Name: Medição do fluxo de gases com efeito de Solos Agrícolas Usando Chambers estáticos (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-08-03T22:45:00.000+00:00
Duration: 11 min 50 s
Description: Aprenda a medir fluxos de gases de efeito estufa em solos agrícolas usando câmaras estáticas. Este método permite monitorar múltiplos locais simultaneamente com equipamento de baixo custo.

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Este material é baseado no trabalho apoiado pela National Science Foundation sob o número de concessão 1215858, pelo Departamento de Agricultura dos EUA sob o número de concessão 2013-68002-20525 e pelo Centro de Pesquisa de Bioenergia dos Grandes Lagos do Departamento de Energia dos EUA - DOE BER Office of Science (DE-FC02-07ER64494) e DOE OBP Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (DE-AC05-76RL01830). Vídeos e imagens em campo foram gravados no projeto Wisconsin Integrated Cropping System Trial da Universidade de Wisconsin-Madison. Os autores são gratos a Ryan Curtin pela videografia e edição habilidosas.

1. Câmara Construção e Instalação Anchor <ol><li> Concepção e construção de câmaras - cada um consistindo de uma âncora que é inserida no solo e uma tampa que está colocada no topo do dispositivo de ancoragem durante a medição de fluxo - para satisfazer as necessidades experimentais. <ol><li> Na concepção de forma e tamanho da câmara, considerar fatores espaciais como espaçamento entre linhas da cultura, fertilizante ou adubo de bandas, e altura de planta. Porque protrusão de âncoras acima da superfície do solo pode contribuir para efeitos do microclima e lâmina de água, considere ter as tampas sentar tão baixo à superfície do solo possível. Porque existem compensações entre a altura da câmara e sensibilidade de detecção, tampas de design para ser tão curto quanto possível para o sistema em estudo. </li><li> Construir câmaras de material resistente, não reactivo tal como o aço inoxidável ou de PVC, e inclui um mecanismo de vedação da tampa sobre a âncora. Isolar tampas e cubra com material de cor clara ou reflexiva para evitar o acúmulo de calordurante a medição. Incluir um septo para permitir a coleta de amostras e um tubo de ventilação para evitar perturbações de pressão durante a implantação de câmara e remoção de amostra. Para obter mais detalhes consulte a tabela de Materiais, Parkin e Venterea 8 e Clough et al 10. </li></ol></li><li> Pelo menos 1 dia antes da amostragem, instalar âncoras câmara no solo nos locais desejados. O método de instalação irá depender da concepção da câmara, mas, em geral, aplicar uma pressão uniforme em todos os pontos, de modo que a escora não deformar ou distorcer a estrutura do solo. Afundar a âncora a uma profundidade de 2,5-13 cm, dependendo do tipo de solo, o tempo de implantação e volume de câmara 6,11. Deixar o mínimo possível (não mais do que 5 cm), que se estende sobre a superfície do solo. </li></ol> 2. Calibração e Projeto Experimental Nota: Antes de iniciar o experimento, siga estes passos para determinar um curso de tempo de amostragem adequada que permitirá que os dadospara ser digno de uma linear adequado ou modelo de fluxo não-linear (ver 12 Parkin et al.). Isso vai exigir o uso de técnicas descritas nos passos 3-5 (Field amostragem, análise de amostras, e de Análise de Dados). O tempo certo é uma função de ambos o sistema em estudo e as dimensões das câmaras a ser utilizados. Algumas tentativas e erros podem estar envolvidos. Veja Venterea 13 para abordagens alternativas. <ol><li> Calibração de Amostragem e Análise <ol><li> Em condições ambientais ou de gestão previstos para gerar relativamente altos fluxos de gases-traço, realizar uma amostragem intensiva seguindo técnicas descritas na seção 3. Usando pontos de tempo de amostragem bem espaçadas, preencher uma série de tempo de duração mais longa do que seria considerado normal. Comece por amostragem a partir de várias câmaras representativas a 5-10 pontos de tempo uniformemente espaçados ao longo de uma hora. </li><li> Analisar amostras por cromatografia gasosa seguinte secção 4. </li></ol></li><li> Calibração Interpretatiem <ol><li> Para cada série de tempo de calibração e cada gás de interesse, enredo tempo-a-concentração. </li><li> Verifique se as taxas de fluxo são na parte alta do intervalo esperado. Consulte a seção 5 para o cálculo de fluxo. Consulte a seção 2.3 para obter dicas de solução de problemas. </li><li> Inspeccionar os gráficos para os sinais de não-linearidade, ou mais especificamente, plateauing de concentrações de gases ao longo do tempo. Nota: O ponto em que começa a concentração planalto difere pelo tipo de gás, e é uma função da taxa de produção de gás ou de consumo no interior do solo, a concentração do gás no espaço superior da câmara, e de difusão entre as duas zonas. É, portanto, fortemente afetado pela altura de câmara, com as câmaras mais curtos rendendo menos tempo antes de planalto. </li><li> Use os conjuntos de calibragem para determinar o tempo de implantação câmara ideal para o sistema experimental. Se regressão linear será utilizado na análise de dados (como descrito aqui na seção 5), seleccione Tempo