Questo articolo mostra il metodo statico basato su camera per la misurazione del flusso di gas serra dai sistemi del suolo. Con investimenti infrastrutturali relativamente modesti, le misurazioni possono essere ottenute da più trattamenti/luoghi e in intervalli di tempo che vanno da ore ad anni.
Articolo metodologico
Misura del flusso di gas serra da terreni agricoli Uso statici Chambers
In questo articolo
Sommario
Abstract
La misurazione dei flussi di gas serra (GHG) tra il suolo e l'atmosfera, sia negli ecosistemi gestiti che in quelli non gestiti, è fondamentale per comprendere i fattori biogeochimici del cambiamento climatico e per lo sviluppo e la valutazione di strategie di mitigazione dei gas serra basate sulla modulazione delle pratiche di gestione del paesaggio. Il metodo statico basato su camera qui descritto si basa sull'intrappolamento dei gas emessi dalla superficie del suolo all'interno di una camera e sulla raccolta di campioni dallo spazio di testa della camera a intervalli regolari per l'analisi mediante gascromatografia. La variazione della concentrazione di gas nel tempo viene utilizzata per calcolare il flusso. Questo metodo può essere utilizzato per misurare il flusso di anidride carbonica, protossido di azoto e metano basato sul paesaggio e per stimare le differenze tra i trattamenti o esplorare le dinamiche del sistema nel corso delle stagioni o degli anni. I requisiti infrastrutturali sono modesti, ma è essenziale un progetto sperimentale completo. Questo metodo è facilmente implementabile sul campo, è conforme alle linee guida stabilite e produce dati adatti a studi sulle emissioni di gas serra su larga scala.
Introduzione
Comprendere i contributi delle attività umane e dei sistemi naturali alle proprietà radiative dell'atmosfera è un'area di importanza critica mentre ci sforziamo di mitigare i contributi antropogenici all'effetto serra. Oltre all'anidride carbonica (CO2), anche il protossido di azoto (N2O) e il metano (CH4) sono potenti gas serra, che rappresentano rispettivamente il 7% e il 19% del riscaldamento globale, con la maggior parte delle emissioni provenienti da fonti paesaggistiche1,2. Questi vanno da sistemi gestiti come campi agricoli, risaie e discariche, a sistemi naturali come suoli forestali, zone umide e termitai. Una misurazione accurata, a supporto di una modellazione ben informata di tali emissioni basate sul paesaggio, è fondamentale per comprendere i fattori che determinano il cambiamento climatico e per identificare le opportunità di mitigazione.
Esistono diverse strategie di misurazione dei gas serra, ognuna con i propri punti di forza e di debolezza2-5. Le tecniche di bilancio di massa si basano sulla dispersione dei gas basata sul vento e sono adatte alla misurazione del flusso da fonti piccole e ben definite, come discariche e recinti per animali. Gli approcci micrometeorologici come la covarianza parassita si basano sulla misurazione diretta in tempo reale del flusso verticale di gas e possono fornire misurazioni dirette su vaste aree. Tuttavia, l'omogeneità nella topografia della sorgente è un'ipotesi implicita (in quanto le misurazioni producono una media per l'area oggetto di studio) e le costose infrastrutture possono limitare le possibilità di implementazione. Infine, i metodi basati su camere si concentrano sulla variazione della concentrazione di gas sulla superficie del suolo mediante campionamento da uno spazio di testa ristretto fuori terra. Consentono di ottenere misure da piccole aree e numerosi trattamenti, ma sono soggetti ad alti coefficienti di variazione a causa della variazione spaziale del flusso di gas del suolo.
