Beoordeling van methaan en distikstofoxide (lachgas) stromen uit Paddy veld door middel van de Static gesloten kamers behoud van planten binnen Headspace

Environment
 

Summary

Het algemene doel van dit protocol is voor het meten van uitstoot van broeikasgassen van rijstvelden met behulp van de statische gesloten kamer techniek. Het meetsysteem moet specifieke aanpassingen als gevolg van de aanwezigheid van zowel een permanente water laag in het veld en de planten binnen de kamer headspace.

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

Dit protocol beschrijft het meten van uitstoot van broeikasgassen (BKG) van paddy bodems met behulp van de statische gesloten kamer techniek. Deze methode is gebaseerd op de theorie van diffusie. Een bekende hoeveelheid lucht bedekken van een gedefinieerde bodem gebied is omsloten met een parallellepipedum cover (genoemd "kamer"), voor een bepaalde periode van tijd. Tijdens deze periode behuizing verplaatsen gassen (methaan (CH4) en lachgas (N2van O)) vanuit bodem porie lucht in de buurt van microbiële herkomst (d.w.z.methanogens, nitrifiers, denitrifiers) naar de kamer headspace, na een natuurlijke verloop van de concentratie. Stromen worden dan geschat uit kamer headspace concentratie variaties op in de loop van de behuizing regelmatig bemonsterd en vervolgens geanalyseerd met gaschromatografie. Onder de technieken beschikbaar voor BKG-meting is de statische gesloten kamer-methode geschikt voor perceel experimenten, zoals op doet niet vergen grote homogeen behandelde bodem gebieden. Bovendien, het is beheersbaar met beperkte middelen en relaties tussen ecosysteem eigenschappen, processen en fluxen, kan identificeren, vooral wanneer gecombineerd met BKG driving force metingen. Echter met betrekking tot de micrometeorological methode, het zorgt ervoor dat een minimale maar nog steeds onvermijdelijk bodem verstoring, en laat een kleine temporele resolutie. Verschillende fasen zijn de sleutel tot de uitvoering van de methode: i) kamer ontwerp en de implementatie, ii) proef behandeling en analyses, en iii) flux schatting. Techniek uitvoering succes in rijstvelden eist aanpassingen voor veld overstromingen gedurende een groot deel van de bijsnijden cyclus en voor rijst plant onderhoud binnen de kamer headspace tijdens de metingen. Dus de extra elementen worden beschouwd met betrekking tot de gebruikelijke toepassing van niet-overstroomd landbouwgrond bestaan uit apparaten voor: i) het voorkomen van elke onbedoelde water verstoring die fluxen overschatten kon en ii) inclusief rijst planten binnen de kamer headspace volledig overwegen uitlaatgassen door middel van aerenchyma transport.

Introduction

Landbouw is een productieve sector die, samen met de bosbouw en andere ruimtelijke ordening, ongeveer 21% van de mondiale BKG-uitstoot1 produceert. Nauwkeurige meting van broeikasgasemissies van de landbouwgrond is de sleutel niet alleen om de bepaling van de juiste rol van agro-ecosystemen als zowel bron en wastafel in klimaat verandering2, maar ook om te definiëren van passende en doeltreffende risicobeperkende strategieën binnen het kader van de doelstellingen van de overeenkomst van Parijs.

Emissie fluxen van de twee belangrijkste broeikasgassen geproduceerd door landbouwgrond (d.w.z.N2O en CH4) zijn meetbaar door micrometeorological methoden of de gesloten-kamer techniek3. De overgrote meerderheid van de studies rapportage van gegevens over broeikasgasemissies uit de bodem in de afgelopen drie decennia toegepast de gesloten-kamer techniek4,5 , dat voor het eerst in 19266 beschreven was. Verschillende inspanningen hebben verricht om te fine-tunen van de techniek en het overwinnen van alle bronnen van experimentele artefact en bias7,8,9,10,11,12 ,13,14. Specifieke protocollen, samengesteld op verschillende tijdstippen, gericht op de standaardisering van de methoden15,16,17,18,19, en wetenschappelijke pogingen zijn nog steeds aan de gang om de beste praktijken voor het gebruik van de techniek en het minimaliseren van bias in flux ramingen.

