Методическая статья

Измерение содержания парниковых газов Flux от сельскохозяйственных почв с использованием статических палаты

46.4K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/52110

⸱

3 августа 2014 г.

 ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

В этой статье демонстрируется метод измерения потока парниковых газов из почвенных систем на основе статической камеры. При относительно скромных инвестициях в инфраструктуру измерения могут быть получены с помощью нескольких методов обработки/мест и в течение периода времени от нескольких часов до нескольких лет.

Аннотация

Измерение потоков парниковых газов (ПГ) между почвой и атмосферой, как в управляемых, так и в неуправляемых экосистемах, имеет решающее значение для понимания биогеохимических факторов изменения климата, а также для разработки и оценки стратегий смягчения последствий выбросов ПГ, основанных на модуляции методов управления ландшафтом. Описанный здесь метод на основе статической камеры основан на улавливании газов, выделяемых с поверхности почвы внутри камеры, и сборе проб из верхнего пространства камеры через равные промежутки времени для анализа с помощью газовой хроматографии. Для расчета потока используется изменение концентрации газа с течением времени. Этот метод может быть использован для измерения ландшафтного потока углекислого газа, закиси азота и метана, а также для оценки различий между обработками или изучения динамики системы в течение сезонов или лет. Требования к инфраструктуре невелики, но необходим комплексный план эксперимента. Этот метод легко развертывается в полевых условиях, соответствует установленным рекомендациям и позволяет получать данные, пригодные для крупномасштабных исследований выбросов парниковых газов.

Введение

Понимание вклада как человеческой деятельности, так и природных систем в радиационные свойства атмосферы является областью критической важности, поскольку мы стремимся смягчить антропогенный вклад в парниковый эффект. В дополнение к углекислому газу (CO2), закись азота (N2O) и метан (CH4) также являются мощными парниковыми газами, на долю которых, по оценкам, приходится 7% и 19% глобального потепления соответственно, причем большая часть выбросов приходится на ландшафтные источники1,2. Они варьируются от управляемых систем, таких как сельскохозяйственные поля, рисовые поля и свалки, до природных систем, таких как лесная подстилка, водно-болотные угодья и термитники. Точное измерение, поддерживающее обоснованное моделирование таких выбросов на основе ландшафта, имеет решающее значение для понимания движущих сил изменения климата, а также для выявления возможностей смягчения последствий.

Существует множество стратегий измерения парниковых газов, каждая из которых имеет свои сильные и слабые стороны2-5. Методы баланса массы основаны на дисперсии газов на основе ветра и подходят для измерения потоков из небольших, четко определенных источников, таких как свалки и загоны для животных. Микрометеорологические подходы, такие как вихревая ковариация, основаны на прямом измерении вертикального потока газа в режиме реального времени и могут обеспечить прямые измерения на больших площадях. Тем не менее, однородность топографии источника является неявным предположением (в том смысле, что измерения дают среднее значение для изучаемой области), а дорогостоящая инфраструктура может ограничивать возможности развертывания. Наконец, методы на основе камер сосредоточены на изменении концентрации газа на поверхности почвы путем отбора проб из ограниченного надземного пространства. Они позволяют проводить измерения на небольших площадях и при многочисленных обработках, но подвержены высоким коэффициентам вариации из-за пространственных вариаций потока почвенных газов.

Здесь мы обсуждаем наиболее распространенную и легко реализуемую форму измерения на основе камеры, использующую тип закрытых камер без потока воздуха, обычно называемых «статическими» или «нестационарными камерами без потока». При таком подходе выбросы газов с поверхности почвы улавливаются в вентилируемой камере, а скорость потока определяется путем измерения изменения концентрации газа с течением времени в пространстве камеры. Метод статической камеры широко используется как в управляемых, так и в естественных ландшафтах и лежит в основе основной массы данных, сообщающих о потоках парниковых газов в почве, в частности N2O6,7. Он идеально подходит для изучения небольших экспериментальных участков, разнообразных участков на изменчивой местности или в других ситуациях, когда необходимо изучить несколько различных мест без значительных инвестиций в инфраструктуру. Типичные экспериментальные виды использования могут включать изучение альтернативных методов управления ландшафтом и их влияния на выбросыCO2, N2O и/илиCH4 в почве, изучение динамики потоков на основе ландшафта в условиях искусственно вызванных сценариев изменения климата, таких как потепление и исключение/дополнение дождевых осадков, или описательное исследование природных и сельскохозяйственных экосистем и подсистем.

