen das Vakuum.</li>
	<li>Übertragen Sie nach dem Rückzug von Gas aus der Kammer Headspace die Spritze eingereichten Proben auf die Evakuierten Fläschchen schnell weil Kunststoffspritzen, sogar mit geschlossenen Absperrhahn, keine Leckage28garantieren können. Führen Sie die Übertragung mit einer 25-Gauge-Injektionsnadel. Erstens passen Sie die Nadel in den Absperrhahn dann öffnen Sie und spülen Sie die Nadel mit 5 mL der Probe. Als nächstes stechen Sie die Nadel in das Septum und schieben Sie die restlichen 30 mL Probe in ein Pre evakuierten Fläschchen und dann ziehen Sie die Nadel heraus. Hinweis: Die Probe in das Fläschchen ist > 2 atm Druck Gas für mehrere Analysen und Massenstrom aus der äußeren Umgebung in Richtung der Probe zu vermeiden, die die THG-Konzentration verändern würde. Die 5 mL Probe Spülung der Nadel ermöglicht es, für andere Proben wiederverwendet werden.</li>
	<li>Am Ende jedes Samplingereignis übertragen Sie die Fläschchen in das Labor zur Analyse. Hinweis: Obwohl die Erhaltung der Probe bei 20 ° C für mehr als vier Monaten28gewährleistet ist, ist es immer vorzuziehen, analytische Verfahren so schnell wie möglich durchführen.</li>
	<li>Gaskonzentrationen in der gesammelten Proben mit einer automatisierten Gaschromatograph ausgestattet mit einer Electron Capture Detektor für N2O Entschlossenheit und einem Flammenwächter Ionisation für CH4 Bestimmung29zu bestimmen. Neben den Proben messen Sie die Konzentration von einer Reihe von bekannten N2O und CH4 Proben (Normen) um eine genaue Kalibrierung durchführen. Hinweis: Die Konzentration der Standards sollte die erwartete Konzentration der Proben abdecken.</li>
</ol>(5) Flux Schätzung
<ol><li>Das Modell gewählt für die Flux-Schätzung sollte das Flussmittel Vorhersagen, zum Zeitpunkt der Bereitstellung Kammer, d. h., der ideale Zeitpunkt, an dem der wahre Wechselkurs Kammer Präsenz unberührt ist.</li>
	<li>Nach der Bestimmung der Konzentration von Gas auf eine Grundlautstärke über Gas berechnen chromatographische Analyse und anschließende Kalibrierung, die absolute Menge der Substanz (N2O oder CH4) in den Gasraum gemäß der Luft Molares Volumen das ideale Gasgesetz abgeleitet. Hinweis: Es ist sehr ratsam, produzieren eine Kalibrierungskurve jeden Samplingereignis zugeordnet, da Gaschromatograph leichte Signal Veränderungen als Funktion der Temperatur, leiden können, die zu Fehlern führen kann.</li>
	<li>Wählen Sie zwischen eine lineare oder nichtlineare Modell, je nach dem Muster der Emission. Wählen Sie unter den verfügbaren nicht-lineare Modelle die HM Modell25, schließlich unter Berufung auf die HMR-Paket9. Wenn Sie haben drei Zeitpunkten (Zeitpunkt 0, Zeit 1 und 2) wählen Sie basierend auf den Hang der beiden Segmente: für den Fall, dass die Steigung zwischen 0 und 1 die Steigung zwischen 1 und 2 in absoluten Werten größer ist und Pisten übereinstimmende sind , verwenden Sie das HM-Modell; Verwenden Sie in allen anderen Fällen ein lineares Modell. Wenn Sie mehr als drei Zeitpunkte, passen die beiden Modelle mit HMR, aber wählen Sie anschließend auf eigene Faust basierend auf visuelle Beurteilung des Modells am besten passt des Trends.</li>
	<li>Legen Sie auf NULL Fluten unter das Minimum nachweisbar Flussmittel, berechnet nach der Nachweisgrenze des Gaschromatographen und Betriebsbedingungen (Temperatur, Druck, Headspace-Volumen).</li>
	<li>Um die saisonale Variabilität von Flussmittel richtig zu beschreiben, stellen Sie mindestens 40 Veranstaltungen das ganze Jahr (monitoring beide Zyklen und Perioden Zwischenfruchtbau) sampling, Intensivierung der Sampling-Frequenz in der Nähe von zentrale Ereignisse des Kreislaufs zuschneiden, wie Bodenbearbeitung, Befruchtungen, Entwässerung, Einrichtung von Überschwemmungen Bedingungen Auftauchen von Reis Sämlinge aus stehendes Wasser, und so weiter. Übergang von einer maximalen Frequenz von täglich (z. B.bei Entwässerung Perioden, Befruchtungen, etc.) auf ein Minimum von einmal alle zwei Wochen (z.B.im Winter).</li>
</ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die Anwendung von statischen geschlossen-Kammer-Technik im Paddy Reis besteht aus fünf wesentliche Phasen, entspricht die wichtigsten Abschnitte im Protokoll beschrieben. Jede Phase enthält kritische Punkte zu kennen, und Indikatoren für den Erfolg der Implementierung in Phasen, zu überprüfen, wie in Abbildung 4zusammengefasst.
