Mesure du flux de gaz à effet de serre provenant des sols agricoles utilisant statiques Chambers

Cet article présente la méthode basée sur une chambre statique pour la mesure des flux de gaz à effet de serre des systèmes de sol. Avec des investissements relativement modestes dans l’infrastructure, les mesures peuvent être obtenues à partir de plusieurs traitements ou emplacements et sur des périodes allant de quelques heures à plusieurs années.

L’objectif général de cette procédure est de mesurer le flux de gaz à l’état de traces provenant des sols sous différents types de végétation ou pratiques de gestion. Pour ce faire, les gaz émis par la surface du sol à l’intérieur d’une chambre et mesurent le changement de concentration au fil du temps jusqu’au parasite. Un ancrage cylindrique ou rectangulaire est d’abord placé dans le sol pour empêcher l’écoulement latéral des gaz.

Lorsqu’il est prêt à échantillonner, un couvercle est scellé sur le dessus de l’ancre pour piéger les émissions du système de sol. Les échantillons sont ensuite prélevés dans l’espace libre de la chambre avec plusieurs échantillons collectés sur une durée prédéterminée. Les échantillons sont ensuite analysés par chromatographie en phase gazeuse afin de déterminer la concentration des gaz d’intérêt.

concentration de gaz est ensuite tracée en fonction du temps, et l’ensemble de données est soumis à une régression linéaire ou linéaire à l’aide d’un modèle de flux prédéterminé adapté au système afin de déterminer le taux de flux de gaz peut être comparé entre les traitements ou entre les saisons. Pour explorer la dynamique des systèmes, ces méthodes peuvent aider à répondre à des questions sur la façon dont les émissions de gaz à effet de serre, tels que le dioxyde de carbone, le protoxyde d’azote ou le méthane du sol, sont affectées par les pratiques de gestion et les conditions météorologiques. Le principal avantage de cette technique par rapport aux autres approches de mesure des gaz à effet de serre est qu’elle permet de surveiller plusieurs sites à la fois avec un équipement relativement peu coûteux.

Il ne s’agit pas d’une méthode nouvelle, mais d’une méthode utilisée par les chercheurs depuis un certain nombre d’années. En fait, le protocole d’échantillonnage que nous allons décrire a été documenté dans des publications réalisées par des chercheurs associés au programme Grace net A-U-S-D-A, ou par la Global Research Alliance and International Group. Le but de notre publication est donc de démontrer visuellement cette technique.

Pour ceux qui n’ont pas d’expérience avec cela, une variété de modèles de chambres existent. Chaque chambre contient deux parties, une ancre qui est insérée dans le sol et un couvercle qui est placé sur le dessus de l’ancrage. Pendant la mesure du flux, les chambres doivent être construites en matériau robuste et non réactif, tel que l’acier inoxydable ou le PVC, et doivent être isolées et recouvertes d’un matériau réfléchissant pour éviter l’accumulation de chaleur pendant la mesure, le système doit inclure un mécanisme pour sceller le couvercle sur l’ancrage, un septum pour permettre la collecte d’échantillons et un tube de ventilation pour éviter les changements de pression pendant le déploiement de la chambre et le retrait de l’échantillon.

Lors de la conception de la forme et de la taille de la chambre, tenez compte de facteurs spatiaux tels que l’espacement des rangs de culture, les bandes d’engrais et la hauteur de la plante. Notez qu’il existe des compromis entre la hauteur de la chambre et la sensibilité de détection. Ici, nous utiliserons des chambres cylindriques simples construites à partir de casseroles utilitaires au moins un jour avant l’échantillonnage.

Installez des ancrages de chambre dans le sol aux endroits souhaités, appliquez une pression uniforme sur tous les points afin que l’ancrage ne déforme pas les ancrages dans le sol à une profondeur d’au moins huit centimètres avec pas plus de cinq centimètres restant au-dessus de la surface du sol. Les ancrages doivent être placés aussi près que possible de la surface du sol afin de minimiser les effets du microclimat et les flaques d’eau afin de calculer le volume de l’espace libre de la chambre. La hauteur de l’ancrage au-dessus de la surface du sol doit être mesurée au moment de l’installation et chaque fois qu’un changement significatif de la surface du sol se produit avant le début de l’expérience, il est nécessaire de déterminer un calendrier d’échantillonnage approprié à suivre.