В качестве важнейшего инструмента измерения ПГ и оценки потоков, метод статической камеры был тщательно оценен, и были предприняты значительные усилия по стандартизации методов и гармонизации отчетности по данным4,6,8,9. Особого внимания заслуживают подробные обзоры и руководящие принципы, подготовленные Сетью по сокращению выбросов парниковых газов через увеличение выбросов углерода в сельском хозяйстве (GRACEnet) Министерства сельского хозяйства США – Службой сельскохозяйственных исследований (GRACEnet)8 и Глобальным исследовательским альянсом по сельскохозяйственным парниковым газам (GRA)9. Такие руководящие принципы являются бесценным ресурсом и платформой для координации, поскольку в конечном итоге функциональная совместимость данных из множества исследований имеет решающее значение для масштабирования местных результатов до глобального моделирования и для преобразования результатов исследований в жизнеспособные стратегии смягчения последствий.

GRACEnet, GRA и другие обзоры также подчеркивают тот факт, что конкретные методы измерения потока парниковых газов в статической камере чрезвычайно разнообразны, со значительными методологическими вариациями, возможными почти на каждом этапе, включая проектирование камеры, временное и пространственное развертывание, объемы отбора проб, анализ проб и расчет потока. Описанный здесь метод представляет собой один из возможных вариантов, демонстрируя при этом лучшие практики и выделяя критически важные соображения для создания высококачественных, широко передаваемых данных. Он предназначен для того, чтобы предоставить доступный обзор этой стандартизированной процедуры, а также платформу для изучения дальнейших нюансов и вариаций, описанных в литературе.

Протокол

1. Палата Строительство и Якорь Установка

  1. Конструкция и построить камеры - каждый из которых состоит из анкера, который вставляется в почву и крышкой, которая размещается на верхней части якоря во время измерения потока - для удовлетворения потребностей экспериментальных.
    1. При разработке формы камеры и размер, рассмотреть пространственные факторы, такие как расстояние урожай строки, удобрения или навоз полосы и высоты растений. Потому что выступ якорей выше поверхности почвы может способствовать микроклимата эффектов и воды затоплению, рассмотреть крышки сидеть как низко к поверхности почвы, как это возможно. Потому что компромиссы существуют между высотой камеры и чувствительности обнаружения, дизайн крышки, чтобы быть максимально коротким, насколько это возможно для рассматриваемой системы.
    2. Сборка камер прочную нереактивного материалов, таких как нержавеющая сталь или ПВХ, и включать в себя механизм герметизации крышку на якоре. Изолировать крышки и накрыть светлой или светоотражающего материала, чтобы предотвратить накопление теплаво время измерения. Включите перегородку, чтобы позволить сбор образцов и вентиляционную трубку, чтобы предотвратить возмущения давления во время развертывания камеры и удаления образца. Для получения дополнительной информации см. таблицу материалов, Паркин и Venterea 8 и Клаф и др. 10.
  2. По крайней мере, за 1 день до отбора проб, установить камеры якоря в почве на желаемых сайтов. Способ установки будет зависеть от конструкции камеры, но в целом, применять равномерное давление по всем пунктам, так что якорь не коробится и не искажают структуру почвы. Раковина якорь на глубину 2.5-13 см в зависимости от типа почвы, времени развертывания и объема камеры 6,11. Оставьте как можно меньше (не более 5 см), выступающий над поверхностью почвы.

2. Калибровка и опытно-конструкторское

Примечание: Перед началом эксперимента, выполните следующие действия, чтобы определить соответствующий дискретизации временной ход, который позволит данныхчтобы соответствовать к соответствующей линейной или нелинейной модели потока (см. Parkin соавт. 12). Это потребует использование методов, описанных в шагах 3-5 (Полевые испытания, анализа проб, и анализ данных). Оптимальные сроки является функцией как изучаемой системы и размеры камер используются. Могут быть вовлечены Некоторые проб и ошибок. Смотреть Venterea 13 для альтернативных подходов.