Qui discutiamo la forma più diffusa e facilmente implementabile di misurazione basata su camera, utilizzando il tipo di camere chiuse senza flusso d'aria comunemente indicate come camere "statiche" o "non stazionarie non a flusso continuo". In questo approccio, le emissioni di gas dalla superficie del suolo sono intrappolate all'interno di una camera ventilata e le velocità di flusso sono determinate misurando la variazione della concentrazione di gas nel tempo all'interno dello spazio di testa della camera. La tecnica della camera statica è stata ampiamente utilizzata sia nei paesaggi gestiti che in quelli naturali ed è alla base della maggior parte dei dati che riportano il flusso di gas serra nel suolo, in particolare N2O6,7. È ideale per lo studio di piccoli appezzamenti sperimentali, siti diversi su terreni variabili o in altre situazioni in cui è necessario studiare più luoghi distinti senza investimenti infrastrutturali significativi. Gli usi sperimentali tipici potrebbero includere l'esplorazione di pratiche alternative di gestione del paesaggio e il loro impatto sulle emissioni di CO2, N2O e/o CH4 nel suolo, l'esame delle dinamiche dei flussi basate sul paesaggio in scenari di cambiamento climatico indotti artificialmente come il riscaldamento e l'esclusione/integrazione delle precipitazioni, o lo studio descrittivo degli ecosistemi e dei sottosistemi naturali e agricoli.
Come strumento critico nella misurazione dei gas serra e nella stima del flusso, il metodo della camera statica è stato valutato a fondo e sono stati compiuti sforzi significativi verso la standardizzazione delle tecniche e l'armonizzazione della segnalazione dei dati4,6,8,9. Di particolare rilievo sono le revisioni dettagliate e le linee guida prodotte dal Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti – Agricultural Research Service's Greenhouse gas Reduction through Agricultural Carbon Enhancement network (GRACEnet)8 e dalla Global Research Alliance on Agricultural Greenhouse Gases (GRA)9. Tali linee guida forniscono una risorsa inestimabile e una piattaforma per il coordinamento, poiché in ultima analisi l'interoperabilità dei dati provenienti da una miriade di studi è fondamentale per estendere i risultati locali alla modellazione globale e per tradurre i risultati della ricerca in strategie di mitigazione praticabili.
GRACEnet, GRA e altre revisioni evidenziano anche il fatto che le tecniche specifiche nella misurazione del flusso di gas serra basata su camere statiche sono estremamente diverse, con variazioni metodologiche significative possibili in quasi ogni fase del processo, tra cui la progettazione della camera, l'implementazione temporale e spaziale, i volumi di campionamento, l'analisi dei campioni e i calcoli del flusso. Il metodo qui descritto presenta una possibile variante, mostrando al contempo le migliori pratiche ed evidenziando considerazioni critiche per la generazione di dati di alta qualità e ampiamente trasferibili. Ha lo scopo di fornire una panoramica accessibile di questa procedura standardizzata e una piattaforma da cui esplorare ulteriori sfumature e variazioni descritte in letteratura.
Protocollo
1. Sezione Edilizia e Anchor installazione
- Progettazione e costruzione di camere - ciascuno costituito da un ancoraggio che viene inserito nel terreno e un coperchio che è posto sulla sommità del tassello durante la misurazione flux - per rispondere alle esigenze sperimentali.
- Nel progettare la forma e le dimensioni della camera, prendere in considerazione fattori spaziali come la distanza tra le file delle colture, fertilizzanti o letame banding e altezza della pianta. A causa protrusione degli ancoraggi al di sopra della superficie del suolo può contribuire agli effetti del microclima e ristagni d'acqua, si consideri che i coperchi siedono partire alla superficie del suolo come possibile. Poiché esistono compromessi tra l'altezza da camera e sensibilità di rilevazione, coperchi di progettazione per essere il più brevi possibile per il sistema in fase di studio.
- Costruire camere di materiale robusto e non reattivo come l'acciaio inossidabile o PVC, e includere un meccanismo per sigillare il coperchio sulla ancoraggio. Isolare coperchi e coprire con materiale di colore chiaro o riflettente per evitare l'accumulo di caloredurante la misurazione. Includere un setto per consentire la raccolta del campione e di un tubo di sfiato per evitare perturbazioni di pressione durante la distribuzione della camera e la rimozione del campione. Per ulteriori dettagli consultare la tabella dei materiali, Parkin e Venterea 8, e Clough et al 10.
- Almeno 1 giorno prima del campionamento, installare ancore da camera nel terreno siti desiderati. Il metodo di installazione dipende dal disegno della camera, ma in generale, esercitare una pressione uniforme in tutti i punti in modo che l'ancora non deforma e distorce la struttura del suolo. Affondare l'ancoraggio ad una profondità di 2,5-13 cm a seconda del tipo di terreno, i tempi di implementazione, e volume della camera di 6,11. Lasciare il meno possibile (non più di 5 cm) che sporge al di sopra della superficie del suolo.
