Este artículo muestra el método basado en cámaras estáticas para la medición del flujo de gases de efecto invernadero de los sistemas del suelo. Con inversiones relativamente modestas en infraestructura, las mediciones se pueden obtener de múltiples tratamientos/ubicaciones y en plazos que van desde horas hasta años.
Artículo de método
Medición de Flujo de Gas de efecto invernadero procedentes de los suelos agrícolas Usando cámaras estáticas
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Resumen
Resumen
La medición de los flujos de gases de efecto invernadero (GEI) entre el suelo y la atmósfera, tanto en ecosistemas gestionados como no gestionados, es fundamental para comprender los impulsores biogeoquímicos del cambio climático y para el desarrollo y evaluación de estrategias de mitigación de GEI basadas en la modulación de las prácticas de gestión del paisaje. El método basado en cámara estática descrito aquí se basa en atrapar los gases emitidos por la superficie del suelo dentro de una cámara y recolectar muestras del espacio de cabeza de la cámara a intervalos regulares para su análisis por cromatografía de gases. El cambio en la concentración de gas a lo largo del tiempo se utiliza para calcular el flujo. Este método se puede utilizar para medir el flujo de dióxido de carbono, óxido nitroso y metano basado en el paisaje, y para estimar las diferencias entre los tratamientos o explorar la dinámica del sistema a lo largo de las estaciones o los años. Los requisitos de infraestructura son modestos, pero es esencial un diseño experimental integral. Este método se implementa fácilmente en el campo, se ajusta a las pautas establecidas y produce datos adecuados para estudios de emisiones de GEI a gran escala.
Introducción
Comprender las contribuciones de las actividades humanas y los sistemas naturales a las propiedades radiativas de la atmósfera es un área de importancia crítica a medida que nos esforzamos por mitigar las contribuciones antropogénicas al efecto invernadero. Además del dióxido de carbono (CO2), el óxido nitroso (N2O) y el metano (CH4) también son potentes GEI, que representan aproximadamente el 7% y el 19% del calentamiento global, respectivamente, y la mayoría de las emisiones provienen de fuentes paisajísticas1,2. Estos van desde sistemas gestionados como campos agrícolas, arrozales y vertederos, hasta sistemas naturales como suelos forestales, humedales y termiteros. La medición precisa, que respalde un modelo bien informado de dichas emisiones basadas en el paisaje, es fundamental para comprender los impulsores del cambio climático, así como para identificar oportunidades de mitigación.
Existe una variedad de estrategias de medición de gases de efecto invernadero, cada una con sus propias fortalezas y debilidades2-5. Las técnicas de balance de masa se basan en la dispersión de gases basada en el viento y son adecuadas para la medición del flujo de fuentes pequeñas y bien definidas, como vertederos y potreros. Los enfoques micrometeorológicos, como la covarianza de Foucault, se basan en la medición directa en tiempo real del flujo vertical de gas y pueden proporcionar mediciones directas en grandes áreas. Sin embargo, la homogeneidad en la topografía de la fuente es una suposición implícita (en el sentido de que las mediciones arrojan una media para el área bajo estudio), y la infraestructura costosa puede limitar las posibilidades de implementación. Por último, los métodos basados en cámaras se centran en el cambio en la concentración de gas en la superficie del suelo mediante el muestreo de un espacio de cabeza restringido sobre el suelo. Permiten obtener mediciones a partir de áreas pequeñas y numerosos tratamientos, pero están sujetos a altos coeficientes de variación debido a la variación espacial en el flujo de gases del suelo.
Aquí discutimos la forma más frecuente y fácil de implementar de medición basada en cámara, utilizando el tipo de cámaras cerradas sin flujo de aire comúnmente conocidas como cámaras "estáticas" o "no fluidas de estado no estacionario". En este enfoque, las emisiones de gas de la superficie del suelo quedan atrapadas dentro de una cámara ventilada, y las tasas de flujo se determinan midiendo el cambio en la concentración de gas a lo largo del tiempo dentro del espacio de cabeza de la cámara. La técnica de la cámara estática se ha implementado ampliamente tanto en paisajes gestionados como naturales y sustenta la mayor parte de los datos que informan sobre el flujo de gases de efecto invernadero en el suelo, en particular el N2O6,7. Es ideal para el estudio de pequeñas parcelas experimentales, sitios diversos sobre terreno variable o en otras situaciones donde se deben estudiar múltiples ubicaciones distintas sin inversiones significativas en infraestructura. Los usos experimentales típicos pueden incluir la exploración de prácticas alternativas de manejo del paisaje y su impacto en las emisiones deCO2,N2O y/o CH4 basadas en el suelo, el examen de la dinámica de flujo basada en el paisaje bajo escenarios de cambio climático inducido artificialmente, como el calentamiento y la exclusión/suplementación de lluvias, o el estudio descriptivo de ecosistemas y subsistemas naturales y agrícolas.