  1. Калибровка Отбор проб и анализ
    1. Под экологическим или управления условий, как ожидается, генерировать относительно высокие потоки трассировки газа, проводить интенсивный отбор проб следующих методов, описанных в разделе 3. Использование плотно расположенные моменты времени выборки, заполнить временной ряд более длительный срок, чем будет считаться типичным. Начните с отбора проб из нескольких представительных камер в 5-10 равномерно расположенных точках времени через течение часа.
    2. Анализ образцов с помощью газовой хроматографии с последующим разделом 4.
  2. Калибровка Interpretatiна
    1. Для каждого калибровочного временных рядов и каждого интересующего газа, участок времени по-концентрации.
    2. Убедитесь, что поток ставки находятся на высоком конце ожидаемого диапазона. См. раздел 5 для расчета потока. Обратитесь к разделу 2.3 для советы по устранению неполадок.
    3. Осмотрите графики признаки нелинейности, или, точнее, на плато концентрации газа с течением времени.
      Примечание: точка, в которой концентрация начинает плато отличается от типа газа, и является функцией скорости добычи газа или потребления в почве, концентрации газа в камере свободном пространстве и диффузии между двумя зонами. Поэтому сильно зависит от высоты камеры, с более короткими камер, дающих более короткое время до плато.
    4. Используйте калибровки наборов для определения оптимальной камеры время развертывания для экспериментальной системы. Если линейная регрессия будет использоваться в анализе данных (как описано здесь в разделе 5), выберите синхронизации, который поддерживает как можно ближе к линейной реlationship, насколько это возможно между временем и концентрацией для всех газов / систем, представляющих интерес, позволяя при этом, как минимум, три, предпочтительно четыре, отбор проб раз в течение временного ряда 6. Для камер 10-30 см в высоту, используемого для CO 2 и N 2 O измерения, временные ряды, как правило, в диапазоне от 20-60 мин 8,14.
  3. Калибровка и устранение неисправностей
    1. Если есть плохое дифференциация и / или трудности взыскательных линейности или плато, использовать более плотные моменты времени калибровки или более калибровки временных рядов, и убедитесь, что концентрации находятся в пределах пределов обнаружения. Для низких темпов потока, снижение скорости накопления не могут наблюдаться в течение тестируемого периода времени. Это не должно вызывать беспокойства.
    2. Если потоки не на высоком конце ожидаемого экспериментального полигона, повторите калибровку, изменяя лечения или экологических условий, чтобы вызвать высокую поток (путем применения удобрений или полива, например). С другой стороны, наме не менее четырех точек время в опытно-конструкторских, так что если экспериментальные потоки значительно выше, чем тем, которые наблюдаются во время калибровки и на плато имеет место, более поздние моменты времени могут быть исключены при сохранении как минимум три точки времени для линейной регрессии. Также могут быть использованы криволинейные подходы регрессии.
  4. Опытно-конструкторское
    1. Исходя из оптимального срока, определенного в разделе 2.2.4, разработать общую схему выборки, которая захватывает все соответствующие сайты, процедуры, и / или повторов, и позволяет персоналу перемещаться по камере сайтов эффективно. При необходимости разделить камеры сайтов на несколько «раундов» для отбора проб один за другим.
      1. Если измерения должны быть приняты в качестве представителя целый день, образца в то время суток, когда температура умеренная по сравнению с повседневной крайностей. В типичных системах умеренных земледелия, идеальное окно с середины до конца утра.
      2. Если образцы должны быть собраныв последовательных раундов, будьте осторожны, чтобы не вводить уклон, неоднократно выборки одни и те же методы лечения, в то же время суток. Построить раундов из блоков повторах, а не препарат-лечения.
      3. Включите время внести необходимые вспомогательные меры, которые будут приняты либо в раундах или до / после, по мере необходимости. (См. раздел 3.3 для типичных вспомогательных мер.)
      4. По желанию, включают время для сбора образцов окружающего воздуха для использования в нелинейных моделей потока, или как приближение, начиная (время ноль, "T 0") концентрации (не описанной здесь).
      5. По желанию, включают время для загрузки эталонного газа во флаконы в момент отбора проб для оценки возможной деградации образца между проб и анализа. Смотреть Паркин и Venterea 8 по соображениям хранению образцов.
    2. Определить частоту измерения потоков, который подходит для научно-исследовательских целей. Это может варьироваться от одного измерения то ежедневных, еженедельных или периодические измерения над курсом нескольких месяцев или лет. См. Рошетт и др. 14. Для всестороннего обсуждения экспериментальных соображений дизайна.
    3. Если образцы должны быть собраны в холодных условиях, планировать включение потепления устройств, таких как горячий пакет с флаконах для предотвращения перегородки стать ломкими.

3. Полевые испытания

Примечание: На каждую дату отбора проб, следовать схеме выборки установленного в разделе 2.4, с помощью методов, описанных ниже. Оборудование и объем образца может варьироваться в зависимости от сбора и передачи методов, которые, занятых и количества образца, необходимого для GC анализа 8. Этот протокол использует 5,9 мл сбора флаконов и 30 мл шприцы, с помощью способа промывки передачи образца. См. обсуждение альтернативные подходы.