Kritischsten Punkte beschrieben, die in Abbildung 4 sind bereits in das Protokoll behandelt und einfach gelöst werden könnte, indem Sie die enthaltenen Empfehlungen. Der schwierigste Knackpunkt dieses Protokolls ist die Berechnung der Wärmeflüsse basierend auf THG-Konzentration-Variation während Kammer-Gehäuse. Auch wenn Sie das Paket HMR für Berechnungen verwenden, ist es ratsam, wählen das beste Modell anwenden, unabhängig von HMR Anregung, basierend auf visuelle Auswertung. Dies ist umso wichtiger, wenn Konzentrationen rechtzeitig das erwartete Verhalten der konsequente Erhöhung abweichen oder zu verringern.
Mehrere Varianten der beschriebenen Technik sind möglich innerhalb der Struktur der wichtigsten Grundsätze, insbesondere in Bezug auf Kammergeometrie (die Kammer kann auch zylindrisch sein), Kammer-Material (durchlässig, nicht-reaktiven, nicht-Quelle/Senke von gas Moleküle unter Berücksichtigung und bedienungsfreundlich Material, z.B. Teflon ist geeignet, aber teurer), und Art der THG-Analysator (portable Systeme gibt es Gas-Transfer in Spritzen und Ampullen nicht benötigen). Dennoch ist Messung THG Fluten von Böden ein entscheidender Schritt erforderlich, um Klima Änderung Quellen, um zu verstehen, Prozesse, Emissionen, um die Wirksamkeit der mögliche Konfliktlösungsstrategien zu studieren und Modelle für die Vorhersage zukünftiger informieren zu überwachen Szenarien. Es ist wichtiger denn je, gängige Protokolle zu verabschieden, die eine einheitliche Körperbau des Wissens Agrarökosystemen für den globalen Treibhausgas-Haushalt zu überwachen.
Das ideale Gasgesetz wird hier eingesetzt, um das molare Volumen von realen Gasen berechnen. Diese Anwendung ist allgemein verwendet und in den spezifischen Körper der Literatur angenommen, und die Angleichung des idealen Gases kann mit hinreichender Genauigkeit30verwendet werden.
Schließlich, abhängig von den experimentellen Fragen im Rahmen des THG-Messungen, erwägen, Messung der Haupttreiber der CH4 und N2O-Emissionen, wie Bodentemperatur, Redoxpotential, Boden pore gelösten organischen CO2-Konzentrationen, Boden Pore Nitrat und Ammonium-Konzentration.

Die Landwirtschaft ist ein produktiver Sektor, der zusammen mit Forstwirtschaft und andere Landnutzung, etwa 21 % der weltweiten THG-Emissionen-1produziert. Genaue Messung des landwirtschaftlichen Bodens THG-Emissionen ist der Schlüssel, nicht nur, die richtige Rolle Bestimmung von Agrarökosystemen als Quelle und Senke in Climate Change2zu etablieren, sondern auch geeignete und wirksame Minderungsstrategien innerhalb definieren im Rahmen der Paris Vereinbarung Ziele.