que mantém tão perto de uma re linearnamento quanto possível entre o tempo ea concentração de todos os gases / sistemas de interesse, permitindo por um mínimo de três, de preferência quatro, tempos de amostragem dentro da série de tempo 6. Para câmaras de 10-30 cm de altura, utilizada para o CO 2 e N 2 O medições, séries temporais variam tipicamente 20-60 min 8,14. </li></ol></li><li> Calibração Solução de problemas <ol><li> Se houver má diferenciação e / ou dificuldade em discernir linearidade ou planalto, use mais apertadas momentos de calibração ou mais séries de tempo de calibração e verificar que as concentrações estão dentro dos limites de detecção. Para baixas taxas de fluxo, uma redução na taxa de acumulação não pode ser observado dentro do prazo testado. Isto não deve causar preocupação. </li><li> Se os fluxos não são na parte alta da faixa experimental esperado, repita a calibração, alterando as condições de tratamento ou ambientais para induzir maior fluxo (através da aplicação de fertilizantes ou irrigação, por exemplo). Alternativamente, nose pelo menos quatro pontos no tempo em delineamento experimental, de modo que se os fluxos experimentais são significativamente mais elevados do que os observados durante a calibração e plateauing ocorrer, momentos posteriores podem ser excluídos, mantendo pelo menos três pontos de tempo para a regressão linear. Abordagens de regressão curvilíneas também podem ser empregues. </li></ol></li><li> Projeto Experimental <ol><li> Com base no melhor momento determinado no ponto 2.2.4, elaborar um plano de amostragem global, que capta todos os sites relevantes, tratamentos e / ou repetições, e permite que o pessoal de se mover através de sites de câmara de forma eficiente. Se necessário, pode dividir os sítios da câmara em vários "rounds" a amostrar um após o outro. <ol><li> Se as medições devem ser tomadas como representativas de um dia inteiro, amostra em um momento do dia, quando as temperaturas são moderadas em relação aos extremos diários. Em sistemas típicos de culturas de clima temperado, a janela ideal é meio-de-final da manhã. </li><li> Se as amostras devem ser recolhidasem rodadas consecutivas, tome cuidado para não introduzir um viés por amostragem repetidamente os mesmos tratamentos ao mesmo tempo do dia. Construir rodadas de blocos de repetições ao invés de tratamento-a-tratamento. </li><li> Inclua tempo para quaisquer medidas acessórias necessárias a serem tomadas tanto dentro rodadas ou antes / depois, conforme o caso. (Veja a seção 3.3 para medidas típicas auxiliares.) </li><li> Opcionalmente, inclui o tempo para a recolha de amostras de ar ambiente para utilização em modelos de fluxo não-linear, ou como uma aproximação de partida (tempo zero, "t 0") concentração (não descrito aqui). </li><li> Opcionalmente, incluir o tempo para o carregamento do gás de referência em frascos no momento da amostragem para avaliar a possível degradação da amostra entre a amostragem ea análise. Veja Parkin e Venterea 8 para considerações de armazenamento da amostra. </li></ol></li><li> Determinar a frequência das medições de fluxo que é apropriado para objetivos de pesquisa. Isto pode variar de uma única medição to diário, as medições semanais, ou periódicas ao longo de meses ou anos. Consulte 14 Rochette et al. Para uma discussão aprofundada de considerações de projeto experimental. </li><li> Se as amostras devem ser coletadas em condições de frio, o plano para a inclusão de um dispositivo de aquecimento, como um bloco quente com frascos para evitar septos de tornar-se frágil. </li></ol></li></ol> 3. Campo Amostragem Nota: Em cada data de amostragem, siga o esquema de amostragem estabelecido na seção 2.4, usando as técnicas descritas a seguir. Equipamentos e amostra de volume pode variar segundo a coleta e transferência de métodos que estão sendo utilizados e da quantidade de amostra necessária para análise GC 8. Este protocolo utiliza 5,9 ml frascos de recolha e 30 ml de seringas, com um método de lavagem de transferência da amostra. Veja a discussão de abordagens alternativas. <ol><li> Preparação <ol><li> Se a amostragem de múltiplas câmaras por rodada, prepare um ponto de refe tempograde rência (ver Figura 2) para controlar facilmente onde e quando a amostra. Como alternativa, tomar as providências para registrar cada momento durante a amostragem. </li><li> Pré-label e organizar frascos de coleta para eficiência máxima e mínima probabilidade de confusão durante a amostragem. </li><li> A fim de economizar tempo durante a amostragem, prepare todos os materiais e equipamentos de antemão. Incluir extras de qualquer coisa que possa quebrar ou é facilmente perdido (agulhas, seringas, torneiras, etc), e coloque em uma bolsa de transporte, uma balde ou outro recipiente. </li><li> Esteja preparado para registrar todos os pontos de atraso do tempo que pode acontecer devido ao mau funcionamento do equipamento ou outras circunstâncias imprevistas, e que podem ser facilmente corrigidos durante a análise de dados, ajustando o tempo associado com uma determinada amostra. </li></ol></li><li> Coleta de Amostras <ol><li> Anexar e selar a tampa do compartimento para a