Como herramienta crítica en la medición de GEI y la estimación de flujo, el método de la cámara estática ha sido evaluado minuciosamente, y se han realizado esfuerzos significativos hacia la estandarización de las técnicas y la armonización de los informes de datos4,6,8,9. Cabe destacar las revisiones detalladas y las directrices elaboradas por la Red de Reducción de Gases de Efecto Invernadero a través de la Mejora del Carbono Agrícola (GRACEnet) del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos8 y por la Alianza Mundial de Investigación sobre Gases de Efecto Invernadero Agrícolas (GRA)9. Dichas directrices proporcionan un recurso y una plataforma inestimables para la coordinación, ya que, en última instancia, la interoperabilidad de los datos de una miríada de estudios es fundamental para ampliar los hallazgos locales a la modelización mundial y para traducir los resultados de la investigación en estrategias de mitigación viables.
GRACEnet, GRA y otras revisiones también destacan el hecho de que las técnicas específicas en la medición del flujo de gases de efecto invernadero basada en cámaras estáticas son extremadamente diversas, con variaciones metodológicas significativas posibles en casi cada paso del camino, incluido el diseño de la cámara, el despliegue temporal y espacial, los volúmenes de muestreo, el análisis de muestras y los cálculos de flujo. El método descrito aquí presenta una posible variante, al tiempo que muestra las mejores prácticas y destaca las consideraciones críticas para la generación de datos de alta calidad y ampliamente transferibles. Su objetivo es proporcionar una visión general accesible de este procedimiento estandarizado y una plataforma desde la cual explorar más matices y variaciones descritos en la literatura.
Protocolo
1. Cámara de la Construcción e Instalación Anchor
- Diseño y construcción de cámaras - cada uno compuesto de un ancla que se inserta en el suelo y una tapa que se coloca en la parte superior del anclaje durante la medición de flujo - para satisfacer las necesidades experimentales.
- En el diseño de la forma y tamaño de la cámara, tenga en cuenta los factores espaciales, tales como el espacio entre hileras de cultivos, fertilizantes o de bandas de estiércol, y la altura de la planta. Debido a la protrusión de los anclajes por encima de la superficie del suelo puede contribuir a los efectos del microclima y el encharcamiento de agua, piense en enviar las tapas se sientan tan bajo de la superficie del suelo como sea posible. Debido a que existen soluciones de compromiso entre la altura de la cámara y sensibilidad de detección, tapas de diseño para ser tan corto como sea posible para el sistema en estudio.
- Construir cámaras de robusto material no reactivo tal como el acero inoxidable o PVC, e incluyen un mecanismo para el sellado de la tapa sobre el ancla. Aislar tapas y cubrir con el material de color claro o reflectante para evitar la acumulación de calordurante la medición. Incluya un tabique para permitir la recolección de la muestra y un tubo de ventilación para evitar perturbaciones de presión durante el despliegue de la cámara y toma de muestras. Para obtener más detalles, consulte la tabla de Materiales, Parkin y Venterea 8 y Clough et al 10.
- Al menos 1 día antes de la toma de muestras, instale los anclajes de la cámara en el suelo en los lugares deseados. El método de instalación dependerá del diseño de la cámara, pero en general, aplicar una presión uniforme en todos los puntos para que el ancla no se deforma ni distorsiona la estructura del suelo. Hunde el ancla a una profundidad de 2,5 a 13 cm, dependiendo del tipo de suelo, el tiempo de implementación, y volumen de la cámara 6,11. Deja lo menos posible (no más de 5 cm) que sobresale por encima de la superficie del suelo.
