Evaluación de metano y óxido nitroso flujos de arrozal mediante estática cerrado cámaras de mantenimiento de plantas en espacios vacíos

El objetivo general de este protocolo es medir las emisiones de GEI de los campos de arroz usando la técnica de cámara cerrada estática. El sistema de medición necesita ajustes específicos debido a la presencia de una capa de agua permanente en el campo y de las plantas en el espacio de la cámara.

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la evaluación de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero, como la contribución de los arrozales como fuente o sumidero en la terminación del cambio climático. La técnica es adecuada para experimentos en parcelas, ya que es manejable con recursos limitados y puede identificar relaciones entre las propiedades del ecosistema y los flujos de gas. La aplicación de esta técnica puede contribuir a la evaluación integral del agroecosistema y definir estrategias de mitigación adecuadas.

La creación de una base de datos de emisiones de gases de efecto invernadero en el arroz templado es de fundamental importancia para el cálculo del inventario nacional con el fin de impulsar futuras políticas y regulaciones. El método de cámara estática cerrada llena se concibió e implementó por primera vez en suelos de tierras altas. Se puede aplicar en condiciones de inundación incluyendo los planos dentro del espacio de cabeza de la cámara y evitando la perturbación del agua.

Las cámaras están formadas por tres partes principales. El ancla, la tapa y las extensiones. Los anclajes aíslan la columna de suelo debajo de la cámara, evitando la difusión lateral.

El sellado eficaz entre las piezas está garantizado por un canal lleno de agua. El ancla es una caja rectangular de 75 centímetros por 36 centímetros por 25 centímetros fabricada en acero inoxidable. Un canal rellenable con agua está soldado al perímetro rectangular superior del anclaje.

Dos orificios en cada uno de los cuatro lados del ancla, a cinco centímetros del canal de agua superior, aseguran la carga más rápida del agua estancada dentro de la cámara durante los eventos de drenaje del campo. La tapa es una caja rectangular de acero inoxidable de 75 centímetros por 36 centímetros por 20 centímetros con un volumen interno de 54 litros. La tapa debe encajar perfectamente en el canal rellenable de agua.

La tapa está cubierta por una espuma de celda cerrada de cuatro centímetros de grosor, que está protegida por una capa reflectante de la luz. Cada tapa está equipada con una válvula de ventilación hecha de una pieza curva de tubo de plástico del tamaño adecuado para el volumen de la cámara y las condiciones del viento. La válvula de ventilación encaja en un orificio de 1,5 centímetros en el centro de una de las dos caras laterales de 36 centímetros de la tapa.

El tubo de plástico está asegurado a la tapa mediante un conector de tornillo. Un puerto de muestreo para la extracción de muestras de gas se encuentra en un nicho de siete centímetros por siete centímetros excavado en la espuma de la celda en el centro de la parte superior de la tapa. Dentro del nicho, un orificio de un centímetro se cierra mediante un tapón de goma que se ajusta a un tubo de teflón.

Cuando el tapón se coloca en su nicho, el tubo de teflón extruye tres centímetros e invade 17 centímetros. La parte exterior del tubo está conectada a una llave de paso unidireccional para gestionar la apertura y el cierre del puerto de muestreo. Cada tapa está equipada con un ventilador de PC de 12 voltios alimentado por una batería recargable y portátil, para garantizar la mezcla de aire.

Puede ser necesario un accesorio de extensión a la cámara para incluir las plantas dentro de la cámara, dependiendo de su tamaño. Las extensiones son cajas rectangulares hechas de acero inoxidable y con un canal superior rellenable de agua. Ejecute siempre los eventos de medición a la misma hora todos los días para minimizar la variabilidad diurna.

Antes de cada visita al arroz, evacue al menos tres viales de vidrio de 12 mililitros cerrados con tabiques de caucho butílico por cámara de campo en el laboratorio. Al llegar al campo, coloque tablones de madera sobre los bloques de hormigón para llegar a los anclajes. A continuación, llene de agua los canales colocados en el perímetro superior de los anclajes.