  1. Подготовка
    1. Если выборки из нескольких камер за раунд, подготовить точку REFE времениRence сетки (см. рисунок 2) легко отслеживать, где и когда к образцу. С другой стороны, принять меры, чтобы записывать каждый момент времени во время отбора проб.
    2. Предварительно этикетки и организовать сбор флаконы для максимальной эффективности и минимальной вероятности путаницы во время отбора проб.
    3. В целях экономии времени во время отбора проб, подготовить все материалы и оборудование заранее. Включите дополнительные из всего, что может нарушить или легко потерять (иглы, шприцы, запорные краны и т.д.), и место в кэрри тотализатор, ведро, или другую емкость.
    4. Будьте готовы записывать любые задержанные временные точки, которые могут произойти из-за неисправности оборудования или других непредвиденных обстоятельств, и которые могут быть легко исправлены в процессе анализа данных, регулируя время, связанное с определенной выборке.
  2. Отбор проб
    1. Прикрепите и запечатать крышку камеры к предварительно установленной камеры якоря, и начать секундомер. Это T 0.
    2. Сразу же после герметизации крышки CСобрать образец воздуха из места, прилегающей к камере, при приблизительном высоте камеры сверху: с пустым 30 мл шприца, снабженного иглой и запорным краном в открытом положении, рисовать пробу воздуха в 30 мл и закрывают кран. Это образец T 0. С другой стороны, взять образец Т +0 из камеры 6.
      Примечание: существуют компромиссы между двумя подходами - оценить пространственное (расстояние от сайта или внешнего микроклимата для внешних образцов) против времени (задержки между закрывающейся крышкой и отбора проб для внутренних образцов) соображения и определить наиболее подходящий метод для используемого оборудования и исследуемая система.
    3. С иглой шприца, прокалывают перегородку 5,9 мл сбора флаконе, который уже имеет другой иглы ткнул через вблизи края перегородки.
    4. Откройте шприц кран и ввести около 20 мл образца в пузырек (это вызывает предыдущее содержимоефлакон быть исключен посредством дополнительной иглой, заменены образца).
    5. В плавным движением, удалить лишние иглу, продолжая вводить как можно больше оставшихся образца (примерно 10 мл), насколько это возможно, чуть более-давления флакон, чтобы обеспечить целостность образца и позволяют анализ нескольких образцов при необходимости 8.
    6. Закройте кран и снять иглу шприца от перегородки. Включите Заполненные флакон вверх дном, чтобы отличить от незаполненных флаконах.
    7. Переходите к следующему камеры, повторите шаги 3.2.1-3.2.6, герметизации крышку на правильном заранее определенной точке Т 0 времени.
    8. Продолжайте повторять шаги 3.2.1-3.2.7, пока все камеры в туре не были запечатаны и T 0 образцы были собраны.
    9. Вернуться на первую камеру.
    10. Поскольку время не приближается 10 секунд, пока T 1, прокалывают перегородку в камере вершине с иглой шприца.
    11. В течение 10 секунд диапазоне T 1, остроумияhdraw 30 мл образца с воздухом изнутри камеры и закрыть водопроводный кран. Снимите иглу шприца из камеры перегородки.
    12. Передача образца во флакон сбора следующие шаги 3.2.3-3.2.6.
    13. Продолжайте собирать образцы следующих шагов 3.2.10-3.2.12, в соответствии со схемой выборки установленного в разделе 2.4.
  3. Вспомогательные меры
    1. Для того чтобы преобразовать концентрацию газа в массы, измерения температуры воздуха в момент отбора проб. В зависимости от целей исследования, записи или выполнения других вспомогательных мер, таких как температура почвы и влажности почвы в каждом месте и / или времени, ежедневно осадков, насыпной плотности почвы, нитрат почвы и концентрации аммония и т.д. Различные виды существуют, чтобы получить эти меры - следовать стандартные протоколы.
    2. При желании, собрать образцы окружающего воздуха и / или нагрузки стандарты полевые известных концентраций во флаконы для оценки концентрации в окружающей среде ПГ и потенциальную хранения флакона деградации Iн период между проб и анализа (см. разделы 2.4.1.4 и 2.4.1.5).

