تقييم للميثان وأكسيد النيتروز التدفقات من حقول الأرز عن طريق ثابت إغلاق الدوائر المحافظة على النباتات داخل Headspace

Environment
 

Summary

والهدف العام من هذا البروتوكول لقياس انبعاثات غازات الدفيئة من حقول الأرز باستخدام أسلوب ثابت الدائرة المغلقة. نظام القياس يحتاج إلى تعديلات محددة نظراً للوجود كلا من طبقة المياه الدائمة في الميدان، والنباتات داخل headspace الدائرة.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Bertora, C., Peyron, M., Pelissetti, S., Grignani, C., Sacco, D. Assessment of Methane and Nitrous Oxide Fluxes from Paddy Field by Means of Static Closed Chambers Maintaining Plants Within Headspace. J. Vis. Exp. (139), e56754, doi:10.3791/56754 (2018).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

ويصف هذا البروتوكول بقياس انبعاثات غازات الدفيئة من التربة بادي باستخدام أسلوب ثابت الدائرة المغلقة. ويستند هذا الأسلوب على نظرية نشر. ومرفق طيه كمية معروفة من الهواء تتراكب على منطقة محددة من تربة داخل غطاء متوازي (المسمى "الدائرة")، لفترة محددة من الوقت. خلال هذه الفترة الضميمة، نقل الغازات (الميثان (CH4)، وأكسيد النيتروز (ن2س)) من التربة المسامية الجوية قرب مصدر الجرثومية (أي، مولدات، نيتريفيرس، دينيتريفيرس) إلى headspace الدائرة، بعد طبيعية الانحدار تركيز. ثم قدرت تدفقات من دائرة الاختلافات تركيز headspace أخذ عينات على فترات منتظمة في جميع أنحاء العلبة وتحليلها ثم مع الفصل اللوني للغاز. من بين الأساليب المتاحة لقياس انبعاثات غازات الدفيئة، أسلوب ثابت الدائرة المغلقة مناسبة لإجراء التجارب على الأرض، كما أنها لا تتطلب المتجانسة كبيرة تعامل في مناطق التربة. علاوة على ذلك، فإنه يمكن التحكم بموارد محدودة ويمكن تحديد العلاقات بين خصائص النظام الإيكولوجي والعمليات وتدفقات، خاصة عندما تقترن بغازات الدفيئة قياسات القوة الدافعة. ومع ذلك، فيما يتعلق بأسلوب ميكروميتيورولوجيكال، يسبب الحد الأدنى لكن اضطراب التربة لا يزال أمرا لا مفر منه، ويسمح الأزمنة بسيطة. عدة مراحل هي المفتاح لتنفيذ الأسلوب: ط) دائرة التصميم والنشر، ثانيا) عينة من مناولة والتحليلات، والثالث) الجريان تقدير. نجاح تنفيذ تقنية في حقول الأرز يطالب بتعديلات حقل الفيضانات خلال جزء كبير من دورة المحاصيل، وصيانة مصنع الأرز داخل headspace الدائرة خلال القياسات. ولذلك، تتكون عناصر إضافية يمكن النظر فيها فيما يتعلق بالتطبيق المعتاد للتربة الزراعية غير المغمورة من الأجهزة ل: ط) تجنب أي اضطراب المياه غير المقصودة التي يمكن أن نبالغ في تقدير التدفقات، والثاني) بما في ذلك نباتات الأرز داخل headspace الدائرة تماما النظر في الغازات المنبعثة من خلال النقل أيرينتشيما.

Introduction

الزراعة هي قطاع إنتاجي التي، جنبا إلى جنب مع الغابات واستخدام الأراضي، وأخرى تنتج حوالي 21 في المائة من انبعاثات غازات الدفيئة العالمية1. دقيقة لقياس انبعاثات غازات الدفيئة من التربة الزراعية هو المفتاح إنشاء تحديد الدور السليم للنظم الإيكولوجية الزراعية كمصدر وبالوعة في تغير المناخ2، بل أيضا لتحديد استراتيجيات التخفيف الملائمة والفعالة داخل إطار أهداف اتفاق باريس.

تدفقات انبعاثات غازات الدفيئة أهم اثنين تنتجها التربة الزراعية (أين2س و CH4) قابلة للقياس بالأساليب ميكروميتيورولوجيكال أو تقنية مغلقة الدائرة3. تطبيق الغالبية العظمى من الدراسات الإبلاغ عن البيانات على انبعاثات غازات الدفيئة من التربة على مدى العقود الثلاثة الماضية4،تقنية الدائرة المغلقة5 الذي كان أول من وصف في عام 19266. وقد بذلت جهود عديدة ضبط الأسلوب، والتغلب على جميع مصادر أثرية التجريبية و التحيز7،،من89،،من1011،12 ،،من1314. بروتوكولات محددة، جمعت في أوقات مختلفة، تهدف إلى توحيد منهجيات15،،من1617،،من1819، والمحاولات العلمية لا تزال جارية لتحديد أفضل الممارسات لاستخدام التقنية والإقلال من التحيز في تقديرات التدفق.

