방법 논문

정적 챔버를 사용하여 농업 토양에서 온실 가스 유출 측정

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DOI:

10.3791/52110

⸱

2014년 8월 3일

 ,  ,  ,  , 
1Office of Sustainability, University of Wisconsin-Madison, 2Department of Soil Science, University of Wisconsin-Madison, 3Department of Agronomy, University of Wisconsin-Madison, 4Great Lakes Bioenergy Research Center, University of Wisconsin-Madison, 5USDA-ARS Dairy Forage Research Center, 6USDA-ARS Pasture Systems Watershed Management Research Unit

이 논문에서

요약

이 기사에서는 토양 시스템의 온실 가스 플럭스를 측정하기 위한 정적 챔버 기반 방법을 보여줍니다. 상대적으로 겸손한 인프라 투자로 여러 처리/위치에서 몇 시간에서 몇 년에 이르는 기간에 걸쳐 측정을 얻을 수 있습니다.

초록

관리 및 관리되지 않은 생태계 모두에서 토양과 대기 사이의 온실 가스(GHG) 플럭스를 측정하는 것은 기후 변화의 생지화학적 동인을 이해하고 경관 관리 관행의 조절을 기반으로 한 GHG 완화 전략의 개발 및 평가에 매우 중요합니다. 여기에 설명된 정적 챔버 기반 방법은 챔버 내의 토양 표면에서 방출되는 가스를 포집하고 가스 크로마토그래피에 의한 분석을 위해 정기적으로 챔버 헤드 스페이스에서 샘플을 수집하는 것을 기반으로 합니다. 시간 경과에 따른 가스 농도의 변화는 플럭스를 계산하는 데 사용됩니다. 이 방법은 이산화탄소, 아산화질소 및 메탄의 경관 기반 플럭스를 측정하고 처리 간의 차이를 추정하거나 계절 또는 연도에 따른 시스템 역학을 탐색하는 데 사용할 수 있습니다. 인프라 요구 사항은 미미하지만 포괄적인 실험 설계가 필수적입니다. 이 방법은 현장에 쉽게 배포되고 확립된 지침을 준수하며 대규모 GHG 배출 연구에 적합한 데이터를 생성합니다.

서론

대기의 복사 속성에 대한 인간 활동과 자연 시스템의 기여를 이해하는 것은 온실 효과에 대한 인위적 기여를 완화하기 위해 노력할 때 매우 중요한 영역입니다. 이산화탄소(CO2 ) 외에도 아산화질소(N2O) 및 메탄(CH4 )도 강력한 온실 가스로 지구 온난화의 각각 약 7%와 19%를 차지하며 배출량의 대부분은 조경 자원에서 비롯됩니다1,2. 여기에는 농경지, 논, 매립지와 같은 관리 시스템부터 산림 바닥, 습지, 흰개미 더미와 같은 자연 시스템에 이르기까지 다양합니다. 이러한 경관 기반 배출에 대한 정보에 입각한 모델링을 지원하는 정확한 측정은 기후 변화의 동인을 이해하고 완화 기회를 식별하는 데 매우 중요합니다.

다양한 온실가스 측정 전략이 존재하며, 각각 고유한 강점과 약점이있습니다 2-5. 질량 균형 기법은 바람을 이용한 가스 분산에 의존하며 매립지 및 동물 방목장과 같은 작고 잘 정의된 소스의 플럭스를 측정하는 데 적합합니다. 와류 공분산(Eddy Covariance)과 같은 미기상학적 접근 방식은 수직 가스 플럭스의 실시간 직접 측정을 기반으로 하며 넓은 지역에 걸쳐 직접 측정을 제공할 수 있습니다. 그러나 소스 지형의 동질성은 암묵적인 가정이며(측정이 연구 중인 영역에 대한 평균을 산출한다는 점에서) 비용이 많이 드는 인프라는 배포 가능성을 제한할 수 있습니다. 마지막으로, 챔버 기반 방법은 제한된 지상 상공 공간에서 샘플링하여 토양 표면의 가스 농도 변화에 중점을 둡니다. 이를 통해 작은 영역과 수많은 처리에서 측정을 얻을 수 있지만 토양 가스 플럭스의 공간적 변화로 인해 높은 변동 계수가 적용됩니다.