4. Анализ проб

  1. Определить концентрацию газов, представляющих интерес для каждого образца с помощью газовой хроматографии, с использованием оборудования, снабженного детектором электронного захвата для N 2 O, инфракрасной газоанализатора или детектором по теплопроводности для CO 2, и пламенно-ионизационным детектором для CH 4.
    Примечание: Очень важно, чтобы получить доступ к инструменту, что правильно настроен для анализа ПГ и имеет достаточно времени запуска в наличии. Принципы и методы газовой хроматографии, описаны в другом месте 5,15,16.
  2. Преобразование следовые концентрации газа с объемной массе с использованием газа Закон идеального:

PV = НЗТ

Где P = давление, V = объем, л = молей газа, R = газовая постоянная закона, и Т = температура. Таким образом:

figure-protocol-1

5. Анализ данных

  1. Для каждого временного ряда, участок времени по-концентрации и оценивать на линейность. Оцените с помощью степень согласия или путем визуального осмотра, за исключением поздних временных точках, имеющих признаки плато из дальнейшего анализа. Используйте как минимум три временных точках, включая T 0 для расчета потока (T 0, T 1, T 2 ...). Установите последовательную протокол, и отвергаем любые временные ряды, которые не соответствуют стандартам, что Протокол для линейности. Смотреть Паркин и Venterea 8 для тщательного обсуждения ошибок, предвзятости, и дисперсии в расчете потока.
  2. Выполните линейной регрессии.
  3. Используйте наклон регрессии для расчета потока:

F = S • V • A -1

Где F = поток, S = наклон регрессии, V = объем камеры, и = камераплощадь. Таким образом:

figure-protocol-2

Примечание: Обратитесь к дискуссии и Паркин и др. 12 для нелинейных подходов к поток расчет..

Результаты

До начала исследовательский проект со статическими камерами, важно понять общую рабочий процесс, и организация в кремнии, полевые и лабораторные основе элементов (рис. 1). При условии тщательной экспериментальной разработке и калибровке системы (рис. 2), анализ данных, как правило, быть относительно простым. Скорость потока определяется для каждой камеры и времени дискретизации посредством регрессии по времени концентрации с использованием заранее определенного модель потока, соответствующую системе (рис. 3). Тем не менее, даже после передовой практики, могут возникнуть трудности, и контроль качества исходных данных имеет решающее значение. Например, выход из строя камеры уплотнения или дырявых флаконах образцов может привести к аномальных значений концентрации. Они легко идентифицировать с помощью визуального осмотра временных рядов концентрационных участков (рис. 4), с CO 2 временных рядов часто служа в частности usefuл Показатель из-за обычно более надежной и непрерывной потока CO 2 по сравнению с иногда незначительным, почти обнаружения предельного, или даже отрицательных потоков N 2 O или CH 4. После того, как качество данных было подтверждено, результаты могут быть использованы для сравнения динамики потока газа между процедурами или над ходу сезона (рис. 5). Как видно из мае-июне значений потока, а столбец ошибки, изменение вызвано пространственной неоднородности потока может быть значительным, и более выраженный в условиях, продуцирующих высокие скорости потока. Такая изменчивость не является необычным, и подчеркивает важность достаточного репликации в этой технике.

figure-results-1
Рисунок 1. Обзор рабочего процесса. Различные элементы этого протокола будет осуществляться на стадии планирования, в области, в лаборатории, и ян кремний. Стрелки указывают последовательность процесса, начиная с конструкции камеры (и строительства при необходимости), и заканчивая анализом данных. Несколько коробки / стрелки между взятия проб и анализа проб представляют возможность нескольких дат выборки более ходе эксперимента.

figure-results-2
Рисунок 2. Пример сроки. Пример схемы синхронизации для сбора образцов с одновременно несколькими камерами. Номера палаты указаны на левой и временных точках на вершине, с временем выборки, перечисленных в целых минут в сетке. В этом примере, четыре отдельных временных рядов 36 мин каждый (один для каждой камеры) осуществляются в пространстве 46 мин, с 12 мин расстояние между точками времени в серии, и 2 мин пешком времени между камерами. Для этого гипотетического примера Suitability из 36-минутного временного ряда была бы определена по предварительной калибровки. В то время как равномерно времени не надо, это часто упрощает схему выборки. С другой стороны, исследователи могут индивидуально записывать каждый момент времени выборки для определения интервалов выборки.

figure-results-3
Рисунок 3. Поток расчет. Типичный статическая камера временные ряды, состоящие из N 2 концентрации O оцениваются по четырем временным точкам в течение периода выборки 36-мин. Отображается линейная регрессия, наклон которой дает скорость потока.

figure-results-4
Рисунок 4 Контроль. Качество. Паре временной ряд из того же набора образцов, но различных газов приведены в беч флакон утечки был определен путем визуального осмотра (красная точка). A) концентрации СО 2 в течение долгого времени. B) N 2 O концентрации с течением времени.

figure-results-5
Скорость Рисунок 5. Результаты синтеза. N 2 O поток от сельскохозяйственное поле в течение одного вегетационного периода. Flux значения представляют собой среднее из шести камер, с помощью четырех пунктов временного ряда. Усы являются стандартная ошибка.