âncora câmara de pré-instalado, e iniciar um cronômetro. Este é T 0. </li><li> Imediatamente após a selagem da tampa collect uma amostra de ar ambiente a partir de um local adjacente à câmara, à altura aproximada da parte superior da câmara: com um vazio de 30 ml de seringa equipada com uma agulha e uma torneira de passagem na posição aberta, estabelecer uma amostra de 30 ml de ar e fechar o torneira. Este é o exemplo T 0. Como alternativa, apanhe a amostra T 0 da câmara 6. Nota: existem compensações entre as duas abordagens - avaliar espacial (distância do local ou microclima externo para amostras fora) vs tempo (delay entre o fechamento da tampa e coleta de amostras para amostras dentro) Considerações e determinar a técnica mais apropriada para o equipamento a ser utilizado e o sistema em estudo. </li><li> Com a agulha da seringa, perfurar o septo de um frasco de 5,9 ml de recolha, que já tem uma outra agulha empurrado através perto da borda do septo. </li><li> Abra a torneira da seringa e injetar cerca de 20 ml de amostra para o frasco (isso faz com que o conteúdo anterior dofrasco para ser expelido através da agulha adicional, substituída por amostra). </li><li> Em um movimento suave, remover a agulha extra, enquanto continua a injectar o máximo da amostra restante (cerca de 10 ml) quanto possível, ligeiramente sobre-pressurização do frasco de forma a garantir a integridade da amostra e permitir a análise de múltiplas amostras, se necessário 8. </li><li> Fechar a torneira e retirar a agulha da seringa do septo. Vire o frasco de cabeça para baixo cheios de distinguir de frascos vazios. </li><li> Vá para a próxima câmara, repita os passos 3.2.1-3.2.6, selando a tampa do pré-determinado ponto T 0 hora correta. </li><li> Continue a repetir os passos 3.2.1-3.2.7 até que todas as câmaras na rodada foram selados e T 0 amostras foram coletadas. </li><li> Voltar para a primeira câmara. </li><li> À medida que o tempo aproxima-se 10 segundos até 1 t, perfurar o septo no topo da câmara, com a agulha de uma seringa. </li><li> Dentro de um segundo conjunto de T 1, sagacidade 10hdraw uma amostra de 30 ml de ar do interior da câmara e fechar a torneira. Retire a agulha da seringa do septo câmara. </li><li> Transfira a amostra para um frasco de recolha seguinte passos 3.2.3-3.2.6. </li><li> Continuar a recolher amostras seguindo os passos 3.2.10-3.2.12, de acordo com o plano de amostragem estabelecido na seção 2.4. </li></ol></li><li> Medidas acessórias <ol><li> A fim de converter a concentração de gás em massa, medir a temperatura do ar no momento da amostragem. Dependendo dos objetivos de pesquisa, registro ou executar outras medidas acessórias, tais como temperatura do solo e umidade do solo em cada local e / ou tempo, a precipitação diária, densidade do solo, o nitrato do solo e as concentrações de amônio, etc Existem vários meios para obter estas medidas - seguir protocolos padrão. </li><li> Opcionalmente, coletar amostras de ar ambiente e / ou padrões de campo de carga de concentrações conhecidas em frascos para determinar as concentrações de GEE ambiente e potencial de degradação i armazenamento de frascon o período entre a colheita ea análise (ver secções 2.4.1.4 e 2.4.1.5). </li></ol></li></ol> 4. Análise Amostra <ol><li> Determinar a concentração de gases de interesse para cada amostra por cromatografia gasosa, utilizando equipamento equipado com um detector de captura de elétrons para o N 2 O, um analisador de gás infravermelho ou detector de condutividade térmica para o CO 2, e um detector de ionização de chama para CH 4. Nota: É essencial para obter acesso a um instrumento que está devidamente configurado para análise de GEE e tem tempo de execução suficiente disponível. Princípios e métodos de cromatografia gasosa são descritos em outros lugares 5,15,16. </li><li> Converta concentração de gases traços de volumétrica de massa utilizando a Lei do Gás Ideal: </li></ol> PV = nRT Onde P = pressão, V = volume, n = moles de gás, R = constante da lei do gás, e T = temperatura. Assim: <img alt="Equação 1" fo: content-width='"4' polegadas src="/files/ftp_upload/52110/52110eq1.jpg" files width='"400"'> 5. Análise de Dados <ol><li> Para cada série de tempo, enredo tempo-a-concentração e avaliar para linearidade. Avalia usando a bondade de ajuste ou por inspeção visual, excluindo momentos posteriores mostrando sinais de planalto de uma análise mais aprofundada. Usar um mínimo de três pontos de tempo, incluindo a T 0 para o cálculo do fluxo (T 0, T 1, T 2, ...). Estabelecer um protocolo consistente, e rejeitar qualquer série de tempo que não cumprem as normas desse protocolo para linearidade. Veja Parkin e Venterea 8 para uma discussão aprofundada de erro, viés, e variação no cálculo de fluxo. </li><li> Realize a regressão linear. </li><li> Utilizar o declive da regressão para calcular o fluxo: </li></ol> F = S • V • A -1 Onde F = fluxo, S = inclinação da regressão, V = volume da câmara, e A = câmaraárea. Assim: <img alt="Equação 2" fo:content-width="1.3in" src="/files/ftp_upload/52110/52110eq2.jpg" width="130"> Nota: Consulte a Discussão e 12 Parkin et al para abordagens não-lineares de fluxo de cálculo..

