Yöntem makalesi

Statik Chambers kullanma Tarım Topraklarının Sera Gazı Flux Ölçümü

46.4K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/52110

⸱

3 Ağustos 2014

 ,  ,  ,  , 
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

Bu makalede

Özet

Bu makale, toprak sistemlerinden sera gazı akışının ölçümü için statik oda tabanlı yöntemi göstermektedir. Nispeten mütevazı altyapı yatırımlarıyla, birden fazla tedaviden/lokasyondan ve saatler ile yıllar arasında değişen zaman dilimlerinde ölçümler elde edilebilir.

Özet

Hem yönetilen hem de yönetilmeyen ekosistemlerde toprak ve atmosfer arasındaki sera gazı (GHG) akışlarının ölçümü, iklim değişikliğinin biyojeokimyasal itici güçlerini anlamak ve peyzaj yönetimi uygulamalarının modülasyonuna dayalı sera gazı azaltma stratejilerinin geliştirilmesi ve değerlendirilmesi için kritik öneme sahiptir. Burada açıklanan statik oda tabanlı yöntem, toprak yüzeyinden yayılan gazların bir oda içinde yakalanmasına ve gaz kromatografisi ile analiz için oda üst boşluğundan düzenli aralıklarla numune toplanmasına dayanmaktadır. Akıyı hesaplamak için zaman içinde gaz konsantrasyonundaki değişim kullanılır. Bu yöntem, peyzaj bazlı karbondioksit, azot oksit ve metan akışını ölçmek ve tedaviler arasındaki farkları tahmin etmek veya mevsimler veya yıllar boyunca sistem dinamiklerini keşfetmek için kullanılabilir. Altyapı gereksinimleri mütevazıdır, ancak kapsamlı bir deneysel tasarım şarttır. Bu yöntem sahada kolayca kullanılır, yerleşik yönergelere uygundur ve büyük ölçekli sera gazı emisyon çalışmalarına uygun veriler üretir.

Giriş

Hem insan faaliyetlerinin hem de doğal sistemlerin atmosferin ışınımsal özelliklerine katkılarını anlamak, sera etkisine antropojenik katkıları azaltmaya çalıştığımız için kritik öneme sahip bir alandır. Karbondioksite (CO2 ) ek olarak, azot oksit (N2O) ve metan (CH4) de güçlü sera gazlarıdır ve küresel ısınmanın sırasıyla tahmini %7 ve %19'unu oluşturur ve emisyonların çoğu peyzaj kaynaklarından gelir1,2. Bunlar, tarım alanları, pirinç tarlaları ve çöplükler gibi yönetilen sistemlerden orman tabanları, sulak alanlar ve termit höyükleri gibi doğal sistemlere kadar uzanır. Bu tür peyzaj temelli emisyonların iyi bilgilendirilmiş modellemesini destekleyen doğru ölçüm, iklim değişikliğinin itici güçlerini anlamak ve azaltma fırsatlarını belirlemek için kritik öneme sahiptir.

Her biri kendi güçlü ve zayıf yönleri2-5 olan çeşitli sera gazı ölçüm stratejileri mevcuttur. Kütle dengeleme teknikleri, gazların rüzgara dayalı dağılımına dayanır ve çöplükler ve hayvan padokları gibi küçük, iyi tanımlanmış kaynaklardan gelen akı ölçümü için uygundur. Girdap kovaryansı gibi mikrometeorolojik yaklaşımlar, dikey gaz akışının gerçek zamanlı doğrudan ölçümüne dayanır ve geniş alanlarda doğrudan ölçümler sağlayabilir. Bununla birlikte, kaynak topografyasındaki homojenlik örtük bir varsayımdır (bu ölçümler, incelenen alan için bir ortalama verir) ve maliyetli altyapı, dağıtım olanaklarını sınırlayabilir. Son olarak, oda tabanlı yöntemler, kısıtlı bir yer üstü boşluğundan örnekleme yaparak toprak yüzeyindeki gaz konsantrasyonundaki değişime odaklanır. Küçük alanlardan ve çok sayıda işlemden ölçümlerin elde edilmesine izin verirler, ancak toprak gazı akışındaki mekansal değişiklik nedeniyle yüksek varyasyon katsayılarına tabidirler.