2. Calibración y Diseño Experimental
Nota: Antes de empezar el experimento, siga estos pasos para determinar un curso de tiempo de muestreo adecuado que permita que los datosestar en forma para un modelo de flujo no lineal (ver Parkin et al. 12) lineal apropiado o. Para ello será necesario el uso de técnicas que se describen en los pasos 3-5 (campo de muestreo, análisis de muestras y de análisis de datos). El tiempo óptimo es una función tanto del sistema en estudio y las dimensiones de las cámaras que se utilizan. Algunos de ensayo y error pueden estar involucrados. Ver Venterea 13 para enfoques alternativos.
- Calibración de Muestreo y Análisis
- En condiciones ambientales o de gestión se espera que generen flujos de gases relativamente altos traza, realizar un muestreo intensivo siguiendo las técnicas descritas en el apartado 3. Usando los puntos de tiempo de muestreo con poco espacio, rellenar una serie de tiempo de duración más larga de lo que se considera normal. Comience por el muestreo de varias cámaras representativas a 5-10 puntos de tiempo espaciados uniformemente a lo largo de una hora.
- Analizar las muestras por cromatografía de gases sección 4 siguiente.
- Calibración Interpretatien
- Para cada serie de tiempo de calibración y cada gas de interés, gráfico de tiempo-por-concentración.
- Verifique que las tasas de flujo se encuentran en el extremo superior del rango esperado. Vea la sección 5 para el cálculo de flujo. Consulte la sección 2.3 para obtener sugerencias de solución de problemas.
- Inspeccione las gráficas para detectar signos de no linealidad, o más específicamente, plateauing de las concentraciones de gases a través del tiempo.
Nota: El punto en el que la concentración comienza a estabilizarse difiere según el tipo de gas, y es una función de la tasa de producción de gas o el consumo en el suelo, la concentración del gas en el espacio de cabeza de cámara, y la difusión entre las dos zonas. Es, por tanto, fuertemente afectado por la altura de la cámara, con las cámaras más cortas que producen reducción del tiempo de meseta. - Utilice los conjuntos de calibración para determinar el tiempo de implementación cámara óptima para el sistema experimental. Si regresión lineal se utiliza en el análisis de datos (tal como se describe aquí, en la sección 5), seleccione el tiempo que mantiene lo más cerca posible una re lineallación como sea posible entre el tiempo y la concentración de todos los gases / sistemas de interés, permitiendo al mismo tiempo un mínimo de tres, preferiblemente cuatro, tiempos de muestreo dentro de la serie de tiempo 6. Para cámaras de 10 a 30 cm de altura utilizado para el CO 2 y N 2 O mediciones, series temporales suelen oscilar 20-60 min 8,14.
- Solución de problemas de calibración
- Si hay poca diferenciación y / o dificultad linealidad o meseta discernir, utilice estrictos puntos de tiempo de calibración o más series de tiempo de calibración, y verificar que las concentraciones están dentro de los límites de detección. Para las bajas tasas de flujo, una reducción de la tasa de acumulación no se puede observar en el plazo probado. Esto no debe causar preocupación.
- Si los flujos no están en el extremo superior del rango experimental esperado, repita la calibración, la alteración de las condiciones de tratamiento o ambientales para inducir flujo mayor (mediante la aplicación de fertilizantes y riego, por ejemplo). Alternativamente, nose por lo menos cuatro puntos de tiempo en el diseño experimental, de modo que si los flujos experimentales son significativamente más altos que los observados durante la calibración y el estancamiento no ocurra, los puntos más adelante pueden ser excluidos, manteniendo por lo menos tres puntos de tiempo para la regresión lineal. También se pueden emplear los métodos de regresión curvilínea.
- Diseño Experimental
- Con base en el momento óptimo determina en el apartado 2.2.4, diseñar un esquema de muestreo global que captura todos los sitios pertinentes, tratamientos y / o repeticiones, y permite que el personal se muevan a través de sitios de la cámara de manera eficiente. Si es necesario, dividir los sitios de cámara en varias "rondas" a muestrear una después de la otra.
- Si las mediciones se deben tomar como representante de un día entero, muestra a una hora del día, cuando las temperaturas son moderadas con respecto a los extremos diarias. En los sistemas típicos de cultivo de clima templado, la ventana ideal es a mediados o finales de la mañana.
