Évaluation de méthane et de protoxyde d’azote flux de rizière au moyen de la statique fermé Chambers maintenir les plantes dans l’espace de tête

L’agriculture est un secteur productif qui, avec des forêts et autres utilisations, produit environ 21 % des émissions de GES global¹. Mesure précise des émissions de GES des sols agricoles est important non seulement pour établir la détermination du rôle des agroécosystèmes comme sources et de puits dans le climat changement², mais aussi à définir des stratégies d’atténuation appropriées et efficaces au sein de le cadre les cibles d’entente de Paris.

Flux d’émission de deux GES plus importantes produites par les sols agricoles (c.-à-d., N₂O et CH₄) peuvent être mesurées par les méthodes micrométéorologiques ou la technique fermée-chambre³. La grande majorité des études indiquant des données sur les émissions de GES provenant des sols pendant les trois dernières décennies a appliqué la technique fermée-chambre^4,5 qui a été décrite en 1926,⁶. Plusieurs efforts ont été faits à affiner la technique et à surmonter toutes les sources d’artéfacts expérimentaux et biais^{7,8,9,10,11,12 ,13,14}. Des protocoles spécifiques, mise à jour à des moments différents, visant à normaliser les méthodes^{15,16,17,18,19}, et tentatives scientifiques sont toujours en cours pour établir les meilleures pratiques pour employant la technique et de minimiser les biais dans les estimations de flux.

La technique fermée-chambre statique, dont l’application aux sols de paddy est décrite dans cet article, s’appuie sur la théorie de la diffusion et prévoit une période précise de l’enveloppe d’un volume connu d’air recouvrant une partie de la surface du sol. Au cours de l’enceinte, CH₄ et N₂O molécules migrent par diffusion le long d’un gradient de concentration naturelle d’air de pores du sol, où elles sont produites par des microorganismes spécifiques (méthanogènes dans le cas de CH₄; bactéries nitrifiantes et dénitrifiants pour N₂O), de l’air intérieur headspace chambre, éventuellement par le biais de l’inondation par l’eau ou l’aérenchyme plante. Les concentrations des deux gaz dans l’espace de tête de chambre augmentent au fil du temps, et l’occurrence de ces augmentations fournit pour les estimations de flux.

En ce qui concerne les méthodes micrométéorologiques, chambre fermée mesures sont souvent préférés pour les écosystèmes et les différents types d’utilisation de terres lorsque étudiant GES flux à l’échelle de la parcelle, car ils ne sont pas grevés par un grand champ homogène² ou haut logistique et investissement exigences²⁰. En outre, ils permettent l’analyse simultanée des expériences manipulés, comme les différentes pratiques agronomiques ou d’autres traitements de la zone^12,21. Enfin, la technique permet d’identifier les relations entre les propriétés des écosystèmes, des processus et flux. Alternativement, les deux principaux inconvénients de la technique comprennent l’exploration relativement inefficace de l’hétérogénéité spatiale et temporelle et les effets de la perturbation du sol en raison du déploiement de chambre²². Toutefois, ces inconvénients peuvent, au moins en partie, être surmontées avec : conception de chambre correcte (pour minimiser la perturbation du sol), l’adoption d’un nombre suffisant de répétitions (pour explorer la variabilité spatiale) et automatisé d’utilisation du système qui permet l’intensification des la fréquence des mesures quotidiennes (pour tenir compte de la variabilité diurne) ou de la mesure régulière (même heure du jour) (d’omettre l’effet de la température dans la variabilité résiduelle).

Une première application de la méthode à une rizière remonte au début des années 80²³et les principales particularités de son utilisation en ce qui concerne les domaines des hautes terres sont la présence de l’envahissement de l’eau sur le sol et la nécessité d’inclure les plantes dans l’espace de tête au cours de la chambre pièce jointe. Comme soigneusement décrits dans cet article, le premier trait indique la nécessité pour des systèmes spécifiques éviter de perturber l’eau lors des événements de mesure, d’éviter une surestimation flux causée par la turbulence induite par l’amélioration de la diffusion des gaz par l’inondation par l’eau. La deuxième caractéristique essentielle est de rendre compte pour le transport de gaz par l’aérenchyme de riz, ce qui représente jusqu'à 90 % d’émis CH₄²⁴, qui nécessite des dispositifs appropriés d’inclure les plantes pendant les événements de la mesure.