Emission Fluten von die zwei wichtigsten Treibhausgase produziert von landwirtschaftlich genutzten Flächen (d.h., N2O und CH4) sind messbar durch mikrometeorologischen Methoden oder geschlossen-Kammer-Technik3. Die überwiegende Mehrheit der Studien, die Berichtsdaten auf THG-Emissionen aus Böden in den vergangenen drei Jahrzehnten angewendet, die geschlossen-Kammer-Technik4,5 , die erstmals 19266beschrieben wurde. Verschiedene Anstrengungen wurden unternommen, die Technik zu optimieren, und überwinden alle Quellen der experimentellen Artefakt und Bias7,8,9,10,11,12 ,13,14. Bestimmte Protokolle, zu verschiedenen Zeiten zusammengestellt ausgerichtet, die Methoden15,16,17,18,19zu standardisieren, und wissenschaftliche Versuche sind noch im Gange, um die best Practices für die Technik und minimiert Verzerrungen bei Flux Schätzungen zu etablieren.
Die statische geschlossen-Kammer-Technik, deren Anwendung auf Paddy Böden in diesem Dokument beschrieben wird, stützt sich auf die Diffusionstheorie und einen genauen Zeitraum das Gehäuse eines bekannten Volumens der Luft über einen Teil der Bodenoberfläche vorsieht. Während das Gehäuse, CH-4 und N2O Moleküle migrieren durch Diffusion entlang eine natürliche Konzentrationsgefälle von Pore Bodenluft, wo sie durch spezielle Mikroorganismen entstehen (Methanogens bei CH4; Nitrifiers und Denitrifiers für N2O), an der Luft innerhalb der Kammer Headspace, schließlich durch die Überschwemmungen Wasser oder die Anlage aerenchym eingeschlossen. Die Konzentrationen der beiden Gase innerhalb der Kammer Headspace im Laufe der Zeit erhöhen und Auftreten dieser Erhöhungen vorsieht Flussmittel Schätzungen.
In Bezug auf die mikrometeorologischen Methoden sind geschlossene Kammer Messungen oft für unterschiedliche grundstücksarten Verwendung und Ökosysteme bevorzugt wenn THG studieren an den Plotmaßstab Wärmeflüsse weil sie nicht belastet durch eine große homogene Feld2 oder hohe logistische und Investition Anforderungen20. Darüber hinaus ermöglichen sie die simultane Analyse von manipulierten Experimente, wie verschiedene agronomische Praktiken oder andere Feld Behandlungen12,21. Schließlich ermöglicht die Technik Identifikation von Beziehungen zwischen Ökosystem Eigenschaften, Prozesse und Flussmitteln. Alternativ sind zwei wesentliche Nachteile der Technik die relativ ineffizient Erforschung der räumlichen und zeitlichen Heterogenität und die Auswirkungen der Boden Störung durch Kammer Bereitstellung22. Jedoch diese Nachteile, zumindest teilweise überwunden werden mit: richtige Kammer Design (zu Boden Störungen zu minimieren), Annahme einer ausreichenden Anzahl von Wiederholungen (um räumliche Variabilität zu erkunden) und automatisierte Systemverwendung, die Intensivierung der erlaubt die Häufigkeit der täglichen Messungen (tagaktive Variabilität ausmachen) oder regelmäßig (gleiche Uhrzeit) Messung (um die Wirkung der Temperatur im restlichen Variabilität weglassen).
Eine erste Anwendung der Methode zu einem Reisfeld stammt aus den frühen 80er Jahren23und die wichtigsten Besonderheiten der Nutzung in Bezug auf hochgelegenen Felder sind das Vorhandensein von Überschwemmungen Wasser auf den Boden und Pflanzen innerhalb der Gasraum während Kammer aufzunehmen Gehäuse. Wie in diesem Papier sorgfältig beschrieben impliziert die erste Eigenschaft die Notwendigkeit für bestimmte Systeme, Wasser Störungen während der Messung Ereignisse zu verhindern, Flussmittel Überschätzungen verursachten Turbulenzen-induzierte Steigerung der Gasdiffusion durch Überschwemmungen Wasser zu vermeiden. Das zweite wesentliche Merkmal soll entfallen Gastransport durch Reis aerenchym, die bis zu 90 % der emittierten CH424, die richtigen Geräte sollen Pflanzen während der Messung Veranstaltungen erfordert.