De statische gesloten-kamer techniek, waarvan de toepassing tot paddy bodems wordt beschreven in dit document, berust op de theorie van de verspreiding en de behuizing van een bekende hoeveelheid lucht boven een gedeelte van het bodemoppervlak voorziet een precies bepaalde periode. Tijdens de behuizing, CH4 en N2O moleculen migreren door diffusie langs een natuurlijke concentratie gradiënt van de bodem porie lucht, waar ze worden geproduceerd door specifieke micro-organismen (in het geval van CH methanogens4; nitrifiers en denitrifiers voor N2O), de lucht die ingesloten in kamer headspace, uiteindelijk door de overstromingen water of de aerenchyma van de plant. De concentraties van de betrokken twee gassen binnen de kamer headspace toenemen in de tijd en voorkomen van deze verhogingen biedt voor flux schattingen.

Met betrekking tot de micrometeorological methoden zijn gesloten kamer metingen vaak voorkeur voor verschillende land gebruik soorten en ecosystemen als studeren BKG op het perceel schaal stromen, omdat ze niet bezwaard door een grote homogene veld2 of hoog logistieke en investeringen eisen20. Bovendien kunnen ze de gelijktijdige analyse van gemanipuleerde experimenten, zoals verschillende landbouwkundige praktijken of andere veld behandelingen12,21. Ten slotte, de techniek staat identificatie van de relaties tussen ecosysteem eigenschappen, processen en fluxen. Als alternatief, twee belangrijke nadelen van de techniek zijn de relatief inefficiënt verkenning van ruimtelijke en temporele heterogeniteit, en de gevolgen van de verstoring van de bodem als gevolg van kamer implementatie22. Echter, deze nadelen kunnen, op zijn minst gedeeltelijk, worden overwonnen met: goede kamer ontwerp (om te minimaliseren van de verstoring van de bodem), vaststelling van een voldoende aantal replicatieonderzoeken (om te verkennen ruimtelijke variabiliteit), en geautomatiseerde systeem gebruik waartoe de intensivering van de de frequentie van dagelijkse metingen (ter verantwoording voor dagverloop variabiliteit) of reguliere (dezelfde tijd van de dag) meting (op het effect van temperatuur in residuele variabiliteit weglaten).

Een eerste toepassing van de methode op een Sawa stamt uit de begin jaren 8023, en de belangrijkste eigenaardigheden van het gebruik ervan met betrekking tot de hooggelegen velden zijn de aanwezigheid van overstromingen water op de bodem en de noodzaak om planten in de headspace tijdens kamer behuizing. Zoals zorgvuldig beschreven in dit document impliceert de eerste eigenschap de noodzaak van specifieke systemen ter voorkoming van verstoring van de water tijdens de meting de gebeurtenissen, om te voorkomen dat flux overschattingen veroorzaakt door turbulentie veroorzaakte verhoging van de diffusie van het gas door overstromingen water. Het tweede essentiële kenmerk is ter verantwoording voor gastransport via rijst aerenchyma, van maximaal 90% van de uitgestoten CH424, waarvoor de juiste apparaten op te nemen planten tijdens meting evenementen.