تعتمد على نظرية انتشار تقنية دائرة مغلقة ثابتة، تطبيقها على التربة بادي يرد في هذه الورقة، ويوفر العلبة كمية معروفة من الهواء فوق جزء من سطح التربة لمدة دقيقة. خلال الضميمة، الفصل4 والجزيئات2س ن ترحيل بنشرها على طول تدرج التركيز طبيعي من التربة المسامية الجوية، حيث أنها تنتجها الكائنات الدقيقة محددة (مولدات في حالة الفصل4؛ نيتريفيرس و دينيتريفيرس لن2س)، في الهواء محاطة ضمن headspace الدائرة، في نهاية المطاف من خلال مياه الفيضان أو أيرينتشيما النباتات. زيادة تركيزات غازات اثنين داخل headspace الدائرة على مر الزمن، ويوفر تواجد هذه الزيادات لتقديرات التدفق.

فيما يتعلق بأساليب ميكروميتيورولوجيكال، قياسات الدائرة المغلقة غالباً المفضل لاختلاف أنواع استخدام الأراضي والنظم الإيكولوجية عند دراسة غازات الدفيئة تدفقات في حجم الأرض، لأنها ليست عالية أو المرهونة ب حقل متجانسة كبيرة2 السوقية و متطلبات الاستثمار20. وعلاوة على ذلك، أنها تسمح المتزامن تحليل تجارب التلاعب بها، مثل ممارسات مختلفة الخواص أو الأخرى مجال العلاجات12،21. وأخيراً، تسمح التقنية تحديد العلاقات بين خصائص النظام الإيكولوجي والعمليات وتدفقات. وبدلاً من ذلك، تتضمن اثنين من العوائق الرئيسية للتقنية الاستكشاف غير فعالة نسبيا للتباين المكاني والزماني، وآثار اضطراب التربة بسبب الدائرة نشر22. ومع ذلك، يمكن، على الأقل جزئيا، التغلب على هذه المضار مع: تصميم الدائرة المناسبة (للتقليل من اضطراب التربة)، واعتماد عدد كاف من replicates (لاستكشاف التغير المكاني)، واستخدام نظام يسمح بتكثيف الآلي تواتر القياسات اليومية (لمراعاة تقلب الدافيء) أو العادية (نفس الوقت اليوم) القياس (لحذف تأثير درجة الحرارة في تقلب المتبقية).

تطبيق أول أسلوب لحقول الأرز يعود تاريخها إلى أوائل 8023، والخصائص الرئيسية لاستخدامها فيما يتعلق بحقول المرتفعات هي وجود فيضان المياه في التربة، والحاجة إلى إدراج النباتات داخل headspace خلال الدائرة الضميمة. كما هو موضح بعناية في هذه الورقة، يعني سمة الأولى الحاجة إلى نظم محددة لمنع حدوث اضطراب المياه أثناء الأحداث القياس، لتجنب الإفراط التمويه الناجم عن تعزيز نشر الغاز عبر مياه الفيضانات الناجمة عن الاضطرابات. هو السمة الأساسية الثانية لنقل الغاز من خلال aerenchyma الأرز، يمثلون تصل إلى 90 في المائة من المنبعثة CH424، الأمر الذي يتطلب الأجهزة المناسبة تشمل النباتات أثناء الأحداث القياس.