<table><tbody><tr><td>Anker/Kammer</td> <td>-</td><td></td> <td>Selbst hergestellter</td></tr><tr><td>5 cm dicker geschlossenzelliger Schaumstoff</td><td></td> <td>-</td> <td>Es ist ein Dämmstoff, der in einem Lager für Baumaterialien zu finden ist.</td></tr><tr><td>Lichtreflektierende (aluminiumähnliche) Beschichtung</td> <td>-</td><td></td> <td>Wir verwenden eine glänzende Decke, aber es ist möglich, Aluminiumfolie für Lebensmittel zu verwenden.</td></tr><tr><td>Gebogenes Stück Kunststoffschlauch (1,5 cm und 24 cm, DxL)</td> <td>-</td><td></td> <td>Wir verwenden einen elektrischen Kanal, der in einem Baumarkt zu finden ist.</td></tr><tr><td>Schraubverbinder</td><td></td> <td>-</td> <td>Wir verwenden einen Verbinder für elektrische Kanäle, der in einem Baumarkt zu finden ist.</td></tr><tr><td>Gummistopfen (1 cm D)</td> <td>-</td><td></td> <td>Zu finden in einem Geschäft für Laborgeräte.</td></tr><tr><td>Teflonrohr (3 mm Innen-D)</td> <td>-</td><td></td> <td>Zu finden in einem Geschäft für Laborgeräte.</td></tr><tr><td>Einweg-Absperrhahn</td><td></td> <td>-</td> <td>Wir verwenden einen Absperrhahn für Tropf, der in einem Geschäft für medizinische Geräte zu finden ist.</td></tr><tr><td>12V PC-Lüfter</td> <td>-</td><td></td> <td>Zu finden in einem PC-Geschäft.</td></tr><tr><td>12V-7Ah wiederaufladbare und tragbare Batterie</td><td></td> <td>-</td> <td>Zu finden in einem Geschäft für elektrisches Material.</td></tr><tr><td>Befestigungselemente aus Stahl</td><td></td> <td>-</td> <td>Zu finden in einem Baumarkt.</td></tr><tr><td>30 cm x 3 m (BxL) Holzdielen</td><td></td> <td>-</td> <td>Zu finden in einem Baustofflager.</td></tr><tr><td>Stahlrahmen</td> <td>-</td><td></td> <td>Selbst hergestellte</td></tr><tr><td>Wasserwaage</td> <td>-</td><td></td> <td>Zu finden in einem Baumarkt.</td></tr><tr><td>Betonblöcke</td> <td>-</td><td></td> <td>Zu finden in einem Lager für Baumaterialien.</td></tr><tr><td>50 ml Spritze</td> <td>-</td><td></td> <td>Zu finden in einem Geschäft für medizinische/veterinärmedizinische Geräte.</td></tr><tr><td>Klapplineal</td> <td>-</td><td></td> <td>Zu finden in einem Baumarkt.</td></tr><tr><td>Temperatur-Datenlogger</td><td>Onset</td><td>HOBO U23 Pro v2 Externer Temperatur-Datenlogger</td><td></td></tr><tr><td>Exetainer 12ml Fläschchen - Flacher Boden</td><td>Labco UK</td><td>736 W</td><td></td></tr><tr><td>Butil Gummisepten für Fläschchen</td><td>Labco UK</td><td>VW101</td><td></td></tr><tr><td>25-Gauge-Injektionsnadel</td><td></td> <td>-</td> <td>Zu finden in einem Geschäft für medizinische Geräte.</td></tr><tr><td>CH4 und N2O-Normen</td><td>-</td><td>-</td><td>Zu finden bei einem Anbieter von Gasflaschen.</td></tr></tbody></table>

bewertung von methan und lachgas wärmeflüsse vom reisfeld mittels statischer geschlossen kammern, die pflege der pflanzen im gasraum

Assessment of Methane and Nitrous Oxide Fluxes from Paddy Field by Means of Static Closed Chambers Maintaining Plants Within Headspace

