Name: 非理想の渦共分散部位におけるCO2フラックスの測定 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-06-24T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 5 s
Description: 学ぶ渦共分散法によるCO2フラックス測定のプロトコル。非理想的な短い植生生態系でも適用可能で、サイト設定からデータ品質管理まで詳細に解説。非専門家でも利用しやすい視覚的な手順を提供する。

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この研究は、ワルシャワ、ポーランドの国有林総局からの資金援助によって支えられた(プロジェクトLAS、いいえOR-2717/27/11)。ポーランドのポズナン生命科学大学気象学科の研究グループ全体に感謝の意を表したいと思います。

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<li>Barr, A. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interannual+variability+in+the+leaf+area+index+of+a+boreal+aspen-hazelnut+forest+in+relation+to+net+ecosystem+production%5BTitle%5D)+AND+%22Agricultural+and+Forest+Meteorology%22%5BJournal%5D)">Interannual variability in the leaf area index of a boreal aspen-hazelnut forest in relation to net ecosystem production.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 126, 237-255 (2004).</li>
<li>Krishnan, P., Black, T. A., Jassal, R. S., Chen, B., Nesic, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interannual+variability+of+the+carbon+balance+of+three+different-aged+Douglas-fir+stands+in+the+Pacific+Northwest%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Geophysical+Research%22%5BJournal%5D)">Interannual variability of the carbon balance of three different-aged Douglas-fir stands in the Pacific Northwest.</a> Journal of Geophysical Research. 114, 1-18 (2009).</li>
<li>Reichstein, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+separation+of+net+ecosystem+exchange+into+assimilation+and+ecosystem+respiration%3A+Review+and+improved+algorithm%5BTitle%5D)+AND+%22Global+Change+Biology%22%5BJournal%5D)">On the separation of net ecosystem exchange into assimilation and ecosystem respiration: Review and improved algorithm.</a> Global Change Biology. 11, 1424-1439 (2005).</li>
<li>Falge, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gap+filling+strategies+for+defensible+annual+sums+of+net+ecosystem+exchange%5BTitle%5D)+AND+%22Agricultural+and+Forest+Meteorology%22%5BJournal%5D)">Gap filling strategies for defensible annual sums of net ecosystem exchange.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 107, 43-69 (2001).</li>
<li>Ooba, M., Hirano, T., Mogami, J. I., Hirata, R., Fujinuma, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparisons+of+gap-filling+methods+for+carbon+flux+dataset%3A+A+combination+of+a+genetic+algorithm+and+an+artificial+neural+network%5BTitle%5D)+AND+%22Ecological+Modelling%22%5BJournal%5D)">Comparisons of gap-filling methods for carbon flux dataset: A combination of a genetic algorithm and an artificial neural network.</a> Ecological Modelling. 198, 473-486 (2006).</li>
<li>Papale, D., Valentini, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+assessment+of+European+forests+carbon+exchanges+by+eddy+fluxes+and+artificial+neural+network+spatialization%5BTitle%5D)+AND+%22Global+Change+Biology%22%5BJournal%5D)">A new assessment of European forests carbon exchanges by eddy fluxes and artificial neural network spatialization.</a> Global Change Biology. 9, 525-535 (2003).</li>
<li>Baldocchi, D. D., Vogel, C. A., Hall, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Seasonal+variation+of+carbon+dioxide+exchange+rates+above+and+below+a+boreal+jack+pine+forest%5BTitle%5D)+AND+%22Agricultural+and+Forest+Meteorology%22%5BJournal%5D)">Seasonal variation of carbon dioxide exchange rates above and below a boreal jack pine forest.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 83, 147-170 (1997).</li>
<li>Lloyd, J., Taylor, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+Temperature+Dependence+of+Soil+Respiration%5BTitle%5D)+AND+%22Functional+Ecology%22%5BJournal%5D)">On the Temperature Dependence of Soil Respiration.</a> Functional Ecology. 8, 315-323 (1994).</li>
<li>Lasslop, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Separation+of+net+ecosystem+exchange+into+assimilation+and+respiration+using+a+light+response+curve+approach%3A+critical+issues+and+global+evaluation%5BTitle%5D)+AND+%22Global+Change+Biology%22%5BJournal%5D)">Separation of net ecosystem exchange into assimilation and respiration using a light response curve approach: critical issues and global evaluation.</a> Global Change Biology. 16, 187-208 (2010).</li>
<li>Kljun, N., Calanca, P., Rotach, M. W., Schmid, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+two-dimensional+parameterisation+for+Flux+Footprint+Prediction+%28FFP%29%5BTitle%5D)+AND+%22Geoscientific+Model+Development%22%5BJournal%5D)">A simple two-dimensional parameterisation for Flux Footprint Prediction (FFP).</a> Geoscientific Model Development. 8, 3695-3713 (2015).</li>
</ol>