여기에서는 일반적으로 "정적" 또는 "비정상 상태 비유동" 챔버라고 하는 공기 흐름이 없는 폐쇄형 챔버 유형을 활용하여 가장 널리 보급되고 쉽게 구현되는 챔버 기반 측정 형태에 대해 설명합니다. 이 접근 방식에서는 토양 표면의 가스 배출물이 벤트 챔버 내에 갇히고 플럭스 속도는 챔버 헤드 스페이스 내에서 시간 경과에 따른 가스 농도의 변화를 측정하여 결정됩니다. 정적 챔버 기술은 관리 경관과 자연 경관 모두에 널리 배포되었으며 토양 기반 온실 가스 흐름, 특히 N2O6,7을 보고하는 많은 데이터를 뒷받침합니다. 소규모 실험 구획, 다양한 지형에 걸친 다양한 현장 또는 상당한 인프라 투자 없이 여러 개의 고유한 위치를 연구해야 하는 기타 상황에 이상적으로 적합합니다. 일반적인 실험적 용도에는 대체 경관 관리 관행 및 토양 기반 CO2, N2O 및 / 또는 CH4 배출에 미치는 영향에 대한 탐색, 온난화 및 강우 배제 / 보충과 같이 인위적으로 유도 된 기후 변화 시나리오에서 경관 기반 플럭스 역학 검사 또는 자연 및 농업 생태계 및 하위 시스템에 대한 설명 연구가 포함될 수 있습니다.

온실가스 측정 및 플럭스 추정의 중요한 도구인 정적 챔버 방법은 철저히 평가되었으며 기술의 표준화 및 데이터 보고4,6,8,9의 조화를 위해 상당한 노력을 기울였습니다. 특히 주목할 만한 것은 미국 농무부(Department of Agriculture – Agricultural Research Service)의 농업 탄소 향상을 통한 온실가스 감축 네트워크(Greenhouse Gas Reduction through Agricultural Carbon Enhancement network)8 및 농업 온실 가스에 대한 글로벌 연구 연합(Global Research Alliance on Agricultural Greenhouse Gases)9에서 작성한 상세한 검토 및 지침입니다. 이러한 지침은 궁극적으로 무수한 연구에서 얻은 데이터의 상호 운용성이 지역 연구 결과를 글로벌 모델링으로 확장하고 연구 결과를 실행 가능한 완화 전략으로 변환하는 데 중요하기 때문에 조정을 위한 귀중한 리소스와 플랫폼을 제공합니다.

GRACEnet, GRA 및 기타 리뷰는 정적 챔버 기반 온실 가스 플럭스 측정의 특정 기술이 매우 다양하며 챔버 설계, 시간 및 공간 배치, 샘플링 볼륨, 샘플 분석 및 플럭스 계산을 포함한 거의 모든 단계에서 상당한 방법론적 변형이 가능하다는 사실을 강조합니다. 여기에 설명된 방법은 한 가지 가능한 변형을 제시하는 동시에 모범 사례를 보여주고 광범위하게 전송 가능한 고품질 데이터 생성을 위한 중요한 고려 사항을 강조합니다. 이 표준화된 절차에 대한 접근 가능한 개요와 문헌에 설명된 추가 뉘앙스와 변형을 탐색할 수 있는 플랫폼을 제공하기 위한 것입니다.

프로토콜

1. 상공 회의소 건설 및 앵커 설치

  1. 설계 및 챔버를 구성 - 실험 조건을 충족시키기 - 각각 토양 및 플럭스 측정 중에 앵커의 상단에 배치되는 덮개에 삽입되는 앵커 이루어지는.
    1. 챔버의 모양과 크기를 디자인 농작물 줄 간격, 비료 또는 퇴비 밴딩 및 식물 높이와 공간 요소를 고려합니다. 토양 표면 위의 앵커의 돌출 미기후 효과와 물이 연못으로에 공헌 할 수 있기 때문에, 뚜껑은 가능한 토양 표면에 낮은 앉아 고려해보십시오. 트레이드 오프는 챔버의 높이와 검출 감도 사이에 존재하기 때문에, 디자인 뚜껑 연구중인 시스템에 가능하다 짧아야한다.
    2. 스테인리스 스틸 또는 PVC로, 튼튼한 비 반응성 물질의 챔버를 구축하고, 앵커에 뚜껑을 밀봉하는 메커니즘을 포함한다. 열 상승을 방지하기 위해 뚜껑을 절연 한 색 빛 또는 반사 소재 커버측정 중. 챔버 배포 및 샘플 제거하는 동안 압력 교란을 방지하기 위해 샘플 수집 및 환기 튜브를 허용하는 격벽을 포함합니다. 자세한 내용은 재료 표, 파킨과 Venterea 8을 참조하고, 클 러프 등 10.
  2. 최소 1 일전 샘플링에 원하는 사이트의 토양에 실 앵커를 설치합니다. 설치 방법은 챔버 디자인에 따라 다릅니다 만, 앵커가 토양 구조를 휘거나 왜곡되지 않도록 일반적으로, 모든 지점간에 일정한 압력을 적용합니다. 토양 유형, 배포 시간 및 챔버 체적 6,11에 따라 2.5-13 ㎝의 깊이로 앵커를 싱크. (더 이상 5 cm 이상)은 토양 표면 위에 돌출 가능한 한 작은 둡니다.