- Si las muestras se van a recolectaren rondas consecutivas, tenga cuidado de no introducir un sesgo por muestreo muchas veces los mismos tratamientos en el mismo momento del día. Construir rondas de bloques de repeticiones en lugar de tratamiento por tratamiento.
- Incluya tiempo para las medidas complementarias necesarias que se deben tomar, ya sea dentro o rondas antes / después, según el caso. (Ver la sección 3.3 para las medidas típicas auxiliares.)
- Opcionalmente, incluir el tiempo para la recogida de muestras de aire ambiental para uso en modelos de flujo no lineales, o como una aproximación de partida (tiempo cero, "T 0") de concentración (que no se describe aquí).
- Opcionalmente, incluir el tiempo para la carga de gas de referencia en viales en el momento de muestreo para evaluar la posible degradación de la muestra entre el muestreo y análisis. Véase Parkin y Venterea 8 para consideraciones de almacenamiento de muestras.
- Determinar la frecuencia de las mediciones de flujo que sea apropiado para los objetivos de investigación. Esto puede variar desde una sola medición tO diaria, mediciones semanales, o periódicos en el transcurso de meses o años. Consulte Rochette et al. 14 para una discusión detallada de las consideraciones de diseño experimental.
- Si las muestras se recogen en condiciones de frío, el plan para la inclusión de un dispositivo de calentamiento tal como una compresa caliente con los viales para evitar que se convierta en tabiques frágiles.
- Con base en el momento óptimo determina en el apartado 2.2.4, diseñar un esquema de muestreo global que captura todos los sitios pertinentes, tratamientos y / o repeticiones, y permite que el personal se muevan a través de sitios de la cámara de manera eficiente. Si es necesario, dividir los sitios de cámara en varias "rondas" a muestrear una después de la otra.
3. Muestreo de campo
Nota: En cada fecha de muestreo, siga el plan de muestreo establecido en el apartado 2.4, utilizando las técnicas descritas a continuación. Equipo y volumen de muestra puede variar dependiendo de los métodos de recogida y de transferencia siendo empleadas y la cantidad de muestra necesaria para el análisis de GC 8. Este protocolo utiliza 5,9 ml viales de cobro y 30 ml jeringas, con un método de lavado de transferencia de muestras. Ver discusión de enfoques alternativos.
- Preparación
- Si un muestreo de múltiples cámaras por ronda, preparar un punto de refe tiemporejilla rencia (véase la figura 2) para realizar un seguimiento de dónde y cuándo probar fácilmente. Alternativamente, haga arreglos para grabar cada momento durante el muestreo.
- Pre-label y organizar viales de recogida para la máxima eficiencia y el mínimo riesgo de confusión durante el muestreo.
- Con el fin de ahorrar tiempo durante el muestreo, preparación de todos los materiales y equipos de antemano. Incluye extras de cualquier cosa que pueda romper o se pierde con facilidad (agujas, jeringas, llaves de paso, etc), y colocar en una bolsa de transporte, cubo u otro recipiente.
- Esté preparado para registrar los puntos de tiempo de retardo que puede suceder debido a mal funcionamiento del equipo o de otras circunstancias imprevistas, y que pueden ser corregidos fácilmente durante el análisis de los datos mediante el ajuste del tiempo asociado a una determinada muestra.
- Recogida de muestras
- Adjuntar y sellar la tapa de la cámara de la cámara de anclaje pre-instalado, y empezar un cronómetro. Este es T 0.
- Inmediatamente después de sellar la tapa Collect una muestra de aire ambiente desde una ubicación adyacente a la cámara, a la altura aproximada de la cima de la cámara: con una jeringa vacía 30 ml provista de una aguja y una llave en la posición abierta, extraer una muestra de 30 ml de aire y cierre la llave de paso. Este es el T 0 muestra. Otra opción es tomar el T 0 muestra de la cámara 6.
Nota: existen soluciones de compromiso entre los dos enfoques - evaluar espacial (distancia desde la ubicación o el microclima externo para muestras fuera) vs temporización (retardo entre el cierre de tapa y la recogida de muestras para muestras en el interior) consideraciones y determinar la técnica más apropiada para el equipo que se utilice y el sistema en estudio. - Con la aguja de la jeringa, perforar el septo de un vial de 5,9 ml de colección que ya tiene otra aguja empujó a través de cerca del borde del tabique.