Burada, genellikle "statik" veya "kararlı olmayan durumdaki akışsız" odalar olarak adlandırılan, hava akışı olmayan kapalı odaların türünü kullanarak, oda tabanlı ölçümün en yaygın ve kolay uygulanan biçimini tartışıyoruz. Bu yaklaşımda, toprak yüzeyinden gelen gaz emisyonları, havalandırmalı bir oda içinde tutulur ve akı oranları, oda üst boşluğu içinde zaman içinde gaz konsantrasyonundaki değişimin ölçülmesiyle belirlenir. Statik oda tekniği, hem yönetilen hem de doğal manzaralarda yaygın olarak kullanılmaktadır ve özellikle N2O6,7 olmak üzere toprak bazlı sera gazı akışını bildiren verilerin büyük bir kısmının temelini oluşturmaktadır. Küçük deneysel arazilerin, değişken arazilerdeki çeşitli alanların veya önemli altyapı yatırımları olmadan birden fazla farklı yerin incelenmesi gereken diğer durumların incelenmesi için idealdir. Tipik deneysel kullanımlar, alternatif peyzaj yönetimi uygulamalarının araştırılmasını ve bunların toprak bazlı CO2, N2O ve / veya CH4 emisyonları üzerindeki etkilerini, ısınma ve yağış hariç tutma / takviye gibi yapay olarak indüklenen iklim değişikliği senaryoları altında peyzaj temelli akı dinamiklerinin incelenmesini veya doğal ve tarımsal ekosistemlerin ve alt sistemlerin tanımlayıcı çalışmasını içerebilir.

Sera gazı ölçümü ve akı tahmininde kritik bir araç olarak, statik oda yöntemi kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiş ve tekniklerin standardizasyonu ve veri raporlamasının uyumlaştırılması için önemli çabalar sarf edilmiştir4,6,8,9. ABD Tarım Bakanlığı - Tarımsal Araştırma Servisi'nin Tarımsal Karbon Geliştirme ağı (GRACEnet) aracılığıyla Sera Gazı Azaltımı (GRACEnet)8 ve Tarımsal Sera Gazları Küresel Araştırma İttifakı (GRA)9 tarafından üretilen ayrıntılı incelemeler ve kılavuzlar özellikle dikkat çekicidir. Bu tür kılavuzlar, koordinasyon için paha biçilmez bir kaynak ve platform sağlar, çünkü sonuçta sayısız çalışmadan elde edilen verilerin birlikte çalışabilirliği, yerel bulguları küresel modellemeye ölçeklendirmek ve araştırma sonuçlarını uygulanabilir azaltma stratejilerine dönüştürmek için kritik

öneme sahiptir.

GRACEnet, GRA ve diğer incelemeler ayrıca, statik oda tabanlı sera gazı akışı ölçümündeki spesifik tekniklerin son derece çeşitli olduğu ve oda tasarımı, zamansal ve mekansal dağıtım, örnekleme hacimleri, numune analizi ve akı hesaplamaları dahil olmak üzere neredeyse her adımda önemli metodolojik varyasyonların mümkün olduğu gerçeğini vurgulamaktadır. Burada açıklanan yöntem, en iyi uygulamaları sergilerken ve yüksek kaliteli, geniş çapta aktarılabilir verilerin oluşturulması için kritik hususları vurgularken olası bir varyant sunar. Bu standartlaştırılmış prosedüre erişilebilir bir genel bakış ve literatürde açıklanan daha fazla nüansı ve varyasyonu keşfetmek için bir platform sağlamayı amaçlamaktadır.

Protokol

1.. Odası İnşaat ve Tesisat Çapa

  1. Tasarım ve odaları inşa - deneysel ihtiyaçlarını karşılamak için - her bir toprak ve akı ölçümü sırasında çapa üstüne yerleştirilen bir kapak takılan bir çapa oluşan.
    1. Odası şekli ve boyutu tasarlarken, kırpma sıra aralığı, gübre veya gübre bantlama ve bitki yüksekliği gibi mekansal faktörleri göz önünde. Toprak yüzeyinden çapa çıkıntı mikroklima etkileri ve su göllenlemerine katkıda Çünkü, kapakları mümkün olduğunca toprak yüzeyine düşük sahip oturup düşünün. Makasına odası yüksekliği ve algılama hassasiyeti arasındaki mevcut olduğundan, tasarım kapaklar çalışma kapsamında sistem için mümkün olduğu kadar kısa olması.
    2. Paslanmaz çelik ya da PVC gibi sağlam, reaktif olmayan bir malzemeden inşa odaları ve bağlantının üzerine kapağı sızdırmaz kılınması için bir mekanizma bulunmaktadır. Isı birikimini önlemek için kapakları izole ve renkli ışık veya yansıtıcı malzeme ile kaplayınÖlçüm sırasında. Kamara dağıtım ve örnek çıkarılması sırasında basınç tedirginlikler önlemek için numune toplama ve bir havalandırma tüpü izin vermek için bir septum içerir. Ek ayrıntılar için malzemeler masaya, Parkin ve Venterea 8 bakın ve Clough vd 10.
  2. En az 1 gün önceden örnekleme, istenilen sitelerde toprakta kamara çapa yükleyin. Yükleme yöntemi odası tasarımı bağlıdır, ancak çapa toprak yapısını çözgü veya bozmayan böylece genel olarak, tüm noktaları arasında eşit basınç uygulanır. Toprak tipi, dağıtım zamanı ve kamara hacminde 6,11 bağlı olarak 2.5-13 cm derinliğe kadar çapa batar. (En fazla 5 cm) toprak yüzeyinin üzerinde çıkıntı mümkün olduğu kadar az bırakın.