著者らは、提示されたプロトコルは、主にEC測定に関するよく知られており、広く記述された問題の簡素化であることを言及したいと思います。必要に応じて、十分な参照がすべて与えられました。私たちの主な目的は、この方法の使用を促進するだけでなく、ステップバイステップのアプローチを持つ非専門家の間で、EC測定のための新しい、ユニークな調整可能な電気的に作動するマストを促進することでした。どんなに厳しい要件を満たす必要があるとしても、EC技術は非典型的で空間的に限られた生態系にも十分に適用できることを、より容易に認識し、想像できることを願っています。EC理論と方法論に関する既に広範な文献では、提示されたプロトコルは、このテーマに関するさらなる知識獲得を促進する可能性もある。

このプロトコルは、非理想的なサイト(ここでは再森林化された風打ちサイト)で使用される渦共分散(EC)法を提示します:サイトの場所と測定インフラのセットアップ、ネットCO2フラックス計算と後処理、および関連するいくつかの問題ギャップ充填とフラックスのパーティショニング手順。
EC技術は世界中の多くの測定サイトで一般的に使用されていますが、そのほとんどは非妨害的な生態系であり、設計と次のデータ処理は標準的なソリューション(例えば、FLUXNETまたはICOSネットワークプロトコル)に従って行うことができます。).しかし、このような要求の厳しい、しばしば風投げサイトのような空間的に限られた領域では、そのような実験は特別な注意を払って計画され、実行されるべきです。さらに、長期的には、動的に成長する生態系での測定では、将来的にECシステムの高さの変化と新しい植生の成長と開発が必要になります。したがって、我々は、電気的に動作し、拡張可能なマストを持つ革新的な「ミニタワー」であるユニークなベース構造を使用することをお勧めします。この技術的なソリューションは、メソッド自体の基...

今日、大気陸上生態系二酸化炭素(CO2)交換研究で最も一般的に使用される技術は、渦共分散(EC)技術1である。EC法は何十年も使用されており、すべての方法論的、技術的および実用的な側面に関する問題の包括的な記述は、すでに2、3、4に公開されています。同様の目的で使用される他の技術と比較して、EC法は、複雑なすべての要素の寄与を考慮した自動、点測定から空間的および時間的に平均化されたネットCO2フラックスを得ることを可能にする生態系は、面倒な代わりに、手動測定(例えば、チャンバー技術)または多くのサンプルを採取する必要がある1.
土地生態系の中で、森林はCサイクリングにおいて最も重要な役割を果たしており、多くの科学的活動は、CO2サイクル、木質バイオマスにおける炭素貯蔵、気候条件の変化との相互関係の調査に焦点を当ててきた。直接測定またはモデリング5の両方。最も長いフラックスレコード6の1つを含む多くのECサイトは、異なるタイプの森林の上に設置されました 7.通常、サイトの位置は、可能な限り最も均質で最大の面積を目標に、測定を開始する前に慎重に選択されました。しかし、風下などの森林の乱れた場所では、EC測定ステーションの数はまだ8、9、10では不十分です。その理由の1つは、サイトのセットアップを測定するロジスティクスの難しさと、何うまず、突然出現する場所が少なからずあることです。風投げエリアで最も有益な結果を得るためには、追加の問題を引き起こす可能性のある偶発的な事象の後、できるだけ早く開始することが重要です。手つかずの森林地帯とは対照的に、風投げサイトでのEC測定はより困難であり、既に確立された手順3から逸脱する可能性があります。極端な風の現象によっては空間的に限られた領域が生まれるため、可能な限り信頼性の高いフラックス値を導き出すためには、慎重な測定ステーションの位置と慎重なデータ処理が必要です。EC法の適用において同様の困難が生じ(例えば、長くて狭い湖の上で行われた終了研究)、測定されたCO2フラックスは、厳密なデータフィルタリング11、12を保証する必要があります。 空間的な代表性。
したがって、提示されたプロトコルは、風投風力発電所だけでなく、限られた面積(例えば、より高い植生タイプの間に位置する作物)を持つ他のすべてのタイプの短い植生のために設計された非典型的な場所でのEC法の使用の例である。提案された方法論の最大の利点は、複雑な手順の一般的な説明であり、高度な知識を必要とし、サイトの場所の選択とインストルメンテーションの設定から最終結果まで:高品質のCO2の完全なデータセットフラックス。測定プロトコルの技術的な目新しさは、ECシステムの配置のためのユニークなベース構造の使用です(例えば、調整可能な電気的に動作するマストを持つ「ミニタワー」である定義された高さの三脚、の最終的な高さを変更することができます個々のニーズに応じてセンサー)。