Dieses Protokoll beschreibt die Messung der Treibhausgasemissionen (THG) von Paddy Böden mit der statischen geschlossenen Kammer-Technik. Diese Methode basiert auf der Diffusionstheorie. Ein bekanntes Luftvolumen Überlagerung einer definierten Bodenbereich ist für einen definierten Zeitraum hinweg innerhalb einer Parallelogramm-Abdeckung (genannt "Kammer"), eingeschlossen. In diesem Zeitraum Gehäuse bewegen Gase (Methan (CH4) und Lachgas (N2O)) von Bodenluft Pore in der Nähe ihrer mikrobiellen Quelle (d.h., Methanogens, Nitrifiers, Denitrifiers) nach der Kammer Headspace, nach einer natürlichen Konzentrationsgradienten. Flussmittel sind dann von Kammer Headspace Konzentration Variationen in regelmäßigen Abständen während des Gehäuses abgetastet und dann mit Gaschromatographie analysiert geschätzt. Unter den Techniken für THG-Messung zur Verfügung eignet sich die statische geschlossenen Kammer-Methode für Grundstück Experimente, da es nicht erforderlich, dass große homogen Boden Bereiche behandelt. Darüber hinaus ist überschaubar mit begrenzten Ressourcen und Beziehungen zwischen Ökosystem Eigenschaften, Prozesse und Flussmitteln, erkennen, vor allem in Kombination mit THG Kraftmessungen fahren. Dennoch, in Bezug auf die mikrometeorologischen Methode bewirkt eine minimal, aber immer noch unvermeidliche Boden Störung, und ermöglicht eine geringe zeitliche Auflösung. Mehrere Phasen sind der Schlüssel für die Methodenimplementierung: i) Kammer entwerfen und bereitstellen, Ii) probieren Handhabung und Analysen, und Iii) flux Schätzung. Technik Umsetzungserfolg in Reisfeldern erfordert Anpassungen für Feld Überschwemmungen während eines Großteils des Kreislaufs Zuschneiden und Reis Instandhaltung innerhalb der Kammer Headspace während der Messung. Daher bestehen die zusätzlichen Elemente gelten in Bezug auf die übliche Anwendung der landwirtschaftlichen Böden nicht überflutet von Geräten für: (i) stören unerwünschte Wasser, die Flüsse überschätzen könnte, und Ii) einschließlich der Reispflanzen innerhalb die Kammer Headspace Gase durch aerenchyme Transport vollständig zu berücksichtigen.

Jede Messung Veranstaltung produziert eine Reihe von THG-Konzentrationen im Laufe der Zeit für jede der überwachten Kammern, die die Grundlage für die Schätzung der GHG Fluten. Grundsätzlich gibt es keine besondere Notwendigkeit, Daten zu verwerfen, aber eine hohe Inzidenz von Situationen, die außerhalb des theoretischen Modells der monotone Funktion (streng vergrößern oder verkleinern) fallen verdient Aufmerksamkeit auf die Richtigkeit des Protokolls Anwendung und mögliche unvorhergesehene Fehler (z.B. Fläschchen Leckage).
Abbildung 1 berichtet ein ganzes Jahr von richtigen Beispiel CH4 Flussmittel. Wie mit Fehlerbalken gezeigt hat, variieren solche Ergebnisse erheblich, vor allem als Folge der für die räumliche Heterogenität der mikrobiellen Prozesse verantwortlich für THG Produktion. Für Anwender, die hohe Variabilität erleben, solche Ergebnisse nicht unbedingt schlechte Ergebnisse signalisieren. Zu Adresse hohe Variabilität, das macht die Behandlung Unterschiede unmöglich zu erkennen, erhöhen Sie einfach die Anzahl der Wiederholungen.