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</ol>

Os autores não têm nada a divulgar.

<html> A abordagem baseada em câmara estática aqui descrito é um método eficiente para a medição de gases de efeito estufa de fluxo de sistemas de solo. A relativa simplicidade de seus componentes torna especialmente adequado para condições ou sistemas nos quais métodos mais intensivos em infra-estrutura são inviáveis. De modo a gerar dados de alta qualidade, no entanto, a abordagem câmara estática deve ser realizada com muita atenção ao desenho experimental 6. Uma consideração notável que deve ser levado em conta é a variabilidade espacial dos fluxos de gases do solo, o que pode resultar em alta variabilidade entre as medições baseadas em câmaras idênticas. Na concepção de experiências, por conseguinte, é importante incluir repetições suficientes para fornecer a energia adequada para a análise estatística. Podem existir compensações entre o número de tratamentos que podem ser estudadas, mantendo replicação suficiente, e um mínimo de quatro repetições por tratamento é uma diretriz geral 14. ONTEÚDO &quot;&gt; Se fluxos medidos serão utilizados para estimar as emissões diárias, devem ser tomadas em consideração as variações diurnas na temperatura do ar, temperatura do solo, e as emissões de gases. Se as metas de pesquisa exigem medidas a serem obtidos no meio da manhã, quando as temperaturas médias diárias refletem, a janela restrita para amostragem pode afetar o número de câmaras que puderem ser monitorados. Uma consideração adicional a ser avaliado é o impacto que a inclusão ou exclusão das raízes das plantas e biomassa acima do solo terá sobre os fluxos de gases. Câmara posicionamento relativo para plantar tecido vai afetar a interpretação dos dados de fluxo, especialmente no caso de CO 2, onde não só a respiração microbiana, mas também raízes e parte aérea respiração e fotossíntese deve ser devidamente equilibrada. Para discussão adicional desses fatores, consulte Parkin e Venterea 8. Como observado anteriormente, muitas variações sobre esta metodologia existe, incluindo o projeto de câmara e amostragemvolume. Uma tal variação é o método utilizado para transferir amostras entre a seringa e recolha frasco. A técnica descrita aqui libera primeiro no vidro de coleta com a amostra antes de encher o frasco de pressão positiva 5. A técnica mais vulgarmente utilizada é a transferência de amostras a partir de seringas para frascos que tenham sido pré-evacuado através de uma bomba de vácuo, e o uso de frascos não evacuados sem lavagem também foi avaliado 8,17. Outro ponto importante, onde existe uma variedade de abordagens está na análise de dados ea seleção do modelo de fluxo mais adequado para o sistema em estudo. Para além do método de regressão linear descrito aqui, os modelos não lineares podem também ser empregues, em particular quando os tempos de implantação maiores são utilizados. Estes modelos incluem o algoritmo desenvolvido por Hutchinson e Mosier 18 e derivações disso 19,20, o procedimento quadrática descrito por Wagner et ai. 21, e o não-estacionário-estado estimador fluxo difusivo descrito por Livingston et al 22. Para uma discussão completa de modelos de fluxo não-lineares, referem-se a 12 de Parkin et al. E Venterea et al 23. Métodos semelhantes para a abordagem câmara estática incluem a utilização de sistemas de medição de escoamento com Fourier transferência de infravermelho (FTIR) de espectrometria como uma alternativa à seringa, cromatografia de amostragem e de gás, bem como a automatização de fecho da câmara de amostragem e através de vários meios. Os sistemas automatizados permitem medições mais freqüentes com pessoal reduzido, mas também necessitam de investimentos em infraestrutura adicionais. Graça et al. 24 fornecer um resumo alargado de opções e compensações em automatizado N baseada em câmara de 2 O medição. Caracterização do fluxo de gases de efeito estufa a partir de ambos administrados e sistemas naturais é importante para informar os modelos baseados em processos, compreender os impactos da managemepráticas nt e informar estratégias de mitigação e apoiar contabilidade global e modelagem de mudanças climáticas. Assim, enquanto estudos individuais são informativos na escala local, muito valor adicional é obtido através contribuindo para, e desenho de um corpo global de conhecimento sobre as trocas gasosas entre a paisagem ea atmosfera. É fundamental, portanto, que os dados sejam coletados e relatados de uma forma que garante a longevidade e interoperabilidade com a base de conhecimento mais ampla. Isto inclui as melhores práticas para garantir a qualidade dos dados, bem como a recolha de medidas auxiliares e relatórios abrangentes de metadados para permitir a extensão dos resultados para além de estudos discretos. Excelentes orientações para a comunicação de dados estão disponíveis a partir do projeto GRACEnet eo GRA 25.

