Bewertung von Methan und Lachgas Wärmeflüsse vom Reisfeld mittels statischer geschlossen Kammern, die Pflege der Pflanzen im Gasraum

Environment
 

Summary

Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls ist es, die Treibhausgasemissionen aus Reisfelder mit der statischen geschlossenen Kammer Technik messen. Das Messsystem benötigt spezifische Anpassungen aufgrund des Vorhandenseins einer permanenten Wasserschicht im Feld und die Pflanzen innerhalb der Kammer Kopfraum.

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

Dieses Protokoll beschreibt die Messung der Treibhausgasemissionen (THG) von Paddy Böden mit der statischen geschlossenen Kammer-Technik. Diese Methode basiert auf der Diffusionstheorie. Ein bekanntes Luftvolumen Überlagerung einer definierten Bodenbereich ist für einen definierten Zeitraum hinweg innerhalb einer Parallelogramm-Abdeckung (genannt "Kammer"), eingeschlossen. In diesem Zeitraum Gehäuse bewegen Gase (Methan (CH4) und Lachgas (N2O)) von Bodenluft Pore in der Nähe ihrer mikrobiellen Quelle (d.h., Methanogens, Nitrifiers, Denitrifiers) nach der Kammer Headspace, nach einer natürlichen Konzentrationsgradienten. Flussmittel sind dann von Kammer Headspace Konzentration Variationen in regelmäßigen Abständen während des Gehäuses abgetastet und dann mit Gaschromatographie analysiert geschätzt. Unter den Techniken für THG-Messung zur Verfügung eignet sich die statische geschlossenen Kammer-Methode für Grundstück Experimente, da es nicht erforderlich, dass große homogen Boden Bereiche behandelt. Darüber hinaus ist überschaubar mit begrenzten Ressourcen und Beziehungen zwischen Ökosystem Eigenschaften, Prozesse und Flussmitteln, erkennen, vor allem in Kombination mit THG Kraftmessungen fahren. Dennoch, in Bezug auf die mikrometeorologischen Methode bewirkt eine minimal, aber immer noch unvermeidliche Boden Störung, und ermöglicht eine geringe zeitliche Auflösung. Mehrere Phasen sind der Schlüssel für die Methodenimplementierung: i) Kammer entwerfen und bereitstellen, Ii) probieren Handhabung und Analysen, und Iii) flux Schätzung. Technik Umsetzungserfolg in Reisfeldern erfordert Anpassungen für Feld Überschwemmungen während eines Großteils des Kreislaufs Zuschneiden und Reis Instandhaltung innerhalb der Kammer Headspace während der Messung. Daher bestehen die zusätzlichen Elemente gelten in Bezug auf die übliche Anwendung der landwirtschaftlichen Böden nicht überflutet von Geräten für: (i) stören unerwünschte Wasser, die Flüsse überschätzen könnte, und Ii) einschließlich der Reispflanzen innerhalb die Kammer Headspace Gase durch aerenchyme Transport vollständig zu berücksichtigen.

Introduction

Die Landwirtschaft ist ein produktiver Sektor, der zusammen mit Forstwirtschaft und andere Landnutzung, etwa 21 % der weltweiten THG-Emissionen-1produziert. Genaue Messung des landwirtschaftlichen Bodens THG-Emissionen ist der Schlüssel, nicht nur, die richtige Rolle Bestimmung von Agrarökosystemen als Quelle und Senke in Climate Change2zu etablieren, sondern auch geeignete und wirksame Minderungsstrategien innerhalb definieren im Rahmen der Paris Vereinbarung Ziele.