Protocol

1. kamer ontwerp

  1. Monteren van elke kamer met drie hoofdelementen: ten minste vier uitbreidingen, een anker en een deksel.
  2. Bouwen van het anker in de vorm van een 75 x 36 cm x 25 cm (L x W x H) rechthoekige doos, gemaakt van roestvrij staal. Lassen van een water-invulbare kanaal 10-13 mm (w) x 13-20 mm (h) tot de bovenste rechthoekige omtrek van het anker. Boren van twee gaten (1 cm in diameter) op elk van de vier zijden van het anker 5 cm vanaf het Opper water kanaal.
    Opmerking: Ankers isoleren van de bodem kolom onder de vergaderzaal en laterale verspreiding te voorkomen. Het kanaal is nodig om een effectieve afdichting tussen het anker en de deksel. De gaten zorgen voor een snelle ontlading van ponding water in de vergaderzaal tijdens de gebeurtenissen van de afwatering gebied.
  3. Bouwen van een deksel in de vorm van een rechthoekige doos van roestvrij staal en formaat 75 x 36 cm x 20 cm (L x W x H) met een binneninhoud van 54 L.-Zorg ervoor dat het past het water-invulbare kanaal.
  4. Betrekking hebben op het deksel met een 4 cm dikke gesloten-cel schuim dat is, op zijn beurt, gedekt door een licht reflecterende (aluminium-achtige) coating.
    Opmerking: Het is nodig om uit te rusten van de kamer met een temperatuur controlesysteem dus niet ter bevordering van de microbiële activiteit kunstmatig, gevolg van een onbedoelde temperatuurstijging tijdens de sluiting van de kamer.
  5. Uitrusten van elke deksel met een vent klep, gemaakt van een gebogen stuk plastic buis (1,5 cm x 24 cm, D x L) formaat voor de kamer volume en wind omstandigheden25. Sluit de klep vent aan het deksel door het boren van een gat van 1,5 cm in het midden van één van de twee 36 cm laterale gezichten van het deksel. Beveiligt u de kunststof buis met een schroef-connector.
    Opmerking: De klep vent wordt aangeraden voor het overbrengen van barometrische wijzigingen in de u luchtvolumestroom en compenseren volumeveranderingen die zich tijdens voordoen kamer behuizing en lucht bemonstering terugtrekking en/of gekoppeld aan de ongecontroleerde, ingesloten lucht temperatuurveranderingen. De vent moet een buis en niet gewoon een gat, zodat lucht uitgeput van de behuizing tijdens een daling van de druk van buitenaf is gevangen in het buisje en keerde daarna terug naar de behuizing in het geval dat de druk opnieuw stijgt. De gebogen vorm minimaliseert de mogelijkheden van zaal drukverlaging als gevolg van de stroming van de wind over de externe openen, dat wil zeggen, het Venturi effect26.
  6. Bieden een bemonstering poort voor intrekking van de gasmonsters. Maak een gat van 1 cm in het midden van de bovenkant van het deksel in een 7 cm x 7 cm niche gegraven in de cel schuim. Sluit het gat met een rubberstop die past op een buis van de Teflon (inwendige diameter van 3 mm, lengte 20 cm). Ervoor zorgen dat de Teflon buis gesteenten van 3 cm en 17 cm binnendringt wanneer de stop in haar niche is geplaatst. Het verbinden naar buiten van de buis met een one-way afsluiter voor het beheren van de opening/sluiting van de poort van de bemonstering.
  7. Elke deksel voorzien van een 12V PC fan aangedreven door een 12V-7Ah oplaadbare en draagbare accu, om de lucht te mengen. Situeren de PC-ventilator aan de interne bovenste kant van het deksel door middel van twee stalen bevestigingsmiddelen vastgebout aan de interne kant van de kamer.
    Opmerking: Air mengen is nodig om te voorkomen dat eventuele gas stratificatie binnen de kamer headspace tijdens behuizing, vooral wanneer grote hoeveelheden van vegetatie aanwezig zijn.
  8. Het bouwen van een aantal uitbreidingen op de planten binnen de kamer opnemen wanneer zij volledig worden gekweekt. Bijvoorbeeld, als de planten niet groter is dan 80 cm hoogte op hun uiteindelijke grootte, bouwen 4 extensies voor elke kamer. Zorgen dat elk een rechthoekige doos is, gemaakt van roestvrij staal en 75 x 36 x 25 cm (L x W x H) in grootte, en met een hogere water-invulbare kanaal, zoals beschreven voor het anker. Deze extensies tussen een anker en deksel toevoegen tijdens de kamer behuizing, afhankelijk van de fase van het gewas.