2. Calibrazione e Disegno sperimentale
Nota: Prima di iniziare l'esperimento, attenersi alla seguente procedura per determinare un appropriato corso tempo di campionamento che consenta di datiessere in forma per un lineare appropriata o modello di flusso non lineare (vedi Parkin et al. 12). Ciò richiederà l'uso delle tecniche descritte nei passi 3-5 (Campo di campionamento, analisi dei campioni e analisi dei dati). Tempistica ottimale è funzione sia del sistema studiato e le dimensioni delle camere in uso. Alcuni tentativi ed errori possono essere coinvolti. Per gli approcci alternativi Vedere Venterea 13.
- Calibrazione di campionamento e analisi
- In condizioni ambientali o di gestione che possono generare flussi relativamente elevati tracce di gas, effettuare un campionamento intensivo seguenti tecniche descritte nella sezione 3. Utilizzo di campionamento ben distanziati punti temporali, compilare una serie temporale di durata superiore potrebbe essere considerato tipico. Inizia campionamento da diverse camere rappresentative a 5-10 punti temporali equidistanti nel corso di un'ora.
- Analizzare i campioni mediante gascromatografia seguente sezione 4.
- Calibrazione Interpretatisu
- Per ogni serie temporale di taratura ed ogni gas di interesse, plot tempo-by-concentrazione.
- Verificare che i tassi di flusso sono per la fascia alta del range previsto. Vedere la sezione 5 per il calcolo del flusso. Fare riferimento alla sezione 2.3 per la risoluzione dei problemi.
- Controllare i grafici segni di non-linearità, o più specificamente, plateauing delle concentrazioni di gas nel corso del tempo.
Nota: Il punto in cui la concentrazione comincia a plateau differisce dal tipo di gas, ed è una funzione del tasso di produzione di gas o di consumo all'interno del suolo, la concentrazione del gas nella camera di spazio di testa, e la diffusione tra le due zone. E 'quindi fortemente influenzata dalla altezza della camera, con le camere più brevi che producono più breve tempo prima di plateau. - Utilizzare i set di calibrazione per determinare i tempi di implementazione della camera ottimale per il sistema sperimentale. Se regressione lineare sarà utilizzato in analisi dei dati (come qui nella sezione 5 descritto), selezionare i tempi che mantiene il più vicino ad una ri linearelationship possibile tra il tempo e la concentrazione per tutti i gas / sistemi di interesse, pur consentendo un minimo di tre, preferibilmente quattro, tempi di campionamento all'interno della serie storica 6. Per le camere di 10-30 cm di altezza utilizzata per CO 2 e N 2 O misurazioni, serie temporali tipicamente variare 20-60 min 8,14.
- Risoluzione dei problemi Calibrazione
- Se vi è scarsa differenziazione e / o difficoltà di discernere la linearità o plateau, utilizzare più stretti punti di tempo di calibrazione o più serie storiche di calibrazione, e verificare che le concentrazioni sono entro i limiti di rilevazione. Per i bassi tassi di flusso, una riduzione del tasso di accumulazione non può essere osservato nei tempi testata. Ciò non deve destare preoccupazione.
- Se i flussi non sono nella fascia alta del range sperimentale previsto, ripetere la calibrazione, alterando le condizioni di trattamento o ambientali per indurre il flusso maggiore (mediante l'applicazione di fertilizzanti o di irrigazione, per esempio). In alternativa, cie almeno quattro punti temporali nel disegno sperimentale, in modo che se i flussi sperimentali sono significativamente più elevati di quelli osservati durante la calibrazione e plateauing si verifica, momenti successivi possono essere escluse mantenendo almeno tre punti di tempo per la regressione lineare. Un approccio di regressione curvilinei possono anche essere impiegati.
- Disegno sperimentale
- Sulla base della tempistica ottimale determinata al punto 2.2.4, elaborare uno schema di campionamento globale che cattura tutti i siti rilevanti, trattamenti e / o repliche, e consente al personale di muoversi attraverso i siti camera in modo efficiente. Se necessario, dividere i siti camera in più "giri" da campionare uno dopo l'altro.