Emission Fluten von die zwei wichtigsten Treibhausgase produziert von landwirtschaftlich genutzten Flächen (d.h., N2O und CH4) sind messbar durch mikrometeorologischen Methoden oder geschlossen-Kammer-Technik3. Die überwiegende Mehrheit der Studien, die Berichtsdaten auf THG-Emissionen aus Böden in den vergangenen drei Jahrzehnten angewendet, die geschlossen-Kammer-Technik4,5 , die erstmals 19266beschrieben wurde. Verschiedene Anstrengungen wurden unternommen, die Technik zu optimieren, und überwinden alle Quellen der experimentellen Artefakt und Bias7,8,9,10,11,12 ,13,14. Bestimmte Protokolle, zu verschiedenen Zeiten zusammengestellt ausgerichtet, die Methoden15,16,17,18,19zu standardisieren, und wissenschaftliche Versuche sind noch im Gange, um die best Practices für die Technik und minimiert Verzerrungen bei Flux Schätzungen zu etablieren.

Die statische geschlossen-Kammer-Technik, deren Anwendung auf Paddy Böden in diesem Dokument beschrieben wird, stützt sich auf die Diffusionstheorie und einen genauen Zeitraum das Gehäuse eines bekannten Volumens der Luft über einen Teil der Bodenoberfläche vorsieht. Während das Gehäuse, CH-4 und N2O Moleküle migrieren durch Diffusion entlang eine natürliche Konzentrationsgefälle von Pore Bodenluft, wo sie durch spezielle Mikroorganismen entstehen (Methanogens bei CH4; Nitrifiers und Denitrifiers für N2O), an der Luft innerhalb der Kammer Headspace, schließlich durch die Überschwemmungen Wasser oder die Anlage aerenchym eingeschlossen. Die Konzentrationen der beiden Gase innerhalb der Kammer Headspace im Laufe der Zeit erhöhen und Auftreten dieser Erhöhungen vorsieht Flussmittel Schätzungen.

In Bezug auf die mikrometeorologischen Methoden sind geschlossene Kammer Messungen oft für unterschiedliche grundstücksarten Verwendung und Ökosysteme bevorzugt wenn THG studieren an den Plotmaßstab Wärmeflüsse weil sie nicht belastet durch eine große homogene Feld2 oder hohe logistische und Investition Anforderungen20. Darüber hinaus ermöglichen sie die simultane Analyse von manipulierten Experimente, wie verschiedene agronomische Praktiken oder andere Feld Behandlungen12,21. Schließlich ermöglicht die Technik Identifikation von Beziehungen zwischen Ökosystem Eigenschaften, Prozesse und Flussmitteln. Alternativ sind zwei wesentliche Nachteile der Technik die relativ ineffizient Erforschung der räumlichen und zeitlichen Heterogenität und die Auswirkungen der Boden Störung durch Kammer Bereitstellung22. Jedoch diese Nachteile, zumindest teilweise überwunden werden mit: richtige Kammer Design (zu Boden Störungen zu minimieren), Annahme einer ausreichenden Anzahl von Wiederholungen (um räumliche Variabilität zu erkunden) und automatisierte Systemverwendung, die Intensivierung der erlaubt die Häufigkeit der täglichen Messungen (tagaktive Variabilität ausmachen) oder regelmäßig (gleiche Uhrzeit) Messung (um die Wirkung der Temperatur im restlichen Variabilität weglassen).

Eine erste Anwendung der Methode zu einem Reisfeld stammt aus den frühen 80er Jahren23und die wichtigsten Besonderheiten der Nutzung in Bezug auf hochgelegenen Felder sind das Vorhandensein von Überschwemmungen Wasser auf den Boden und Pflanzen innerhalb der Gasraum während Kammer aufzunehmen Gehäuse. Wie in diesem Papier sorgfältig beschrieben impliziert die erste Eigenschaft die Notwendigkeit für bestimmte Systeme, Wasser Störungen während der Messung Ereignisse zu verhindern, Flussmittel Überschätzungen verursachten Turbulenzen-induzierte Steigerung der Gasdiffusion durch Überschwemmungen Wasser zu vermeiden. Das zweite wesentliche Merkmal soll entfallen Gastransport durch Reis aerenchym, die bis zu 90 % der emittierten CH424, die richtigen Geräte sollen Pflanzen während der Messung Veranstaltungen erfordert.