2. het verankeren van implementatie en regeling van het systeem voor het voorkomen van verstoring van de bodem

  1. Ankers in de bodem na veld voorbereiding (d.w.z., na alle grondbewerking operaties) invoegen en vóór het zaaien van de rijst. Indien mogelijk, Verwijder niet de ankers voor de duur van de meetperiode tenzij strikt noodzakelijk is, zoals voor grondbewerking-bewerking uitgevoerd tussen twee achtereenvolgende bijsnijden seizoenen. Plaats de ankers een paar dagen (minimaal 2 dagen) vóór de aanvang van de meting flux, zodat deze de grond opnieuw equilibrates na verstoring tijdens de installatie.
  2. Voordat u een anker op de kale bodem verspreid, plaatsen 30 cm x 3 m (W x L) houten planken (in het veld en lopen uitsluitend op hen tijdens de volgende bewerkingen te vermijden van bodemverdichting. Plaats de planken ten minste 0,5 m van elk anker.
  3. Plaatst ankers op een diepte van 40 cm in de omgeploegde pan voor de beveiliging van het anker en te voorkomen dat per ongeluk laterale buiging na veld overstroming, vooral wanneer de extensie wordt gebruikt. Nadat de ankers zijn geplaatst op de bodem in het toegewezen gebied, plaatst u een aangepaste geassembleerde stalen frame bovenop het anker, met behoud van correcte uitlijning van beide componenten. Het anker hamer in de grond, en aandacht besteden aan het raken van het frame en niet het anker, ter voorkoming van schade aan het anker. Na inbrengen, zorgen ervoor dat de ankers perfect vlak met behulp van een waterpas.
  4. Voeg ten minste drie ankers voor elke gecontroleerde behandeling (dat wil zeggen, wordt gerepliceerd). Toepasselijk een minimumafstand tussen aangrenzende kamers van 1 m, indien meer dan één kamer binnen dezelfde experimentele eenheid moet worden gebruikt.
  5. Zodra alle ankers worden ingevoegd, verwijdert u tijdelijk de wandelende houten planken, en herschikken dan het veld met een systeem van catwalk van oorsprong van de laterale oevers van het veld. Plaats in detail, in het veld betonblokken ten minste 0,5 m ver van de ankers, in getallen voldoende om te houden van een systeem van houten planken.
    Opmerking: Catwalks zijn nodig is ter voorkoming van verstoring van de bodem tijdens de daaropvolgende BKG meting gebeurtenissen. Het aantal betonblokken hangt af van de afstand van de ankers van de laterale oevers van het veld. Elke 3-m lange plank vergt twee betonblokken voor stabiliteit.