Compreender as contribuições das atividades humanas e dos sistemas naturais para as propriedades radiativas da atmosfera é uma área de importância crítica à medida que nos esforçamos para mitigar as contribuições antropogênicas para o efeito estufa. Além do dióxido de carbono (CO2), o óxido nitroso (N2O) e o metano (CH4) também são GEEs potentes, respondendo por cerca de 7% e 19% do aquecimento global, respectivamente, com a maioria das emissões provenientes de fontes de paisagem1,2. Estes variam de sistemas gerenciados, como campos agrícolas, arrozais e aterros sanitários, a sistemas naturais, como solos de florestas, pântanos e cupinzeiros. A medição precisa, apoiando a modelagem bem informada de tais emissões baseadas na paisagem, é fundamental para entender os impulsionadores das mudanças climáticas, bem como para identificar oportunidades de mitigação.
Existe uma variedade de estratégias de medição de gases de efeito estufa, cada uma com seus próprios pontos fortes e fracos2-5. As técnicas de balanço de massa dependem da dispersão de gases baseada no vento e são adequadas para a medição do fluxo de fontes pequenas e bem definidas, como aterros sanitários e piquetes de animais. Abordagens micrometeorológicas, como a covariância de vórtices, são baseadas na medição direta em tempo real do fluxo vertical de gás e podem fornecer medições diretas em grandes áreas. No entanto, a homogeneidade na topografia da fonte é uma suposição implícita (na medida em que as medições produzem uma média para a área em estudo), e a infraestrutura dispendiosa pode limitar as possibilidades de implantação. Finalmente, os métodos baseados em câmara se concentram na mudança na concentração de gás na superfície do solo por amostragem de um headspace restrito acima do solo. Eles permitem que as medições sejam obtidas em pequenas áreas e numerosos tratamentos, mas estão sujeitos a altos coeficientes de variação devido à variação espacial no fluxo de gases do solo.
Aqui discutimos a forma mais prevalente e facilmente implementada de medição baseada em câmara, utilizando o tipo de câmaras fechadas sem fluxo de ar comumente chamadas de câmaras "estáticas" ou "sem fluxo de estado estacionário". Nesta abordagem, as emissões de gases da superfície do solo são retidas dentro de uma câmara ventilada e as taxas de fluxo são determinadas medindo a mudança na concentração de gás ao longo do tempo dentro do headspace da câmara. A técnica de câmara estática tem sido amplamente implantada em paisagens gerenciadas e naturais e sustenta a maior parte dos dados que relatam o fluxo de gases de efeito estufa baseado no solo, particularmente N2O6,7. É ideal para o estudo de pequenas parcelas experimentais, diversos locais em terrenos variáveis ou em outras situações em que vários locais distintos devem ser estudados sem investimentos significativos em infraestrutura. Os usos experimentais típicos podem incluir a exploração de práticas alternativas de manejo da paisagem e seu impacto nas emissões de CO2, N2O e/ou CH4 baseadas no solo, exame da dinâmica do fluxo baseado na paisagem em cenários de mudança climática induzidos artificialmente, como aquecimento e exclusão/suplementação de chuvas, ou o estudo descritivo de ecossistemas e subsistemas naturais e agrícolas.
Como uma ferramenta crítica na medição de GEE e estimativa de fluxo, o método da câmara estática foi minuciosamente avaliado e esforços significativos foram feitos para padronização de técnicas e harmonização de relatórios de dados4,6,8,9. Destacam-se as revisões e diretrizes detalhadas produzidas pela rede de Redução de Gases de Efeito Estufa por meio do Aprimoramento do Carbono Agrícola (GRACEnet) do Departamento de Agricultura dos EUA – Serviço de Pesquisa Agrícola8 e pela Aliança Global de Pesquisa sobre Gases de Efeito Estufa Agrícolas (GRA)9. Essas diretrizes fornecem um recurso e uma plataforma inestimáveis para coordenação, pois, em última análise, a interoperabilidade de dados de uma miríade de estudos é fundamental para ampliar as descobertas locais para modelagem global e para traduzir os resultados da pesquisa em estratégias de mitigação viáveis.
GRACEnet, GRA e outras revisões também destacam o fato de que técnicas específicas na medição de fluxo de gases de efeito estufa baseadas em câmaras estáticas são extremamente diversas, com variações metodológicas significativas possíveis em quase todas as etapas do caminho, incluindo projeto de câmara, implantação temporal e espacial, volumes de amostragem, análise de amostras e cálculos de fluxo. O método descrito aqui apresenta uma variante possível, ao mesmo tempo em que apresenta as melhores práticas e destaca considerações críticas para a geração de dados de alta qualidade e amplamente transferíveis. Destina-se a fornecer uma visão geral acessível desse procedimento padronizado e uma plataforma para explorar outras nuances e variações descritas na literatura.

<table><tbody><tr><td>5,9 ml de vidro de soda fundo plano 55 x 15,5 mm</td><td>Frascos de coleção</td><td>Labco Limited</td><td>719W</td></tr><tr><td>Tampas de rosca de 16,5 mm com septo de borracha perfurável</td><td>Labco Limited</td><td>VC309</td><td>Tampas para frascos de</td></tr><tr><td>90 poços de plástico rack de frascos, 17,1 mm de diâmetro interno</td><td>Wheaton</td><td>868810</td><td>Rack para organizar frascos</td></tr><tr><td>Agulhas chanfradas regulares 23 G x 1"</td><td>BD</td><td></td><td>305193 Agulhas para coleta de amostras</td></tr><tr><td>Torneiras com conexões luer, 1 via, deslizamento masculino</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-30600-01</td><td>Torneiras para seringas</td></tr><tr><td>Seringa de 30 ml, ponta deslizante</td><td>BD</td><td>309651</td><td>Seringas para coleta de amostras</td></tr><tr><td>Cronômetro ou temporizador</td><td>Vários</td><td>N/A</td><td>Para amostragem de campo de temporização</td></tr><tr><td>Panelas de aço inoxidável ou galvanizado com borda, ou câmaras e tampas fabricadas em aço inoxidável ou PVC, dimensões conforme apropriado ao sistema experimental</td><td>Vária</td><td>âncora e tampa da câmara N/A - fundo cortado da âncora, orifícios para septo e tubo de ventilação furado na tampa</td><td></td></tr><tr><td>Rolhas de butilo cinza 20 mm</td><td>Wheaton</td><td>W224100-173</td><td>Septos da câmara para amostragem de seringa - inserir no orifício furado na tampa superior</td></tr><tr><td>Tubo Tygon 4,0 mm I.D. x 5,6 mm O.D.</td>Tubo de ventilação <td>da Câmara Z685623</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>- insira no orifício perfurado no lado da tampa, nivelado com o exterior, aproximadamente 25 cm enrolado no interior da tampa (uma ponta de seringa de 1 ml pode ser usada como mecanismo de fixação)</td></tr> <tr><td>Fita adesiva de espuma de borracha ou anel O HDPE</td><td>Vários</td><td>mecanismos de vedação da câmara N/A - fixados na parte inferior da borda da tampa</td><td></td></tr><tr><td>Isolamento refletivo, 0.3125" de espessura</td><td>Lowe's</td><td>409818</td><td>Revestimento isolante e reflexivo - fixe no exterior da tampa da câmara</td></tr><tr><td>Grandes clipes de pasta de metal, tamanho de 2" com capacidade de 1", ou trava de tração fabricada conforme apropriado</td><td>Grampos / McMaster</td><td>831610 (Grampos) / 1863A21 (McMaster)</td> <td>Mecanismo de fixação da tampa - para fixar a tampa à âncora durante a amostragem</td></tr><tr><td>Equipamento de cromatografia gasosa equipado com detector de captura de elétrons para óxido nitroso, analisador de gás infravermelho ou detector de condutividade térmica para dióxido de carbono, detector de ionização de chama para metano</td><td>Vários</td><td>N/A</td><td>para análise de amostras</td></tr></tbody></table>

medição do fluxo de gases com efeito de solos agrícolas usando chambers estáticos

Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers

A medição dos fluxos de gases de efeito estufa (GEE) entre o solo e a atmosfera, em ecossistemas manejados e não gerenciados, é fundamental para a compreensão dos fatores biogeoquímicos das mudanças climáticas e para o desenvolvimento e avaliação de estratégias de mitigação de GEE baseadas na modulação das práticas de manejo da paisagem. O método estático baseado em câmara descrito aqui baseia-se na captura de gases emitidos pela superfície do solo dentro de uma câmara e na coleta de amostras do headspace da câmara em intervalos regulares para análise por cromatografia gasosa. A mudança na concentração de gás ao longo do tempo é usada para calcular o fluxo. Este método pode ser utilizado para medir o fluxo de dióxido de carbono, óxido nitroso e metano baseado na paisagem e para estimar diferenças entre tratamentos ou explorar a dinâmica do sistema ao longo de estações ou anos. Os requisitos de infraestrutura são modestos, mas um projeto experimental abrangente é essencial. Esse método é facilmente implantado em campo, está em conformidade com as diretrizes estabelecidas e produz dados adequados para estudos de emissões de GEE em larga escala.

Antes de iniciar um projeto de pesquisa com câmaras estáticas, é importante entender o fluxo de trabalho em geral, e da organização de in silico, campo e elementos em laboratório (Figura 1). Fornecida delineamento experimental cuidadoso e calibração do sistema (Figura 2), a análise de dados, em geral, ser relativamente simples. A taxa de fluxo é determinado para cada câmara e do tempo de amostragem por tempo de regressão da concentração por meio de um modelo de fluxo pré-determinada adequada para o sistema (Figura 3). No entanto, mesmo seguindo as melhores práticas, as dificuldades podem ser encontradas, e controle de dados em bruto de qualidade é fundamental. Por exemplo, a falha de um selo de câmara ou frascos de amostras com vazamento pode resultar em valores de concentração anômala. Estes são facilmente identificados através de inspeção visual de parcelas de concentração de séries temporais (Figura 4), ​​com CO 2 séries de tempo, muitas vezes servindo como particularmente useful indicador devido ao fluxo tipicamente mais robusta e contínua de CO 2 em comparação com, por vezes, insignificante, de detecção de quase-limite, ou mesmo fluxos negativos de N 2 O ou CH 4. Uma vez que a qualidade dos dados tenha sido confirmado, os resultados podem ser utilizados para comparar a dinâmica de fluxo de gás entre os tratamentos, ou ao longo de um período (Figura 5). Como pode ser visto a partir de maio e junho os valores de fluxo e barras de erro, a variação causada pela heterogeneidade espacial do fluxo pode ser significativo, e muito mais pronunciada em condições que produzem altas taxas de fluxo. Essa variabilidade não é incomum, e ressalta a importância da replicação suficiente nesta técnica. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig1highres.jpg" width="600"> Resumo Fluxo Figura 1.. Vários elementos deste protocolo irá ser levada a cabo na fase de planeamento, no campo, em laboratório, e in silico. As setas indicam a seqüência de fluxo de trabalho, começando com desenho da câmara (e construção, se necessário), e concluindo com a análise de dados. Várias caixas / setas entre amostragem de campo e análise de amostras representam a possibilidade de várias datas de amostragem ao longo de um experimento. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig2highres.jpg" width="400"> Um esquema de sincronismo exemplo para a recolha de amostras de várias câmaras simultaneamente tempo Figura 2. Amostra.. Números da Câmara são indicados em pontos esquerdo e de tempo na parte superior, com tempos de amostragem listadas em minutos inteiros dentro da grade. Neste exemplo, quatro séries de tempo separado de 36 min cada (um para cada câmara) são realizadas no espaço de 46 min, com 12 min espaçamento entre momentos de tempo dentro de uma série, e 2 min tempo de caminhada entre as câmaras. Para este exemplo hipotético, o suitability de séries de tempo de 36 min teria sido determinada por calibração prévia. Enquanto tempo uniformemente espaçados não é necessário, muitas vezes simplifica o esquema de amostragem. Como alternativa, os pesquisadores podem gravar individualmente cada tempo de amostragem para determinar os intervalos de amostragem. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig3highres.jpg" width="600"> Figura 3. Cálculo do fluxo. Uma série típica estática câmara de tempo, consistindo em N 2 O concentrações medidas em quatro pontos no tempo ao longo de um período de amostragem de 36 min. A regressão linear é exibido, o declive da taxa de fluxo, que produz. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig4highres.jpg" width="600"> Figura de controle 4. Qualidade. Pareado séries temporais a partir do mesmo conjunto de amostras, mas diferentes gases são mostrados na whivazamento frasco ch foi identificado por inspecção visual (ponto vermelho). A) CO 2 concentração ao longo do tempo. B) N 2 O a concentração ao longo do tempo. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig5highres.jpg" width="600"> Figura 5. Resultados Synthesis. N2O taxa de fluxo de um campo agrícola, ao longo de uma única estação de crescimento. Valores de fluxo representam a média de seis câmaras, usando séries temporais de quatro pontos. As barras de erro são de erro padrão.