1. Chambre Design

1. Assembler chaque chambre avec trois éléments principaux : une ancre, un couvercle et au moins quatre extensions.
2. Construire l’ancre sous la forme d’un 75 cm x 36 cm x 25 cm (L x l x H) boîte rectangulaire en acier inoxydable. Souder un canal remplissable à l’eau 10 à 13 mm (w) x 13-20 mm (h) au périmètre rectangulaire supérieur de l’ancre. Percer deux trous (1 cm de diamètre) sur chacun des quatre côtés de la cheville 5 cm depuis le canal d’eau supérieure.
   NOTE : Ancres isoler la colonne de sol sous la chambre et éviter la diffusion latérale. Le canal est nécessaire pour obtenir une étanchéité efficace entre l’ancre et le couvercle. Les trous assurent un écoulement rapide de l’eau d’accumulation d’eau dans la chambre pendant les événements de drainage du terrain.
3. Construire un couvercle en forme de boite rectangulaire en acier inoxydable et taille 75 cm x 36 cm x 20 cm (L x l x H) avec un volume intérieur de 54 L. veiller à ce qu’il épouse parfaitement le canal remplissable à l’eau.
4. Couvrir le couvercle avec une mousse à cellule fermée une épaisseur de 4 cm qui, à son tour, couvert par un léger anti-reflet (aluminium-like).
   Remarque : Il est nécessaire d’équiper la chambre avec un système de contrôle de température afin de ne pas favoriser artificiellement les activité microbienne, consécutive à une augmentation de température involontaire pendant la fermeture de la chambre.
5. Doter chaque couvercle avec une soupape de dégagement, faite d’un morceau de courbe de tube en plastique (1,5 cm x 24 cm, D x L) de taille pour la chambre volume et vent conditions²⁵. Raccorder la soupape de dégagement au couvercle en forant un trou de 1,5 cm dans le centre de l’une des deux faces latérales 36 cm du couvercle. Puis fixez le tube en plastique avec un connecteur à vis.
   Remarque : La soupape de dégagement est recommandée pour la transmission des variations barométriques à l’enclose volume d’air et compenser les variations de volume qui se produisent pendant chambre enceinte et échantillonnage de retrait, et/ou associé à l’air incontrôlée, clos de l’air changements de température. Le vent devrait être un tube et pas simplement un trou, afin que l’air évacué de l’enceinte au cours d’une chute de pression externe est capturé dans le tube et puis renvoyé dans l’enceinte, dans le cas où la pression augmente à nouveau. La forme incurvée réduit le potentiel de la dépressurisation de la chambre en raison de l’écoulement du vent sur son extérieur d’ouverture, c'est-à-direl' effet de Venturi²⁶.
6. Fournir un orifice d’échantillonnage pour prélever des échantillons de gaz. Faire un trou de 1 cm au centre de la partie supérieure du couvercle dans un créneau de 7 cm x 7 cm creusé dans la mousse. Fermer le trou avec un bouchon en caoutchouc qui correspond à un tube téflon (diamètre intérieur de 3 mm, longueur 20 cm). Assurez-vous que le tube Teflon extrude 3 cm et recoupe les 17 cm lorsque le bouchon est placé dans son créneau. Se connecter à la partie vers l’extérieur du tube à un robinet à sens unique pour gérer l’ouverture/fermeture de l’orifice d’échantillonnage.
7. Doter chaque couvercle avec un ventilateur de PC 12V alimenté par une batterie 12V-7Ah rechargeable et portable, pour assurer un mélange aérien. Situer le ventilateur de PC sur le côté supérieur interne du couvercle au moyen de deux attaches en acier boulonnés sur la face interne de la chambre.
   Remarque : Air mixing est nécessaire afin d’éviter toute stratification de gaz au sein de l’espace de tête de chambre au cours de l’enceinte, particulièrement en présence de grandes quantités de végétation.
8. Construire un certain nombre d’extensions afin d’inclure les plantes à l’intérieur de la chambre quand ils sont entièrement cultivés. Par exemple, si les plantes ne devra pas dépasser 80 cm de hauteur à leur taille finale construire 4 rallonges pour chaque chambre. S’assurer que chacun est un boîtier rectangulaire en acier inoxydable et 75 x 36 x 25 cm (L x l x H) en taille et avec une voie d’eau-remplissable supérieure, comme pour le point d’ancrage. Ajouter ces extensions entre l’ancre et le couvercle pendant l’enceinte de la chambre, selon le stade de récolte.