- Se le misure sono da prendere come rappresentante di una intera giornata, campione in un momento della giornata in cui le temperature sono moderate rispetto agli estremi giornalieri. Nei sistemi colturali temperate tipici, la finestra ideale è medio-tarda mattinata.
- Se i campioni devono essere raccoltiin turni consecutivi, fare attenzione a non introdurre una distorsione campionando ripetutamente gli stessi trattamenti alla stessa ora del giorno. Costruire turni di blocchi di repliche piuttosto che il trattamento-by-trattamento.
- Includere il tempo per le misure accessorie necessarie da adottare sia all'interno turni o prima / dopo, a seconda dei casi. (Vedere la sezione 3.3 per le misure tipiche accessorie.)
- Facoltativamente, includere il tempo per la raccolta di campioni di aria ambiente per l'uso in modelli di flusso non-lineari, o come approssimazione di partenza (tempo zero, "T 0") concentrazione (qui non descritto).
- Facoltativamente, includere il tempo per il caricamento gas di riferimento in fiale al momento del campionamento per valutare la possibile degradazione campione tra il campionamento e l'analisi. Per le considerazioni conservazione dei campioni Vedere Parkin e Venterea 8.
- Determinare la frequenza delle misurazioni di flusso che è appropriato per obiettivi di ricerca. Questo può variare da una singola misura to giornaliera, misurazioni settimanali o periodici nel corso di mesi o anni. Fare riferimento a Rochette et al. 14 per una discussione approfondita di considerazioni di progettazione sperimentali.
- Se i campioni devono essere raccolti in condizioni di freddo, progettare per l'inclusione di un dispositivo di riscaldamento come ad esempio un impacco caldo con le fiale per evitare setti di diventare fragile.
- Sulla base della tempistica ottimale determinata al punto 2.2.4, elaborare uno schema di campionamento globale che cattura tutti i siti rilevanti, trattamenti e / o repliche, e consente al personale di muoversi attraverso i siti camera in modo efficiente. Se necessario, dividere i siti camera in più "giri" da campionare uno dopo l'altro.
3. Campo di campionamento
Nota: Ad ogni data di campionamento, seguire lo schema di campionamento stabilito nella sezione 2.4, utilizzando le tecniche descritte di seguito. Attrezzature e campione del volume può variare a seconda delle condizioni di raccolta e di trasferimento di metodi che sono utilizzati e la quantità di campione usato per l'analisi GC 8. Questo protocollo utilizza 5,9 ml fiale di raccolta e 30 ml siringhe, con un metodo di lavaggio di trasferimento del campione. Vedere Consigli per gli approcci alternativi.
- Preparazione
- Se il campionamento da più camere per ogni turno, preparare un punto refe tempogrid renza (vedi figura 2) per tenere traccia facilmente dove e quando a campione. In alternativa, prendere accordi per registrare ogni punto di tempo durante il campionamento.
- Pre-etichetta e organizzare fiale di raccolta per la massima efficienza e il minimo rischio di confusione durante il campionamento.
- Al fine di risparmiare tempo durante il campionamento, preparare tutti i materiali e attrezzature anticipo. Includere gli extra di tutto ciò che può rompersi o si perde facilmente (aghi, siringhe, rubinetti, ecc), e posto in una borsa da trasporto, secchio o altro contenitore.
- Siate pronti a registrare tutti i punti ritardata che può accadere a causa di malfunzionamenti o altre circostanze impreviste, e che possono essere facilmente corretti durante l'analisi dei dati regolando il tempo associato ad un certo campione.
- Raccolta dei campioni
- Fissare e sigillare il coperchio della camera all'ancora camera di pre-installato, e avviare un cronometro. Questo è T 0.
- Subito dopo la sigillatura del coperchio collect un campione di aria ambiente da una posizione adiacente alla camera, all'altezza approssimativa della camera superiore: con un vuoto 30 ml siringa munita di ago e di rubinetto in posizione aperta, estrarre un campione di 30 ml di aria e chiudere la rubinetto. Questo è il campione T 0. In alternativa, prendere il campione T 0 dalla camera 6.