Protocol

1-دائرة التصميم

  1. تجميع كل دائرة مع ثلاثة عناصر رئيسية: ارتساء وغطاء وملحقات أربعة على الأقل.
  2. بناء المرساة في شكل 75 سم × 36 سم × 25 سم (L × العرض × العمق × الارتفاع) مربع مستطيل مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ. لحام قناة يمكن تعبئتها مياه 10-13 مم (w) × 13-20 ملم (ح) إلى محيط المستطيل العلوي الارتساء. حفر ثقوب اثنين (1 سم في القطر) على كل من الجوانب الأربعة من نقطة ارتساء 5 سم من قناة المياه العلوية.
    ملاحظة: المراسي عزل العمود التربة تحت الدائرة ومنع الانتشار الأفقي. القناة ضروري لتحقيق ختم فعالة بين مذيع والغطاء. الثقوب ضمان عملية تفريغ سريع لمياه البرك داخل الدائرة أثناء الأحداث الميدانية الصرف.
  3. بناء غطاء في خانة مستطيلة شكل من الفولاذ المقاوم للصدأ والحجم 75 سم × 36 سم × 20 سم (L × العرض × العمق × الارتفاع) مع وحدة تخزين داخلية من 54 ل. تأكد أنه يناسب القناة يمكن تعبئتها المياه تماما.
  4. تغطي الغطاء مع رغوة سميكة خلية مغلقة 4-سم هي، بدورها، مشمولة بطلاء عاكس ضوء (مثل الألومنيوم).
    ملاحظة: من الضروري تزويد الدائرة بنظام تحكم في درجة حرارة حتى لا تعزيز النشاط الميكروبي مصطنع، وما يترتب عليه من زيادة درجة حرارة غير مقصودة أثناء إغلاق الدائرة.
  5. تجهيز كل غطاء بصمام تنفيس، مصنوعة من قطعة منحنية من الأنابيب البلاستيكية (1.5 سم x 24 سم، د س لام) الحجم لغرفة التخزين والرياح الشروط25. الاتصال صمام تنفيس الغطاء بحفر حفرة 1.5 سم في مركز واحد من وجوه الغطاء الجانبي اثنين 36-سم. ثم تأمين أنبوب بلاستيكي مع موصل المسمار.
    ملاحظة: صمام تنفيس المستحسن لنقل أية تغييرات ضغطي أرفق الهواء وحدة التخزين والتعويض عن حجم التغيرات التي تحدث أثناء الدائرة الضميمة والهواء سحب العينات، و/أو المرتبطة بالهواء غير المنضبط والمغلقة التغيرات في درجات الحرارة. ينبغي أن يكون التنفيس أنبوب وليس مجرد حفرة، حيث أن استنفاد الهواء من العلبة أثناء حدوث انخفاض في الضغط الخارجي التقاطها داخل الأنبوب وثم عاد إلى العلبة في حالة زيادة الضغط مرة أخرى. شكل منحنى يقلل من إمكانيات الدائرة تنفيسها بسبب تدفق الرياح عبر الخارجية في فتح، أيتأثير فنتوري26.
  6. يوفر منفذ أخذ عينات لسحب عينات الغاز. جعل حفرة 1 سم في وسط الجزء العلوي من الغطاء في مكانة 7-سم x 7 سم حفرت في الرغاوي في الخلية. إغلاق الثقب بسداده مطاطية يناسب أنبوب تفلون (قطرها الداخلي 3 مم، وطولها 20 سم). ضمان أن أنبوب تفلون يقذف 3 سم ويتطفل 17 سم عندما يتم وضع السدادة في مكانته. الاتصال الجزء الخارج من الأنبوب محبس الحنفية اتجاه واحد لإدارة فتح/إغلاق الميناء أخذ العينات.
  7. تزويد كل غطاء مروحة كمبيوتر 12 فولت بطارية قابلة لإعادة الشحن والمحمولة 12V-7Ah، لضمان خلط الهواء. يوضع مروحة الكمبيوتر على الجانب العلوي الداخلي للغطاء عن طريق اثنين السحابات الفولاذ انسحب على الجانب الداخلي من الدائرة.
    ملاحظة: خلط الهواء ضروري لمنع أي الطبقات الغاز داخل headspace الدائرة خلال الضميمة، خاصة عندما توجد كميات كبيرة من الغطاء النباتي.
  8. بناء عدد من ملحقات تشمل النباتات داخل الدائرة عندما كانت تزرع تماما. على سبيل المثال، إذا كانت النباتات لا يتجاوز 80 سم ارتفاع في حجمها النهائي، بناء ملحقات 4 لكل دائرة. التأكد من أن كل مربع مستطيل مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ و 75 × 36 × 25 سم (L × العرض × العمق × الارتفاع) في الحجم، ومع قناة يمكن تعبئتها مياه العلوي، كما هو موضح للربط. إضافة هذه الملحقات بين مذيع والغطاء أثناء العلبة الدائرة، حسب المرحلة التي بلغتها المحاصيل.