3. de kamer van sluiting en BKG-metingen

  1. Voert u meting gebeurtenissen altijd op hetzelfde tijdstip elke dag, om te minimaliseren van de diurnale variabiliteit.
    Opmerking: De beste gemiddelde dagelijkse flux vertegenwoordigen moment is wanneer temperaturen dicht bij het dagelijkse gemiddelde, dat wil zeggen, om 10 uur zijn Dit is de beste manier om de dagelijkse cumulatieve waarde uit een unieke meting in de dag27te schatten.
  2. Bij aankomst in het veld, plaatst u de houten planken op de betonblokken te bereiken ankers. Daarna vult u de kanalen op de bovenste rand van de ankers met water geplaatst. Zorgvuldig extensies toevoegen als nodig is om alle planten binnen de kamer headspace.
    Opmerking: Deze bewerking moet worden uitgevoerd door twee-exploitanten om te voorkomen dat schade gewas. Het kanaal van alle gebruikte extensies alsmede met water vullen.
  3. Sluiten elke kamer, het deksel te plaatsen in het water gevulde kanaal voor het bovenste extension. Tijdens de afsluitende periode (meestal 15-20 min, maar kan worden gewijzigd voor de experimentele behoeften), trekken ten minste drie gasmonsters met gelijke tijd-intervallen (bijvoorbeeldnet na sluiting, na 10 min en na 20 min). Aan proeverijen, sluit een 50 mL injectiespuit voorzien van een one-way afsluiter op de bemonstering poort, dan opent u de twee kranen (één in de spuit) en één in de haven van de bemonstering, de spuit "spoelen" door het bewegen van de zuiger op en neer drie keer vóór de intrekking van de 35 mL van kamer headspace, en ten slotte sluit vervolgens de twee kranen. De spuit te verbreken door de poort van de bemonstering, en sla het uit elkaar.
    Opmerking: Wanneer die in de buurt van de kamers tijdens het veld overstromingen, Vermijd eventuele verstoring of turbulentie van ponding water als het kan atypische gasbellen produceren en veranderen van ramingen van BKG flux.
  4. Geschikt om rijst planten bevatten meerdere extensies toevoegen. Rukten extensies tussen het anker en de deksel, alle water-invulbare kanalen te vullen. Gebruik één verlenging wanneer de rijst zich 20-40 cm boven het bodemoppervlak (zoals gemeten met een opvouwbare liniaal); Gebruik twee uitbreidingen als de rijst 40-60 cm, enzovoort is.
  5. Tijdens de sluiting van de kamer, de headspace temperatuur meten elke 3-5 min met een temperatuur datalogger.
  6. Overwegen de bemonstering gebeurtenis compleet na de periode van de sluiting. Verwijder het deksel, en vervolgens alle extensies gebruikt.
    Opmerking: Om te verkorten van de tijd die nodig is voor het controleren van de verschillende kamers en dagverloop variabiliteit vertekening te vermijden, is het mogelijk te meten gelijktijdig meer dan één kamer. Bijvoorbeeld, met een team van twee exploitanten is het mogelijk voor het beheren van bemonstering van maximaal 10 aangrenzende kamers in 30 min.
  7. Na elke bemonstering evenement, meten de headspace hoogte van elke kamer uit de bodem (wanneer het veld wordt afgevoerd) of ponding water (als het veld overstroomd is) met behulp van een opvouwbare liniaal.

4. behandeling en Analyses van de proeven

  1. Voorafgaand aan elke Sawa bezoek, evacueren van de drie (of meer) 12-mL glazen flesjes gesloten met butyl-rubber septa per veld kamer in het laboratorium.
    Opmerking: Flesjes kunnen worden hergebruikt. Voor elk hergebruik is het noodzakelijk de rubber tussenschot vervangen en herstellen van het vacuüm.
  2. Na de terugtrekking van gas uit de kamer headspace, overbrengen in de spuit-geplaatst monsters de geëvacueerd flesjes snel omdat kunststof spuiten, zelfs met gesloten afsluiter, geen lekkage28niet kunnen garanderen. De overdraagt met een 25-gauge hypodermische naald. Ten eerste, de naald past de afsluiter, open het en spoelen de naald met 5 mL van het monster. Vervolgens de naald in het septum invoegen en duw het resterende 30 mL monster in een vooraf geëvacueerd flesje en dan trekken de naald.
    Opmerking: Het monster in de flacon is > 2 atm drukkend te voorzien van gas voor meerdere analyses en om te voorkomen dat een massale flux van de externe omgeving naar het monster, dat de BKG-concentratie zou veranderen. De roes van de 5 mL monster van de naald kan worden hergebruikt voor andere monsters.
  3. Aan het eind van elk evenement van de bemonstering, door de flesjes te overbrengen in het laboratorium voor analyse.
    Opmerking: Hoewel de instandhouding van het monster is gegarandeerd bij 20 ° C voor meer dan vier maanden28, het is altijd beter om analytische procedures zo snel mogelijk uitvoeren.
  4. Bepalen van gasconcentraties in de verzamelde monsters met behulp van een geautomatiseerde gaschromatograaf voorzien van een elektron vangen detector voor N2O vastberadenheid en een vlamionisatiedetector voor CH4 bepaling29. Naast de monsters, meten van de concentraties van een aantal bekende N2O en CH4 monsters (normen) om uit te voeren van een nauwkeurige kalibrering.
    Opmerking: De concentratie van de normen moet bestrijken het scala van verwachte concentraties van de monsters.