2.. Kalibrasyon ve Deney Tasarımı

Not: Ön deney başlamadan, sağlayacak uygun bir örnekleme zamanı ders belirlemek için şu adımları izleyin verilerUygun bir doğrusal ya da doğrusal olmayan akı modelinin (Parkin et al. 12) için uygun olması. Bu adımların 3-5 (Field Örnekleme, Örnek Analizi ve Veri Analizi) açıklanan tekniklerin kullanımını gerektirir. Optimal zamanlaması çalışma kapsamında, sistem ve kullanılan bölmelerin boyutları hem de bir fonksiyonudur. Bazı deneme ve hata söz konusu olabilir. Alternatif yaklaşımlar için Venterea 13 bakın.

  1. Kalibrasyon Numune Alma ve Analiz
    1. Nispeten yüksek eser gaz akıları üretmesi beklenmektedir çevre veya yönetim koşullarında, 3. bölümde anlatılan teknikler aşağıdaki yoğun örnekleme yapmak. Sıkı aralıklı örnekleme zaman noktalarını kullanarak, tipik olarak düşünülebilir daha uzun süreli bir zaman serisi doldurmak. Bir saat boyunca 5-10 eşit aralıklı zaman noktalarında birçok temsili odalarından örnekleme başlayın.
    2. 4. bölümde aşağıdaki gaz kromatografisi ile numuneleri analiz.
  2. Kalibrasyon Interpretatiüzerinde
    1. Ilgi her kalibrasyon zaman serileri ve her gaz için, arsa zaman-by-konsantrasyon.
    2. Bu akı oranları beklenen aralığının yüksek ucunda doğrulayın. Akı hesaplama için bölüm 5'e bakınız. Sorun giderme ipuçları için 2.3 bölümüne bakınız.
    3. Zamanla gaz konsantrasyonlarının platolaşmasının, özellikle doğrusal olmayan belirtileri veya grafikler için kontrol edin.
      Not: konsantrasyonu gaz türüne göre değişir plato başlar ve toprak içinde gaz üretiminin veya tüketim hızı, hazne boşluğunda gazın konsantrasyonu ve iki bölge arasında difüzyon bir fonksiyonu olan noktayı. Bu nedenle, güçlü bir plato önce daha kısa bir süre elde kısa odalar ile beraber, oda yüksekliği etkilenir.
    4. Deneysel sistem için optimal odası dağıtım süresini belirlemek için kalibrasyon ayarlarını kullanın. Lineer regresyon (burada bölüm 5'de tarif edildiği gibi) veri analizi kullanılacak ise, doğrusal yeniden yakın olarak muhafaza seçme zamanlamaZaman serisi içinde 6 kez, örnekleme üç, tercihen dört, en az izin verirken, mümkün ilgi tüm gaz / sistemler için zaman ve konsantrasyonu arasında lationship. CO 2 ve N 2 O ölçümleri, zaman serisi kullanılan kabinler 10-30 cm yüksekliğinde tipik olarak 20-60 dakika 8,14 arasında değişir.
  3. Kalibrasyon Giderme
    1. Kötü farklılaşma ve / veya zorluk lineerliğini veya plato sezmek sıkı kalibrasyon süresi puan veya daha uzun kalibrasyon süresi dizi kullanmak ve konsantrasyonları tespit sınırlar içinde olup olmadığını kontrol edin varsa. Akının düşük oranları için, birikim oranında bir azalma test süre içinde gözlenen olmayabilir. Bu endişe neden olmamalıdır.
    2. Tozları beklenen deneysel aralığın üst ucunda değil ise, (örneğin, gübre ya da sulama uygulayarak) daha yüksek akı uyarılması için bir tedavi ya da çevresel koşullar değiştirilerek, kalibrasyon tekrarlayın. Alternatif olarak, bizeDeneysel tozları meydana kalibrasyon sırasında ve platolaşmasının gözlemlenenlerden anlamlı düzeyde daha yüksek ise, lineer regresyon için en az üç kez kredi korurken, daha sonra zaman noktaları hariç, böylece deney tasarımında e en az dört zaman noktalarında. Eğrisel regresyon yaklaşımlar da kullanılabilir.
  4. Deneysel Tasarım
    1. Bölüm 2.2.4 belirlenen optimum zamanlama dayanarak, tüm ilgili siteleri, bakımı ve / veya çoğaltır yakalar ve personelin verimli odası siteleri aracılığıyla hareket sağlayan genel bir örnekleme plan yaparlar. Eğer gerekli ise, birbiri ardına örneklenecek olan birkaç "mermi" içine oda siteleri bölün.
      1. Ölçümler sıcaklıkları günlük aşırı göreli ılımlı olduğunda günün bir anda bütün bir gün, örnek temsilcisi olarak alınacak ise. Tipik Ilıman kırpma sistemleri, ideal bir pencere orta-geç-Sabah olduğunu.
      2. Numuneleri toplanmıştır edilecekseardışık turlarda, defalarca gün aynı anda aynı tedaviler örnekleyerek bir önyargı tanıtmak için dikkatli olun. Suretin blokların üzerinden ziyade tedavi-tedavi mermi Construct.
      3. Uygun olarak, tur içinde veya önce / sonra ya da alınması gerekli yan tedbirler için zaman vardır. (Tipik yardımcı önlemler için bölüm 3.3 'e bakınız.)
      4. İsteğe bağlı olarak, ortam havası, doğrusal olmayan akı modellerinde kullanılmak için numune ya da başlayan bir yaklaşım (zaman sıfır, "T 0") (burada açıklanmayan) konsantrasyon olarak toplanması için zaman bulunmaktadır.
      5. İsteğe bağlı olarak, numune alma ve analiz arasında olası örnek bozulmayı değerlendirmek için örnekleme zamanında viyallere referans gaz yüklenmesi için zaman vardır. Numune saklama hususlar için Parkin ve Venterea 8'e bakınız.
    2. Araştırma hedefleri için uygun akı ölçüm sıklığını belirlemek. Bu değişebilir, tek bir ölçüm to gün, ay veya yıl boyunca haftalık ya da periyodik ölçümler. Deneysel tasarım konuları ayrıntılı bir tartışma için Rochette et al. 14'e bakınız.
    3. Numuneler soğuk koşullarda tahsil edilecekse, bu tür kırılgan hale septayı önlemek için şişeler ile sıcak paketi olarak bir ısınma cihazın eklenmesi için planlıyoruz.