- Abra la llave de paso de la jeringa y se inyecta aproximadamente 20 ml de la muestra en el vial (esto hace que el contenido previo de lavial para ser expulsado a través de la aguja adicional, sustituido por muestra).
- En un movimiento suave, retire la aguja extra mientras continua para inyectar tanto de la muestra restante (aproximadamente 10 ml) como sea posible, poco sobre-presurización del vial para asegurar la integridad de la muestra y permitir el análisis de múltiples muestras si es necesario 8.
- Cierre la llave de paso y retirar la aguja de la jeringa en el tabique. Gire el vial lleno al revés de distinguir de los viales sin relleno.
- Proceder a la siguiente cámara, repita los pasos 3.2.1-3.2.6, sellando la tapa en el punto T 0 hora predeterminada correcta.
- Continúe repitiendo los pasos 3.2.1-3.2.7 hasta que todas las cámaras en la ronda han sido sellados y se han recogido muestras de T 0.
- Volver a la primera cámara.
- A medida que el tiempo se acerca 10 segundos hasta que T 1, perforar el tabique en la parte superior de cámara con la aguja de la jeringa.
- Dentro de un segundo rango de T 1, ingenio 10hdraw una muestra de 30 ml de aire desde el interior de la cámara y cerrar la llave de paso. Retire la aguja de la jeringa del tabique cámara.
- Transferir la muestra a un vial de recogida siguiendo los pasos 3.2.3-3.2.6.
- Seguir recogiendo muestras siguiendo los pasos 3.2.10-3.2.12, de acuerdo con el plan de muestreo establecido en el apartado 2.4.
- Medidas auxiliares
- Con el fin de convertir la concentración de gas a la masa, medir la temperatura del aire en el momento del muestreo. Dependiendo de los objetivos de investigación, registro o llevar a cabo otras medidas auxiliares como la temperatura del suelo y el contenido de humedad del suelo en cada ubicación y / o tiempo, lluvia diaria, la densidad aparente del suelo, el nitrato del suelo y las concentraciones de amonio, etc Existen varios medios para obtener estas medidas - seguir los protocolos estándar.
- Opcionalmente, recoger muestras de aire ambiental y / o normas de procedimiento de carga de concentraciones conocidas en viales para evaluar las concentraciones de GEI ambientales y el potencial de almacenamiento de vial degradación in el período comprendido entre el muestreo y el análisis (ver secciones 2.4.1.4 y 2.4.1.5).
4. Análisis de muestra
- Determinar la concentración de gases de interés para cada muestra mediante cromatografía de gases, utilizando un equipo equipado con un detector de captura de electrones para el N 2 O, un analizador de gases infrarrojo o un detector de conductividad térmica de CO 2, y un detector de ionización de llama para el CH 4.
Nota: Es esencial para obtener acceso a un instrumento que está configurado correctamente para el análisis de gases de efecto invernadero y tiene suficiente tiempo de ejecución disponibles. Principios y métodos de cromatografía de gases se describen en otro 5,15,16. - Convertir la concentración de gases traza volumétrica de la masa usando la Ley de los gases ideales:
PV = nRT
Donde P = presión, V = volumen, n = moles de gas, R = constante de la ley de gas, y T = temperatura. Por lo tanto:
5. Análisis de Datos
- Para cada serie de tiempo, gráfico de tiempo-por-concentración y evaluar la linealidad. Evaluar el uso de bondad de ajuste o mediante inspección visual, sin incluir los puntos de tiempo posteriores que muestran signos de la meseta de los nuevos análisis. Use un mínimo de tres puntos de tiempo como T 0 para el cálculo de flujo (T 0, T 1, T 2, ...). Establecer un protocolo consistente y rechazar cualquier serie de tiempo que no cumplen con las normas de ese protocolo para la linealidad. Ver Parkin y Venterea 8 para una discusión minuciosa de error, el sesgo y la varianza en el cálculo de flujo.
- Lleve a cabo una regresión lineal.