2-ربط النشر وترتيب نظام لمنع تحريك التربة

  1. إدراج نقاط ارتساء في التربة بعد إعداد الحقل (أيبعد كل عمليات الحرث) وقبل بذر الأرز. إذا كان ذلك ممكناً، لا تقم بإزالة المراسي لمدة فترة القياس ما لم تكن الضرورة القصوى، مثل عملية الحراثة بين موسمين زراعة المحاصيل اللاحقة. إدراج نقاط ارتساء بضعة أيام (الحد أدنى أيام 2) قبل بدء قياس التدفق، حيث أن التربة اكويليبراتيس إعادة بعد اضطراب أثناء التثبيت.
  2. قبل توزيع أي مذيع في التربة الجرداء، ضع 30 سم × 3 م (W x L) الخشب ألواح (في الميدان وسيرا على الأقدام حصرا بشأنها خلال العمليات التالية لتجنب انضغاط التربة. وضع الألواح يقل عن 0.5 متر من كل مرساة.
  3. إدراج نقاط ارتساء على عمق 40 سم في عموم المحروثة لتأمين الارتساء وتجنب الانحناء الأفقي العرضي بعد الفيضانات الميدانية، خصوصا عندما يستخدم ملحق. بعد قد تم وضع المراسي في التربة في منطقة حقل معين، ضع إطار الصلب تجميع مخصص فوق نقطة ارتساء، مع الحفاظ على التوافق السليم لكلا العنصرين. مطرقة المرساة في التربة، وإيلاء الاهتمام لضرب من الإطار ولا المرساة، منع إلحاق ضرر بالمرساة. بعد الإدراج، التأكد من وجود نقاط ارتساء مسطحة تماما باستخدام مستوى فقاعة.
  4. قم بإدراج ثلاثة على الأقل من المراسي لكل معاملة المرصودة (أي، replicates). احترام الحد أدنى لمسافة بين الدوائر المجاورة 1 متر، وفي حالة دائرة واحدة أو أكثر ضمن نفس الوحدة التجريبية يحتاج إلى استخدامها.
  5. حالما يتم إدراج جميع المراسي، مؤقتاً إزالة الألواح الخشبية سيرا على الأقدام ومن ثم إعادة ترتيب الحقل مع نظام المنصات الصادرة من المصارف الجانبية للميدان. بالتفصيل، وضع في كتل خرسانية الحقل يقل عن 0.5 متر بعيداً عن المراسي، بإعداد كافية لعقد نظام ألواح خشبية.
    ملاحظة: المنصات ضرورية لمنع اضطراب التربة خلال الأحداث اللاحقة في قياس انبعاثات غازات الدفيئة. عدد الكتل الخرسانية سيتوقف على مسافة المراسي من المصارف الجانبية للميدان. كل اللوح طويلة 3-m يتطلب اثنين من كتل خرسانية للاستقرار.

3-يجوز للدائرة قياسات انبعاثات غازات الدفيئة والإغلاق

  1. تشغيل الأحداث القياس دائماً في نفس الوقت كل يوم، للحد من تقلب الدافيء.
    ملاحظة: الوقت الحالي أفضل من يمثل متوسط التدفق اليومي عندما تكون درجات الحرارة قريبة من المتوسط اليومي، أي، الساعة 10:00 ص وهذا هو أفضل طريقة لتقدير القيمة التراكمية اليومية من قياس فريدة من نوعها في يوم27.
  2. عند وصوله إلى الميدان، وضع ألواح خشبية على كتل خرسانية للتوصل إلى نقاط ارتساء. وبعد ذلك سد القنوات التي وضعت في محيط العلوي من المراسي بالماء. إضافة ملحقات بعناية حسب الضرورة لإحاطة جميع النباتات داخل headspace الدائرة.
    ملاحظة: ينبغي إجراء هذه العملية بالشركتين بغية تجنب أي تلف المحاصيل. ملء مع الماء القناة لكل ملحق المستخدمة كذلك.
  3. قم بإغلاق كل دائرة، وضع الغطاء في قناة مليئة بالمياه للملحق العلوي. أثناء فترة الإغلاق (عادة 15-20 دقيقة، ولكن قابلة للتعديل لتلبية الاحتياجات التجريبية)، سحب عينات الغاز ثلاثة على الأقل في فترات زمنية متساوية (مثلاً، فقط بعد إقفال، وبعد 10 دقائق، وبعد 20 دقيقة). في العينات، توصيل حقنه 50 مل مزودة محبس الحنفية أحادية اتجاه إلى منفذ المعاينة، ثم فتح ستوبكوكس اثنين (واحد في المحاقن) وواحدة في ميناء أخذ العينات، "شطف" المحاقن بتحريك المكبس صعودا وهبوطاً ثلاث مرات قبل سحب 35 مل من الدائرة headspace، ومن ثم أغلق أخيرا ستوبكوكس اثنين. قطع الاتصال حقنه من ميناء أخذ العينات، وتخزينها بعيداً.
    ملاحظة: عندما تعمل بالقرب من الدوائر خلال الفيضانات الميدانية، تجنب أي اضطراب أو الاضطراب من مياه البرك أنها يمكن أن تنتج فقاعات الغاز شاذة وتغيير تقديرات تدفق غازات الدفيئة.
  4. إضافة عدة ملحقات مناسبة تحتوي على نباتات الأرز. توسط ملحقات بين مذيع والغطاء، وملء جميع القنوات المائية فيلابل. استخدام ملحق واحد عندما يكون الأرز 20-40 سم فوق سطح التربة (مقاسا بمسطرة قابلة لطي)؛ استخدام ملحقات اثنين عندما الأرز هو 40-60 سم، وهلم جرا.
  5. أثناء إغلاق الدائرة، قياس درجة حرارة headspace كل 3-5 دقائق مع datalogger درجة حرارة.
  6. النظر في عملية أخذ العينات كاملة بعد فترة الإغلاق. إزالة الغطاء وبعد ذلك استخدام كافة ملحقات.
    ملاحظة: لتقصير الوقت اللازم لرصد عدة دوائر، وتجنب التحيز تقلب الدافيء، من الممكن قياس الدائرة متزامنة أكثر من واحد. على سبيل المثال، مع فريق من اثنين من المشغلين، من الممكن لإدارة العينات من الدوائر المجاورة تصل إلى 10 في 30 دقيقة.
  7. بعد كل حدث أخذ العينات، قياس ارتفاع headspace كل دائرة من التربة (عندما يتم تجفيف الحقل) أو من مياه البرك (عندما يكون الحقل المغمورة) باستخدام مسطرة قابلة لطي.