3.. Saha Örnekleme

Not: her bir numune bir tarihte, aşağıda tarif edilen teknikler kullanılarak, bölüm 2.4 'te belirlenen örnekleme düzeni takip edin. Ekipman ve örnek hacmi istihdam edilen toplama ve aktarma yöntemleri ve GC analizi için gerekli olan 8 numune miktarına bağlı olarak değişebilir. Bu protokol, örnek transferi bir yıkama yöntemi ile, 5,9 mi toplama şişe ve 30 ml şırıngalar kullanır. Alternatif yaklaşımlar için Tartışma bakın.

  1. Hazırlık
    1. Tur başına birden odadan örnekleme ise, bir zaman noktası refe hazırlamakrence ızgara nerede ve ne zaman örnek kolayca izlemek için (bkz. Şekil 2). Alternatif olarak, örnekleme sırasında her zaman noktasını kaydetmek için düzenlemeler yapmak.
    2. Ön etiket ve örnekleme sırasında maksimum verimlilik ve karışıklık minimal olasılığı için toplama şişeleri düzenlemek.
    3. Örnekleme sırasında zaman kazanmak için, önceden tüm malzemeleri ve donanımları hazırlamak. Kırılabilir veya kolayca bir taşıma çantası, kova veya başka bir kap içinde (iğneler, şırıngalar, stopcocks, vb), yer ve kaybolur şey ekstralar içerir.
    4. Ekipmanın arızalanması veya diğer öngörülemeyen durumlar nedeniyle olabilir, ve kolayca belirli bir örneği ile ilişkili süresini ayarlayarak veri analizi sırasında düzeltilebilir ki herhangi gecikmeli zaman noktalarını kaydetmek için hazırlıklı olun.
  2. Örnek Toplama
    1. Takın ve önceden yüklenmiş odası çapa haznesi kapağı mühür, ve bir kronometre başlar. Bu T 0'dır.
    2. Hemen sonra sızdırmazlık kapağı codacık üst yaklaşık yükseklikte, bölmeye bitişik bir yerden ortam havası bir örnek ollect: açık konumda bir iğne ve bir vana ile donatılmış bir boş 30 ml şırınga ile, 30 ml hava bir numune alın ve kapatılması musluk. Bu T 0 örneğidir. Seçenek olarak ise, odacık 6 T = 0 numune alır.
      Not: - zamanlama (içindeki örneklerin için kapak kapatma ve örnek toplama arasındaki gecikme) düşünceler vs mekansal (dışında örnekler için site veya harici mikroklima mesafe) değerlendirmek ve kullanılan ekipman için en uygun tekniği belirlemek ve Tradeoffs iki yaklaşım arasında var Çalışmanın altında sistemi.
    3. Şırınga iğnesi ile, daha önce başka bir iğne septumun kenarına yakın boyunca uzattı sahip olan bir 5.9 ml toplama şişenin septumu delmek.
    4. Şırınga musluğunu açın ve (bu önceki içeriğini neden olan şişenin içine numunenin yaklaşık 20 ml enjekteşişe) numune ile ikame, ilave iğne ile dışarı çıkartılmasına neden olmaktadır.
    5. Hafif fazla basınç örnek bütünlüğünü sağlamak ve 8 gerektiğinde birden fazla numune analiz izin vermek için, şişeyi, mümkün olduğu kadar geriye kalan örnek (yaklaşık 10 mi) kadar enjekte etmeye devam etmek düzgün bir hareketle olarak, ilave iğne çıkarılır.
    6. Su musluğunu kapatın ve septum şırınga iğneyi. Doldurulmamış şişelere ayırt etmek dolu şişenin baş aşağı çevirin.
    7. Bir sonraki odaya geçin, tekrar doğru önceden belirlenmiş T 0 zaman noktasında kapağı sızdırmazlık, 3.2.1-3.2.6 adımları.