<table><tbody><tr><td>金属製のレールと電気エンジン(24V)を備えた調整可能なマスト maszty.net</td><td></td><td></td><td>-代替基本構造。専門家によって設計および製造される</td></tr><tr><td>EddyPro</td><td>LI-COR、Inc.</td><td>バージョン6.2.0。</td><td>フラックス計算用の無料の商用ソフトウェア。ウェブサイトで入手可能:https://www.licor.com/env/products/eddy_covariance/software.html、ご要望に応じて</td></tr><tr><td>密閉型赤外線ガス分析計</td><td>LI-COR, Inc.</td><td>LI-7200</td><td>CO2フラックス測定に使用される渦共分散システム(EC)の2つの機器のうちの1つ。他のタイプの高速アナライザー(>10Hzサンプリング周波数)は、</td></tr><tr><td></td><td></td>ECフラックス、ギャップ充填、およびパーティショニング用の<td>REddyProc</td>-<td>-フリーソフトウェアを使用できます。上で利用可能 マックスプランク生物地球工学研究所:https://www.bgc-jena.mpg.de/bgi/index.php/Services/REddyProcWeb.オンラインツールとRパッケージの両方が提供されます。</td></tr><tr><td>コンクリート基礎付きショートアルミタワーベース</td><td>maszty.net</td><td>-</td><td>代替基本構造(先駆的なソリューション)。専門家によって設計され、作られる</td></tr><tr><td>音風計</td><td>ギル楽器</td><td>ギルウィンドマスター</td><td>風速測定に使用される渦共分散システム(EC)の2つの機器のうちの1つ。他のタイプの三次元音響風速計は、</td></tr><tr><td>ステンレス鋼の三脚</td>キャン<td>ベルサイエンティフィック社</td>を使用することができます。<td>CM110 10フィート</td><td>渦共分散(EC)システムの基本構造。自分で構築することができます-材料は金物店の</td></tr><tr><td>サンシャイン</td><td>センサーDelta-Tデバイス株式会社にあります。</td><td>BF5</td><td>光合成光子束密度測定(PPFD)の模範的な装置の一つ。いくつかの営利会社から購入します。反射面から遠く離れたキャノピーの上に置くことを忘れないでください。</td></tr><tr><td>サーミスタ</td><td>キャンベル・サイエンティフィック社</td><td>T107</td><td>土壌温度測定の模範的な機器の1つ。いくつかの営利会社から購入します。土壌温度のプロファイルを持つことをお勧めします</td></tr><tr><td>熱湿度計</td><td>Vaisala Oyj</td><td>HMP155</td><td>気温と湿度の計測のための模範的な機器の1つ。いくつかの営利会社から購入します。ECシステムと同じ高さの放射線シールドの内側に配置することを忘れないでください。</td></tr></tbody></table>

非理想の渦共分散部位におけるco2フラックスの測定

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

このプロトコルは、渦共分散(EC)技術を利用して、ポーランドの現在の森林再生された風打ち領域で、非典型的な生態系における空間的および時間的に平均化された純CO2フラックス(純生態系生産、NEP)を調査する例である。竜巻の後、生き残った森林のスタンド内に比較的狭い「回廊」が作られ、このような実験が複雑になります。チャンバー法などの他の測定技術の適用は、特に最初に、倒れた木やサイトの一般的に大きな不均一性を実行するための挑戦的なプラットフォームを提供するので、このような状況下で、さらに困難ですフラックス測定し、適切にアップスケールの結果を得た。手つかずの森林で行われる標準的なEC測定と比較して、風の場所やデータ分析に関しては、その代表性を確保するためには、特に考慮が必要です。そこで、(1)現場の位置と計装の設定、(2)フラックス計算、(3)厳格なデータフィルタリング、および動的に変化する非理想的なECサイトで、リアルタイムで連続的なCO2フラックス測定のプロトコルを提示します。品質管理、および(4)ギャップ充填およびネットフラックスは、CO2呼吸および吸収に分割されます。説明された方法論の主な利点は、他の空間的に限られた生態系に適用できる実験セットアップと測定性能をゼロから詳細に説明できることです。また、非専門家の説明を提供し、非従来型のサイト操作に対処する方法に関する推奨事項のリストとして表示することもできます。得られた品質チェック、ギャップ充填、正味CO2の半時間値、ならびに吸収および呼吸フラックスは、最終的に毎日、毎月、季節または年次合計に集計することができます。