Este artigo mostra o método baseado em câmara estática para medição do fluxo de gases de efeito estufa dos sistemas de solo. Com investimentos em infraestrutura relativamente modestos, as medições podem ser obtidas de vários tratamentos/locais e em prazos que variam de horas a anos.

Medição do fluxo de gases com efeito de Solos Agrícolas Usando Chambers estáticos

Measurement of greenhouse gas (GHG) fluxes between the soil and the atmosphere, in both managed and unmanaged ecosystems, is critical to understanding the ...

O objetivo geral deste procedimento é medir o fluxo de gases traços de solos sob diferentes tipos de vegetação ou práticas de manejo. Isso é feito capturando gases emitidos da superfície do solo dentro de uma câmara e medindo a mudança na concentração ao longo do tempo para o parasita. Uma âncora cilíndrica ou retangular é colocada primeiro no solo para evitar o fluxo lateral de gases.Quando estiver pronto para a amostragem, uma tampa é selada no topo da âncora, retendo as emissões do sistema de solo. As amostras são então coletadas do headspace da câmara com várias amostras coletadas ao longo de um curso de tempo predeterminado. As amostras são posteriormente analisadas por cromatografia gasosa para determinar a concentração dos gases de interesse.A concentração de gás é então plotada em relação ao tempo, e o conjunto de dados é submetido a regressão linear ou linear de curva usando um modelo de fluxo predeterminado apropriado para o sistema, a fim de determinar a taxa de fluxo Os fluxos de gás podem ser comparados entre tratamentos ou entre estações. Para explorar a dinâmica do sistema, esses métodos podem ajudar a responder a perguntas sobre como as emissões de gases de efeito estufa, como dióxido de carbono, óxido nitroso ou metano do solo, são afetadas pelas práticas de manejo e pelo clima. A principal vantagem dessa técnica sobre outras abordagens para medir gases de efeito estufa é que ela fornece a capacidade de monitorar muitos locais ao mesmo tempo com equipamentos relativamente baratos.Este não é um método novo, mas tem sido usado por pesquisadores ao longo de vários anos. Na verdade, o protocolo de amostragem que descreveremos foi documentado em publicações feitas por pesquisadores associados ao programa Grace net A-U-S-D-A, ou pela Global Research Alliance e International Group. O objetivo de nossa publicação, então, é demonstrar essa técnica visualmente.Para aqueles que não tiveram experiência com isso, existe uma variedade de designs de câmara. Cada câmara contém duas partes, uma âncora que é inserida no solo e uma tampa que é colocada em cima da âncora. Durante a medição do fluxo, as câmaras devem ser construídas com material resistente e não reativo, como aço inoxidável ou PVC, e devem ser isoladas e cobertas com material reflexivo para evitar o acúmulo de calor durante a medição, o sistema deve incluir um mecanismo para selar a tampa na âncora, um septo para permitir a coleta de amostras e tubo de ventilação para evitar mudanças de pressão durante a implantação da câmara e remoção da amostra.Ao projetar a forma e o tamanho da câmara, considere fatores espaciais, como espaçamento entre linhas de culturas, faixas de fertilizantes e altura da planta. Observe que existem compensações entre a altura da câmara e a sensibilidade de detecção. Aqui, usaremos câmaras cilíndricas simples construídas a partir de panelas utilitárias pelo menos um dia antes da amostragem.Instale âncoras de câmara no solo nos locais desejados, aplique pressão uniforme em todos os pontos para que a âncora não entorte as âncoras de afundamento no solo a uma profundidade de pelo menos oito centímetros, com não mais de cinco centímetros restantes acima da superfície do solo. As âncoras devem ficar o mais próximo possível da superfície do solo para minimizar os efeitos do microclima e a formação de poças de água, a fim de calcular o volume do headspace da câmara. A altura da âncora acima da superfície do solo deve ser medida no momento da instalação e sempre que ocorrer uma mudança significativa na superfície do solo antes do início do experimento, é necessário determinar um curso de tempo de amostragem adequado a seguir.O tempo ideal dependerá do sistema em estudo e das câmaras que estão sendo usadas. A calibração do curso do tempo pode ser realizada por amostragem intensiva no espaço de uma hora. Sob condições que se espera que produzam um fluxo relativamente alto de gases residuais de interesse.A concentração pode então ser plotada em relação ao tempo para visualizar a dinâmica flexível do sistema e determinar a duração mais apropriada da implantação da câmara, espaçamento de ponto de tempo e modelo flexível linear ou não linear a ser usado na análise de dados. Aqui mostramos as concentrações de dióxido de carbono e óxido nitroso medidas várias horas após uma chuva forte e um curso de tempo de amostragem sugerido que permitiria a regressão linear neste sistema experimental. No mínimo, um curso de tempo deve incluir três, de preferência quatro pontos de tempo de amostragem com base no tempo ideal que divide um esquema de amostragem que cobre todos os locais, tratamentos ou réplicas e permite que o pessoal se mova pelos locais da câmara com eficiência.Isso pode exigir a divisão dos locais da câmara em rodadas que podem ser amostradas uma após a outra, construir rodadas a partir de blocos de réplicas em vez de tratamento por tratamento. A fim de evitar vieses e planejar o tempo de amostragem, o tempo de caminhada entre os locais, bem como o tempo para a coleta de quaisquer medidas acessórias. Lembre-se de que, se as medições forem usadas como representativas de um dia inteiro, as amostras devem ser coletadas em um horário que reflita as temperaturas médias diárias, normalmente do meio ao final da manhã em cada data de amostragem, siga o plano de amostragem e o tempo predeterminados, pois as concentrações serão plotadas em relação ao tempo.