4-عينة من مناولة والتحليلات

  1. قبل كل حقل أرز زيارة، إجلاء قنينة زجاج 12 مل ثلاثة (أو أكثر) مغلقة مع سيتا بوتيل المطاط كل دائرة الميدان في المختبر.
    ملاحظة: يمكن إعادة استخدام القوارير. من الضروري قبل كل إعادة استخدامها، تحل محل الغشاء المطاطي واستعادة الفراغ.
  2. في أعقاب انسحاب الغاز من headspace الدائرة، نقل العينات المقدمة في المحاقن إلى قنينات الذين تم إجلاؤهم بسرعة لأن الحقن البلاستيكية، وحتى مع محبس الحنفية مغلقة، لا يمكن أن تضمن لا تسرب28. إجراء النقل مع إبرة حقن 25-قياس. أولاً، تناسب الإبرة في محبس الحنفية، ثم فتحه ومسح الإبرة مع 5 مل عينة. المقبل، أدخل الإبرة الحاجز ودفع العينة 30 مل المتبقية إلى قنينة قبل إخلاء، وثم تسحب الإبرة.
    ملاحظة: العينة داخل القنينة هو الصراف الآلي > 2 المضغوط لتوفير الغاز لتحليلات متعددة وتجنب أي التدفق الجماعي من البيئة الخارجية تجاه العينة، التي من شأنها أن تغير تركيز غازات الدفيئة. مسح العينة 5 مل من الإبرة يسمح لها بإعادة استخدامها في العينات الأخرى.
  3. في نهاية كل العينات، نقل القنينات إلى المختبر للتحليل.
    ملاحظة: على الرغم من أن يكفل حفظ العينة في 20 درجة مئوية لأكثر من أربعة أشهر28، دائماً الأفضل لأداء الإجراءات التحليلية بالسرعة الممكنة.
  4. تحديد تركيزات الغاز في العينات التي تم جمعها باستخدام كروماتوجرافيا الغاز الآلي مجهزة بكاشف التقاط إلكترون لتصميم2س ن ومكشاف تاين الاشتعال للفصل4 تصميم29. بالإضافة إلى أن العينات وقياس تركيزات عدد معروف ن2س والفصل4 عينات (المعايير) من أجل القيام معايرة دقيقة.
    ملاحظة: ينبغي أن تشمل تركيز المعايير التركيزات المتوقعة من العينات.

5. تقدير تدفق

  1. ينبغي التنبؤ النموذج المختار لتقدير الجريان التمويه في هذه اللحظة من دائرة النشر، أي، لحظة مثالية فيها سعر الصرف الحقيقي لا تتأثر بوجود الدائرة.
  2. بعد تحديد تركيز الغاز في وحدة تخزين أساسية عن طريق الغاز التحليل الكروماتوغرافي ومعايرة اللاحقة، حساب القيمة المطلقة لمادة (س ن2أو CH4) موجودة داخل headspace، وفقا لحجم الهواء المولى المستمدة من "قانون الغاز المثالي".
    ملاحظة: من المستحسن جداً أن إنتاج منحنى معايرة المرتبطة بكل العينات، حيث يمكن أن تعاني كروماتوجرافيا الغاز التعديلات إشارة طفيفة كدالة لدرجات الحرارة، والذي يمكن أن يؤدي إلى أخطاء.
  3. اختر بين نموذج خطي أو غير خطي، اعتماداً على نمط الانبعاث. من بين النماذج غير الخطية المتاحة، حدد جلالة النموذجي25، تعتمد في نهاية المطاف على حزمة HMR9. إذا لها ثلاث نقاط الوقت (الوقت 0 والساعة 1 والساعة 2) اخترت استناداً إلى انحدار الجزأين: في حالة ما إذا المنحدر بين 0 ووقت 1 أكبر في القيم المطلقة من المنحدر بين الساعة 1 والساعة 2 والمنحدرات متطابقة ، استخدم نموذج جلالة؛ وفي جميع الحالات الأخرى، استخدم نموذج خطي. إذا كان لديك النقاط الزمنية أكثر من ثلاثة، وتناسب اثنين من نماذج استخدام HMR، ولكن بعد ذلك اختيار الخاص بك استناداً إلى تقييم visual نموذج أفضل في الاتجاه المناسب.
  4. تعيين إلى صفر الدفقات تحت "التمويه الاكتشاف الحد الأدنى"، تحسب وفقا لحدود الكشف عن الغاز اللوني وظروف (درجة الحرارة والضغط والحجم headspace) التشغيل.
  5. لوصف التغيرات الموسمية للتدفقات بشكل صحيح، توفر على الأقل 40 العينات الأحداث طوال العام (رصد كل دورات والحراثة فترات)، وتكثيف تواتر أخذ العينات قرب أحداث محورية في دورة المحاصيل، مثل الحرث، فيرتيليزيشنز، والصرف الصحي، وإنشاء الفيضانات الظروف، تطفو على السطح من الأرز شتلة من مياه البرك، وهلم جرا. الانتقال من أقصى تردد يوميا (مثلاً، في فترات الصرف، فيرتيليزيشنز، إلخ) إلى الحد أدنى من مرة واحدة مرتين أسبوعيا (مثلاً، أثناء فصل الشتاء).