2. 교정 및 실험 설계

참고 : 이전에 실험을 시작으로, 수 있도록 적절한 샘플링 시간의 과정을 결정하려면 다음과 같이 데이터적절한 선형 또는 비선형 플럭스 모델 (파킨 등. 12 참조)에 적합합니다. 이 단계 3-5 (필드 원자력법 및 데이터 분석)에 기재된 기술의 사용을 필요로 할 것이다. 최적의 타이밍은 연구중인 시스템과 사용되는 챔버의 치수의 함수이다. 약간의 시행 착오가 관여 할 수 있습니다. 대체 방법에 대한 Venterea 13를 참조하십시오.

  1. 교정 샘플링 및 분석
    1. 비교적 높은 미량 기체 플럭스를 생성 할 것으로 예상 환경 또는 관리 조건 하에서, 3 절에서 설명한 방법 다음 집약적 샘플링을 수행. 밀접 이격 샘플링 시점을 사용하여, 전형적으로 간주되는 것보다 더 긴 지속 시간의 시계열을 채우는. 시간의 과정을 통해 5 ~ 10 간격이 일정 시점에서 몇 가지 대표적인 챔버에서 샘플링하여 시작합니다.
    2. 섹션 4 다음 가스 크로마토 그래피로 샘플을 분석합니다.
  2. 교정 Interpretati에
    1. 그 각각의 교정 시계열 및 각 가스, 플롯 시간으로 농도.
    2. 그 유출 속도가 예상 범위의 하이 엔드에 있는지 확인합니다. 플럭스 계산 제 5 절을 참조하십시오. 문제 해결을위한 2.3 절을 참조하십시오.
    3. 시간이 지남에 가스 농도의 plateauing, 더 구체적으로 비선형의 흔적, 또는 그래프를 검사합니다.
      주 : 농도는 가스 종류에 의해 다르다 고원 시작하고, 토양 내의 가스 생산 또는 소비 속도, 챔버 헤드 스페이스 내의 가스의 농도 및 두 영역 사이의 확산 기능이되는 점. 그것은 따라서 강하게 고원 전에 짧은 시간을 산출 짧은 챔버와, 챔버의 높이에 의해 영향을받습니다.
    4. 실험 시스템을위한 최적의 챔버 배포 시간을 결정하기 위해 교정 세트를 사용합니다. 선형 회귀 분석 (여기 섹션 5에 설명 된대로) 데이터 분석에 사용되는 경우, 선형 재에 가깝게 유지 타이밍을 선택합니다시계열 내에서 6 번 샘플링, 셋, 넷 바람직의 최소 허용하면서, 가능한 한 그 모두 기체 / 시스템의 시간과 농도 간의 관계의 설득력. CO 2와 N에 2 O 측정, 시간 시리즈를 사용 챔버 10-30센티미터 하이의 경우 일반적으로 20 ~ 60 분 8,14까지 다양합니다.
  3. 교정 문제 해결
    1. 별로 차별화 및 / 또는 어려움 직선 또는 고원 안목은 엄격한 교정 시점 이상 교정 시계열을 사용하고, 농도가 검출 한계 내에 있는지 확인이있는 경우. 플럭스의 낮은 가격을 축적 속도의 감소는 시험 시간 내에 관찰 할 수 없습니다. 이 문제가 발생하지 않아야합니다.
    2. 플럭스가 예상 실험 범위의 상한에 있지 않는 경우에, (예를 들어, 비료 또는 관개를 적용함으로써) 높은 자속을 유도하는 치료 또는 환경 조건을 변경, 보정을 반복한다. 또는, 우리실험 플럭스가 발생 않는 교정 및 plateauing 동안 관찰보다 상당히 높은 경우에 선형 회귀에 대한 적어도 세 시점을 유지하면서, 저장 시점이 배제 될 수 있도록 실험 설계에서 E 적어도 4 개의 시간 포인트. 곡선 회귀 접근법이 채택 될 수도있다.
  4. 실험 설계
    1. 섹션 2.2.4에서 결정된 최적의 타이밍에 따라, 모든 관련 사이트, 치료, 및 / 또는 반복 실험을 캡처하고 인력을 효율적으로 실 사이트를 통해 이동할 수 있습니다 전체 샘플링 방식을 고안. 필요한 경우, 차례로 샘플링 될 여러 "라운드"로 챔버 사이트를 나눈다.
      1. 측정 온도가 매일 극단에 상대적으로 온건 한 때 하루의 시간에서 하루 종일, 샘플의 대표로 간주되어야합니다. 전형적인 온대 자르기 시스템에서, 이상적인 창 중간에 늦은 아침입니다.
      2. 샘플이 수집되는 경우연속 라운드에서 반복적으로 매일 같은 시간에 같은 치료를 샘플링하여 편견을 소개하지 않도록주의하십시오. 반복 실험의 블록 밖으로보다는 치료에 의해 처리 라운드를 구축합니다.
      3. 적절하게 라운드 내에서 또는 / 후 전에 하나를 취해야 할 필요한 부수적 조치에 대한 시간을 포함합니다. (일반 보조 조치 3.3 장을 참조하십시오.)
      4. 선택적으로, 주변 공기의 비선형 유출 모델에 사용되는 샘플, 또는 시작의 근사치 (시간 제로, "T 0") (여기에 설명되지 않음) 농도의 수집을위한 시간을 포함.
      5. 선택적으로, 표본 추출 및 분석 간의 가능한 샘플의 저하를 평가하기 위해 시료 채취시의 유리 병에 참조 가스를로드하는 시간이 있습니다. 샘플 스토리지 고려 사항 파킨과 Venterea 8을 참조하십시오.
    2. 연구 목표에 적합한 플럭스 측정의 주파수를 결정합니다. 이 범위는 수 단일 측정 t에서오 매일, 몇 달 또는 몇 년에 걸쳐, 매주 또는 정기적으로 측정. 실험 설계 고려 사항에 대한 철저한 토론을 로쉐 등. 14을 참조하십시오.
    3. 샘플이 차가운 상태에서 수집되는 경우, 같은 부서지기가되는 격벽을 방지하기 위해 튜브와 뜨거운 팩으로 온난화 장치의 포함을 계획.