É fundamental planejar e/ou registrar os tempos de amostragem com precisão antes da pré-rotulagem da amostragem e organizar os frascos de coleta para máxima eficiência e reduzir a probabilidade de confusão durante a amostragem. É necessário um frasco por ponto de tempo por câmara, colete equipamentos adicionais, incluindo uma seringa, parada, torneira, agulhas e um cronômetro. O equipamento e o volume da amostra podem variar dependendo dos métodos de coleta e transferência empregados.No primeiro local a ser amostrado, coloque e sele uma tampa da câmara na âncora pré-instalada. Imediatamente após selar a tampa, inicie um cronômetro. Este é o tempo zero ou T zero com uma seringa vazia de 30 mililitros equipada com uma agulha e torneira de parada na posição aberta.Retirar uma amostra de ar de 30 ml de um local adjacente à câmara, à altura aproximada do topo da câmara, e fechar a torneira de bloqueio. Esta será a amostra de dois zeros, que agora deve ser transferida para um frasco de coleta com a agulha da seringa. Perfure o septo de um frasco de coleta que já tenha outra agulha inserida perto da borda do septo.Abra a seringa, pare a torneira e injete aproximadamente 20 mililitros da amostra no frasco. Em seguida, em um movimento suave, remova a agulha extra enquanto continua a injetar o máximo possível da amostra restante. Pressurização ligeiramente excessiva do frasco.Feche a torneira de parada e retire a agulha da seringa do septo. Insira a agulha extra no próximo frasco para injetáveis a ser usado e vire o frasco cheio de cabeça para baixo para distingui-lo dos frascos não cheios. No método de lavagem de transferência de amostra mostrado aqui, a injeção inicial da amostra resulta na limpeza do conteúdo anterior dos frascos através da agulha extra.Então, quando a agulha extra é removida, o frasco é preenchido até uma pressão positiva com amostra como alternativa ao método de lavagem. As amostras podem ser carregadas em frascos pré-evacuados ou não evacuados. Depois de concluir a coleta de uma amostra, prossiga para o próximo local da câmara e repita esse processo.Selando a tampa no ponto de tempo predeterminado correto. Ao colocar as tampas, certifique-se de que uma boa vedação seja alcançada sem lacunas ou detritos, permitindo que o vazamento continue até que todas as câmaras tenham sido seladas e as amostras T zero tenham sido coletadas. Em seguida, retorne à primeira câmara para coletar uma amostra T um.À medida que o tempo se aproxima, 10 segundos até que T um perfure o septo da tampa da câmara com uma agulha de seringa dentro de um intervalo de dez segundos de T um, retire uma amostra de 30 mililitros de ar de dentro da câmara e feche a torneira de parada. Remova a agulha do septo da câmara. Transfira a amostra para um frasco de coleta l.Continue a se mover pelas câmaras até que todas as amostras tenham sido coletadas. A temperatura do ar no momento da amostragem deve ser registada. A medição da temperatura do solo e do teor de água também é recomendada e outras medidas auxiliares, como densidade aparente do solo e nitrato e amônio do solo, podem ser necessárias periodicamente, dependendo dos objetivos da pesquisa.Amostras de ar ambiente também podem ser coletadas para aproximação de T zero ou para uso em modelos de fluxo não linear. Determinar a concentração dos gases de interesse para cada amostra por cromatografia em fase gasosa. Usando equipamentos equipados com um detector de captura de elétrons para óxido nitroso, um analisador de gás infravermelho ou detector de condutividade térmica para dióxido de carbono e um detector de ionização de chama.Para o metano, converta a concentração de gás traço de unidades volumétricas em massa usando a lei dos gases ideal para cada gráfico de série temporal. O tempo por concentração segue um procedimento de controle de qualidade consistente para a identificação e remoção de pontos temporais suspeitos ou séries temporais, que podem ser causados por vazamento na câmara ou frasco ou mau funcionamento do instrumento. Por exemplo, aqui mostramos séries temporais de dióxido de carbono e óxido nitroso do mesmo conjunto de amostras.A queda na concentração observada para T um em comparação com outros pontos de tempo, sugerindo uma tendência de aumento na concentração, é provavelmente devido ao vazamento do frasco. A inspeção visual de gráficos de séries temporais permite que tais problemas sejam identificados. Se estiver usando um modelo de fluxo linear, avalie o gráfico quanto à linearidade, usando a qualidade do ajuste ou por inspeção visual, pontos de tempo posteriores mostrando sinais de platô podem ser removidos, desde que um mínimo de três pontos de tempo, incluindo T zero, sejam retidos para o cálculo do fluxo.Depois que a qualidade dos dados for confirmada, execute a regressão linear e use a inclinação da regressão para calcular o fluxo. Lembre-se de que, em alguns casos, um modelo de fluxo não linear pode ser mais apropriado do que um modelo linear. As taxas de fluxo podem ser rastreadas entre os tratamentos ou ao longo do tempo.Para explorar a dinâmica do sistema ao usar esse método, é importante ter em mente que as chaminés de gases de efeito estufa variam em resposta ao clima, à perturbação do solo e às práticas de manejo agrícola, e que as datas de amostragem devem ser organizadas para capturar essa variabilidade. A amostragem semanal é típica, com amostragem mais frequente em torno de eventos como chuva, preparo do solo e aplicação de esterco ou fertilizante. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como projetar e conduzir um programa de medição baseado em câmara de fluxos de gases de efeito estufa e sistemas de solo.

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