Обсуждение

Статическая камера подход, описанный здесь является эффективным методом для измерения потока ПГ от почвенных систем. Относительная простота его компонентов делает его особенно хорошо подходит для условий или систем, в которых больше инфраструктуры, интенсивно методы являются неосуществимыми. В целях получения высококачественных данных, однако, статический подход камера должна проводиться со строгим вниманием к опытно-конструкторских 6. Одним из примечательных соображение, которое должно быть принято во внимание, является пространственная изменчивость потоков почвы газа, что может привести к высокой изменчивости среди повторных измерений камерных основе. При проектировании экспериментов, поэтому важно включать достаточное количество повторов, чтобы обеспечить достаточную мощность для статистического анализа. Компромиссы могут существовать между количеством обработок, которые могут быть изучены при сохранении достаточной репликации, и, как минимум, четыре повторностей каждой обработки является общим руководством 14.

ontent "> Если измеренные потоки будут использоваться для оценки ежедневные выбросы, суточные вариации температуры воздуха, температуры почвы и газовых выбросов должны быть приняты во внимание. Если исследовательских целей требует измерения должны быть получены в середине утра, когда температура отражают ежедневные средние, ограничено окно для отбора проб может повлиять на количество камер, что реально можно отследить. Дополнительное соображение быть оценены является влияние включение или исключение корнями растений и наземных биомассы будет иметь на газовых потоков. размещение палата по отношению к ткань растения будут повлиять на интерпретацию потока данных, в частности в случае СО 2, где не только микробное дыхание, но и корень и стрелять дыхание и фотосинтез должны быть соответствующим образом сбалансированы. Для дополнительного обсуждения этих факторов, см. Паркин и Venterea 8.

Как отмечалось ранее, много вариаций на этой методики существуют, включая конструкции камеры и отбора пробОбъем. Одним из таких вариация в применяемого метода для передачи образцов между шприцем и сбора флаконе. Техника, описанная здесь сначала очищает флакон коллекции с образцом перед заполнением флакон с положительным давлением 5. Чаще используется метод передачи образцов от шприцев для флаконов, которые были предварительно эвакуированы с помощью вакуумного насоса, а также использование не эвакуированных флаконах без промывки Сообщалось также 8,17. Другой важный момент, где целый ряд подходов существует в области анализа данных и выбора модели потока наиболее подходящего для рассматриваемой системы. В дополнение к линейной регрессии методом, описанным здесь, можно также использовать нелинейные модели, особенно при более длительное время развертывания используются. Эти модели включают в себя алгоритм, разработанный Хатчинсона и Mosier 18 и выкладки его 19,20, квадратное методике, описанной Вагнер и др.. 21 и нестационарныхсостояние оценка диффузионный поток описывается Ливингстон и др. 22. Для всестороннего обсуждения нелинейных моделей потока, см. Паркин и др.. 12 и Venterea др. 23.

Методы, подобные статического подхода камеры включают в себя использование измерительных систем проточных с Фурье передачи инфракрасной (ИК) спектрометрии в качестве альтернативы шприц дискретизации и газовой хроматографии, а также автоматизацию закрытия камеры и отбора проб с помощью различных средств. Автоматизированные системы позволяют более частые измерения с сокращением персонала, но и требует дополнительных инвестиций в инфраструктуру. Грейс и др.. 24 содержат обширный обзор вариантов и компромиссов в автоматизированной камеры на основе N 2 измерения вывода.