2. ancrer le déploiement et la disposition du système pour prévenir la perturbation des sols

1. Insérez les chevilles dans le sol après préparation du terrain (c.-à-d., après toutes les opérations de travail du sol) et avant le semis de riz. Si possible, ne retirez pas les ancres pour la durée de la période de mesure sauf strictement nécessaire, comme pour l’opération entre deux saisons de cultures ultérieures. Insérer les ancrages quelques jours (minimum de 2 jours) avant le début de mesure de flux, afin que le sol s'en re-équilibre après une perturbation lors de l’installation.
2. Avant de distribuer une ancre sur le sol nu, placez 30 cm x 3 m (L x L) bois planches (sur le terrain et de la promenade exclusivement sur eux pendant les opérations suivantes afin d’éviter le compactage du sol. Placer les planches à 0,5 m au moins de chaque ancre.
3. Insérez les ancrages à une profondeur de 40 cm dans le faitout labouré pour sécuriser l’ancre et éviter accidentelle flexion latérale après l’inondation de champ, surtout lorsque l’extension est utilisée. Après que les ancrages ont été placés sur le sol dans la zone champ assigné, placer une armature en acier assemblé sur mesure au sommet de l’ancre, tout en maintenant un alignement correct des deux composants. Martelez l’ancrage dans le sol et faites attention à frapper le cadre et pas l’ancre, pour éviter tout dommage à l’ancre. Après la pose, s’assurer que les ancres sont parfaitement planes à l’aide d’un niveau à bulle.
4. Insérez au moins trois points d’ancrage pour chaque traitement surveillé (c.-à-d., répétitions). Respectez une distance minimale entre les chambres voisines de 1 m, dans le cas où plus d’une chambre au sein de la même unité expérimentale doit être utilisée.
5. Une fois que tous les points d’ancrage sont insérés, supprimer temporairement les planches en bois à pied et puis réorganiser le champ avec un système de passerelles originaires des bords latéraux du champ. En détail, placer dans les champ des blocs de béton au moins 0,5 m loin de l’ancrage, en nombre suffisant pour maintenir un système de planches de bois.
   NOTE : Passerelles sont nécessaires pour prévenir la perturbation du sol pendant les événements ultérieurs de mesure des GES. Le nombre de blocs de béton dépendra de la distance des ancres des bords latéraux du champ. Chaque planche long 3M nécessitera deux blocs de béton pour la stabilité.

3. mesures de GES et de fermeture de chambre

1. Organiser des événements de mesure toujours à la même heure chaque jour, afin de réduire la variabilité diurne.
   Remarque : Le moment meilleur représentant le flux quotidien moyen est lorsque la température est proche de la moyenne journalière, c'est-à-direà 10:00 Il s’agit de la meilleure façon d’estimer la valeur cumulée quotidienne d’une mesure unique dans la journée du²⁷.
2. En arrivant sur le terrain, placer des planches de bois sur les blocs de béton pour atteindre les points d’ancrage. Par la suite, remplir les canaux placés sur le périmètre supérieur des ancres avec de l’eau. Ajouter avec précaution les extensions tant qu’il est nécessaire de placer toutes les plantes dans l’espace de la chambre.
   Remarque : Cette opération doit être effectuée par deux opérateurs afin d’éviter des dégâts aux cultures. Remplissez d’eau le canal de chaque extension utilisé ainsi.
3. Près de chaque chambre, placer le couvercle dans le canal rempli d’eau, de l’extension supérieure. Au cours de la période de fermeture (généralement 15-20 min, mais modifiable pour répondre aux besoins expérimentaux), retirer au moins trois échantillons de gaz à intervalles égaux (p. ex., juste après la fermeture, après 10 min et après 20 min). Dégustations, raccorder une seringue de 50 mL, équipée d’un robinet à sens unique à l’orifice d’échantillonnage, puis ouvrir les deux robinets d’arrêt (un dans la seringue) et l’autre dans le port de prélèvement d’échantillons, « rinçage » la seringue en déplaçant le plongeur de haut en bas trois fois avant de se retirer de 35 mL de espace de tête de la chambre et puis enfin fermer les deux robinets d’arrêt. Déconnecter la seringue de l’orifice d’échantillonnage et stockez-le apart.
   Remarque : Lorsque vous utilisez près des chambres durant les inondations de champ, éviter toute perturbation ou la turbulence de l’eau d’accumulation d’eau car il peut produire des bulles de gaz atypique et modifier les estimations des flux de GES.
4. Ajouter plusieurs extensions adaptées contenir des plants de riz. Interposer des extensions entre l’ancre et le couvercle, remplir tous les canaux de l’eau-à remplir en direct. Utiliser une extension lorsque le riz est de 20 à 40 cm au-dessus de la surface du sol (tel que mesuré avec une règle pliante) ; Utilisez deux extensions lorsque le riz est de 40 à 60 cm et ainsi de suite.
5. Lors de la fermeture de la chambre, mesurer la température de l’espace de tête toutes les 3-5 min avec un enregistreur de température.
6. Envisager l’événement d’échantillonnage complet après la période de fermeture. Retirez le couvercle et par la suite tous utilisaient des extensions.
   Remarque : Pour raccourcir le temps nécessaire pour contrôler plusieurs chambres et éviter les biais de variabilité diurne, il est possible de mesurer simultanément plus d’une chambre. Par exemple, avec une équipe de deux opérateurs, il est possible de gérer le prélèvement de jusqu'à 10 chambres voisines en 30 min.
7. Après chaque événement d’échantillonnage, mesurer la hauteur de l’espace libre de chaque chambre du sol (lorsque le terrain est drainé) ou de l’eau d’accumulation d’eau (lorsque le champ est inondé) à l’aide d’une règle pliante.