Protocol

1. Kammer Design

  1. Montieren Sie jede Kammer mit drei Hauptelementen: Anker, einem Deckel und mindestens vier Erweiterungen.
  2. Bauen Sie den Anker in Form von einem 75 x 36 cm x 25 cm (L x b x H) rechteckiger Kasten aus rostfreiem Stahl gefertigt. Schweißen Sie einen Wasser-ausfüllbare Kanal 10-13 mm (w) x 13-20 mm (h) auf der oberen rechteckigen Umfang des Ankers. Bohren Sie zwei Löcher (1 cm Durchmesser) auf jeder der vier Seiten des Ankers 5 cm vom oberen Wasserkanal.
    Hinweis: Anker Boden Spalte unterhalb der Kammer zu isolieren und laterale Verbreitung verhindern. Der Kanal ist notwendig, eine effektive Abdichtung zwischen dem Anker und dem Deckel zu erreichen. Die Löcher gewährleisten eine schnelle Entladung stehendes Wasser in der Kammer während der Bereich Entwässerung Ereignisse.
  3. Einen Deckel in eine rechteckige Kastenform aus Edelstahl zu bauen und Größe 75 cm x 36 cm x 20 cm (L x b x H) mit einem Innenvolumen von 54 L. Achten Sie darauf, daß es passt den Wasser-ausfüllbare Kanal.
  4. Decken Sie den Deckel mit einem 4 cm dicken geschlossenzelligen Schaum d. h., die wiederum von einer Licht reflektierenden (Aluminium-Like) Beschichtung abgedeckt.
    Hinweis: Es ist notwendig, die Kammer mit einem Temperatur-Kontrollsystem, um nicht zu künstlich mikrobiellen Aktivität fördern, konsequenten zu einer unbeabsichtigten Temperaturanstieg während Kammer Schließung auszustatten.
  5. Jeder Deckel mit einem Entlüftungsventil, gemacht aus einem gebogenen Stück Kunststoffschlauch auszustatten (1,5 cm x 24 cm, D x L) Größe der Kammer Volumen und Wind Bedingungen25. Verbinden Sie das Entlüftungsventil im Deckel, indem ein 1,5 cm Loch in der Mitte eines der zwei 36-cm-Seitenflächen des Deckels. Dann sichern Sie das Plastikrohr mit einer Schraubverbindung.
    Hinweis: Das Entlüftungsventil für die Übertragung von empfiehlt barometrischen Änderungen an den Enclose Luftvolumen und Volumenveränderungen, die während auftreten zu kompensieren Kammer-Gehäuse und Luft Probenahme Rücknahme und/oder die unkontrollierte, eingeschlossene Luft zugeordnet Temperaturänderungen. Die Entlüftung sollte ein Rohr und nicht einfach ein Loch, so dass Luft aus erschöpft das Gehäuse bei einem Rückgang der Außendruck innerhalb des Schlauches erfasst und dann zurück zum Gehäuse, für den Fall, dass der Druck wieder steigt. Die gebogene Form minimiert das Potenzial der Kammer Druckentlastung durch Windströmung über die externe Öffnung, d. h.der Venturi-Effekt-26.
  6. Geben Sie einen Probenahme-Port für die Entnahme von Gasproben. Machen Sie ein 1 cm Loch in der Mitte der Oberseite des Deckels in eine 7 cm X 7 cm Nische in der Zelle Schaumstoff gegraben. Schließen Sie das Loch mit einem Gummistopfen, der ein Teflon-Rohr (Innendurchmesser 3 mm, Länge 20 cm) passt. Sicherstellen Sie, dass der Teflonschlauch 3 cm extrudiert und 17 cm dringt, wenn der Verschluss in seiner Nische platziert wird. Verbinden Sie den nach außen Teil des Rohres, ein One-Way-Absperrhahn der Öffnung/Schließung des Hafens Probenahme zu verwalten.
  7. Statten Sie jeden Deckel mit einem 12V PC Lüfter angetrieben durch eine 12V 7Ah wiederaufladbar und tragbare Batterie, zur Luft mischen. Den PC-Lüfter auf der oberen Innenseite des Deckels mittels zwei Stahl Verbindungselemente verschraubt an der Innenseite der Kammer zu verorten.
    Hinweis: Air mixing ist notwendig, zu verhindern, dass Gas-Schichtung innerhalb der Kammer Headspace während Gehäuse, vor allem, wenn große Mengen von Vegetation vorhanden sind.
  8. Bauen Sie eine Reihe von Erweiterungen für die Pflanzen im Inneren der Kammer sind, wenn sie ausgewachsen sind. Zum Beispiel, wenn die Pflanzen nicht 80 cm Höhe auf ihre endgültige Größe übersteigt, bauen Sie 4 Verlängerungen für jede Kammer. Sicherzustellen, dass jeder eine rechteckige Box aus Edelstahl und 75 x 36 x 25 cm (L x b x H) in der Größe und mit einem oberen Wasser-ausfüllbare Kanal wie beschrieben für den Anker. Fügen Sie diese Erweiterungen zwischen Anker und Deckel während der Kammer-Gehäuse je nach Ernte.