Характеристика потока парниковых газов от управляемых и природных систем важно информировать модели процессов на основе, понять последствия ManagemeNT практики и сообщить стратегии смягчения последствий, и для поддержки глобальных учета и моделирования изменения климата. Таким образом, хотя отдельные исследования являются информативными на местном уровне, много дополнительного стоимость определяется путем содействия и опираясь, глобального органа знаний по газообмена между ландшафта и атмосферы. Это является ключевым, поэтому, что данные собирать и представлять таким образом, что обеспечивает долговечность и совместимость с более широкой базы знаний. Это включает в себя следующие лучшие практики для обеспечения качества данных, а также коллекцию дополнительных мер и всеобъемлющего доклада о метаданных, чтобы позволить расширение результатов за пределами дискретных исследований. Отличные рекомендации по отчетности данных доступны из проекта GRACEnet и СОР 25.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта No 1215858, Министерством сельского хозяйства США в рамках гранта No 2013-68002-20525 и Биоэнергетическим исследовательским центром Великих озер Министерства энергетики США - Научным управлением DOE BER (DE-FC02-07ER64494) и Управлением энергоэффективности и возобновляемых источников энергии DOE OBP (DE-AC05-76RL01830). Видео и изображения были сняты в полевых условиях в рамках проекта Висконсинского университета в Висконсине-Мэдисоне. Авторы выражают благодарность Райану Кертину за искусную видеосъемку и монтаж.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
5,9 мл содовая стеклянная плоское дно 55 x 15,5 ммLabco Limited719WCollection флаконы
16,5 мм винтовые крышки с проколотой резиновой перегородкойLabco LimitedVC309Caps для  флаконы
90-луночный пластиковый штатив для флаконов, 17,1 мм лунка для внутреннего удвоения.Wheaton868810Штатив для организации флаконов
Иглы обычные скошенные 23 G x 1"BD305193Иглы для сбора проб
Запорные краны с люэровскими соединениями, 1-сторонние, наружный слипCole-ParmerEW-30600-01Запорные краны для шприцев
30 мл шприц, скольжениеBD309651Шприцы для сбора проб
Секундомер или таймерРазличныеН/ДДля отбора проб в полевых
Поддоны из нержавеющей стали или оцинкованные поддоны с ободком, или изготовленные камеры и крышки из нержавеющей стали или ПВХ, размеры которых соответствуют экспериментальной системеРазличныеН/ДЯкорь и крышка камеры - дно вырезано из анкера, отверстия для перегородки и вентиляционной трубки просверлены в крышке
Серые бутиловые пробки 20 ммWheatonW224100-173Перегородки камеры для отбора проб шприца - вставляются в просверленное в крышке отверстие
трубки Tygon с внутренним диаметром 4,0 мм x внешний диаметр 5,6 мм.Вентиляционная трубка Sigma-AldrichZ685623Chamber - вставляется в отверстие, просверленное со стороны крышки, заподлицо с внешней стороной, примерно на 25 см закручивается внутрь крышки (в качестве крепежного механизма можно использовать наконечник шприца объемом 1 мл)
Клейкая поролоновая лента или уплотнительное кольцо из полиэтилена высокой плотностиРазличныен/дМеханизм герметизации камеры - крепится к нижней стороне края крышки
Отражающая изоляция, Толщина 0,3125 дюймаLowe's409818Изоляционное и отражающее покрытие - прикреплено к внешней стороне крышки камеры
Большие металлические связующие зажимы, размер 2 дюйма с емкостью 1 дюйм, или изготовленная защелка по мере необходимостиСкобы / McMaster831610 (Скобы) / 1863A21 (McMaster)Механизм крепления крышки - для зажима крышки к анкеру во время отбора проб
Оборудование для газовой хроматографии, оснащенное детектором захвата электронов для закиси азота, инфракрасным газоанализатором или детектором теплопроводности для углекислого газа, пламенно-ионизационным детектором для метанаРазличныен/дДля анализа проб
условиях