Representative Results

وتنتج كل قياس الحدث سلسلة من تركيزات غازات الدفيئة على مر الزمن لكل دائرة من دوائر المراقبة الذي يعد أساسا لتقدير تدفقات انبعاثات غازات الدفيئة. أساسا، لا حاجة خاصة تجاهل البيانات، ولكن نسبة عالية من الحالات التي تقع خارج نطاق النموذج النظري لدالة رتيبة (دقة متزايدة أو متناقصة) تستحق الاهتمام على دقة تطبيق البروتوكول وممكن الهائل من الأخطاء (مثلاً، تسرب قارورة).

الشكل 1 تقارير سنة بأكملها من الدفقات المثال الصحيح CH4 . كما أظهر مع أشرطة الخطأ، هذه قد تختلف النتائج كثيرا، أساسا نتيجة لالي عدم تجانس المكانية للعمليات الميكروبية المسؤولة عن إنتاج غازات الدفيئة. للمستخدمين الذين يعانون من تقلب عالية، مثل هذه النتائج ليست بالضرورة مؤشرا على النتائج السيئة. إلى عنوان عالية التقلب الذي يجعل من المستحيل لكشف، وزيادة عدد replicates ببساطة الفروق في المعاملة.

ويرد في الشكل 2، مثال على سوء التنقيب التقلبات الموسمية: العدد غير الكافي لقياس الأحداث أدى إلى تقدير التدفقات السنوية.

ويمكن الجمع بين تدفقات يومية فيما بعد لحساب الانبعاثات التراكمية عبر سنة الشمسية، خلال موسم زراعة المحاصيل، أو عبر مراحل محددة الاقتصاص. عادة، يعتمد حساب التدفقات التراكمية على خطي تغيير التدفقات بين حدثين قياس اللاحقة. ويرد مثال للتدفقات التراكمية في الشكل 3 للفصل4.

Figure 1

الشكل 1. مثال للتباين الموسمي CH4 تدفقات يوميا من حقل للأرز التي اجتاحتها الفيضانات على مدى سنة كاملة، بما في ذلك كل من الاقتصاص دورة (من أيار/مايو إلى أيلول/سبتمبر) وزراعة المقحمات فترات. أشرطة الخطأ تمثل الأخطاء المعيارية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الرقم 2. مثال للتباين الموسمي CH4 تدفقات يوميا من حقل للأرز التي اجتاحتها الفيضانات على مدى سنة كاملة، مع وجود عدد كاف من قياس الأحداث جيدا لا تغطي كل لحظات محورية لانبعاثات غازات الدفيئة. أشرطة الخطأ تمثل الأخطاء المعيارية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3. مثال CH4 الانبعاثات التراكمية خلال موسم زراعة المحاصيل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4. المراحل الرئيسية لأسلوب التطبيق مع المقابلة النقاط الحرجة ومؤشرات النجاح. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Discussion

تطبيق تقنية دائرة مغلقة ثابتة في الأرز تتكون من خمس مراحل أساسية، تقابل الفروع الرئيسية المبينة في البروتوكول. كل مرحلة تحتوي على النقاط الحرجة التي يجب أن تكون على علم، ومؤشرات للتحقق من نجاح تنفيذ المرحلة، كما هو ملخص في الشكل 4.

معظم النقاط الحرجة المبينة في الشكل 4 يتم تناولها بالفعل في البروتوكول، ويمكن حلها بسهولة عن طريق اتباع التوصيات المضمنة. النقطة الحرجة أصعب من هذا البروتوكول هو حساب تدفقات استناداً إلى اختلاف تركيز غازات الدفيئة خلال الضميمة الدائرة. أيضا عند استخدام حزمة HMR للعمليات الحسابية، المستحسن لتحديد أفضل نموذج لتطبيق، مستقلة عن اقتراح HMR، استناداً إلى التقييم البصري. هذا أكثر أهمية عند تركيزات في وقت من الأوقات ينحرف عن السلوك المتوقع من زيادة ثابتة أو إنقاصها.