    8. Adımları tekrar devam 3.2.1-3.2.7 turda tüm odaları mühürlü edilmiş ve T 0 numuneler toplanmıştır kadar.
    9. Birinci odaya geri dönün.
    10. T 1 saat kadar 10 saniye yaklaştıkça, şırınga iğnesi ile oda üst septum delmek.
    11. T 1, zekâ bir 10 saniye aralığındabölmesi içindeki havanın bir 30 ml lik bir numuneyi hdraw ve musluğunu kapatın. Odası septum şırınga iğnesi çıkarın.
    12. Adımları sonrasında bir toplama şişeye aktarın örnek 3.2.3-3.2.6.
    13. Bölüm 2.4 kurulan örnekleme şemasına göre, adımlar 3.2.10-3.2.12 aşağıdaki örnekleri toplamaya devam.
  3. Yardımcı Önlemler
    1. Kütle gaz konsantrasyonu dönüştürmek için, örnekleme zamanında hava sıcaklığı ölçer. Araştırma hedefleri, kayıt ya da böyle her yere ve / veya vb zaman, günlük yağış, toprak kütle yoğunluğu, toprak nitrat ve amonyum konsantrasyonlarında toprak sıcaklığı ve toprak nem içeriği gibi diğer yardımcı önlemleri gerçekleştirmek bağlı olarak çeşitli araçlar bu önlemleri almak için var - Standart protokolleri uygulayın.
    2. İsteğe bağlı olarak, ortam sera gazı konsantrasyonları ve potansiyel depolama-flakon bozulması i değerlendirmek için viyallere bilinen konsantrasyonlarda ortam hava örnekleri ve / veya yük alan standartlarını toplamakn örnekleme ve analiz arasındaki süre (bölümler 2.4.1.4 ve 2.4.1.5 bakınız).

4. Numune Analizi

  1. N2 O için bir elektron yakalama detektörü, CO 2 için bir gaz analiz cihazı kızılötesi veya termal iletkenlik detektörü ve CH 4 için bir alev iyonizasyon detektörü ile donatılmış ekipman kullanılarak gaz kromatografisi ile her numune için ilgi gazların konsantrasyonunun belirlenmesi.
    Not: Bu şekilde sera gazı analizi için yapılandırılmış ve kullanılabilir yeterli çalışma süresine sahip olan bir cihazdan erişim elde etmek esastır. İlkeleri ve gaz kromatografisi yöntemleri, başka bir yerde 5,15,16 tarif edilmiştir.
  2. İdeal Gaz Kanunu kullanılarak hacimsel gelen kitle iz gaz konsantrasyonu dönüştürmek:

PV = nRT

Burada p = basıncı, V = hacim, n = gaz, R = gaz yasası sabit ve T = sıcaklık mol. Böylece:

figure-protocol-1

5. Veri Analizi

  1. Her zaman serisi için, arsa zaman-konsantrasyon-by ve doğrusallık için değerlendirir. Fazla analiz plato belirtileri gösteren sonra zaman noktalarında hariç, uyum iyiliği veya görsel inceleme kullanarak değerlendirin. Akı hesaplaması için T 0 (T 0, T 1, T 2 ...) olmak üzere üç zaman noktasında en az kullanın. Tutarlı bir protokol oluşturulması, ve doğrusallık için bu protokol standartlarını karşılamak için başarısız herhangi bir zaman serisi reddediyoruz. Akı hesaplamada hata, yanlılık ve varyans kapsamlı bir tartışma için Parkin ve Venterea 8'e bakınız.
  2. Lineer regresyon gerçekleştirin.
  3. Akı hesaplamak için regresyon eğimi kullanın:

F S • V • A = -1

Nerede F = akı, regresyon S = eğim, V = kamara hacmi ve A = odasıalanı. Böylece:

figure-protocol-2

Not:. Hesaplama akı doğrusal olmayan yaklaşımlar için Tartışma ve Parkin ve ark 12'ye bakın.