In Abbildung 2ist ein Beispiel für schlechte Erforschung der saisonale Variabilität gezeigt: die unzureichende Anzahl von Messen Veranstaltungen führte zu einer Unterschätzung des jährlichen Fluten.
Täglichen Fluten können anschließend zur Berechnung der kumulierten Emissionen über ein Sonnenjahr, über eine Zuschneiden Saison oder über bestimmte Zuschneiden Stufen kombiniert werden. In der Regel setzt die Berechnung der kumulierten Flussmittel auf die lineare Änderung der Flüsse zwischen zwei nachfolgenden Mess Ereignisse. Ein Beispiel für kumulative Flüsse ist für CH4in Abbildung 3 dargestellt.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56754/56754fig1.jpg">
Abbildung 1. Beispiel für jahreszeitliche Variation der CH4 täglichen Fluten aus einer überfluteten Reisfeld über ein ganzes Jahr, darunter ein Zyklus (von Mai bis September) Zuschneiden und Inter Zuschneiden Perioden. Fehlerbalken darzustellen Standardfehler. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56754/56754fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56754/56754fig2.jpg"> Abbildung 2. Beispiel für jahreszeitliche Variation der CH4 täglichen Fluten aus einer überfluteten Reisfeld über ein ganzes Jahr, mit einer unzureichenden Anzahl von Veranstaltungen, die nicht gut für alle Schlüsselmomente für Treibhausgas-Emissionen zu messen. Fehlerbalken darzustellen Standardfehler. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56754/56754fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56754/56754fig3.jpg"> Abbildung 3. Beispiel für kumulative CH4 Emissionen über einen Zuschneiden Saison. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56754/56754fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56754/56754fig4.jpg"> Abbildung 4. Hauptphasen der Methode Anwendung mit entsprechenden kritischen Punkte und Indikatoren für Erfolg. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56754/56754fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls ist es, die Treibhausgasemissionen aus Reisfelder mit der statischen geschlossenen Kammer Technik messen. Das Messsystem benötigt spezifische Anpassungen aufgrund des Vorhandenseins einer permanenten Wasserschicht im Feld und die Pflanzen innerhalb der Kammer Kopfraum.

Bewertung von Methan und Lachgas Wärmeflüsse vom Reisfeld mittels statischer geschlossen Kammern, die Pflege der Pflanzen im Gasraum

This protocol describes the measurement of greenhouse gas (GHG) emissions from paddy soils using the static closed chamber technique. This method is based ...

Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der globalen Bewertung von Treibhausgasemissionen zu beantworten, wie z.B. den Beitrag von Reisfeldern als Quelle oder Senke zur Beendigung des Klimawandels. Die Technik eignet sich für Plot-Experimente, da sie mit begrenzten Ressourcen zu bewältigen ist und Zusammenhänge zwischen Ökosystemeigenschaften und Gasflüssen identifizieren kann. Die Anwendung dieser Technik kann zu einer ganzheitlichen Bewertung des Agrarökosystems beitragen und geeignete Minderungsstrategien definieren.Der Aufbau einer Datenbank über die Treibhausgasemissionen von Reis in gemäßigten Klimazonen ist von grundlegender Bedeutung für die Berechnung des nationalen Inventars, um zukünftige Politiken und Vorschriften voranzutreiben. Die Methode der gefüllten, geschlossenen statischen Kammer wurde zuerst konzipiert und auf Hochlandböden eingesetzt. Es kann bei Überschwemmungen angewendet werden, indem die Pläne in den Kopfraum der Kammer aufgenommen und Wasserstörungen vermieden werden.Die Kammern bestehen aus drei Hauptteilen. Der Anker, der Deckel und die Verlängerungen. Anker isolieren die Bodensäule unter der Kammer