Use una regla plegable para medir la altura de las plantas de arroz. Agregue una extensión para contener la planta de arroz cuando esté de 20 a 40 centímetros por encima de la superficie del suelo. Use dos extensiones cuando la planta de arroz tenga de 40 a 60 centímetros, y así sucesivamente.

Interponga extensiones entre el ancla y la tapa, llenando todos los canales rellenables de agua. Cierre cada cámara, colocando la tapa en el canal lleno de agua de la extensión superior. Durante el período de cierre, extraiga al menos tres muestras de gas a intervalos de tiempo iguales.

En los muestreos, conecte una jeringa de 50 mililitros equipada con una llave de paso unidireccional al puerto de muestreo. Luego, abra las dos llaves de paso y enjuague la jeringa moviendo el émbolo hacia arriba y hacia abajo tres veces antes de retirar 35 mililitros de espacio libre de la cámara. Por último, cierre las dos llaves de paso.

Desconecte la jeringa del puerto de muestreo y guárdela aparte. Después de la extracción de gas del espacio de cabeza de la cámara, transfiera las muestras a los viales evacuados rápidamente porque las jeringas de plástico pueden tener fugas, incluso con una llave de paso cerrada. Realice la transferencia con una aguja hipodérmica de calibre 25.

Primero, coloque la aguja en la llave de paso. A continuación, ábrelo y enjuaga la aguja con cinco mililitros de muestra. Inserte la aguja en el tabique y empuje los 30 mililitros restantes de muestra en un vial preevacuado antes de retirar la aguja.

Durante el cierre de la cámara, mida la temperatura del espacio de cabeza cada tres a cinco minutos con un registrador de datos de temperatura. Considere que el evento de muestreo se completó después del período de cierre. Retire la tapa y, posteriormente, todas las extensiones usadas.

Después de cada evento de muestreo, mida la altura del espacio de cabeza de cada cámara desde el suelo o desde el agua del estanque con una regla plegable. Al final de cada evento de muestreo, transfiera los viales al laboratorio para su análisis. Determine la concentración de gas en la muestra recolectada por cromatografía de gases y convierta la concentración en una cantidad absoluta por la Ley de Gases Ideales.

Dependiendo del patrón de emisión, estime el flujo eligiendo entre un modelo lineal o no lineal. Este es un ejemplo de la variación estacional de los flujos diarios de metano, incluidos los períodos de cultivo y cultivos intercalados. Como se ha demostrado con las barras de error, estos resultados pueden variar mucho, principalmente debido a la heterogeneidad espacial de los procesos microbianos responsables de la producción de gases de efecto invernadero.

Para abordar la alta variabilidad que hace que las diferencias de tratamiento sean imposibles de detectar, simplemente aumente el número de réplicas. En este ejemplo de variación estacional de los flujos diarios de metano, hay un número insuficiente de eventos de medición que no cubren todos los momentos cruciales para las emisiones de gases de efecto invernadero. Como resultado, proporciona una subestimación no deseada de los flujos anuales.

Aquí se muestra un ejemplo de flujos acumulativos durante una temporada de cultivo. En este caso, se adoptó un número suficiente de eventos de medición. Por el contrario, en este caso, la variación estacional de los flujos no fue suficientemente explorada.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo aplicar una técnica de cámara cerrada para la evaluación de las emisiones de gases de efecto invernadero en el contexto específico de un arrozal. Una vez dominada, esta técnica se puede aplicar en dos a cuatro horas, dependiendo del número de cámaras monitoreadas. Varias variaciones de la técnica descrita son posibles dentro de la estructura de los principios fundamentales.

Por ejemplo, se pueden explorar las variaciones en la geometría de la cámara, los materiales de las cámaras y el tipo de análisis de gases de efecto invernadero. Al intentar este procedimiento, es importante recordar que el punto crítico más complicado es probablemente el cálculo de los flujos en función de la variación de la concentración de gases de efecto invernadero durante el recinto de la cámara. Utilizando el paquete HMR para el cálculo, recuerde seleccionar el mejor modelo para aplicar caso por caso.