- Utilice la pendiente de la regresión para calcular el flujo:
F = S • V • A -1
Donde F = flujo, S = pendiente de la regresión, V = volumen de la cámara, y la cámara de A =área. Por lo tanto:
Nota: Consulte la Discusión y Parkin et al 12 para las aproximaciones no lineales a Flux cálculo..
Resultados
Antes de iniciar un proyecto de investigación con cámaras estáticas, es importante para entender el flujo de trabajo en general, y la organización de in silico, campo y los elementos basados en laboratorio (Figura 1). Proporcionada cuidadoso diseño experimental y calibración del sistema (Figura 2), el análisis de datos será generalmente relativamente sencillo. Una tasa de flujo se determina para cada cámara y el tiempo de muestreo por regresión de tiempo por la concentración usando un modelo de flujo predeterminado apropiado para el sistema (Figura 3). Sin embargo, incluso siguiendo las mejores prácticas, las dificultades pueden encontrarse, y control de calidad de los datos en bruto es crítica. Por ejemplo, el fracaso de una junta de la cámara o viales de muestras con fugas puede dar lugar a valores de concentración anómala. Estos se identifican fácilmente a través de la inspección visual de las parcelas de series de tiempo de concentración (Figura 4), con CO serie 2 tiempo a menudo sirve como un particular useful indicador debido al flujo típicamente más robusta y continua de CO 2 en comparación con a veces insignificante, de detección de cerca-límite, o incluso flujos negativos de N 2 O o CH 4. Una vez que la calidad de los datos ha sido confirmado, los resultados pueden ser usados para comparar la dinámica de flujo de gas entre los tratamientos o en el transcurso de una temporada (Figura 5). Como puede verse a partir de mayo y junio valores de flujo y las barras de error, la variación causada por la heterogeneidad espacial de flujo puede ser significativo, y más pronunciada en condiciones que producen altas tasas de flujo. Esta variabilidad no es inusual, y pone de relieve la importancia de la replicación suficiente en esta técnica.
Visión general del flujo de trabajo Figura 1.. Varios elementos de este protocolo se llevará a cabo en la etapa de planificación, en el campo, en el laboratorio, y yon silico. Las flechas indican la secuencia de flujo de trabajo, que comienza con diseño de la cámara (y la construcción si es necesario), y concluye con el análisis de datos. Cajas / Múltiples flechas entre el muestreo de campo y el análisis de la muestra representan la posibilidad de múltiples fechas de muestreo en el transcurso de un experimento.
Figura 2. Sincronización de la muestra. Un ejemplo esquema de tiempo para la recogida de muestras de múltiples cámaras simultáneamente. Los números de la Cámara se indican en los puntos de la izquierda y de tiempo en la parte superior, con tiempos de muestreo mencionados en minutos enteros dentro de la cuadrícula. En este ejemplo, cuatro series de tiempo independiente de 36 minutos cada uno (uno para cada cámara) se llevan a cabo en el espacio de 46 min, 12 min, con el espaciamiento entre los momentos dentro de una serie, y 2 min de tiempo de caminar entre las cámaras. Para este ejemplo hipotético, el suitabilidad de las series de tiempo de 36 min habría sido determinado por calibración previa. Mientras que el tiempo uniformemente espaciados no es necesario, a menudo simplifica el esquema de muestreo. Alternativamente, los investigadores pueden grabar individualmente cada punto de tiempo de muestreo para determinar los intervalos de muestreo.
Figura 3. Cálculo de flujo. Una serie típica estática cámara de tiempo, que consta de N 2 O concentraciones medidas en cuatro puntos de tiempo en el transcurso de un período de muestreo de 36 min. Se muestra la regresión lineal, la pendiente de la que se obtiene la velocidad de flujo.
Figura de control 4. Calidad. Emparejado series de tiempo desde el mismo conjunto de muestras pero diferentes gases se muestran en la WHIfuga vial de CH ha sido identificada por inspección visual (punto rojo). A) la concentración de CO 2 en el tiempo. B) N 2 O concentración con el tiempo.
Figura 5. Resultados de la síntesis. N2O tasa de flujo de un campo agrícola en el transcurso de una sola estación de crecimiento. Valores de flujo representan la media de seis cámaras, usando cuatro puntos de series de tiempo. Las barras de error son el error estándar.