非理想的なECサイトにおけるフラックスフィルタリングと品質管理における重要なステップの1つは、測定されたフラックスの空間的代表性の評価です。このような分析を実行する最も簡単な方法は、計算が商用で広く適用されたソフトウェアを使用して行われたという事実を考えると、風向きとフットプリントの推定に基づいて、所望の領域からの測定値のみを含むことです(セクション3.7参照)。したがって、風のバラプロットは、選択された風向きとフラックスフットプリントの最大許容範囲の延長で、焦点を付けたポリゴンとしてマークされ、トレンIサイトからの衛星画像の背景に、分析結果の視覚的表現としてここに示されています(図1)
原則として、風速と微量ガス濃度は渦共分散系によって測定され、正味CO2交換フラックス(NEP)の計算に使用されます。エラーと低品質のデータを除外するには、未加工のフラックス値を後処理する...

提示されたプロトコルは、ポーランドの現在再植林された風打ちサイト上で、限られた面積を持つすべてのタイプの短い天蓋生態系に適用可能な非典型的な場所で渦共分散法を使用します。測定サイトの設定ルール、フラックス計算と品質管理、最終結果分析の詳細について説明します。

非理想の渦共分散部位におけるCO2フラックスの測定

This protocol is an example of utilizing the eddy covariance (EC) technique to investigate spatially and temporally averaged net CO2 fluxes (net ecosystem ...

このプロトコルは、渦共分散サイトのセットアップとゼロからの測定パフォーマンスのステップバイステップの説明であり、空間的に制限された生態系にうまく適用できます。このプロトコルは、厳密な要件を満たす必要があることを認識しやすくしていると考えています。共分散技術は、理想的でない場所でも十分に適用できます。一度視覚的な形で提示されると、このプロトコルは、渦共分散技術を強制的に使用する非専門家のための最初で比較的簡単な選択として使用することができます。まず、高さマップで、EC法の基本的な要件を満たすために、比較的均質で平坦な地形で測定部位の位置を選択します。障害物のない場所を選択し、調査対象のエリアが設置するセンサーの高さの少なくとも100倍の高さを各方向に延びるようにします。現場では、風速計を使用して1年間の風向きを調査したり、最寄りの気象台からのデータを分析したりします。使用する EC システムを決定します。電源に制限がない場合や過酷な環境にある場合は、低消費電力の経路赤外線ガスアナライザまたは短い取り込みチューブを使用して閉じたパスアナライザを開きます。現場では、垂直ポール付きの三脚を置き、ECシステムを上に取り付けます。赤外線ガス分析器と3Dソニックの気力計を互いに近くに配置します。完全に垂直な位置にソニックの気力計を置きます。ガス分析器を少し傾けて、雨水が簡単に流れ落ちるようにします。機器を土壌表面からキャノピーの高さの2倍、キャノピーの上部から2メートル上に少なくとも1.5メートルの高さに引き上げてください。ECシステムの近くに不要な要素を取り付けないようにして、気流を歪めないようにしてください。さらに計算とフラックス解析を行う場合は、少なくとも空気と土の温度、空気の相対湿度、光合成光子束密度、日射量、降水量など、補助変数を同時に測定します。二酸化炭素フラックスを計算するには、ECフラックス計算用の補正アプリケーションを含む市販のフリーソフトウェアEddyProを使用します。まず、新しいプロジェクトを作成し、次にプロジェクト情報タブで生データファイル形式を指定し、メタデータファイルを選択します。Flux info タブに移動し、データセットと出力ディレクトリを選択し、生のファイル名の形式を指定して、フラックス計算のために項目のリストをチェックします。次に、処理オプションタブに移動し、生データ処理設定を選択します。局所風流線に関してソニック風速計の任意のミスアライメントを考慮することができる風計の測定値の補正のための回転方法を選択します。非取引の異種の場所に対する最初の平面適合アプローチにチェックを入れる。012 タイプのフラグ設定ポリシーを選択します。測定されたフラックスに対する影響の面積に適したフットプリント方法を選択します。他のすべての設定は変更しませ

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我々は、葉の通水コンダクタンスの同時測定のための比較的急速（30分間）と現実的な方法を説明する（...