2. Bereitstellung und Anordnung des Systems zur Vermeidung von Störungen der Erde zu verankern

  1. Fügen Sie Anker in den Boden nach Bereich Vorbereitung (d. h., nach allen Bodenbearbeitung Operationen) und vor der Aussaat Reis. Wenn möglich, nehmen Sie nicht die Anker für die Dauer der Messung, wenn unbedingt notwendig, wie z. B. für Bodenbearbeitung Betrieb zwischen den beiden folgenden Spielzeiten zuschneiden. Legen Sie die Anker ein paar Tage (mindestens 2 Tage) vor Flux Messung beginnt, so dass der Boden nach Störung während der Installation neu gestalten.
  2. Legen Sie vor der Verteilung Anker auf dem nackten Boden, 30 cm x 3 m (W x L) Holz Planken (im Feld und gehen ausschließlich auf sie während der folgenden Vorgänge Bodenverdichtungen zu vermeiden. Legen Sie die Dielen mindestens 0,5 m von jeder Anker.
  3. Legen Sie Anker in einer Tiefe von 40 cm in die gepflügten Pfanne zu sichern den Anker und vermeiden versehentliche seitneigung nach Feld Überschwemmungen, vor allem wenn Erweiterung verwendet wird. Nachdem der Anker auf dem Boden im Feldbereich zugeordneten positioniert wurden, legen Sie einen benutzerdefinierte montiert Stahlrahmen auf den Anker, unter Beibehaltung der korrekten Ausrichtung der beiden Komponenten. Hammer des Ankers in den Boden, und achten Sie auf den Rahmen und nicht den Anker, um Schäden an den Anker getroffen. Nach dem Einlegen sicherstellen Sie, dass die Anker mit Hilfe einer Wasserwaage perfekt flach sind.
  4. Legen Sie mindestens drei Anker für jede überwachte Behandlung (d.h., Wiederholungen). Respektieren Sie einen Mindestabstand zwischen benachbarten Kammern von 1 m, für den Fall, dass mehr als einer Kammer innerhalb der gleichen Versuchsgerät verwendet werden muss.
  5. Sobald die Anker eingesetzt sind, entfernen Sie vorübergehend die Holzbohlen zu Fuß, und ordnen Sie dann das Feld mit einem System von Laufstegen aus den seitlichen Ufern des Feldes. Legen Sie im Detail in das Feld Betonsteine mindestens 0,5 m weit weg von den Ankern in Zahlen ausreichen, um ein System von Holzbohlen halten.
    Hinweis: Laufstege sind notwendig, um Boden Störung während der Ereignisse nach dem Bilanzstichtag GHG Messung zu verhindern. Die Anzahl von Betonsteinen hängt von der Entfernung der Anker vom seitlichen Ufer des Feldes. Jede 3 m lange Diele erfordert zwei Betonblöcke für Stabilität.