und verhindern so eine seitliche Diffusion.Die effektive Abdichtung zwischen den Teilen wird durch einen wassergefüllten Kanal gewährleistet. Der Anker ist ein 75 Zentimeter x 36 Zentimeter x 25 Zentimeter großer rechteckiger Kasten aus Edelstahl. An den oberen rechteckigen Umfang des Ankers ist ein wasserbefüllbarer Kanal angeschweißt.Zwei Löcher an jeder der vier Seiten des Ankers, fünf Zentimeter vom oberen Wasserkanal entfernt, sorgen für eine schnelle Ladung des sich in der Kammer aufstauenden Wassers während der Feldentwässerung. Der Deckel ist eine rechteckige Schachtel aus Edelstahl mit den Maßen 75 Zentimeter x 36 Zentimeter x 20 Zentimeter und einem Innenvolumen von 54 Litern. Der Deckel muss perfekt auf den wasserbefüllbaren Kanal passen.Der Deckel ist mit einem vier Zentimeter dicken geschlossenzelligen Schaumstoff überzogen, der durch eine leicht reflektierende Beschichtung geschützt ist. Jeder Deckel ist mit einem Entlüftungsventil ausgestattet, das aus einem gebogenen Stück Kunststoffschlauch besteht, das für das Kammervolumen und die Windbedingungen ausgelegt ist. Das Entlüftungsventil passt in ein 1,5 Zentimeter großes Loch in der Mitte einer der beiden 36 Zentimeter großen Seitenflächen des Deckels.Das Kunststoffrohr wird durch einen Schraubanschluss am Deckel befestigt. Eine Probenahmeöffnung für die Entnahme von Gasproben befindet sich in einer sieben mal sieben Zentimeter großen Nische, die in der Mitte der Oberseite des Deckels in den Zellschaum eingegraben ist. Innerhalb der Nische wird ein ein Zentimeter großes Loch durch einen Gummistopfen verschlossen, der auf einen Teflonschlauch passt.Wenn der Stopfen in seiner Nische platziert wird, extrudiert das Teflonrohr drei Zentimeter und ragt 17 Zentimeter hinein. Der äußere Teil des Rohres ist mit einem Einweg-Absperrhahn verbunden, um das Öffnen und Schließen der Probenahmeöffnung zu steuern. Jeder Deckel ist mit einem 12-Volt-PC-Lüfter ausgestattet, der von einer wiederaufladbaren und tragbaren Batterie gespeist wird, um eine Luftmischung zu gewährleisten.Je nach Größe kann eine Verlängerungsbefestigung an der Kammer erforderlich sein, um die Pflanzen in die Kammer aufzunehmen. Erweiterungen sind rechteckige Kästen aus Edelstahl und mit einem oberen wasserbefüllbaren Kanal. Führen Sie die Messereignisse jeden Tag zur gleichen Zeit durch, um die tägliche Variabilität zu minimieren.Evakuieren Sie vor jedem Besuch des Reisfeldes mindestens drei 12-Milliliter-Glasfläschchen, die mit Butylkautschuk-Septen verschlossen sind, pro Feldkammer im Labor. Wenn Sie auf dem Feld ankommen, legen Sie Holzbretter auf die Betonblöcke, um die Anker zu erreichen. Füllen Sie anschließend die Rinnen, die sich am oberen Rand der Anker befinden, mit Wasser.Verwende einen Zollstock, um die Höhe der Reispflanzen zu messen. Fügen Sie eine Verlängerung hinzu, um die Reispflanze aufzunehmen, wenn sie sich 20 bis 40 Zentimeter über der Bodenoberfläche befindet. Verwenden Sie zwei Verlängerungen, wenn die Reispflanze 40 bis 60 Zentimeter lang ist, und so weiter.Schieben Sie Verlängerungen zwischen Anker und Deckel ein und füllen Sie alle wasserbefüllbaren Kanäle. Schließen Sie jede Kammer und legen Sie den Deckel in den wassergefüllten Kanal der oberen Verlängerung. Während der Schließzeit sind mindestens drei Gasproben in gleichen Zeitabständen zu entnehmen.Bei der Probenahme ist eine 50-Milliliter-Spritze mit einem Einweg-Absperrhahn an den Probenahmeanschluss anzuschließen. Öffnen Sie dann die beiden Absperrhähne und spülen Sie die Spritze, indem Sie den Kolben dreimal auf und ab bewegen, bevor Sie 35 Milliliter Kopfraum der Kammer herausziehen. Schließen Sie zum Schluss die beiden