Sonuçlar

Önceki statik odaları ile bir araştırma projesi başlamadan, bu genel iş akışını anlamak için önemlidir, ve siliko organizasyonu, saha ve laboratuar tabanlı elemanları (Şekil 1). Dikkatli deneysel tasarım ve sistem kalibrasyonu (Şekil 2) sağlanan, veri analizi genellikle nispeten basit olacaktır. Akış oranı bir sisteme uygun, önceden belirlenmiş bir akış modeli (Şekil 3) kullanılarak konsantrasyonu ile zaman regresyonu ile her bir bölme ve numune alma süresi belirlenir. Ancak, hatta en iyi uygulamaları takip zorluklar yaşanabilmektedir ve ham verilerin kalite kontrolü önemlidir. Örneğin, bir oda mühür veya sızdıran örnek şişeler yetmezliği anormal konsantrasyon değerlerine neden olabilir. Bunlar hazır CO 2 saat serisi genellikle özellikle FAYDALI olarak hizmet ile zaman serisi konsantrasyon araziler görsel muayene (Şekil 4), aracılığıyla tespit edilirnedeniyle bazen önemsiz, yakın algılama sınırı, ya da N 2 O veya CH 4 hatta negatif akıları göre CO 2 genellikle daha sağlam ve sürekli akı l göstergesi. Veri kalitesi onaylandıktan sonra, sonuçlar tedaviler arasında veya bir sezon kurs (Şekil 5) üzerinden gaz akı dinamikleri karşılaştırmak için kullanılabilir. May ve Haziran akı değerleri ve hata çubukları, görülebileceği gibi, akı mekansal heterojenlik neden değişim önemli olabilir, ve daha yüksek oranda akı üreten koşullar altında belirgin olabilir. Böyle bir değişkenlik olağandışı değildir, ve bu teknikle yeterli çoğaltma önemini vurguluyor.

figure-results-1
Şekil 1.. Akışı genel bakış., Bu protokolün çeşitli unsurları laboratuvarda, alanında, planlama aşamasında yürütülen olacak ve in siliko. Oklar odası tasarımı (ve inşaat gerekirse) ile başlayan, iş akışı sırasını gösterir ve veri analizi ile sonuçlandırılması. Alan numune alma ve analiz arasında birden fazla kutu / okları bir deney boyunca çoklu örnekleme tarihleri ​​olasılığını temsil eder.

figure-results-2
Şekil 2.. Örnek zamanlama. Aynı anda birden odadan örneklerinin toplanması için bir örnek zamanlama şeması. Odası numaraları ızgara içinde bütün dakikada listelenen örnekleme zamanları ile, üst sol ve zaman noktalarında belirtilmiştir. Bu örnekte, 36 dakika her biri (her bölmesi için bir) dört ayrı zaman serisi, bir dizi içindeki zaman noktaları arasında 12 dk aralığı ve bölmeler arasında 2 dakika yürüme süresi ile, 46 dakika süre zarfında gerçekleştirilmektedir. Bu varsayımsal Örneğin, sui36-dakikalık zaman serisi karlılığı önceden kalibrasyon tarafından belirlenir olurdu. Eşit aralıklı zamanlama gerekli değildir, ancak çoğu zaman örnekleme düzeni kolaylaştırır. Alternatif olarak, araştırmacılar ayrı ayrı örnekleme aralıklarını belirlemek için her örnekleme zaman noktası kaydedebilir.

figure-results-3
N 2, 36 dk örnekleme dönemi boyunca dört kez ölçülür O konsantrasyonları oluşan Şekil 3.. Akı hesaplama. Tipik bir statik odası zaman serisi. Doğrusal regresyon gösterilir, eğimi akış hızı elde edilir.

figure-results-4
Numunelerin ancak farklı gazların aynı kümesinden Şekil 4. Kalite kontrol. Eşli zaman serisi WHI gösterilirch şişe kaçak görsel inceleme (kırmızı nokta) tarafından tespit edilmiştir. zamanla A) CO zamanla 2 konsantrasyonda. B) N 2 O konsantrasyonu.

figure-results-5
Tek bir büyüme mevsimi boyunca bir tarım alanından Şekil 5.. Sentez sonuçları. N 2 O akı hızı. Flux değerleri dört nokta zaman serilerini kullanarak, altı odaları ortalamasını temsil etmektedir. Hata çubukları standart hatalarıdır.