Discusión
El enfoque basado en la cámara de estática se describe aquí es un método eficiente para la medición de gases de efecto invernadero de flujo de los sistemas de suelo. La relativa simplicidad de sus componentes hace que sea especialmente bien adaptada a las condiciones o sistemas en los que los métodos más-de infraestructura intensiva no son factibles. Con el fin de generar datos de alta calidad, sin embargo, el enfoque de la cámara estática debe llevarse a cabo con una estricta atención al diseño experimental 6. Una consideración notable que hay que tener en cuenta es la variabilidad espacial de los flujos de gases del suelo, lo que puede dar lugar a una gran variabilidad entre las mediciones basadas en cámara replicadas. En el diseño de experimentos, por lo tanto, es importante incluir suficientes repeticiones para proporcionar la energía adecuada para el análisis estadístico. Pueden existir soluciones de compromiso entre el número de tratamientos que se pueden estudiar mientras se mantiene la replicación suficiente, y un mínimo de cuatro repeticiones por tratamiento es una pauta general 14.
ontenido "> Si se utilizan los flujos medidos para estimar las emisiones diarias, las variaciones diurnas de la temperatura del aire, la temperatura del suelo, y las emisiones de gases deben ser tenidos en cuenta. Si las metas de investigación requieren mediciones de obtenerse a media mañana, cuando las temperaturas reflejan promedios diarios, la ventana restringido para el muestreo puede afectar el número de cámaras que sean factibles de ser monitoreados. Una consideración adicional a evaluar es el impacto que la inclusión o exclusión de las raíces de las plantas y la biomasa por encima del suelo tendrán sobre los flujos de gases. Cámara de colocación en relación con el tejido vegetal se afectar la interpretación de los datos de flujo, particularmente en el caso del CO 2 en la que no sólo la respiración microbiana, sino también la raíz y disparar la respiración y la fotosíntesis deben estar debidamente equilibrados. Para la discusión adicional de estos factores, ver Parkin y Venterea 8.Como se señaló anteriormente, existen muchas variaciones en esta metodología, incluyendo diseño de la cámara y de muestreovolumen. Uno de estos es la variación en el método empleado para transferir muestras entre la jeringa y vial de colección. La técnica descrita aquí vacía primero el vial de recogida con la muestra antes de llenar el vial a presión positiva 5. Una técnica más comúnmente utilizada es la transferencia de muestras de las jeringas a viales que han sido pre-evacuados usando una bomba de vacío, y el uso de viales no evacuados sin lavado también se ha informado de 8,17. Otro punto significativo en el que existe una serie de enfoques es en el análisis de datos y la selección del modelo de flujo más adecuado para el sistema en estudio. Además del método de regresión lineal descrito aquí, modelos no lineales pueden emplearse también, en particular cuando se utilizan los tiempos de implementación más largos. Estos modelos incluyen el algoritmo desarrollado por Hutchinson y Mosier 18 y derivaciones de los mismos 19,20, el procedimiento cuadrática descrita por Wagner et. Al 21, y la no-constante-Estado estimador de flujo difusivo descrito por Livingston et al 22. Para una discusión detallada de los modelos de flujo no lineal, consulte Parkin et al. 12 y Venterea et al 23.
Métodos similares al enfoque de la cámara estática incluyen el uso de sistemas de medición de flujo-a través de la transferencia de infrarrojos de Fourier (FTIR) espectrometría como una alternativa a la jeringa cromatografía de toma de muestras y de gas, así como la automatización de cierre de la cámara y toma de muestras a través de varios medios. Los sistemas automatizados permiten mediciones más frecuentes con el personal reducido, pero también requieren inversiones adicionales en infraestructura. Gracia et al. 24 proporcionan un amplio resumen de las opciones y soluciones de compromiso en N automatizado basado en la cámara 2 O medición.