Absperrhähne.Trennen Sie die Spritze von der Probenahmeöffnung und bewahren Sie sie getrennt auf. Nach der Entnahme des Gases aus dem Kopfraum der Kammer sollten die Proben schnell in die evakuierten Fläschchen überführt werden, da Kunststoffspritzen auch bei geschlossenem Absperrhahn auslaufen können. Führen Sie den Transfer mit einer 25-Gauge-Injektionsnadel durch.Setzen Sie zuerst die Nadel in den Absperrhahn ein. Öffnen Sie es dann und spülen Sie die Nadel mit fünf Millilitern Probe. Führen Sie die Nadel in das Septum ein und schieben Sie die restlichen 30 Milliliter der Probe in ein vorevakuiertes Fläschchen, bevor Sie die Nadel herausziehen.Messen Sie während des Kammerschlusses alle drei bis fünf Minuten die Headspace-Temperatur mit einem Temperatur-Datenlogger. Betrachten Sie das Probenahmeereignis nach der Schließzeit als abgeschlossen. Entfernen Sie den Deckel und anschließend alle benutzten Extensions.Messen Sie nach jeder Probenahme mit einem Zollstock die Kopfraumhöhe jeder Kammer vom Boden oder vom Teichwasser aus. Übergeben Sie die Fläschchen am Ende jeder Probenahme zur Analyse an das Labor. Bestimmen Sie die Gaskonzentration in der entnommenen Probe durch Gaschromatographie und wandeln Sie die Konzentration nach dem Idealen Gasgesetz in eine absolute Menge um.Schätzen Sie je nach Emissionsmuster den Fluss, wobei Sie zwischen einem linearen oder nichtlinearen Modell wählen können. Dies ist ein Beispiel für die saisonale Variation der täglichen Methanflüsse, die sowohl einen Anbauzyklus als auch Zwischenkulturperioden umfasst. Wie mit Fehlerbalken gezeigt, können solche Ergebnisse stark variieren, vor allem aufgrund der räumlichen Heterogenität der mikrobiellen Prozesse, die für die Produktion von Treibhausgasen verantwortlich sind.Um eine hohe Variabilität zu vermeiden, die es unmöglich macht, Behandlungsunterschiede zu erkennen, erhöhen Sie einfach die Anzahl der Replikate. In diesem Beispiel der saisonalen Variation der täglichen Methanflüsse gibt es eine unzureichende Anzahl von Messereignissen, die nicht alle entscheidenden Momente für Treibhausgasemissionen abdecken. Infolgedessen führt es zu einer unerwünschten Unterschätzung der jährlichen Flüsse.Hier sehen Sie ein Beispiel für kumulative Flüsse über eine Anbausaison. Hier wurde eine ausreichende Anzahl von Messereignissen übernommen. Umgekehrt wurde in diesem Fall die saisonale Variation der Flüsse nicht ausreichend untersucht.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man eine Closed-Chamber-Technik zur Bewertung von Treibhausgasemissionen im spezifischen Kontext eines Reisfeldes anwendet. Einmal gemeistert, kann diese Technik je nach Anzahl der überwachten Kammern in zwei bis vier Stunden angewendet werden. Mehrere Variationen der beschriebenen Technik sind innerhalb der Struktur der Hauptprinzipien möglich.So können beispielsweise Unterschiede in der Kammergeometrie, den Materialien der Kammern und der Art der Treibhausgasanalyse untersucht werden. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass der schwierigste kritische Punkt wahrscheinlich die Berechnung der Flüsse auf der Grundlage der Variation der Treibhausgaskonzentration während der Kammereinhausung ist. Wenn Sie das Paket HMR für die Berechnung verwenden, denken Sie daran, das beste Modell auszuwählen, das von Fall zu Fall angewendet werden soll.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Environment

Umwelt

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Bewertung von Methan und Lachgas Wärmeflüsse vom Reisfeld mittels statischer geschlossen Kammern, die Pflege der Pflanzen im Gasraum (Video) | JoVE Journal

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