Tartışma

Burada açıklanan statik oda-tabanlı yaklaşım, toprak sistemlerinin sera gazı akı ölçümü için etkili bir yöntemdir. Bileşenlerinin nispi kolaylığı daha fazla alt-yoğun yöntemler olanaksız olduğu koşullarda ya da sistemler için özellikle çok uygun hale getirir. Yüksek kaliteli veri oluşturmak için ise, statik odası yaklaşım deney tasarımı 6 çok dikkat edilmelidir gerçekleştirilmelidir. Dikkate alınması gereken bir önemli husus suret oda-tabanlı ölçümleri arasında yüksek değişkenlik neden olabilir, hangi toprak gazı akılarının mekansal değişkenliği olduğunu. Deney tasarımında, bu nedenle, istatistiksel analiz için yeterli bir güç sağlamak için yeterli çoğaltır dahil etmek çok önemlidir. Tradeoffs yeterli çoğaltma bakımı ve tedavi başına dört tekrarın en az genel bir kılavuzdur 14 iken okudu olabilir tedavilerin sayısı arasında var olabilir.

Ölçülen tozları günlük emisyonlarını tahmin etmek için kullanılacak "Eğer ontent>, hava sıcaklığı, toprak sıcaklığı ve gazı emisyonlarında gündüz değişimleri dikkate alınmalıdır. araştırma hedefleri sıcaklıklar günlük ortalamalarını yansıtmaktadır zaman kuşluk elde edilecek ölçümler gerekiyorsa, örnekleme için kısıtlı pencere fizibil izlenebilir odalarının sayısını etkileyebilir. değerlendirilecek bir ek bedel bitki köklerinin ve toprak biyokütle üzerinde içerme veya dışlama gaz flux üzerinde olacağı etkisidir. Odası yerleştirme göreceli bitki dokusuna olacak özellikle mikrobiyal solunum sadece aynı zamanda kök ve solunum ve fotosentez uygun dengeli olmalıdır ateş., bu faktörlerin ek tartışma için, Parkin ve Venterea 8 görmek CO 2 halinde akı verilerin yorumlanması, etkileyebilir.

Daha önce belirtildiği gibi, bu metodoloji birçok çeşitleri odası tasarımı ve örnekleme dahil olmak üzere mevcuthacmi. Böyle bir varyasyon, şırınga ve toplama şişe örnekleri arasında aktarmak için kullanılan yöntem bulunmaktadır. Burada anlatılan teknik, ilk pozitif basıncı 5 şişe doldurulmadan önce numune ile toplama şişe temizler. Daha yaygın olarak kullanılan bir teknik, bir vakum pompası kullanılarak önceden tahliye edilmiş şişeler, şırıngalar örnekler transferidir ve yıkama olmadan olmayan tahliye şişelerin kullanımı da 8,17 bildirilmiştir. Yaklaşımların bir dizi var bir diğer önemli nokta veri analizi ve çalışma kapsamında sisteme en uygun akı modelinin seçiminde olduğunu. Burada açıklanan doğrusal regresyon yöntemi ek olarak, doğrusal olmayan model aynı zamanda daha uzun dağıtım kez kullanıldığında, özellikle de kullanılabilir. Bu modeller Hutchinson ve Mosier 18 tarafından geliştirilen algoritma ve türevlerini ,19,20 bunların, Wagner ve ark. 21'de tanımlanan kuadratik prosedür ve sabit olmayan-includeLivingston ve ark 22 tarafından tarif devlet dağılır akı tahmincisi. Doğrusal olmayan akı modelini ayrıntılı bir tartışma için, Parkin et al. 12'ye bakın ve Venterea et al 23.

Statik odası yaklaşıma benzer yöntemler çeşitli yollarla örnekleme ve gaz kromatografisi şırınga için bir alternatif olarak Fourier transferi kızılötesi (FTIR) spektrometresi ile akış ölçüm sistemlerinin kullanımı yanı sıra, odasına kapanması ve örnekleme otomasyon içerir. Otomatik sistemler azaltılmış personel ile daha sık ölçüm sağlamak, aynı zamanda ek altyapı yatırımları gerektirir. Grace vd. 24 otomatik oda-tabanlı N 2 O ölçüm seçenekleri ve tradeoffs geniş bir özetini sunar.