Caracterización de flujo de gas de efecto invernadero, tanto administrados y los sistemas naturales es importante informar a los modelos basados en procesos, entender los impactos de managemeprácticas nt e informan a las estrategias de mitigación, y para apoyar la contabilidad global y el cambio climático de modelado. Así, mientras que los estudios individuales son de carácter informativo a escala local, mucho valor adicional se deriva a través de contribuir a, y el dibujo de un cuerpo global de conocimiento sobre el intercambio gaseoso entre el paisaje y la atmósfera. Es fundamental, por lo tanto, pueden recoger los datos e informó de una manera que asegura la longevidad y la interoperabilidad con la base de conocimientos más amplia. Esto incluye seguir las mejores prácticas para garantizar la calidad de los datos, así como la recopilación de medidas complementarias y la información completa de metadatos para permitir la extensión de los resultados más allá de los estudios discretos. Pautas excelentes para la presentación de datos están disponibles en el proyecto GRACEnet y la GRA 25.
Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Este material se basa en el trabajo apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias bajo la Subvención Número 1215858, por el Departamento de Agricultura de EE. UU. bajo la Subvención Número 2013-68002-20525, y por el Centro de Investigación de Bioenergía de los Grandes Lagos del Departamento de Energía de EE. UU. - Oficina de Ciencia DOE BER (DE-FC02-07ER64494) y la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable del DOE OBP (DE-AC05-76RL01830). El video y las imágenes en el campo se grabaron en el proyecto de prueba del Sistema de Cultivo Integrado de Wisconsin de la Universidad de Wisconsin-Madison. Los autores están agradecidos a Ryan Curtin por su hábil videografía y edición.
Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 5,9 ml vaso de soda fondo plano 55 x 15,5 mm | Viales de la colección | Labco Limited | 719W |
| Tapones de rosca de 16,5 mm con tabique de goma perforable | Labco Limited | VC309 | Tapones para viales Gradilla de viales |
| de plástico de 90 pocillos, diámetro interior del pocillo de 17,1 mm. | Wheaton | 868810 | Estante para organizar viales |
| Agujas biseladas regulares 23 G x 1" | BD | 305193 Agujas para la recogida de muestras | |
| Llaves de paso con conexiones luer, 1 vía, deslizamiento macho | Cole-Parmer | EW-30600-01 | Llaves de paso para jeringas Jeringa de |
| 30 ml, punta deslizante | BD | 309651 | Jeringas para la recogida de muestras |
| Cronómetro o temporizador | Varios | N/A | Para el muestreo de campo de temporización |
| Bandejas utilitarias de acero inoxidable o galvanizadas con borde, o cámaras y tapas fabricadas de acero inoxidable o PVC, dimensiones apropiadas para el sistema experimental | Varios | N/A | Anclaje y tapa de la cámara: corte inferior del anclaje, orificios para el tabique y la tubería de ventilación perforados en la tapa |
| Tapones de butilo gris 20 mm | Wheaton | W224100-173 | Septos de la cámara para la toma de muestras de jeringas: inserte en el orificio perforado en la tapa |
| superior, tubo Tygon, 4,0 mm de diámetro interno x 5,6 mm de diámetro exterior. | Sigma-Aldrich | Z685623 | Tubo de ventilación de la cámara: inserto en el orificio perforado en el lado de la tapa, al ras con el exterior, aproximadamente 25 cm enrollado en el interior de la tapa (se puede usar una punta de jeringa de 1 ml como mecanismo de fijación) |
| Cinta adhesiva de goma espuma o junta tórica de HDPE | Varios | N/A | Mecanismo de sellado de la cámara: fijado a la parte inferior del borde de la tapa |
| Aislamiento reflectante, 0.3125" de espesor | Lowe's | 409818 Recubrimiento aislante y reflectante: se fija al exterior de la tapa de la cámara Clips de | |
| carpeta de metal grandes, tamaño de 2" con capacidad de 1", o pestillo de tracción fabricado según corresponda | Grapas / McMaster | 831610 (Grapas) / 1863A21 (McMaster) | Mecanismo de fijación de la tapa: para sujetar la tapa al anclaje durante el muestreo |
| Equipo de cromatografía de gases equipado con detector de captura de electrones para óxido nitroso, analizador de gases infrarrojos o detector de conductividad térmica para dióxido de carbono, detector de ionización de llama para metano | Varios | N/A | Para el análisis de muestras |
Referencias
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- Denmead, O. T. Approaches to measuring fluxes of methane and nitrous oxide between landscapes and the atmosphere. Plant and Soil. 309 (1-2), 5-24 (2008).
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