蒸発フラックス法（EFM）を使用した照度と脱水に葉の通水コンダクタンスと気孔コンダクタンスとその応答の測定

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Surface Renewal:フィールドスケールのエネルギーフラックス密度データの測定と処理のための高度な微気象学的手法

放射性トレーサーで植物にミネラル栄養素や毒性物質のフラックスを測定する

この記事では、土壌システムからの温室効果ガスフラックスを測定するための静的チャンバーベースの方法を紹介します。比較的控えめなインフラ投資により、複数の処理/場所から、数時間から数年の時間枠で測定値を取得できます。...

静的チャンバを用いて農用地の土壌からの温室効果ガスフラックスの測定

ライシメータ二酸化炭素グラデーション施設は、250〜500μlのL -1粘土、シルト質粘土、および砂質土壌モノリスの温度制御室ハウジング草原植物群落における線形二酸化炭素勾配を作成します。施設は、過去と未来の二酸化炭素濃度は、草原の炭素循環にどのように影響するかを決定するために使用されます。...

CO<sub&gt; 2</subテスト用のCO&gt;濃度勾配施設<sub&gt; 2</sub&gt;濃縮および草地生態系の機能に及ぼす土壌の影響

有機汚染物質(石油原料由来)から鉱化したCO2の生分解をトラップし、定量化し、14C含有量を分析するプロトコルが説明されています。CO2 キャプチャ...

複合COを用いたカーボンベースの汚染鉱化作用を測定します<sub&gt; 2</sub&gt;フラックスと放射性炭素分析

アンモニアの排出量は、富栄養化、土壌の酸性化と微細な粒子形成による環境への大きな脅威であり、農業源から主茎。この方法では、排出量の作物の開発と排出量との関係を統計的分析を可能にする複製されたフィールド試験中のアンモニア損失測定を可能にします。...

キャリブレーションされたパッシブサンプリング - NHのマルチプロット場計測<sub&gt; 3</sub&gt;ダイナミックチューブ法の組み合わせによる排出量およびパッシブサンプラー

ここでは、堆積物-水ガスと溶質交換の測定のための小さなコアインキュベーションを紹介します。これらは、水生生態系の生物学的および生物地球化学的プロセスに影響を与える堆積物の役割を評価する、堆積物と水の交換の信頼性の高い測定を提供します。...

Oの底生交流<sub&gt; 2</sub&gt;、N<sub&gt; 2</sub小さなコアインキュベーションを使用&gt;と溶存栄養素

このプロトコルの全体的な目標は、静的な密閉容器を用いた水田からの温室効果ガス排出を測定することです。測定システムには、フィールドの両方永続的な水層とチャンバー ヘッド...

メタンおよび亜酸化窒素フラックス静電気による水田からの評価閉鎖チャンバー ヘッド スペース内の植物を維持します。

地球生態系における高速かつ正確なリーフ面積指数(LAI)推定は、多様な生態学的研究とリモートセンシング製品の校正に不可欠です。ここでは、新しいLP 110光デバイスを使用して、地上ベースのLAI測定 を...

植生キャノピーにおける光デバイスを用いた有効リーフ面積指数のフィールド測定

大規模なランダム化比較試験中に、インドのフィールドサイトでの空気および生物学的サンプリングプロセス全体で使用される一貫した高品質の手順について詳しく説明します。農村地域での曝露評価に適応した革新的なテクノロジーの適用の監視から収集された洞察は、より信頼性の高い結果を伴うより良いフィールドデータ収集慣行を可能にします。...

インドにおける家庭大気汚染介入ネットワーク試験のための曝露およびバイオマーカー評価のフィールドデータ収集手順の視覚化

学ぶ渦共分散法によるCO2フラックス測定のプロトコル。非理想的な短い植生生態系でも適用可能で、サイト設定からデータ品質管理まで詳細に解説。非専門家でも利用しやすい視覚的な手順を提供する。

非理想の渦共分散部位におけるCO2フラックスの測定

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