Nota: esistono compromessi tra i due approcci - valutare spaziale (la distanza dal sito o microclima esterno per i campioni fuori) vs temporizzazione (ritardo tra la chiusura del coperchio e la raccolta di campioni per i campioni all'interno) considerazioni e determinare la tecnica più appropriata per l'attrezzatura utilizzata e il sistema in fase di studio. - Con l'ago della siringa, perforare il setto di una fiala 5,9 ml di raccolta che ha già un altro ago attraversavano vicino al bordo del setto.
- Aprire il rubinetto siringa e iniettare circa 20 ml del campione nella fiala (questo provoca il contenuto precedente delflaconcino per essere espulso attraverso l'ago supplementare, sostituito da campione).
- In un movimento fluido, rimuovere l'ago supplementare, pur continuando a iniettare la maggior quantità di campione (circa 10 ml) possibile, leggermente sovrapressione fiala per garantire l'integrità e di permettere l'analisi di campioni multipli se necessario 8.
- Chiudere il rubinetto e ritirare l'ago della siringa dal setto. Ruotare il flaconcino riempito capovolto da distinguere da flaconi vuoti.
- Procedere alla camera successiva, ripetere i punti 3.2.1-3.2.6, sigillare il coperchio sul punto T 0 tempo predeterminato corretta.
- Continuare a ripetere i passaggi 3.2.1-3.2.7 fino a quando tutte le camere a tutto tondo sono stati sigillati e T 0 i campioni sono stati raccolti.
- Tornare alla prima camera.
- Come il tempo si avvicina a 10 secondi finché T 1, forare il setto nella camera superiore con l'ago della siringa.
- All'interno di un secondo intervallo di T 1, wit 10hdraw un campione di 30 ml di aria dall'interno della camera e chiudere il rubinetto. Rimuovere l'ago della siringa dal setto camera.
- Trasferire il campione ad una fiala di raccolta seguendo i punti 3.2.3-3.2.6.
- Continuare a raccogliere campioni seguente procedura 3.2.10-3.2.12, secondo lo schema di campionamento stabilito nel punto 2.4.
- Misure di accompagnamento
- Per convertire concentrazione di gas a massa, misurare la temperatura dell'aria al momento del campionamento. A seconda degli obiettivi della ricerca, registrare o eseguire altre misure accessorie come la temperatura del suolo e del suolo contenuto di umidità in ogni posizione e / o il tempo, la piovosità giornaliera, suolo densità apparente, nitrati del suolo e le concentrazioni di ammonio, ecc vari mezzi esistono per ottenere questi provvedimenti - seguire protocolli standard.
- Facoltativamente, raccogliere campioni di aria ambiente e / o norme di campo di carico di concentrazioni note in fiale per valutare le concentrazioni di gas serra ambiente e potenziale di stoccaggio-vial degrado in periodo compreso tra il campionamento e l'analisi (vedere paragrafi 2.4.1.4 e 2.4.1.5).
4. Analisi dei campioni
- Determinare la concentrazione di gas di interesse per ciascun campione mediante gascromatografia, utilizzando attrezzature munito di rivelatore a cattura di elettroni per N 2 O, un analizzatore di gas a infrarossi o rivelatore a conducibilità termica per CO 2, e un rivelatore a ionizzazione di fiamma per CH 4.
Nota: E 'essenziale per ottenere l'accesso a uno strumento che sia correttamente configurato per l'analisi dei gas serra e ha tempo di esecuzione sufficienti. Principi e metodi di gascromatografia sono descritte altrove 5,15,16. - Convertire la concentrazione di gas traccia da volumetrico a massa, utilizzando la legge dei gas perfetti:
PV = nRT
Dove P = pressione, V = volume, n = moli di gas, R = costante dei gas legge, e T = temperatura. Pertanto:
5. Analisi dei dati
- Per ogni serie storica, la trama time-by-concentrazione e valutare per la linearità. Valutare utilizzando bontà di adattamento o mediante ispezione visiva, escludendo momenti successivi mostrano segni di plateau da ulteriori analisi. Usare un minimo di tre punti di tempo compreso T 0 per il calcolo di flusso (T 0, T 1, T 2 ...). Stabilire un protocollo coerente, e respingere qualsiasi serie momento che non riescono a soddisfare gli standard di tale protocollo per la linearità. Per una discussione approfondita di errori, pregiudizi, e la varianza nel calcolo del flusso Vedere Parkin e Venterea 8.