4. manipulation et Analyses de l’échantillon

1. Avant chaque rizière visite, évacuer trois (ou plus) flacons de 12 mL verre fermés avec des septums butylcaoutchouc par chambre de champ dans le laboratoire.
   Remarque : Les flacons peuvent être réutilisés. Avant chaque utilisation, il est nécessaire de remplacer le bouchon de caoutchouc et de restaurer le vide.
2. Après le retrait de gaz en provenance de l’espace de tête de chambre, transférer les échantillons déposés à la seringue pour les flacons sous vide rapidement car les seringues en plastique, même avec un robinet fermé, ne peut pas garantir aucune fuite²⁸. Effectuez le transfert avec une aiguille de calibre 25 hypodermique. Tout d’abord, insérer l’aiguille dans le robinet, puis ouvrez-le et vider l’aiguille avec 5 mL d’échantillon. Ensuite, insérez l’aiguille dans le septum et pousser l’échantillon restant de 30 mL dans un flacon préalablement évacué et puis retirer l’aiguille.
   Remarque : L’échantillon à l’intérieur de la cuvette est > 2 atm pressurisé pour approvisionner en gaz pour les multiples analyses et d’éviter tout flux en masse de l’environnement externe vers l’échantillon, ce qui modifierait sa concentration de GES. L’éclat de l’échantillon de 5 mL de l’aiguille lui permet d’être réutilisé pour les autres échantillons.
3. À la fin de chaque événement d’échantillonnage, transférer les flacons au laboratoire pour analyse.
   Remarque : Si la conservation de l’échantillon est garantie à 20 ° C pendant plus de quatre mois de²⁸, il est toujours préférable d’effectuer des procédures analytiques dès que possible.
4. Déterminer les concentrations de gaz dans les échantillons prélevés à l’aide d’un chromatographe en phase gazeuse automatique équipé d’un détecteur à capture d’électrons pour la détermination de N₂O et un détecteur à ionisation de flamme pour CH₄ détermination²⁹. Outre les exemples, mesurer les concentrations d’un certain nombre de connu N₂O et CH₄ échantillons (normes) afin d’effectuer un étalonnage précis.
   Remarque : La concentration des normes devrait couvrir la gamme de concentrations attendues des échantillons.