Le moment optimal dépendra du système à l’étude et des chambres utilisées. L’étalonnage de la course temporelle peut être effectué par échantillonnage intensif sur une heure. Dans des conditions qui devraient produire un flux relativement élevé de gaz traces d’intérêt.

La concentration peut ensuite être tracée en fonction du temps afin de visualiser la dynamique de flexion du système et de déterminer la durée de déploiement de la chambre la plus appropriée, l’espacement des points temporels et le modèle de flexion linéaire ou non linéaire à utiliser dans l’analyse des données. Nous montrons ici les concentrations de dioxyde de carbone et de protoxyde d’azote mesurées plusieurs heures après une forte pluie et un déroulement temporel d’échantillonnage suggéré qui permettrait une régression linéaire dans ce système expérimental. Au minimum, un parcours temporel devrait comprendre trois, de préférence quatre points d’échantillonnage en fonction du moment optimal, ce qui divise un plan d’échantillonnage qui couvre tous les sites, traitements ou répétitions, et permet au personnel de se déplacer efficacement dans les sites de la chambre.

Cela peut nécessiter de diviser les sites de la chambre en ronds qui peuvent être échantillonnés les uns après les autres, de construire des ronds à partir de blocs de répétitions plutôt que traitement par traitement. Afin d’éviter les biais et de prévoir du temps d’échantillonnage, du temps de marche entre les sites ainsi que du temps pour la collecte d’éventuelles mesures annexes. N’oubliez pas que si les mesures doivent être utilisées comme représentatives d’une journée entière, les échantillons doivent être prélevés à un moment qui reflète les températures moyennes quotidiennes, généralement du milieu à la fin de la matinée à chaque date d’échantillonnage, suivre le plan d’échantillonnage prédéterminé et le moment où les concentrations seront finalement tracées en fonction du temps.

Il est essentiel de planifier et/ou d’enregistrer les heures d’échantillonnage avec précision avant l’échantillonnage, de pré-étiqueter et de disposer les flacons de collecte pour une efficacité maximale et pour réduire le risque de confusion pendant l’échantillonnage. Une fiole est nécessaire par point temporel et par chambre, collectez du matériel supplémentaire, y compris une seringue, un stop, un coq, des aiguilles et un chronomètre. L’équipement et le volume d’échantillon peuvent varier en fonction des méthodes de collecte et de transfert utilisées.

Sur le premier site à échantillonner, fixez et scellez un couvercle de chambre à l’ancrage préinstallé. Immédiatement après avoir scellé le couvercle, démarrez un chronomètre. Il s’agit du temps zéro ou T zéro avec une seringue vide de 30 millilitres équipée d’une aiguille et d’un robinet d’arrêt en position ouverte.

Prélevez un échantillon d’air de 30 millilitres à partir d’un endroit adjacent à la chambre à la hauteur approximative du haut de la chambre et fermez le robinet d’arrêt. Il s’agira des deux échantillons zéros, qui doivent maintenant être transférés dans un flacon de prélèvement avec l’aiguille de la seringue. Percez le septum d’un flacon de collection qui a déjà une autre aiguille insérée près du bord du septum.

Ouvrez la seringue, arrêtez le robinet et injectez environ 20 millilitres de l’échantillon dans le flacon. Ensuite, dans un mouvement fluide, retirez l’aiguille supplémentaire tout en continuant à injecter autant d’échantillon restant que possible. Légère surpression du flacon.

Fermez le robinet d’arrêt et retirez l’aiguille de la seringue du septum. Insérez l’aiguille supplémentaire dans le prochain flacon à utiliser et retournez le flacon rempli pour le distinguer des flacons non remplis. Dans la méthode de rinçage du transfert d’échantillon illustrée ici, l’injection initiale de l’échantillon entraîne l’élimination du contenu précédent des flacons à travers l’aiguille supplémentaire.