- Eseguire la regressione lineare.
- Utilizzare l'inclinazione della regressione per calcolare il flusso:
F = S • V • A -1
Dove F = flusso, S = pendenza della regressione, V = volume della camera, e A = camerazona. Pertanto:
Nota: fare riferimento alla discussione e Parkin et al 12 per approcci non-lineari FLUX calcolo..
Risultati
Prima di iniziare un progetto di ricerca con le camere statiche, è importante capire i flussi di lavoro, e l'organizzazione in silico, elementi di laboratorio (Figura 1) campo-e. Fornito un'attenta progettazione sperimentale e calibrazione del sistema (Figura 2), l'analisi dei dati sarà generalmente relativamente semplice. Un tasso di flusso è determinato per ciascuna camera e tempo di campionamento mediante regressione di tempo da concentrazione utilizzando un modello di flusso predeterminata appropriata al sistema (Figura 3). Tuttavia, anche seguendo le migliori pratiche, le difficoltà si possono incontrare, e il controllo di qualità dei dati grezzi è fondamentale. Ad esempio, il fallimento di una guarnizione della camera o vial perde può portare a valori di concentrazione anomali. Questi sono facilmente identificabili mediante controllo visivo di piazzole di concentramento di serie temporali (Figura 4), con la serie CO 2 tempo spesso serve come particolarmente useful Indicatore dovuto al flusso tipicamente più robusto e continuo di CO 2 rispetto a volte trascurabile, quasi rilevamento-limite, o anche flussi negativi di N 2 O o CH 4. Una volta che la qualità dei dati è stata confermata, i risultati possono essere utilizzati per confrontare la dinamica di flusso di gas tra i trattamenti o nel corso di una stagione (Figura 5). Come si può vedere da maggio e giugno i valori di flusso e barre di errore, la variazione causata dalla eterogeneità spaziale del flusso può essere significativo, e più pronunciato in condizioni che producono alti tassi di flusso. Tale variabilità non è insolito, e sottolinea l'importanza di replica sufficiente in questa tecnica.
Figura 1. Panoramica del flusso di lavoro. Vari elementi di questo protocollo sarà effettuato in fase di progettazione, in campo, in laboratorio, ed in silico. Le frecce indicano la sequenza del flusso di lavoro, a cominciare con il disegno della camera (e costruzione, se necessario), e concludendo con l'analisi dei dati. Cassette multiple / frecce tra campionamenti sul campo e analisi del campione rappresentano la possibilità di molteplici date di campionamento nel corso di un esperimento.
Figura 2. Tempi Sample. Uno schema di temporizzazione esempio per la raccolta di campioni da camere multiple contemporaneamente. Numeri Chamber sono indicati nei punti a sinistra e ora in alto, con tempi di campionamento indicati in minuti interi all'interno della griglia. In questo esempio, quattro serie storiche separata di 36 minuti ciascuno (uno per ogni camera) sono svolte nell'arco di 46 min, con 12 min spaziatura tra i punti di tempo all'interno di una serie, e 2 min tempo di percorrenza tra le camere. Per questo esempio ipotetico, il suitability di serie temporali di 36 minuti sarebbe stato determinato dalla calibrazione prima. Mentre i tempi spaziatura uniforme non è necessario, spesso semplifica lo schema di campionamento. In alternativa, i ricercatori possono registrare singolarmente ogni timepoint campionamento per determinare gli intervalli di campionamento.
Figura 3. Calcolo Flux. Una serie tipica statico camera di tempo, costituito da N 2 O concentrazioni rilevate in quattro punti di tempo nel corso di un periodo di campionamento di 36 min. Viene visualizzata la regressione lineare, la pendenza che produce tasso di flusso.
Figura controllo 4. Qualità. Accoppiato serie storiche dal medesimo gruppo di campioni, ma diversi gas sono mostrati in which perdite flacone è stato identificato mediante ispezione visiva (punto rosso). A) concentrazione di CO 2 nel corso del tempo. B) N 2 O concentrazione nel tempo.