3. Kammer Schließung und THG-Messungen

  1. Führen Sie Messung Veranstaltungen immer zur gleichen Zeit jeden Tag, um tagaktive Variabilität zu minimieren.
    Hinweis: Im Moment beste durchschnittliche tägliche Bewegung vertreten ist, bei nahe dem täglichen Mittelwert, d.h.bei 10:00 Temperaturen Dies ist der beste Weg, den täglichen kumulierten Wert aus einer einmaligen Messung in der Tag-27zu schätzen.
  2. Bei der Ankunft in das Feld Ort Holzbohlen auf die Betonsteine, Anker zu erreichen. Danach füllen Sie die Kanäle, die am oberen Rand der Anker mit Wasser gelegt. Fügen Sie Erweiterungen sorgfältig wie nötig, um die Pflanzen innerhalb der Kammer Headspace umschließen hinzu.
    Hinweis: Dieser Vorgang sollte von zwei Betreibern durchgeführt werden, um Flurschäden zu vermeiden. Füllen Sie den Kanal für jede verwendete Erweiterung sowie mit Wasser.
  3. Schließen Sie jede Kammer, platzieren den Deckel in den wassergefüllten Kanal der oberen Erweiterung. Während der Schliessungszeit (in der Regel 15-20 min, aber für experimentelle Bedürfnissen modifizierbar) zurücktreten Sie, mindestens drei Gasproben in gleichen Zeitabständen (z.B.kurz nach Schließung, nach 10 min und nach 20 min). Verbinden Sie bei Verkostungen eine 50-mL-Spritze mit ein One-Way-Absperrhahn mit dem Sampling-Anschluss ausgestattet, dann öffnen Sie die zwei Hähne (eine in der Spritze) und eine in der Probenahme-Hafen, "spülen" die Spritze, durch Verschieben des Kolbens nach oben und unten dreimal vor der Rücknahme 35 mL von Headspace-Kammer, und schließen Sie dann endlich die zwei Hähne. Trennen Sie die Spritze aus der Probenahme-Port, und bewahren sie auseinander.
    Hinweis: Beim Betrieb in der Nähe von den Kammern im Bereich Hochwasser zu vermeiden Störungen oder Turbulenzen stehendes Wasser wie es atypischen Gasblasen produzieren und THG Flussmittel Schätzungen verändern kann.
  4. Fügen Sie geeignet für Reispflanzen enthalten mehrere Erweiterungen hinzu. Zwischenschalten Sie Erweiterungen zwischen Anker und Deckel, alle Wasser-ausfüllbare Kanäle füllen. Verwenden Sie eine Erweiterung, wenn der Reis 20-40 cm über der Bodenoberfläche ist (gemessen mit einem Zollstock); Verwenden Sie zwei Erweiterungen, wenn der Reis 40-60 cm, und So weiter ist.
  5. Während der Schließung der Kammer Messen Sie die Headspace-Temperatur alle 3-5 min mit einem Temperatur-Datenlogger.
  6. Betrachten Sie das Samplingereignis abgeschlossen, nach der Schutzfrist. Den Deckel abnehmen und anschließend alle Erweiterungen verwendet.
    Hinweis: Um den Zeitaufwand für mehrere Kammern zu überwachen, und vermeiden tagaktiv Variabilität Voreingenommenheit zu verkürzen, ist es möglich, gleichzeitig mehr als einer Kammer zu messen. Zum Beispiel mit einem Team von zwei Betreibern ist es möglich, Probenahme von bis zu 10 benachbarten Kammern in 30 min zu verwalten.
  7. Nach jeder Samplingereignis Höhenmessung Headspace jeder Kammer aus dem Boden (wenn das Feld leer ist) oder durch stehendes Wasser (wenn das Feld überflutet ist) mit einem Zollstock.