5. Estimation des flux

1. Le modèle choisi pour l’estimation des flux devrait prévoir le flux au moment du déploiement de la chambre, c'est-à-dire, le moment idéal au cours de laquelle le vrai taux de change n’est pas affecté par la présence de la chambre.
2. Après avoir déterminé la concentration de gaz sur un volume de base par l’intermédiaire de gaz analyse chromatographique et étalonnage ultérieur, calculer la quantité absolue de substance (N₂O ou CH₄) présent au sein de l’espace de tête, selon le volume molaire de l’air dérivé de la Loi des gaz parfaits.
   Remarque : Il est fortement recommandé pour produire une courbe d’étalonnage associée à chaque événement d’échantillonnage, car le chromatographe en phase gazeuse peuvent subir des modifications de signal faible en fonction de la température, ce qui peut conduire à des erreurs.
3. Choisir entre un modèle linéaire ou non linéaire, en fonction du type d’émission. Parmi les modèles non linéaires disponibles, sélectionnez le HM modèle²⁵, éventuellement en s’appuyant sur le paquet HMR⁹. Si vous avez trois points de temps (temps 0, temps 1 et 2) choisissez basée sur la pente des deux segments : dans le cas où la pente entre le temps 0 et 1 est supérieure, en valeur absolue, à la pente entre les temps 1 et 2 et les pentes sont concordants , utilisez le modèle HM ; dans tous les autres cas, utilisez un modèle linéaire. Si vous avez plus de trois temps-points, ajuster les deux modèles à l’aide de HMR, mais par la suite choisissez vous-même basée sur une évaluation visuelle du modèle meilleur montage la tendance.
4. La valeur zéro flux sous le Flux détectable Minimum, calculé selon la limite de détection du chromatographe en phase gazeuse et conditions (température, pression, volume de l’espace de tête) de fonctionnement.
5. Pour décrire correctement la variabilité saisonnière des flux, fournir au moins 40 d’échantillonnage des événements tout au long de l’année (deux cycles de surveillance et les cultures intercalaires périodes), intensifier la fréquence d’échantillonnage près de pivotales événements du cycle de culture, tel que le labourage, oeufs fécondés, drainage, mise en place d’inondation, revêtement des semis de l’eau d’accumulation d’eau de riz et ainsi de suite. Transition d’une fréquence maximale de tous les jours (par exemple, à des périodes de drainage, fertilisation, etc.) à moins d’une fois toutes les deux semaines (par exemple, au cours de l’hiver).

Chaque événement de mesure produit une série de concentrations de GES dans le temps pour chacune des chambres de surveillance qui est la base pour l’estimation des flux de GES. Fondamentalement, il n’y a aucun besoin particulier de se défaire des données, mais un taux élevé de situations qui ne correspondent pas au modèle théorique de fonction monotone (strictement en augmentant ou en diminuant) mérite une attention à l’exactitude de l’application du protocole et, éventuellement imprévue d’erreurs (par exemple, fuite des flacons).

La figure 1 indique une année entière de flux correct exemple CH4 . Comme l’a démontré avec barres d’erreur, ces résultats peuvent varier considérablement, principalement en raison d’à l’hétérogénéité spatiale des processus microbiens responsables de la production de GES. Pour les utilisateurs qui éprouvent une variabilité élevée, ces résultats signale pas nécessairement mauvais résultats. À la variabilité élevée d’adresse qui fait des différences de traitement impossible à détecter, tout simplement augmenter le nombre de répétitions.

Dans la Figure 2, un exemple de mauvaise exploration de la variabilité saisonnière est illustré : l’insuffisance du nombre d’événements de mesure a conduit à une sous-estimation du flux annuels.

Flux quotidiens peuvent être combinées par la suite pour calculer les émissions cumulées au cours d’une année solaire, au cours d’une saison culturale ou au cours des étapes spécifiques de recadrage. En règle générale, le calcul des flux cumulés s’appuie sur la variation linéaire de flux entre deux événements mesure subséquentes. Un exemple de flux cumulés est illustré Figure 3 CH4.

La figure 1. Exemple de variation saisonnière des flux quotidiens de4 CH d’une rizière inondée sur une année complète, y compris un recadrage cycle (de mai à septembre) et intercalaires de périodes. Barres d’erreur représentent des écarts-types. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

La figure 2. Exemple de variation saisonnière des flux quotidiens de4 CH d’une rizière inondée pendant une année entière, avec un nombre insuffisant de mesurer des événements n’est pas bien couvrant tous les moments marquants pour les émissions de GES. Barres d’erreur représentent des écarts-types. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

La figure 3. Exemple d’émissions cumulées de4 CH pendant une saison culturale. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

La figure 4. Phases principales de l’application de la méthode avec les correspondants des points critiques et les indicateurs de succès. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Les auteurs n’ont rien à divulguer.