Figura 5. Risultati di sintesi. N 2 O tasso di flusso di un campo agricolo nel corso di una singola stagione di crescita. Valori di flusso rappresentano la media di sei camere, utilizzando serie temporali quattro punti. Le barre di errore sono standard error.
Discussione
L'approccio basato camera-statico qui descritto è un metodo efficiente per la misurazione del flusso di gas serra dai sistemi suolo. La relativa semplicità dei suoi componenti lo rende particolarmente adatto alle condizioni o sistemi in cui più metodi ad alta intensità di infrastrutture sono fattibile. Al fine di generare dati di alta qualità, tuttavia, l'approccio camera statica deve essere effettuata con la massima attenzione al disegno sperimentale 6. Una considerazione importante che deve essere preso in considerazione è la variabilità spaziale dei flussi di gas del suolo, che può risultare in una forte variabilità tra le misure basate camera-replicati. Nel progettare esperimenti, quindi, è importante includere abbastanza repliche per fornire potenza sufficiente per un'analisi statistica. Possono esistere compromessi tra il numero di trattamenti che possono essere studiati, pur mantenendo la replica sufficiente, e un minimo di quattro repliche per trattamento è una linea guida generale 14.
ONTENUTO "> Se verranno utilizzati i flussi misurati per stimare le emissioni quotidiane, variazioni diurne della temperatura dell'aria, temperatura del suolo, e le emissioni di gas devono essere prese in considerazione. Se gli obiettivi di ricerca richiedono misurazioni per ottenere a metà mattina, quando le temperature riflettono le medie giornaliere, la finestra ristretta per il campionamento può influenzare il numero di camere che possano essere facilmente monitorati. Un'ulteriore considerazione da valutare è l'impatto che l'inclusione o l'esclusione delle radici delle piante e soprattutto la biomassa a terra avranno sul flussi di gas. Sezione posizionamento rispetto a piantare il tessuto sarà impatto l'interpretazione dei dati di flusso, in particolare nel caso di CO 2 dove non solo la respirazione microbica, ma anche radice e sparare la respirazione e la fotosintesi devono essere adeguatamente equilibrata. Per la discussione ulteriori di questi fattori, vedere Parkin e Venterea 8.Come notato in precedenza, esistono molte varianti di questa metodologia, compresa la progettazione della camera e campionamentovolume. Una tale variazione è nel metodo impiegato per trasferire campioni tra la siringa e raccolta flaconcino. La tecnica qui descritta prima svuota la fiala di raccolta con il campione prima di riempire il flacone a pressione positiva 5. Una tecnica più comunemente usata è il trasferimento di campioni da siringhe in fiale che sono state pre-evacuato utilizzando una pompa a vuoto, e l'uso di fiale non evacuati senza risciacquo è stata riportata anche 8,17. Un altro punto significativo quando esiste una serie di approcci è in analisi dei dati e la selezione del modello di flusso più appropriato per il sistema in esame. In aggiunta al metodo di regressione lineare qui descritta, modelli non lineari possono anche essere impiegati, in particolare quando si utilizzano tempi di attuazione più lunghi. Questi modelli includono l'algoritmo sviluppato da Hutchinson e Mosier 18 e derivazioni di 19,20, la procedura quadratica descritto da Wagner et al. 21, e la non-stazionarioStato flusso diffusivo stimatore descritto da Livingston et al 22. Per una discussione approfondita dei modelli di flusso non-lineari, fare riferimento a Parkin et al. 12 e Venterea et al 23.
Metodi simili all'approccio camera statica includono l'uso di sistemi di misura a flusso continuo con Fourier trasferimento infrarossi (FTIR) spettrometria come alternativa alla siringa cromatografia campionamento e gas, così come l'automazione di chiusura camera di campionamento e attraverso vari mezzi. Sistemi automatizzati consentono misure più frequenti con il personale ridotto, ma richiedono anche investimenti infrastrutturali aggiuntivi. Grazia et al. 24 prevedono un ampio riassunto delle opzioni e compromessi in automatico N basata camera-2 O misura.