4. Probieren Sie Handling und Analysen

  1. Vor jedem Reisfeld zu besuchen, drei (oder mehr) 12 mL Glasfläschchen mit Butylkautschuk Septen pro Feld Kammer im Labor geschlossen zu evakuieren.
    Hinweis: Fläschchen können wiederverwendet werden. Vor jeder erneuten Verwendung ist es notwendig, ersetzen die gummiseptum und Wiederherstellen das Vakuum.
  2. Übertragen Sie nach dem Rückzug von Gas aus der Kammer Headspace die Spritze eingereichten Proben auf die Evakuierten Fläschchen schnell weil Kunststoffspritzen, sogar mit geschlossenen Absperrhahn, keine Leckage28garantieren können. Führen Sie die Übertragung mit einer 25-Gauge-Injektionsnadel. Erstens passen Sie die Nadel in den Absperrhahn dann öffnen Sie und spülen Sie die Nadel mit 5 mL der Probe. Als nächstes stechen Sie die Nadel in das Septum und schieben Sie die restlichen 30 mL Probe in ein Pre evakuierten Fläschchen und dann ziehen Sie die Nadel heraus.
    Hinweis: Die Probe in das Fläschchen ist > 2 atm Druck Gas für mehrere Analysen und Massenstrom aus der äußeren Umgebung in Richtung der Probe zu vermeiden, die die THG-Konzentration verändern würde. Die 5 mL Probe Spülung der Nadel ermöglicht es, für andere Proben wiederverwendet werden.
  3. Am Ende jedes Samplingereignis übertragen Sie die Fläschchen in das Labor zur Analyse.
    Hinweis: Obwohl die Erhaltung der Probe bei 20 ° C für mehr als vier Monaten28gewährleistet ist, ist es immer vorzuziehen, analytische Verfahren so schnell wie möglich durchführen.
  4. Gaskonzentrationen in der gesammelten Proben mit einer automatisierten Gaschromatograph ausgestattet mit einer Electron Capture Detektor für N2O Entschlossenheit und einem Flammenwächter Ionisation für CH4 Bestimmung29zu bestimmen. Neben den Proben messen Sie die Konzentration von einer Reihe von bekannten N2O und CH4 Proben (Normen) um eine genaue Kalibrierung durchführen.
    Hinweis: Die Konzentration der Standards sollte die erwartete Konzentration der Proben abdecken.