Ссылки

  1. Myhre, G., et al. Anthropogenic and Natural Radiative Forcing. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Stocker, T. F. , 8, Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2013).
  2. Denmead, O. T. Approaches to measuring fluxes of methane and nitrous oxide between landscapes and the atmosphere. Plant and Soil. 309 (1-2), 5-24 (2008).
  3. Smith, K. A., et al. Micrometeorological and chamber methods for measurement of nitrous oxide fluxes between soils and the atmosphere: Overview and conclusions. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 99 (1984-2012), 16541-16548 (1984).
  4. Bouwman, A. F., Boumans, L. J. M., Batjes, N. H. Emissions of N2O and NO from fertilized fields: Summary of available measurement data. Global Biogeochemical Cycles. 16 (4), 1058(2002).
  5. Hensen, A., Skiba, U., Famulari, D. Low cost and state of the art methods to measure nitrous oxide emissions. Environmental Research Letters. 8 (2), 025022(2013).
  6. Rochette, P., Eriksen-Hamel, N. S. Chamber Measurements of Soil Nitrous Oxide Flux: Are Absolute Values Reliable. Soil Science Society of America Journal. 72 (2), 331(2008).
  7. Robertson, G. P. Greenhouse Gases in Intensive Agriculture: Contributions of Individual Gases to the Radiative Forcing of the Atmosphere. Science. 289 (5486), 1922-1925 (2000).
  8. Parkin, T. B., Venterea, R. T. Chamber-Based Trace Gas Flux Measurements. In: Sampling Protocols. http://www.ars.usda.gov/research/GRACEnet. Follet, R. F. 3 (1), 3-39 (2010).
  9. Klein, C., Harvey, M. Nitrous Oxide Chamber Methodology Guidelines. Ministry for Primary Industries. , Wellington, UK. 1-146 (2013).
  10. Clough, T. J., Rochette, P., Thomas, S. M., Pihlatie, M., Christiansen, J. R., Thorman, R. E. Chamber Design. In: Nitrous Oxide Chamber Methodology Guidelines. Ministry for Primary Industries. deKlein, C., Harvey, M. , 2, Wellington, UK. (2013).
  11. Hutchinson, G. L., Livingston, G. P. Vents and seals in non-steady-state chambers used for measuring gas exchange between soil and the atmosphere. European Journal of Soil Science. 52 (4), 675-682 (2001).
  12. Parkin, T. B., Venterea, R. T., Hargreaves, S. K. Calculating the Detection Limits of Chamber-based Soil Greenhouse Gas Flux Measurements. Journal of Environment Quality. 41 (3), 705(2012).
  13. Venterea, R. T. Simplified Method for Quantifying Theoretical Underestimation of Chamber-Based Trace Gas Fluxes. Journal of Environment Quality. 39 (1), 126(2010).
  14. Rochette, P., Chadwick, D. R., de Klein, C. Deployment Protocol. In: Nitrous Oxide Chamber Methodolog Guidelines. Ministry for Primary Industries. deKlein, C., Harvey, M. (3), Wellington, UK. (2013).
  15. Fundamentals of Gas Chromatography. Agilent Technologies, Inc. , 1-60 (2002).
  16. Holland, E. A., Robertson, G. P., Greenberg, J., Groffman, P. M., Boone, R. D., Gosz, J. R. Soil CO2, N2O, and CH4 Exchange. Standard Soil Methods for Long-Term Ecological Research. Robertson, G. P., Coleman, D. C., Bledsoe, C. S. , Oxford University Press. New York, NY. (1999).
  17. Venterea, R. T., Burger, M., Spokas, K. A. Nitrogen Oxide and Methane Emissions under Varying Tillage and Fertilizer Management. Journal of Environment Quality. 34 (5), 1467(2005).
  18. Hutchinson, G. L., Mosier, A. R. Improved soil cover method for field measurement of nitrous oxide fluxes. Soil Science Society of America Journal. 45 (2), 311-316 (1981).
  19. Pedersen, A. R., Petersen, S. O., Vinther, F. P. Stochastic diffusion model for estimating trace gas emissions with static chambers. Soil Science Society of America Journal. 65, 49-58 (2001).
  20. Pedersen, A. R., Peterson, S. O., Schelde, K. A comprehensive approach to soil-atmosphere trace-gas flux estimation with static chambers. European Journal of Soil Science. 61, 888-902 (2010).
  21. Wagner, S. W., Reicosky, D. C., Alessi, R. S. Regression models for calculating gas fluxes measured with a closed chamber. Agronomy Journal. 89, 279-284 (1997).
  22. Livingston, G. P., Hutchinson, G. L., Spartalian, K. Trace gas emission in chambers. Soil Science Society of America Journal. 70, 1459-1469 (2006).
  23. Venterea, R. T., Parkin, T. B., Cardenas, L., Petersen, S. O., Pedersen, A. R. Data Analysis Considerations. In: Nitrous Oxide Chamber Methodology Guidelines. Ministry for Primary Industries. deKlein, C., Harvey, M. (6), Wellington, UK. (2013).
  24. Grace, P., van der Weerden, T. J., Kelly, K., Rees, R. M., Skiba, U. M. Automated Greenhouse Gas Measurement in the Field. In: Nitrous Oxide Chamber Methodology Guidelines. Ministry for Primary Industries. deKlein, C., Harvey, M. , 5, Wellington, UK. (2013).
  25. Alfaro, M. A., Giltrap, D., Topp, C. F. E., de Klein, C. How to Report Your Experimental Data. In: Nitrous Oxide Chamber Methodology Guidelines. Ministry for Primary Industries. deKlein, C., Harvey, M. , 7, Wellington, UK. (2013).

Перепечатки и разрешения

Больше статей

Метод статических камеротбор проб почвенного газаанализ методом газовой хроматографииизмерение содержания диоксида углеродаопределение содержания оксида азота(I)измерение потока метанамониторинг сельскохозяйственных почванализ следовых газовмодель расчета потока
Измерение содержания парниковых газов Flux от сельскохозяйственных почв с использованием статических палаты
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.