Caratterizzazione del flusso di gas a effetto serra sia gestito e sistemi naturali è importante per informare i modelli basati su processi, comprendere l'impatto delle DIRETTOREpratiche nt e informare le strategie di mitigazione e di sostenere contabilità globale e il cambiamento climatico modellazione. Così, mentre i singoli studi sono informativi a scala locale, molto valore aggiunto è derivato contribuendo alla, e attingendo, un organismo mondiale di conoscenze sullo scambio di gas tra il paesaggio e l'atmosfera. È fondamentale, quindi, che i dati raccolti e segnalati in modo da garantire la longevità e l'interoperabilità con la base di conoscenze più ampia. Questo include i seguenti migliori pratiche per garantire la qualità dei dati, nonché la raccolta di misure di accompagnamento e di una reportistica completa dei metadati per consentire l'estensione dei risultati al di là di studi discreti. Eccellenti linee guida per il reporting dei dati sono disponibili dal progetto GRACEnet e il GRA 25.
Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Questo materiale si basa sul lavoro sostenuto dalla National Science Foundation con il numero di sovvenzione 1215858, dal Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti con il numero di sovvenzione 2013-68002-20525 e dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti Great Lakes Bioenergy Research Center – DOE BER Office of Science (DE-FC02-07ER64494) e DOE OBP Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (DE-AC05-76RL01830). I video e le immagini sul campo sono stati registrati nell'ambito del progetto Wisconsin Integrated Cropping System Trial dell'Università del Wisconsin-Madison. Gli autori sono grati a Ryan Curtin per l'abile videografia e il montaggio.
Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 5,9 ml di soda in vetro fondo piatto 55 x 15,5 mm | Labco Limited | 719W | Fiale |
| da collezione Tappi a vite da 16,5 mm con setto in gomma perforabile | Labco Limited | VC309 | Tappi per fiale |
| fiale in plastica da 90 pozzetti, diametro interno da 17,1 mm | Wheaton | 868810 | Rack per l'organizzazione delle fiale |
| Aghi smussati regolari 23 G x 1" | BD | 305193 | Aghi per la raccolta dei campioni |
| Rubinetti con connessioni luer, a 1 via, slip maschio | Cole-Parmer | EW-30600-01 | Rubinetti per siringhe |
| Siringa da 30 ml, punta a slittamento | BD | 309651 | Siringhe per la raccolta dei campioni |
| Cronometro o timer | Vari | N/A | Per il campionamento sul campo di temporizzazione |
| Pentole di servizio in acciaio inox o zincato con bordo, o camere e coperchi in acciaio inox o PVC, dimensioni adeguate al sistema sperimentale | Vari | N/A | Ancoraggio e coperchio della camera - taglio inferiore dell'ancoraggio, fori per il setto e il tubo di sfiato forato nel coperchio |
| Tappi in butile grigio 20 mm | Wheaton | W224100-173 | Setti a camera per il campionamento della siringa - inserire nel foro praticato nella parte superiore del coperchio |
| Tubo Tygon 4,0 mm D.I. x 5,6 mm O.D. | Sigma-Aldrich Z685623 | Tubo di sfiato della camera - inserto nel foro praticato sul lato del coperchio, a filo con l'esterno, circa 25 cm arrotolato all'interno del coperchio (una punta della siringa da 1 ml può essere utilizzata come meccanismo di fissaggio) | |
| Nastro adesivo in gommapiuma o O-ring in HDPE | Vari | N/A | Meccanismo di tenuta della camera - fissato alla parte inferiore del bordo del coperchio |
| Isolamento riflettente, 0,3125" di spessore | Lowe's | 409818 Rivestimento isolante e riflettente - da fissare all'esterno del coperchio della camera | |
| Grandi clip per legante in metallo, dimensioni da 2" con capacità di 1" o chiusura a scatto prodotta a seconda dei casi | Graffe / McMaster | 831610 (Graffette) / 1863A21 (McMaster) | Meccanismo di fissaggio del coperchio - per bloccare il coperchio all'ancoraggio durante il campionamento |
| Apparecchiatura per gascromatografia dotata di rivelatore a cattura di elettroni per protossido di azoto, analizzatore di gas a infrarossi o rivelatore di conducibilità termica per anidride carbonica, rivelatore a ionizzazione di fiamma per metano | Vari | N/A | Per l'analisi dei campioni |
Riferimenti
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