Ensuite, lorsque l’aiguille supplémentaire est retirée, le flacon est rempli à une pression positive avec un échantillon comme alternative à la méthode de rinçage. Les échantillons peuvent plutôt être chargés dans des flacons pré-évacués ou non évacués. Après avoir terminé le prélèvement d’un échantillon, passez à l’emplacement de la chambre suivante et répétez ce processus.

Sceller le couvercle au bon point temporel prédéterminé. Lors de la fixation des couvercles, assurez-vous qu’une bonne étanchéité est obtenue sans espaces ni débris permettant aux fuites de se poursuivre jusqu’à ce que toutes les chambres aient été scellées et que des échantillons T zéro aient été prélevés. Retournez ensuite dans la première chambre pour prélever un échantillon T un.

À mesure que le temps approche, 10 secondes jusqu’à ce que T un perce le septum du couvercle de la chambre avec une aiguille de seringue dans une plage de dix secondes de T un, prélevez un échantillon d’air de 30 millilitres de l’intérieur de la chambre et fermez le robinet d’arrêt. Retirez l’aiguille du septum de la chambre. Transférez l’échantillon dans un flacon de prélèvement l.

Continuez à vous déplacer dans les chambres jusqu’à ce que tous les échantillons aient été prélevés. La température de l’air au moment de l’échantillonnage doit être enregistrée. Il est également recommandé de mesurer la température et la teneur en eau du sol, et d’autres mesures auxiliaires, telles que la densité apparente du sol et les nitrates et l’ammonium dans le sol, peuvent être nécessaires périodiquement en fonction des objectifs de la recherche.

Des échantillons d’air ambiant peuvent également être prélevés pour une approximation de T zéro ou pour être utilisés dans des modèles de flux non linéaires. Déterminer la concentration des gaz d’intérêt pour chaque échantillon par chromatographie en phase gazeuse. Utilisation d’un équipement équipé d’un détecteur à capture d’électrons pour le protoxyde d’azote, d’un analyseur de gaz infrarouge ou d’un détecteur de conductivité thermique pour le dioxyde de carbone et d’un détecteur à ionisation de flamme.

Pour le méthane, convertissez la concentration de gaz traces des unités volumétriques en masse à l’aide de la loi des gaz parfaits pour chaque graphique de série chronologique. Temps par concentration suivre une procédure de contrôle de la qualité cohérente pour l’identification et l’élimination des points temporels ou des séries chronologiques suspects, qui pourraient être causés par une fuite de la chambre ou du flacon ou un dysfonctionnement de l’instrument. Par exemple, nous montrons ici des séries chronologiques de dioxyde de carbone et de protoxyde d’azote à partir du même ensemble d’échantillons.

La baisse de concentration observée pour T un par rapport à d’autres points temporels suggérant une tendance à l’augmentation de la concentration est probablement due à une fuite de flacons. L’inspection visuelle des tracés de séries chronologiques permet d’identifier ces problèmes. Si vous utilisez un modèle de flux linéaire, évaluez la linéarité du graphique, soit en utilisant la qualité de l’ajustement, soit par une inspection visuelle, les points temporels ultérieurs montrant des signes de plateau peuvent être supprimés à condition qu’un minimum de trois points temporels, y compris T zéro, soient retenus pour le calcul du flux.

Une fois la qualité des données confirmée, effectuez une régression linéaire et utilisez la pente de la régression pour calculer le flux. Gardez à l’esprit que dans certains cas, un modèle de flux non linéaire peut être plus approprié qu’un modèle linéaire. Les taux de flux peuvent être suivis entre les traitements ou au fil du temps.

Pour explorer la dynamique du système tout en utilisant cette méthode, il est important de garder à l’esprit que les conduits de gaz à effet de serre varient en fonction des conditions météorologiques, des perturbations du sol et des pratiques de gestion agricole, et que les dates d’échantillonnage doivent être fixées de manière à tenir compte de cette variabilité. L’échantillonnage hebdomadaire est typique, avec des échantillonnages plus fréquents autour d’événements tels que les précipitations, le travail du sol et l’application de fumier ou d’engrais. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la conception et de la mise en œuvre d’un programme de mesure des flux de gaz à effet de serre et des systèmes de sol en chambre.