(5) Flux Schätzung

  1. Das Modell gewählt für die Flux-Schätzung sollte das Flussmittel Vorhersagen, zum Zeitpunkt der Bereitstellung Kammer, d. h., der ideale Zeitpunkt, an dem der wahre Wechselkurs Kammer Präsenz unberührt ist.
  2. Nach der Bestimmung der Konzentration von Gas auf eine Grundlautstärke über Gas berechnen chromatographische Analyse und anschließende Kalibrierung, die absolute Menge der Substanz (N2O oder CH4) in den Gasraum gemäß der Luft Molares Volumen das ideale Gasgesetz abgeleitet.
    Hinweis: Es ist sehr ratsam, produzieren eine Kalibrierungskurve jeden Samplingereignis zugeordnet, da Gaschromatograph leichte Signal Veränderungen als Funktion der Temperatur, leiden können, die zu Fehlern führen kann.
  3. Wählen Sie zwischen eine lineare oder nichtlineare Modell, je nach dem Muster der Emission. Wählen Sie unter den verfügbaren nicht-lineare Modelle die HM Modell25, schließlich unter Berufung auf die HMR-Paket9. Wenn Sie haben drei Zeitpunkten (Zeitpunkt 0, Zeit 1 und 2) wählen Sie basierend auf den Hang der beiden Segmente: für den Fall, dass die Steigung zwischen 0 und 1 die Steigung zwischen 1 und 2 in absoluten Werten größer ist und Pisten übereinstimmende sind , verwenden Sie das HM-Modell; Verwenden Sie in allen anderen Fällen ein lineares Modell. Wenn Sie mehr als drei Zeitpunkte, passen die beiden Modelle mit HMR, aber wählen Sie anschließend auf eigene Faust basierend auf visuelle Beurteilung des Modells am besten passt des Trends.
  4. Legen Sie auf NULL Fluten unter das Minimum nachweisbar Flussmittel, berechnet nach der Nachweisgrenze des Gaschromatographen und Betriebsbedingungen (Temperatur, Druck, Headspace-Volumen).
  5. Um die saisonale Variabilität von Flussmittel richtig zu beschreiben, stellen Sie mindestens 40 Veranstaltungen das ganze Jahr (monitoring beide Zyklen und Perioden Zwischenfruchtbau) sampling, Intensivierung der Sampling-Frequenz in der Nähe von zentrale Ereignisse des Kreislaufs zuschneiden, wie Bodenbearbeitung, Befruchtungen, Entwässerung, Einrichtung von Überschwemmungen Bedingungen Auftauchen von Reis Sämlinge aus stehendes Wasser, und so weiter. Übergang von einer maximalen Frequenz von täglich (z. B.bei Entwässerung Perioden, Befruchtungen, etc.) auf ein Minimum von einmal alle zwei Wochen (z.B.im Winter).

Representative Results

Jede Messung Veranstaltung produziert eine Reihe von THG-Konzentrationen im Laufe der Zeit für jede der überwachten Kammern, die die Grundlage für die Schätzung der GHG Fluten. Grundsätzlich gibt es keine besondere Notwendigkeit, Daten zu verwerfen, aber eine hohe Inzidenz von Situationen, die außerhalb des theoretischen Modells der monotone Funktion (streng vergrößern oder verkleinern) fallen verdient Aufmerksamkeit auf die Richtigkeit des Protokolls Anwendung und mögliche unvorhergesehene Fehler (z.B. Fläschchen Leckage).

Abbildung 1 berichtet ein ganzes Jahr von richtigen Beispiel CH4 Flussmittel. Wie mit Fehlerbalken gezeigt hat, variieren solche Ergebnisse erheblich, vor allem als Folge der für die räumliche Heterogenität der mikrobiellen Prozesse verantwortlich für THG Produktion. Für Anwender, die hohe Variabilität erleben, solche Ergebnisse nicht unbedingt schlechte Ergebnisse signalisieren. Zu Adresse hohe Variabilität, das macht die Behandlung Unterschiede unmöglich zu erkennen, erhöhen Sie einfach die Anzahl der Wiederholungen.

In Abbildung 2ist ein Beispiel für schlechte Erforschung der saisonale Variabilität gezeigt: die unzureichende Anzahl von Messen Veranstaltungen führte zu einer Unterschätzung des jährlichen Fluten.

Täglichen Fluten können anschließend zur Berechnung der kumulierten Emissionen über ein Sonnenjahr, über eine Zuschneiden Saison oder über bestimmte Zuschneiden Stufen kombiniert werden. In der Regel setzt die Berechnung der kumulierten Flussmittel auf die lineare Änderung der Flüsse zwischen zwei nachfolgenden Mess Ereignisse. Ein Beispiel für kumulative Flüsse ist für CH4in Abbildung 3 dargestellt.

Figure 1

Abbildung 1. Beispiel für jahreszeitliche Variation der CH4 täglichen Fluten aus einer überfluteten Reisfeld über ein ganzes Jahr, darunter ein Zyklus (von Mai bis September) Zuschneiden und Inter Zuschneiden Perioden. Fehlerbalken darzustellen Standardfehler. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2. Beispiel für jahreszeitliche Variation der CH4 täglichen Fluten aus einer überfluteten Reisfeld über ein ganzes Jahr, mit einer unzureichenden Anzahl von Veranstaltungen, die nicht gut für alle Schlüsselmomente für Treibhausgas-Emissionen zu messen. Fehlerbalken darzustellen Standardfehler. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3. Beispiel für kumulative CH4 Emissionen über einen Zuschneiden Saison. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4. Hauptphasen der Methode Anwendung mit entsprechenden kritischen Punkte und Indikatoren für Erfolg. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Discussion

Die Anwendung von statischen geschlossen-Kammer-Technik im Paddy Reis besteht aus fünf wesentliche Phasen, entspricht die wichtigsten Abschnitte im Protokoll beschrieben. Jede Phase enthält kritische Punkte zu kennen, und Indikatoren für den Erfolg der Implementierung in Phasen, zu überprüfen, wie in Abbildung 4zusammengefasst.

Kritischsten Punkte beschrieben, die in Abbildung 4 sind bereits in das Protokoll behandelt und einfach gelöst werden könnte, indem Sie die enthaltenen Empfehlungen. Der schwierigste Knackpunkt dieses Protokolls ist die Berechnung der Wärmeflüsse basierend auf THG-Konzentration-Variation während Kammer-Gehäuse. Auch wenn Sie das Paket HMR für Berechnungen verwenden, ist es ratsam, wählen das beste Modell anwenden, unabhängig von HMR Anregung, basierend auf visuelle Auswertung. Dies ist umso wichtiger, wenn Konzentrationen rechtzeitig das erwartete Verhalten der konsequente Erhöhung abweichen oder zu verringern.

Mehrere Varianten der beschriebenen Technik sind möglich innerhalb der Struktur der wichtigsten Grundsätze, insbesondere in Bezug auf Kammergeometrie (die Kammer kann auch zylindrisch sein), Kammer-Material (durchlässig, nicht-reaktiven, nicht-Quelle/Senke von gas Moleküle unter Berücksichtigung und bedienungsfreundlich Material, z.B. Teflon ist geeignet, aber teurer), und Art der THG-Analysator (portable Systeme gibt es Gas-Transfer in Spritzen und Ampullen nicht benötigen). Dennoch ist Messung THG Fluten von Böden ein entscheidender Schritt erforderlich, um Klima Änderung Quellen, um zu verstehen, Prozesse, Emissionen, um die Wirksamkeit der mögliche Konfliktlösungsstrategien zu studieren und Modelle für die Vorhersage zukünftiger informieren zu überwachen Szenarien. Es ist wichtiger denn je, gängige Protokolle zu verabschieden, die eine einheitliche Körperbau des Wissens Agrarökosystemen für den globalen Treibhausgas-Haushalt zu überwachen.

Das ideale Gasgesetz wird hier eingesetzt, um das molare Volumen von realen Gasen berechnen. Diese Anwendung ist allgemein verwendet und in den spezifischen Körper der Literatur angenommen, und die Angleichung des idealen Gases kann mit hinreichender Genauigkeit30verwendet werden.

Schließlich, abhängig von den experimentellen Fragen im Rahmen des THG-Messungen, erwägen, Messung der Haupttreiber der CH4 und N2O-Emissionen, wie Bodentemperatur, Redoxpotential, Boden pore gelösten organischen CO2-Konzentrationen, Boden Pore Nitrat und Ammonium-Konzentration.

Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgements

Die Autoren sind dankbar, dass Marco Romani und Eleonora Francesca Miniotti und das Personal Research Centre der Ente Nazionale Risi, die die experimentellen Studie zu Gast, wo das Video erstellt wurde. Wir wollen auch Francesco Alluvione Danke für den ersten wissenschaftlichen Blitz führt Protokoll Realisierung und Joan Leonard für ihre wertvolle Arbeit der englischen Bearbeitung des Manuskripts.

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