5. flux schatting

  1. De gekozen voor flux schatting model moet het voorspellen van de flux op het moment van implementatie van de kamer, dat wil zeggen, het ideale moment waartegen de ware wisselkoers beïnvloed door de aanwezigheid van de kamer wordt.
  2. Na bepaling van de concentratie van gas op een basis volume via gas berekenen chromatografische analyse en latere kalibratie, de absolute hoeveelheid van de stof (N2O of CH4) aanwezig in de headspace, volgens het Molair volume van lucht afgeleid van de ideaal Gas-wet.
    Opmerking: Het is zeer aan te raden om het produceren van een ijkcurve die is gekoppeld aan elke bemonstering gebeurtenis, aangezien gaschromatograaf kan last hebben van lichte signaal wijzigingen als een functie van de temperatuur, die tot fouten leiden kan.
  3. Kiezen tussen een lineaire of niet-lineaire model, afhankelijk van het patroon van de emissie. Selecteer onder beschikbare niet-lineaire modellen, de HM model25, uiteindelijk afhankelijk van de HMR pakket9. Kiest u voor hebben drie keer-punten (tijd 0, urentussentijd 1 entijd 2) gebaseerd op de helling van de twee segmenten: in het geval dat de helling tussen 0 en 1 tijd groter in absolute waarden dan de helling tussen tijd 1 en tijd 2 is en hellingen concordante zijn , gebruiken de HM-model; in alle andere gevallen, door een lineaire model te gebruiken. Als u meer dan drie keer-punten hebben, passen de twee modellen met behulp van de HMR, maar daarna op uw eigen kiezen gebaseerd op visuele evaluatie van het model beste montage van de trend.
  4. Instellen op nul stromen onder de Minimum detecteerbare Flux, berekend op basis van de detectiegrens van de gaschromatograaf- en exploitatievoorwaarden (temperatuur, druk, headspace volume).
  5. De seizoensgebonden variabiliteit van fluxen goed beschrijven, verstrekken ten minste 40 bemonstering evenementen gedurende het hele jaar (de controle van beide cycli en tussenbouw perioden), intensivering van de sampling-frequentie in de buurt van cruciale gebeurtenissen van het uitsnijden cyclus, zoals grondbewerking, fertilizations, drainage, vaststelling van de voorwaarden, overstromingen opduiken van rijst zaailingen van ponding water, enzovoort. Overgang van een maximale frequentie van dagelijkse (b.v.bij perioden van drainage, fertilizations, enz.) tot een minimum van eenmaal bi-wekelijkse (b.v.in de winter).

Representative Results

Elke meting gebeurtenis produceert een reeks BKG-concentratie na verloop van tijd voor elk van de gecontroleerde kamers die de basis vormt voor het schatten van BKG fluxen. Kortom, er is geen bijzondere noodzaak te ontdoen van gegevens, maar een hoge incidentie van situaties die buiten het theoretische model van monotone functie vallen (strikt frequentierespons) verdient aandacht op de juistheid van de toepassing van het protocol en mogelijk onvoorspelbare fouten (bijvoorbeeld, flesjes lekkage).

Figuur 1 meldt een heel jaar van juiste voorbeeld CH4 fluxen. Zoals aangetoond met foutbalken, kunnen dergelijke resultaten verschillen sterk, voornamelijk als gevolg van de ruimtelijke heterogeniteit van microbiële processen die verantwoordelijk zijn voor de productie van broeikasgassen. Voor gebruikers die last hebben van hoge variabiliteit, zulke resultaten doen niet per se het signaal slechte resultaten. Naar adres hoge variabiliteit die behandeling verschillen onmogelijk maakt om detecteren, alleen maar toenemen van het aantal replicatieonderzoeken.

In Figuur 2ziet u een voorbeeld van slechte exploratie van seizoensgebonden variabiliteit: het ontoereikende aantal meten gebeurtenissen leidde tot een onderschatting van de jaarlijkse stromen.

Dagelijks stromen kunnen vervolgens worden gecombineerd voor het berekenen van cumulatieve emissies over een zonnejaar, over een bijsnijden seizoen of specifieke bijsnijden stadia. De berekening van de cumulatieve fluxen is meestal afhankelijk van de lineaire verandering ten opzichte van de lichtstromen tussen twee daaropvolgende meten gebeurtenissen. Een voorbeeld van cumulatieve fluxen weergegeven in Figuur 3 voor CH4.

Figure 1

Figuur 1. Voorbeeld van seizoenvariaties van CH4 dagelijkse stromen uit een natte Sawa over een volledig jaar, met inbegrip van zowel een bijsnijden cyclus (van mei tot September) en inter bijsnijden perioden. Foutbalken vertegenwoordigen standaardfouten. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2. Voorbeeld van seizoenvariaties van CH4 dagelijkse stromen uit een natte Sawa over een heel jaar, met een onvoldoende aantal gebeurtenissen niet goed die betrekking hebben op alle cruciale ogenblikken voor BKG-emissies te meten. Foutbalken vertegenwoordigen standaardfouten. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3. Voorbeeld van de cumulatieve emissies van CH4 over een bijsnijden seizoen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4. Belangrijkste fasen van de toepassing van de methode met overeenkomstige kritieke punten en indicatoren voor succes. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Discussion

De toepassing van de statische gesloten-kamer techniek padie bestaat uit vijf essentiële fasen, overeenkomt met de belangrijkste secties beschreven in het Protocol. Elke fase bevat kritische punten die zich bewust zijn, en indicatoren om het succes van fase uitvoering, zoals samengevat in Figuur 4.

De meeste kritieke punten beschreven in Figuur 4 worden reeds behandeld in het protocol en gemakkelijk kunnen worden opgelost door de opgenomen aanbevelingen te volgen. Het lastigste kritieke punt van dit protocol is de berekening van de fluxen op basis van de BKG-concentratie variatie tijdens kamer behuizing. Ook wanneer u het pakket HMR voor berekeningen, is het raadzaam om te kiezen van het beste model toe te passen, onafhankelijk van de HMR suggestie, gebaseerd op visuele evaluatie. Dit is des te belangrijker wanneer concentraties tijdig van het verwachte gedrag van consistente verhogen afwijken of te verlagen.

Verschillende varianten van de beschreven techniek zijn mogelijk binnen de structuur van de belangrijkste beginselen, vooral met betrekking tot kamer geometrie (de zaal ook kan cilindrisch), kamer materiaal (ieder niet-doorlaatbare, nietreactief, niet-bron/sink van gas moleculen onder de aandacht, en makkelijk te gebruiken materiaal, zoals Teflon, die geschikt, maar ook duurdere is), en type van BKG analyzer (draagbare systemen zijn beschikbaar die vereisen geen gas overdracht in spuiten en flesjes). Niettemin, meten van BKG fluxen van bodems is een cruciale stap nodig om klimaat verandering bronnen, om te begrijpen van de processen die leiden tot emissies, te bestuderen van de doeltreffendheid van mogelijke risicobeperkende strategieën, en om modellen voor het voorspellen van toekomstige controleren scenario's. Het is belangrijker dan ooit om te nemen gemeenschappelijke protocollen, die een uniforme verzameling van kennis te controleren van de agro-ecosystemen voor de mondiale BKG-begroting zal bouwen.

De ideaal Gas-wet geldt hier als u wilt berekenen het Molair volume van reële gassen. Deze toepassing is wijd gebruikt en geaccepteerd in de specifieke hoeveelheid literatuur, en de onderlinge aanpassing van ideaal gas kan worden gebruikt met redelijke nauwkeurigheid30.

Ten slotte, afhankelijk van de experimentele vragen worden aangepakt in het kader van BKG metingen, overwegen het meten van de belangrijkste drijfveren van CH4 en N2O emissies, zoals bodemtemperatuur, redoxpotentiaal, bodem poriën opgeloste organische Koolstof concentraties, bodem porie nitraat en ammonium concentratie.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgements

De auteurs zijn dankbaar Marco Romani en Eleonora Francesca Miniotti en de medewerkers van Research centrum van Ente Nazionale Risi, die gehost het experimentele proces waar de video werd gecreërd. Wij willen ook Francesco Alluvione bedanken voor de eerste wetenschappelijke flash leidt tot protocol realisatie en Joan Leonard voor haar kostbare werk van Engelse bewerken van het manuscript.

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