عدة تنويعات تقنية الموصوفة ممكن في إطار هيكل المبادئ الرئيسية، لا سيما فيما يتصل بدائرة الهندسة (يمكن أن تكون الدائرة أيضا أسطواني)، مواد الدائرة (أي غير منفذة وغير التفاعلية وغير المصدر/بالوعة للغاز جزيئات قيد النظر، والمواد سهلة الاستخدام، مثل تفلون ومناسب، ولكن أكثر تكلفة)، ونوع من محلل غازات الدفيئة (تتوفر النظم المحمولة التي لا تتطلب نقل الغاز في المحاقن والقوارير). ومع ذلك، قياس تدفقات انبعاثات غازات الدفيئة من التربة هو خطوة محورية اللازمة لرصد مصادر تغير المناخ، فهم العمليات التي تؤدي إلى انبعاثات، لدراسة فعالية استراتيجيات التخفيف الممكنة، وإبلاغ نماذج للتنبؤ بالمستقبل السيناريوهات. أنها أكثر أهمية من أي وقت مضى اعتماد البروتوكولات المشتركة التي سيتم بناء مجموعة موحدة من المعارف لرصد النظم الإيكولوجية الزراعية للميزانية غازات الدفيئة العالمية.

هنا يتم تطبيق "قانون الغاز المثالي" لحساب حجم المولى للغازات الحقيقية. هذا التطبيق يستخدم على نطاق واسع وقبلت في هيئة محددة للأدب، ويمكن استخدام تقريب غاز مثالية بدرجة معقولة من الدقة30.

وأخيراً، اعتماداً على الأسئلة التجريبية معالجتها في سياق قياسات انبعاثات غازات الدفيئة، النظر في قياس الدوافع الرئيسية للفصل4 وانبعاثات2س ن، مثل درجة حرارة التربة، وإمكانيات الأكسدة، التربة المسامية "العضوي المذاب" تركيزات الكربون والنترات مسام التربة، وتركيز الأمونيوم.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