3. 필드 샘플링

참고 : 각각의 샘플링 날짜에, 아래에 설명 된 기술을 사용하여, 2.4 년에 설립 샘플링 방식을 따릅니다. 장비 및 샘플 볼륨이 사용되는 수집 및 전송 방법 및 GC 분석 8에 필요한 시료의 양에 따라 달라질 수 있습니다. 이 프로토콜은 샘플 전송의 세척 방법으로, 5.9 ML 수집 튜브 및 30 ㎖를 주사기를 사용합니다. 대체 방법에 대한 설명을 참조하십시오.

  1. 준비하기
    1. 라운드 당 여러 개의 챔버에서 샘플링하는 경우, 시점 REFE 준비rence 그리드는 언제 어디서 샘플을 쉽게 추적 할 수 있습니다 (그림 2 참조). 또는, 샘플링시마다 포인트를 기록 할 준비를해야합니다.
    2. 사전 라벨 및 샘플링 동안 최대한의 효율과 혼란의 최소한의 가능성에 대한 수집 유리 병을 준비한다.
    3. 샘플링하는 동안 시간을​​ 절약하기 위해, 사전에 모든 재료와 장비를 준비합니다. 휴식하거나 쉽게 캐리 토트, 물통, 또는 다른 용기에 (바늘, 주사기, 멈춤 등), 장소를 분실 아무것도 엑스트라를 포함합니다.
    4. 장비의 고장 또는 다른 예상치 못한 사태로 인해 발생할 수 있고, 쉽게 특정 샘플과 연관된 시간을 조정함으로써 데이터 분석 중에 보정 될 수있는 임의의 지연 시간 지점을 기록 할 준비를한다.
  2. 시료 채취
    1. 연결 및 사전 설치된 챔버 앵커 챔버 뚜껑을 밀봉하고, 스톱워치를 시작합니다. 이 T 0입니다.
    2. 즉시 뚜껑 C를 밀봉 한 후챔버 상부의 대략적인 높이에서, 챔버에 인접한 위치에서 대기 샘플을 ollect : 열려있는 위치에 바늘과 마개를 장착 빈 30 ML의 주사기와 함께, 30 ㎖의 공기 샘플을 그리고 종료 크레인. 이 T 0 샘플입니다. 또한, 챔버 (6)에서 T 0 샘플을 채취.
      참고 : - 타이밍 (내부 샘플 뚜껑 폐쇄 및 샘플 모음 사이의 지연) 고려 대 공간 (외부 샘플 사이트 또는 외부 미기후으로부터의 거리)를 평가하고 사용중인 장비에 가장 적합한 기술을 결정하고, 타협은 두 가지 방법 사이에 존재 연구중인 시스템.
    3. 주사기 바늘로, 이미 다른 바늘 격막의 가장자리 근처 통해 찌르고 가지고 5.9 ㎖를 수집 바이알 중격을 관통.
    4. 주사기의 마개를 열고 (이것은 이전 내용을 일으키는 원인이되는 유리 병에 시료의 약 20 ㎖를 주입유리 병)을 샘플로 대체, 여분의 바늘을 통해 배출된다.
    5. 약간 오버 가압 샘플 무결성을 보장하고 8 필요한 경우 복수의 샘플 분석을 허용하도록 바이알을 가능한 남은 샘플 (약 10 ㎖)의 다량 주입을 계속하면서 부드러운 동작, 여분 바늘을 제거한다.
    6. 마개를 닫고 격막에서 주사기 바늘을 철회. 채워지지 않은 유리 병 구별하는 채워진 유리 병에게 거꾸로 돌립니다.
    7. 다음 챔버로 진행, 반복 올바른 미리 정해진 T 0 시점에 뚜껑을 밀봉, 3.2.1-3.2.6 단계를 반복합니다.
    8. 단계를 반복 계속 3.2.1-3.2.7 라운드에서 모든 챔버가 밀봉되어 있고 T 0 샘플이 수집 될 때까지.
    9. 제 1 챔버로 돌아갑니다.
    10. 시간 T 일 때까지 10 초에 접근하면, 주사기 바늘 챔버 상부에 격벽을 관통.
    11. T 1, 재치 10 초 범위 내에서챔버 내부에서 공기의 30 ml의 샘플을 hdraw 및 마개를 닫습니다. 챔버 격막에서 주사기 바늘을 제거합니다.
    12. 단계에 따라 수집 병에 샘플을 전송 3.2.3-3.2.6.
    13. 2.4 년에 설립 샘플링 방식에 따라, 단계 3.2.10-3.2.12 다음 샘플을 수집하기 위해 계속합니다.
  3. 보조 조치
    1. 질량 가스 농도로 변환하기 위해서, 샘플링시의 공기 온도를 측정한다. 연구 목표 기록 또는 각 위치 및 / 또는 시간 등, 일상 강우, 토양의 부피 밀도, 토양 질산 암모늄 농도의 토양 온도 및 토양의 수분 함량과 같은 다른 부수적 인 조치를 수행에 따라 다양한 수단이 측정 값을 구하는 것이 존재 - 표준 프로토콜을 따르십시오.
    2. 선택적으로, 주위 GHG 농도 및 잠재적 스토리지 바이알 열화 I를 평가하는 바이알에 알려진 농도의 대기 샘플 및 / 또는로드 필드 표준을 상환N 샘플링과 분석 사이의 기간 (섹션 2.4.1.4 및 2.4.1.5 참조).

4. 샘플 분석

  1. N 2 O를위한 전자 포착 검출기, CO 2 가스 적외선 분석기 또는 열전도 검출기, 및 CH 4 불꽃 이온화 검출기가 장착 장치를 사용하여, 가스 크로마토 그래피에 의해 각각의 샘플에 대한 관심의 가스의 농도를 결정.
    참고 : 제대로 온실 가스 분석을 위해 구성 가능한 충분한 동작 시간을 가지고있다 악기에 대한 액세스 권한을 얻기 위해 필수적이다. 원칙과 가스 크로마토 그래피의 방법은 다른 5,15,16 설명되어 있습니다.
  2. 이상 기체 법칙을 사용하여 체적의 질량에 추적 가스 농도 변환 :

PV = NRT

여기에서 P = 압력, V = 부피, N = 가스, R = 기체 법칙 상수, 그리고 T = 온도 몰. 따라서 :

figure-protocol-1

5. 데이터 분석

  1. 각 시계열의 경우, 플롯 시간 농도에 의해 선형성 평가합니다. 추가 분석에서 고원의 조짐을 보이고 나중에 점을 제외하고, 적합도 또는 육안 검사를 사용하여 평가합니다. 플럭스 계산을위한 T 0 (T 0, T 1, T 2 ...) 등 3 시점의 최소를 사용합니다. 일관된 프로토콜을 설정하고, 선형성 해당 프로토콜의 기준을 충족하지 못하는 모든 시계열을 거부합니다. 플럭스 계산 오류, 편견, 그리고 변화에 대한 철저한 논의 파킨과 Venterea 8을 참조하십시오.
  2. 선형 회귀 분석을 수행합니다.
  3. 플럭스를 계산하는 회귀의 기울기를 사용

F는 S의 • 브이 • A를 = -1

경우 F = 플럭스, 회귀의 S = 기울기, V = 챔버 볼륨 및 A = 챔버지역. 따라서 :

figure-protocol-2

참고 :. 계산을 유출하는 비선형 방식에 대한 토론과 파킨 등 (12)을 참조하십시오.

결과

이전 정적 챔버와 함께 연구 프로젝트를 시작하기에, 그것은 전체의 흐름을 이해하는 것이 중요하고, 실리코에서의 조직, 현장 및 실험실 기반 요소 (그림 1). 주의 실험 설계 및 시스템 교정 (그림 2)을 제공, 데이터 분석은 일반적으로 비교적 간단 할 것이다. 광속의 비율은 시스템에 적합한 소정 플럭스 모델 (도 3)를 사용하여 농축하여 시간의 회귀에 의해 각 챔버 및 샘플링 시간을 결정한다. 그러나, 모범 사례 다음, 문제가 발생 될 수 있으며, 원시 데이터의 품질 관리는 중요합니다. 예를 들어, 챔버 인감 또는 누설 샘플 튜브의 실패는 비정상적인 농도 값이 발생할 수 있습니다. 이들은 쉽게 CO 2 시간 시리즈는 종종 특히 usefu로 봉사와 시계열 농도 플롯의 육안 검사 (그림 4)을 통해 확인된다때문에, 때때로 무시할 근처 검출 한계, 또는 N 2 O 또는 CH 4의도 음의 플럭스에 비해 CO 2의 일반적으로보다 강력하고 지속적인 유출에 L 표시. 데이터 품질이 확인되면, 결과는 치료 사이 또는 계절의 과정 (그림 5)을 통해 가스 유출 역학을 비교하는 데 사용할 수있다. 5 ~ 6 월 플럭스 값 및 오차 막대로부터 알 수있는 바와 같이, 광속의 공간적 불균일로 인한 변화는 크지,보다 자속의 고가의 제조 조건 하에서 발음있다. 이러한 가변성은 특이없고,이 기술에 충분한 복제의 중요성을 강조한다.

figure-results-1
도 1. 플로 개요.이 프로토콜의 다양한 요소는 실험실에서, 필드에서, 계획 단계에서 수행 한 것 IN의 실리코. 화살표는 챔버 설계 (및 건축 필요한 경우)로 시작하는, 플로의 순서를 나타내고, 데이터 분석으로 종결. 필드 샘플링 및 시료 분석간에 체류 바꾸 / 화살표는 실험 과정 동안 체류 샘플링 날짜 선택의 가능성을 나타낸다.

figure-results-2
그림 2. 샘플 타이밍. 동시에 여러 챔버에서 샘플 수집을위한 예 타이밍 방식. 상공 회의소 번호는 그리드 내의 모든 분에 나열된 샘플링 시간으로, 상단 왼쪽과 시간 지점에 표시됩니다. 이 예에서는 36 분마다 (각 챔버에 대해 하나)의 네 개의 개별 시계열 계열에있는 시점 사이에 12 분 간격, 챔버 사이에 2 분 도보 시간 46 분의 공간 내에서 수행된다. 이 가상의 예를 들어, 수이36 분의 시간 시리즈의 불가피성은 이전의 교정에 의해 결정된 것이다. 균일하게 이격 된 타이밍이 필요하지 않지만, 그것은 종종 샘플링 방식을 단순화한다. 다른 방법으로, 연구자들은 개별적으로 샘플링 간격을 결정하기 위해 각 샘플링 평가시기를 기록 할 수 있습니다.

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N이 36 분의 샘플링주기의 과정을 통해 4 개의 시간 지점에서 측정 O 농도로 구성된 그림 3. 플럭스 계산. 전형적인 정적 챔버 시계열. 선형 회귀가 표시됩니다의 기울기는 유출 속도를 산출한다.

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샘플하지만 다른 가스의 동일한 세트에서 그림 4. 품질 관리. 한 쌍이 시간 시리즈는 WHI에 표시됩니다채널 유리 병 누출은 육안 검사 (빨간 점)에 의해 발견되었습니다. 시간이 지남에 따라 A) CO 2 농도가 시간이 지남에. B) N 2 O 농도를.

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하나의 성장시기의 과정을 통해 농업 분야에서의 그림 5. 합성 결과. N 2 O 유출 속도. 플럭스 값은 4 점의 시계열을 사용하여 여섯 챔버의 평균을 나타낸다. 오차 막대는 표준 오차이다.

토론

여기에 설명 된 정적 챔버 기반의 접근 방식은 토양 시스템에서 온실 가스 유량 측정을위한 효율적인 방법입니다. 구성 요소의 상대적 단순보다 인프라 집중 방법이 불가능되는 조건이나 시스템이 특히 적합합니다. 고품질의 데이터를 생성하기 위하여, 그러나, 정적 챔버 방식은 실험 설계 6에 엄격한주의를 실시해야한다. 고려되어야 하나 주목할만한 고려 사항은 복제 챔버 기반 측정 사이에서 높은 변동성이 발생할 수있는 토양 가스 플럭스의 공간 변화입니다. 실험 설계에 따라서, 통계 분석을 위해 충분한 힘을 제공하기에 충분한 복제물을 포함하는 것이 중요하다. 절충 충분한 복제를 유지하고, 처리 당 네 개의 반복의 최소 일반적인 가이드 라인 (14) 동안 연구 될 수있는 처리의 수 사이에 존재할 수있다.

측정 된 플럭스 매일 배출량을 산정하는 데 사용되는 경우 "ontent>, 공기 온도, 토양 온도, 가스 배출 낮의 변화가 고려되어야한다. 연구 목표 온도가 일 평균을 반영 할 때 중반 아침에 얻을 수 측정을 요구하는 경우에, 샘플링에 대한 제한 창에서 실질적으로 모니터링 할 수있는 챔버의 수에 영향을 미칠 수 있습니다. 평가 될 추가 고려 사항이 식물 뿌리의 지상 바이오 매스 위의 포함 또는 제외 가스 플럭스에 미칠 영향이다. 상공 회의소 배치 상대 조직을 심는 것 특히 미생물의 호흡뿐 아니라 뿌리와 호흡과 광합성이 적절하게 균형을 이루어야한다 쏘지는. 이러한 요소의 추가 설명은 파킨과 Venterea 8 참조 CO 2의 경우 유출 자료의 해석, 영향.

전술 한 바와 같이,이 방법에 많은 변형이 챔버 설계 및 샘플링을 포함하여, 존재볼륨. 하나의 이러한 변화는 주사기 및 수집 바이알간에 샘플을 전송하기 위해 사용하는 방법이다. 여기에 설명 된 기술은 첫 번째 긍정적 인 압력 5 병을 채우기 전에 샘플 수집 병을 플러시합니다. 더 일반적으로 사용되는 기술은 진공 펌프를 이용하여 사전 대피 한 바이알에 주사기로부터 샘플의 전사이며, 세척없이 비 배기 튜브의 사용은 또한 8,17보고되었다. 접근의 범위가 존재하는 또 다른 중요한 점은 데이터 분석 및 연구중인 시스템에 가장 적합한 플럭스 모델의 선택에있다. 여기에서 설명한 선형 회귀 방법에 더하여, 비선형 모델은 긴 탑재 시간이 사용될 때, 특히 이용 될 수있다. 이러한 모델은 허치슨과 Mosier에서 (18)에 의해 개발 된 알고리즘과 유도 19, 20, 그, 바그너 등. (21)에 의해 기술 된 차 절차와 비 정상을 포함리빙스턴 등 (22)에 의해 설명 된 상태 확산 자속 추정기. 비선형 유출 모델의 철저한 설명은 파킨 등. 12를 참조 Venterea 등 23.

정적 챔버 방식과 유사한 방법은 다양한 방법을 통해 샘플링 및 가스 크로마토 그래피를 주사기 대체 등의 푸리에 전송 적외선 (FTIR) 분석과 흐름을 통해 측정 시스템의 사용뿐만 아니라 챔버 폐쇄 및 샘플링의 자동화 (가) 있습니다. 자동화 시스템은 감소 된 직원과 더 자주 측정을 가능하게하지만, 추가적인 인프라 투자가 필요합니다. 그레이스 등. (24)는 자동화 된 챔버 기반의 N 2 O 측정 옵션과 트레이드 오프의 광범위한 개요를 제공합니다.

관리 및 자연 시스템 manageme의 영향, 프로세스 기반의 모델을 알려 이해하는 것이 중요합니다 모두에서 온실 가스 플럭스의 특성NT 관행 및 완화 전략을 알리고, 글로벌 회계 및 기후 변화 모델링을 지원합니다. 개별 연구는 지역 규모에서 정보를하는 동안 따라서, 많은 부가 가치는에 기여하고, 풍경과 대기 사이의 가스 교환에 대한 지식의 글로벌 몸에서 그림을 통해 도출된다. 따라서, 데이터 수집 및 광범위한 지식 기반과 수명과의 상호 운용성을 보장하는 방법으로보고, 핵심입니다. 이는 개별 연구를 넘어 결과의 확장을 할 수 있도록 데이터 품질뿐만 아니라 부수적 인 조치와 메타 데이터의 포괄적 인보고의 수집을 보장하기 위해 최선의 방법을 다음이 포함되어 있습니다. 데이터보고를위한 훌륭한 지침이 GRACEnet 프로젝트와 GRA 25에서 사용할 수 있습니다.

공개 사항

저자는 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

이 자료는 미국 국립과학재단(National Science Foundation)의 지원(보조금 번호 1215858), 미국 농무부(US Department of Agriculture)의 보조금 번호 2013-68002-20525, 미국 에너지부 오대호 바이오에너지 연구 센터(US Department of Energy Great Lakes Bioenergy Research Center – DOE BER Office of Science)(DE-FC02-07ER64494) 및 DOE OBP 에너지 효율 및 재생 에너지 사무국(DE-AC05-76RL01830)의 지원을 받은 작업을 기반으로 합니다. 현장 비디오와 이미지는 위스콘신-매디슨 대학교(University of Wisconsin–Madison)의 위스콘신 통합 작물 시스템 시험(Wisconsin Integrated Cropping System Trial) 프로젝트에서 기록되었습니다. 저자들은 능숙한 비디오 촬영과 편집을 해준 Ryan Curtin에게 감사를 표합니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
5.9 ml 소다 글라스 플랫 바닥 55 x 15.5 mmLabco Limited719W컬렉션 바이알
16.5 mm 나사 캡과 피어싱 가능한 고무 셉텀Labco LimitedVC309캡
90-웰 플라스틱 바이알 랙, 17.1 mm 웰 I.D.Wheaton868810바이알 정리용 랙
일반 베벨 바늘 23 G x 1"BD305193샘플 수집용
바늘 루어 연결이 있는 스톱콕, 1-way, 수 슬립Cole-ParmerEW-30600-01주사기용 스톱콕
30ml 주사기, 슬립 팁BD309651샘플 수집용 주사기
스톱워치 또는 타이머다양한N/A
림이 있는 스테인리스강 또는 아연 도금 유틸리티 팬 또는 제작된 스테인리스강 또는 PVC 챔버 및 뚜껑, 실험 시스템에 적합한 치수다양한N/A챔버 앵커 및 뚜껑 - 앵커에서 바닥을 잘라내고, 뚜껑에 구멍을 뚫은 격막 및 통풍구 튜브용 구멍
회색 부틸 스토퍼 20mmWheatonW224100-173주사기 샘플링을 위한 챔버 격막 - 뚜껑 상단의 구멍에 삽입,
Tygon 튜빙, 4.0 mm I.D. x 5.6 mm O.D.Sigma-AldrichZ685623챔버 벤트 튜빙 - 뚜껑 쪽에 뚫린 구멍에 삽입, 외부와 같은 높이, 뚜껑 내부에 약 25cm 코일(부착 메커니즘으로 1ml 주사기 팁을 사용할 수 있음)
접착 폼 고무 테이프 또는 HDPE O-링다양한N/A챔버 밀봉 메커니즘 - 뚜껑 테두리 아래쪽에 고정
반사  단열재, 0.3125" 두께Lowe's409818절연 및 반사 코팅 - 챔버 덮개 외부에 부착
대형 금속 바인더 클립, 1인치 용량의 2인치 크기 또는 적절하게 제조된 드로우 래치스테이플 / McMaster831610 (스테이플) / 1863A21 (McMaster)뚜껑 부착 메커니즘 - 샘플링
중 뚜껑을 고정하기 위한 고정아산화질소용 전자 포획 검출기, 이산화탄소용 적외선 가스 분석기 또는 열전도율 검출기, 메탄용 화염 이온화 검출기시료 분석을 위한다양한N/A
, 가 장착된 가스 크로마토그래피 장비

참고문헌

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