Yönetilen ve doğal sistemler manageme etkileri, süreç tabanlı modellerini bilgilendirmek anlamak için önemlidir hem de sera gazı akı Karakterizasyonunt uygulamaları ve azaltma stratejilerinin bilgilendirmek ve küresel muhasebe ve iklim değişikliği modelleme desteklemek. Bireysel çalışmalar yerel düzeyde bilgilendirici iken Böylece, çok fazla ek değer katkıda ve manzara ve atmosfer arasındaki gaz değişimi hakkında bilgi küresel bir vücuttan, çizim yoluyla elde edilir. Bu nedenle, bu veriler toplanmış ve daha geniş bilgi tabanı ile uzun ömürlü ve birlikte çalışabilirliği sağlayan bir şekilde rapor edilmesi, anahtarıdır. Bu ayrık çalışmaların ötesinde bulgular uzantıya izin veri kalitesinin yanı sıra, yardımcı önlemler ve meta kapsamlı raporlama toplanmasını sağlamak için en iyi uygulamaları aşağıdakileri içerir. Veri raporlama için mükemmel kurallar GRACEnet proje ve GRA'dan 25 mevcuttur.

Açıklamalar

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Teşekkürler

Bu materyal, Ulusal Bilim Vakfı tarafından 1215858 numaralı hibe numarasıyla, ABD Tarım Bakanlığı tarafından 2013-68002-20525 Hibe Numarasıyla ve ABD Enerji Bakanlığı Great Lakes Biyoenerji Araştırma Merkezi – DOE BER Bilim Ofisi (DE-FC02-07ER64494) ve DOE OBP Enerji Verimliliği ve Yenilenebilir Enerji Ofisi (DE-AC05-76RL01830) tarafından desteklenen çalışmalara dayanmaktadır. Tarla içi video ve görüntüler, Wisconsin-Madison Üniversitesi'nin Wisconsin Entegre Kırpma Sistemi Deneme projesinde kaydedildi. Yazarlar, yetenekli videografi ve düzenleme için Ryan Curtin'e minnettardır.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
5,9 ml soda camı düz tabanlı 55 x 15,5 mmLabco Limited719WKoleksiyon şişeleri
Delinebilir kauçuk septumlu 16,5 mm vidalı kapaklarLabco LimitedVC309Şişeler için kapaklar
90 oyuklu plastik flakon rafı, 17,1 mm kuyu iç çapıWheaton868810Şişeleri düzenlemek için raf
Normal konik iğneler 23 G x 1 "BD305193Numune toplama için iğneler
Luer bağlantılı musluklar, 1 yönlü, erkek kaymaCole-ParmerEW-30600-01Şırıngalar için musluklar
30 ml şırınga, kayma ucuBD309651Numune toplama için şırıngalar
Kronometre veya zamanlayıcıÇeşitliN/A Zamanlamaalanı örneklemesi için
Paslanmaz çelik veya galvanizli kenarlı tavalar veya fabrikasyon paslanmaz çelik veya PVC hazneler ve kapaklar, deney sistemine uygun boyutlarÇeşitliN/AHaznesi ankraj ve kapak - ankrajdan alt kesim dışı, kapakta delinmiş septum ve havalandırma boruları için delikler
Gri bütil tıpalar 20 mmWheatonW224100-173Şırınga örneklemesi için hazne septa - kapak üstünde açılan deliğe
yerleştirin Tygon hortumu 4,0 mm İç Çap x 5,6 mm Dış ÇapSigma-AldrichZ685623Hazneli havalandırma borusu - kapak tarafında açılan deliğe yerleştirin, dış kısımla aynı hizada, kapağın iç kısmında yaklaşık 25 cm kıvrılmış (bağlantı mekanizması olarak 1 ml'lik bir şırınga ucu kullanılabilir)
Yapışkan köpük kauçuk bant veya HDPE O-ringÇeşitliN / AHazne sızdırmazlık mekanizması - kapak kenarının alt tarafına sabitlenmiş
Yansıtıcı ve nbsp; yalıtım, 0.3125 "kalınlıkLowe's409818Yalıtım ve yansıtıcı kaplama - hazne kapağının dışına yapıştırma
Büyük metal bağlayıcı klipsler, 1" kapasiteli 2" boyutunda veya uygun şekilde üretilmiş çekme mandalıZımba / McMaster831610 (Zımba) / 1863A21 (McMaster)Kapak bağlantı mekanizması - örnekleme
sırasında kapağı ankraja sıkıştırmak içinAzot oksit için elektron yakalama dedektörü, kızılötesi gaz analizörü veya karbondioksit için termal iletkenlik dedektörü, metan için alev iyonizasyon dedektörü ile donatılmış gaz kromatografisi ekipmanıNumune analizi içinçeşitliN/A

Kaynaklar

  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).

Yeniden basım ve izinler

Daha fazla makale keşfet

Statik Oda YöntemiToprak Gazı ÖrneklemesiGaz Kromatografisi AnaliziKarbondioksit ÖlçümüAzot Oksit TespitiMetan Akısı ÖlçümüTarımsal Toprak İzlemeEser Gaz AnaliziAkı Hesaplama Modeli
Statik Chambers kullanma Tarım Topraklarının Sera Gazı Flux Ölçümü
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.