الكتاب ممتنون للغجر ماركو وايليونورا فرانشيسكا مينيوتي وموظفي البحوث المركز من Ente Nazionale الريسي، الذي استضاف محاكمة تجريبي حيث تم إنشاء شريط الفيديو. كما نود أن نشكر فرانشيسكو اللوفيوني لفلاش العلمية الأولى مما يؤدي إلى أعمال البروتوكول وليونارد جوان لعملها الثمينة لتحرير اللغة الإنجليزية من المخطوطة.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Anchor/Chamber - - Self-produced
5 cm thick closed cell foam - - It is an insulating material, to be found in a store of building materials.
Light reflective (aluminum-like) coating - - We use a shiny blanket, but it is possible to use aluminium foil for food.
Curved piece of plastic tubing (1.5 cm and 24 cm, DxL) - - We use an electrical duct, to be found in a hardware store.
Screw connector - - We use a connector for electrical ducts, to be found in a hardware store.
Rubber stopper (1 cm D) - - To be found in a store for laboratory equipments.
Teflon tube (3 mm internal D) - - To be found in a store for laboratory equipments.
One-way stopcock - - We use stopcock for drip, to be found in a store for medical equipments.
12V PC fan - - To be found in a PC store.
12V-7Ah rechargeable and portable battery - - To be found in a store for electrical material.
Steel fasteners - - To be found in a hardware store.
30 cm X 3 m (WxL) wood planks - - To be found in a store of building materials.
Steel frame - - Self-produced
Bubble level - - To be found in a hardware store.
Concrete blocks - - To be found in a store of building materials.
50 ml syringe - - To be found ina store for medical/veterinary equipments.
Folding Ruler - - To be found in a hardware store.
Temperature datalogger Onset HOBO U23 Pro v2 External Temperature Data Logger
Exetainer 12ml Vial - Flat Bottom Labco UK 736 W
Butil rubber septa for vials Labco UK VW101
25-gauge hypodermic needle - - To be found in a store for medical equipments.
CH4 and N2O standards - - To be found at a supplier of gas bottles.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Tubiello, F. N., et al. Agriculture, Forestry and Other Land Use Emissions by Sources and Removals by Sinks. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations. 4-89 (2014).
  2. Oertel, C., Matschullat, J., Zurba, K., Zimmermann, F., Erasmi, S. Greenhouse gas emissions from soils-A review. Chemie der Erde. 76, 327-352 (2016).
  3. Hutchinson, G. L., Livingston, G. P. Soil-atmosphere gas exchange. Methods of soil analysis. Dane, J. H., Topp, G. C. Soil science society of America. Madison, WI. 1159-1182 (2002).
  4. Nakano, T., Sawamoto, T., Morishita, T., Inoue, G., Hatano, R. A comparison of regression methods for estimating soil-atmosphere diffusion gas fluxes by a closed-chamber technique. Soil Biol. Biochem. 36, 107-113 (2004).
  5. Rochette, P., Eriksen-Hamel, N. S. Chamber Measurements of Soil Nitrous Oxide Flux: Are Absolute Values Reliable? Soil Sci. Soc. Am. J. 72, (2), 331-342 (2008).
  6. Lundegardh, H. Carbon dioxide evolution of soil and crop growth. Soil Sci. 23, (6), 417-450 (1926).
  7. Buendia, L. V., et al. An efficient sampling strategy for estimating methane emission from rice field. Chemosphere. 36, 395-407 (1998).
  8. Khalil, M. A. K., Butenhoff, C. L. Spatial variability of methane emissions from rice fields and implications for experimental design. J Geophys. Res. 113, 1-11 (2008).
  9. Pedersen, A. R., Petersen, S. O., Schelde, K. A comprehensive approach to soil-atmosphere trace-gas flux estimation with static chambers. Eur. J. Soil Sci. 61, 888-902 (2010).
  10. Christiansen, J. R., Korhonen, J. F. J., Juszczak, R., Giebels, M., Pihlatie, M. Assessing the effects of chamber placement, manual sampling and headspace mixing on CH4 fluxes in a laboratory experiment. Plant Soil. 343, 171-185 (2011).
  11. Minamikawa, K., Tokida, T., Sudo, S., Padre, A., Yagi, K. Guidelines for measuring CH4 and N2O emissions from rice paddies by a manually operated closed chamber method. National Institute for Agro-Environmental Sciences. Tsukuba, Japan. (2015).
  12. Parkin, T. B., Venterea, R. T., Hargreaves, S. K. Calculating the detection limits of chamber-based soil greenhouse gas flux measurements. J. Environ. Qual. 41, 705-715 (2012).
  13. Pihlatie, M. K., et al. Comparison of static chambers to measure CH4 emissions from soils. Agr. Forest. Meteorol. 171-172, 124-136 (2013).
  14. Sander, B. O., Wassmann, R. Common practices for manual greenhouse gas sampling in rice production: a literature study on sampling modalities of the closed chamber method. Greenhouse Gas Meas. Manage. 4, 1-13 (2014).
  15. IAEA. Manual on measurement of methane and nitrous oxide emissions from agriculture. International Atomic Energy Agency. Vienna, Austria. (1992).
  16. IGAC. Global Measurement Standardization of Methane Emissions from Irrigated Rice Cultivation: A Report of the Rice Cultivation and Trace Gas Exchange Activity (RICE) of the International Global Atmospheric Chemistry (IGAC) Project. IGAC Core Project Office, Massachusetts Institute of Technology. Cambridge, USA. (1994).
  17. Parkin, T. B., Venterea, R. T. Chapter 3. Chamber-Based Trace Gas Flux Measurements. Sampling Protocols. Follett, R. F. 3.1-3.39 (2010).
  18. Minamikawa, K., Tokida, T., Sudo, S., Padre, A., Yagi, K. Guidelines for measuring CH4 and N2O emissions from rice paddies by a manually operated closed chamber method. National Institute for Agro-Environmental Sciences. Tsukuba, Japan. (2015).
  19. Firbank, L. G., et al. Towards the co-ordination of terrestrial ecosystem protocols across European research infrastructures. Ecol Evol. 7, (11), 3967-3975 (2017).
  20. FAO,, IFA, Global estimates of gaseous emissions of NH3, NO and N2O from agricultural land. ISBN 92-5-104689-1 (2001).
  21. Denmead, O. T. Approaches to measuring fluxes of methane and nitrous oxide between landscapes and the atmosphere. Plant Soil. 309, 5-24 (2008).
  22. Cleemput, O. V., Boeckx, P. Greenhouse gas fluxes: measurement. Encyclopedia of Soil Science. Lal, R. Second Edition, CRC Press. (2005).
  23. Cicerone, R. J., Shetter, J. D. Sources of atmospheric methane: Measurements in rice paddies and a discussion. J Geophys. Res. 86, 7203-7209 (1981).
  24. Le Mer, R., Roger, J. Production, oxidation, emission and consumption of methane by soils: A review. Eur. J. Soil Biol. 37, 25-50 (2001).
  25. Hutchinson, G. L., Mosier, A. R. Improved soil cover method for field measurement of nitrous oxide fluxes. Soil Sci. Soc. Am. J. 45, 311-316 (1981).
  26. Conen, F., Smith, K. A. A re-examination of closed flux chamber methods for the measurement of trace gas emissions from soils to the atmosphere. Eur. J. Soil Sci. 49, 701-707 (1998).
  27. Minamikawa, K., Yagi, K., Tokida, T., Sander, B. O., Wassmann, R. Appropriate frequency and time of day to measure methane emissions from an irrigated rice paddy in Japan using the manual closed chamber method. Greenhouse Gas Meas. Manage. 2, 118-128 (2012).
  28. Rochette, P., Bertrand, N. Soil air sample storage and handling using polypropylene syringes and glass vials. Can. J. Soil Sci. 83, 631-637 (2003).
  29. Peyron, M., et al. Greenhouse gas emissions as affected by different water management practices in temperate rice paddies. Agr. Ecosyst. Environ. 232, 17-28 (2016).
  30. Ussiri, D., Lal, R. Soil Emission of Nitrous Oxide and its Mitigation. Springer Science & Business Media. (2012).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics