This material is based upon work supported by the National Science Foundation under Grant Number 1215858, by the US Department of Agriculture under Grant Number 2013-68002-20525, and by the US Department of Energy Great Lakes Bioenergy Research Center &#8211; DOE BER Office of Science (DE-FC02-07ER64494) and DOE OBP Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (DE-AC05-76RL01830). In-field video and images were recorded at the Wisconsin Integrated Cropping System Trial project of the University of Wisconsin&#8211;Madison. The authors are grateful to Ryan Curtin for skillful videography and editing.

1. Cámara de la Construcción e Instalación Anchor <ol><li> Diseño y construcción de cámaras - cada uno compuesto de un ancla que se inserta en el suelo y una tapa que se coloca en la parte superior del anclaje durante la medición de flujo - para satisfacer las necesidades experimentales. <ol><li> En el diseño de la forma y tamaño de la cámara, tenga en cuenta los factores espaciales, tales como el espacio entre hileras de cultivos, fertilizantes o de bandas de estiércol, y la altura de la planta. Debido a la protrusión de los anclajes por encima de la superficie del suelo puede contribuir a los efectos del microclima y el encharcamiento de agua, piense en enviar las tapas se sientan tan bajo de la superficie del suelo como sea posible. Debido a que existen soluciones de compromiso entre la altura de la cámara y sensibilidad de detección, tapas de diseño para ser tan corto como sea posible para el sistema en estudio. </li><li> Construir cámaras de robusto material no reactivo tal como el acero inoxidable o PVC, e incluyen un mecanismo para el sellado de la tapa sobre el ancla. Aislar tapas y cubrir con el material de color claro o reflectante para evitar la acumulación de calordurante la medición. Incluya un tabique para permitir la recolección de la muestra y un tubo de ventilación para evitar perturbaciones de presión durante el despliegue de la cámara y toma de muestras. Para obtener más detalles, consulte la tabla de Materiales, Parkin y Venterea 8 y Clough et al 10. </li></ol></li><li> Al menos 1 día antes de la toma de muestras, instale los anclajes de la cámara en el suelo en los lugares deseados. El método de instalación dependerá del diseño de la cámara, pero en general, aplicar una presión uniforme en todos los puntos para que el ancla no se deforma ni distorsiona la estructura del suelo. Hunde el ancla a una profundidad de 2,5 a 13 cm, dependiendo del tipo de suelo, el tiempo de implementación, y volumen de la cámara 6,11. Deja lo menos posible (no más de 5 cm) que sobresale por encima de la superficie del suelo. </li></ol> 2. Calibración y Diseño Experimental Nota: Antes de empezar el experimento, siga estos pasos para determinar un curso de tiempo de muestreo adecuado que permita que los datosestar en forma para un modelo de flujo no lineal (ver Parkin et al. 12) lineal apropiado o. Para ello será necesario el uso de técnicas que se describen en los pasos 3-5 (campo de muestreo, análisis de muestras y de análisis de datos). El tiempo óptimo es una función tanto del sistema en estudio y las dimensiones de las cámaras que se utilizan. Algunos de ensayo y error pueden estar involucrados. Ver Venterea 13 para enfoques alternativos. <ol><li> Calibración de Muestreo y Análisis <ol><li> En condiciones ambientales o de gestión se espera que generen flujos de gases relativamente altos traza, realizar un muestreo intensivo siguiendo las técnicas descritas en el apartado 3. Usando los puntos de tiempo de muestreo con poco espacio, rellenar una serie de tiempo de duración más larga de lo que se considera normal. Comience por el muestreo de varias cámaras representativas a 5-10 puntos de tiempo espaciados uniformemente a lo largo de una hora. </li><li> Analizar las muestras por cromatografía de gases sección 4 siguiente. </li></ol></li><li> Calibración Interpretatien <ol><li> Para cada serie de tiempo de calibración y cada gas de interés, gráfico de tiempo-por-concentración. </li><li> Verifique que las tasas de flujo se encuentran en el extremo superior del rango esperado. Vea la sección 5 para el cálculo de flujo. Consulte la sección 2.3 para obtener sugerencias de solución de problemas. </li><li> Inspeccione las gráficas para detectar signos de no linealidad, o más específicamente, plateauing de las concentraciones de gases a través del tiempo. Nota: El punto en el que la concentración comienza a estabilizarse difiere según el tipo de gas, y es una función de la tasa de producción de gas o el consumo en el suelo, la concentración del gas en el espacio de cabeza de cámara, y la difusión entre las dos zonas. Es, por tanto, fuertemente afectado por la altura de la cámara, con las cámaras más cortas que producen reducción del tiempo de meseta. </li><li> Utilice los conjuntos de calibración para determinar el tiempo de implementación cámara óptima para el sistema experimental. Si regresión lineal se utiliza en el análisis de datos (tal como se describe aquí, en la sección 5), seleccione el tiempo que mantiene lo más cerca posible una re lineallación como sea posible entre el tiempo y la concentración de todos los gases / sistemas de interés, permitiendo al mismo tiempo un mínimo de tres, preferiblemente cuatro, tiempos de muestreo dentro de la serie de tiempo 6. Para cámaras de 10 a 30 cm de altura utilizado para el CO 2 y N 2 O mediciones, series temporales suelen oscilar 20-60 min 8,14. </li></ol></li><li> Solución de problemas de calibración <ol><li> Si hay poca diferenciación y / o dificultad linealidad o meseta discernir, utilice estrictos puntos de tiempo de calibración o más series de tiempo de calibración, y verificar que las concentraciones están dentro de los límites de detección. Para las bajas tasas de flujo, una reducción de la tasa de acumulación no se puede observar en el plazo probado. Esto no debe causar preocupación. </li><li> Si los flujos no están en el extremo superior del rango experimental esperado, repita la calibración, la alteración de las condiciones de tratamiento o ambientales para inducir flujo mayor (mediante la aplicación de fertilizantes y riego, por ejemplo). Alternativamente, nose por lo menos cuatro puntos de tiempo en el diseño experimental, de modo que si los flujos experimentales son significativamente más altos que los observados durante la calibración y el estancamiento no ocurra, los puntos más adelante pueden ser excluidos, manteniendo por lo menos tres puntos de tiempo para la regresión lineal. También se pueden emplear los métodos de regresión curvilínea. </li></ol></li><li> Diseño Experimental <ol><li> Con base en el momento óptimo determina en el apartado 2.2.4, diseñar un esquema de muestreo global que captura todos los sitios pertinentes, tratamientos y / o repeticiones, y permite que el personal se muevan a través de sitios de la cámara de manera eficiente. Si es necesario, dividir los sitios de cámara en varias &quot;rondas&quot; a muestrear una después de la otra. <ol><li> Si las mediciones se deben tomar como representante de un día entero, muestra a una hora del día, cuando las temperaturas son moderadas con respecto a los extremos diarias. En los sistemas típicos de cultivo de clima templado, la ventana ideal es a mediados o finales de la mañana. </li><li> Si las muestras se van a recolectaren rondas consecutivas, tenga cuidado de no introducir un sesgo por muestreo muchas veces los mismos tratamientos en el mismo momento del día. Construir rondas de bloques de repeticiones en lugar de tratamiento por tratamiento. </li><li> Incluya tiempo para las medidas complementarias necesarias que se deben tomar, ya sea dentro o rondas antes / después, según el caso. (Ver la sección 3.3 para las medidas típicas auxiliares.) </li><li> Opcionalmente, incluir el tiempo para la recogida de muestras de aire ambiental para uso en modelos de flujo no lineales, o como una aproximación de partida (tiempo cero, &quot;T 0&quot;) de concentración (que no se describe aquí). </li><li> Opcionalmente, incluir el tiempo para la carga de gas de referencia en viales en el momento de muestreo para evaluar la posible degradación de la muestra entre el muestreo y análisis. Véase Parkin y Venterea 8 para consideraciones de almacenamiento de muestras. </li></ol></li><li> Determinar la frecuencia de las mediciones de flujo que sea apropiado para los objetivos de investigación. Esto puede variar desde una sola medición tO diaria, mediciones semanales, o periódicos en el transcurso de meses o años. Consulte Rochette et al. 14 para una discusión detallada de las consideraciones de diseño experimental. </li><li> Si las muestras se recogen en condiciones de frío, el plan para la inclusión de un dispositivo de calentamiento tal como una compresa caliente con los viales para evitar que se convierta en tabiques frágiles. </li></ol></li></ol> 3. Muestreo de campo Nota: En cada fecha de muestreo, siga el plan de muestreo establecido en el apartado 2.4, utilizando las técnicas descritas a continuación. Equipo y volumen de muestra puede variar dependiendo de los métodos de recogida y de transferencia siendo empleadas y la cantidad de muestra necesaria para el análisis de GC 8. Este protocolo utiliza 5,9 ml viales de cobro y 30 ml jeringas, con un método de lavado de transferencia de muestras. Ver discusión de enfoques alternativos. <ol><li> Preparación <ol><li> Si un muestreo de múltiples cámaras por ronda, preparar un punto de refe tiemporejilla rencia (véase la figura 2) para realizar un seguimiento de dónde y cuándo probar fácilmente. Alternativamente, haga arreglos para grabar cada momento durante el muestreo. </li><li> Pre-label y organizar viales de recogida para la máxima eficiencia y el mínimo riesgo de confusión durante el muestreo. </li><li> Con el fin de ahorrar tiempo durante el muestreo, preparación de todos los materiales y equipos de antemano. Incluye extras de cualquier cosa que pueda romper o se pierde con facilidad (agujas, jeringas, llaves de paso, etc), y colocar en una bolsa de transporte, cubo u otro recipiente. </li><li> Esté preparado para registrar los puntos de tiempo de retardo que puede suceder debido a mal funcionamiento del equipo o de otras circunstancias imprevistas, y que pueden ser corregidos fácilmente durante el análisis de los datos mediante el ajuste del tiempo asociado a una determinada muestra. </li></ol></li><li> Recogida de muestras <ol><li> Adjuntar y sellar la tapa de la cámara de la cámara de anclaje pre-instalado, y empezar un cronómetro. Este es T 0. </li><li> Inmediatamente después de sellar la tapa Collect una muestra de aire ambiente desde una ubicación adyacente a la cámara, a la altura aproximada de la cima de la cámara: con una jeringa vacía 30 ml provista de una aguja y una llave en la posición abierta, extraer una muestra de 30 ml de aire y cierre la llave de paso. Este es el T 0 muestra. Otra opción es tomar el T 0 muestra de la cámara 6. Nota: existen soluciones de compromiso entre los dos enfoques - evaluar espacial (distancia desde la ubicación o el microclima externo para muestras fuera) vs temporización (retardo entre el cierre de tapa y la recogida de muestras para muestras en el interior) consideraciones y determinar la técnica más apropiada para el equipo que se utilice y el sistema en estudio. </li><li> Con la aguja de la jeringa, perforar el septo de un vial de 5,9 ml de colección que ya tiene otra aguja empujó a través de cerca del borde del tabique. </li><li> Abra la llave de paso de la jeringa y se inyecta aproximadamente 20 ml de la muestra en el vial (esto hace que el contenido previo de lavial para ser expulsado a través de la aguja adicional, sustituido por muestra). </li><li> En un movimiento suave, retire la aguja extra mientras continua para inyectar tanto de la muestra restante (aproximadamente 10 ml) como sea posible, poco sobre-presurización del vial para asegurar la integridad de la muestra y permitir el análisis de múltiples muestras si es necesario 8. </li><li> Cierre la llave de paso y retirar la aguja de la jeringa en el tabique. Gire el vial lleno al revés de distinguir de los viales sin relleno. </li><li> Proceder a la siguiente cámara, repita los pasos 3.2.1-3.2.6, sellando la tapa en el punto T 0 hora predeterminada correcta. </li><li> Continúe repitiendo los pasos 3.2.1-3.2.7 hasta que todas las cámaras en la ronda han sido sellados y se han recogido muestras de T 0. </li><li> Volver a la primera cámara. </li><li> A medida que el tiempo se acerca 10 segundos hasta que T 1, perforar el tabique en la parte superior de cámara con la aguja de la jeringa. </li><li> Dentro de un segundo rango de T 1, ingenio 10hdraw una muestra de 30 ml de aire desde el interior de la cámara y cerrar la llave de paso. Retire la aguja de la jeringa del tabique cámara. </li><li> Transferir la muestra a un vial de recogida siguiendo los pasos 3.2.3-3.2.6. </li><li> Seguir recogiendo muestras siguiendo los pasos 3.2.10-3.2.12, de acuerdo con el plan de muestreo establecido en el apartado 2.4. </li></ol></li><li> Medidas auxiliares <ol><li> Con el fin de convertir la concentración de gas a la masa, medir la temperatura del aire en el momento del muestreo. Dependiendo de los objetivos de investigación, registro o llevar a cabo otras medidas auxiliares como la temperatura del suelo y el contenido de humedad del suelo en cada ubicación y / o tiempo, lluvia diaria, la densidad aparente del suelo, el nitrato del suelo y las concentraciones de amonio, etc Existen varios medios para obtener estas medidas - seguir los protocolos estándar. </li><li> Opcionalmente, recoger muestras de aire ambiental y / o normas de procedimiento de carga de concentraciones conocidas en viales para evaluar las concentraciones de GEI ambientales y el potencial de almacenamiento de vial degradación in el período comprendido entre el muestreo y el análisis (ver secciones 2.4.1.4 y 2.4.1.5). </li></ol></li></ol> 4. Análisis de muestra <ol><li> Determinar la concentración de gases de interés para cada muestra mediante cromatografía de gases, utilizando un equipo equipado con un detector de captura de electrones para el N 2 O, un analizador de gases infrarrojo o un detector de conductividad térmica de CO 2, y un detector de ionización de llama para el CH 4. Nota: Es esencial para obtener acceso a un instrumento que está configurado correctamente para el análisis de gases de efecto invernadero y tiene suficiente tiempo de ejecución disponibles. Principios y métodos de cromatografía de gases se describen en otro 5,15,16. </li><li> Convertir la concentración de gases traza volumétrica de la masa usando la Ley de los gases ideales: </li></ol> PV = nRT Donde P = presión, V = volumen, n = moles de gas, R = constante de la ley de gas, y T = temperatura. Por lo tanto: <img alt="Ecuación 1"fo: content-width = &quot;4 pulgadas&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/52110/52110eq1.jpg&quot; width = &quot;400&quot; /&gt; 5. Análisis de Datos <ol><li> Para cada serie de tiempo, gráfico de tiempo-por-concentración y evaluar la linealidad. Evaluar el uso de bondad de ajuste o mediante inspección visual, sin incluir los puntos de tiempo posteriores que muestran signos de la meseta de los nuevos análisis. Use un mínimo de tres puntos de tiempo como T 0 para el cálculo de flujo (T 0, T 1, T 2, ...). Establecer un protocolo consistente y rechazar cualquier serie de tiempo que no cumplen con las normas de ese protocolo para la linealidad. Ver Parkin y Venterea 8 para una discusión minuciosa de error, el sesgo y la varianza en el cálculo de flujo. </li><li> Lleve a cabo una regresión lineal. </li><li> Utilice la pendiente de la regresión para calcular el flujo: </li></ol> F = S • V • A -1 Donde F = flujo, S = pendiente de la regresión, V = volumen de la cámara, y la cámara de A =área. Por lo tanto: <img alt="Ecuación 2" fo:content-width="1.3in" src="/files/ftp_upload/52110/52110eq2.jpg" width="130" /> Nota: Consulte la Discusión y Parkin et al 12 para las aproximaciones no lineales a Flux cálculo..

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

The authors have nothing to disclose.

<html> El enfoque basado en la cámara de estática se describe aquí es un método eficiente para la medición de gases de efecto invernadero de flujo de los sistemas de suelo. La relativa simplicidad de sus componentes hace que sea especialmente bien adaptada a las condiciones o sistemas en los que los métodos más-de infraestructura intensiva no son factibles. Con el fin de generar datos de alta calidad, sin embargo, el enfoque de la cámara estática debe llevarse a cabo con una estricta atención al diseño experimental 6. Una consideración notable que hay que tener en cuenta es la variabilidad espacial de los flujos de gases del suelo, lo que puede dar lugar a una gran variabilidad entre las mediciones basadas en cámara replicadas. En el diseño de experimentos, por lo tanto, es importante incluir suficientes repeticiones para proporcionar la energía adecuada para el análisis estadístico. Pueden existir soluciones de compromiso entre el número de tratamientos que se pueden estudiar mientras se mantiene la replicación suficiente, y un mínimo de cuatro repeticiones por tratamiento es una pauta general 14. ontenido &quot;&gt; Si se utilizan los flujos medidos para estimar las emisiones diarias, las variaciones diurnas de la temperatura del aire, la temperatura del suelo, y las emisiones de gases deben ser tenidos en cuenta. Si las metas de investigación requieren mediciones de obtenerse a media mañana, cuando las temperaturas reflejan promedios diarios, la ventana restringido para el muestreo puede afectar el número de cámaras que sean factibles de ser monitoreados. Una consideración adicional a evaluar es el impacto que la inclusión o exclusión de las raíces de las plantas y la biomasa por encima del suelo tendrán sobre los flujos de gases. Cámara de colocación en relación con el tejido vegetal se afectar la interpretación de los datos de flujo, particularmente en el caso del CO 2 en la que no sólo la respiración microbiana, sino también la raíz y disparar la respiración y la fotosíntesis deben estar debidamente equilibrados. Para la discusión adicional de estos factores, ver Parkin y Venterea 8. Como se señaló anteriormente, existen muchas variaciones en esta metodología, incluyendo diseño de la cámara y de muestreovolumen. Uno de estos es la variación en el método empleado para transferir muestras entre la jeringa y vial de colección. La técnica descrita aquí vacía primero el vial de recogida con la muestra antes de llenar el vial a presión positiva 5. Una técnica más comúnmente utilizada es la transferencia de muestras de las jeringas a viales que han sido pre-evacuados usando una bomba de vacío, y el uso de viales no evacuados sin lavado también se ha informado de 8,17. Otro punto significativo en el que existe una serie de enfoques es en el análisis de datos y la selección del modelo de flujo más adecuado para el sistema en estudio. Además del método de regresión lineal descrito aquí, modelos no lineales pueden emplearse también, en particular cuando se utilizan los tiempos de implementación más largos. Estos modelos incluyen el algoritmo desarrollado por Hutchinson y Mosier 18 y derivaciones de los mismos 19,20, el procedimiento cuadrática descrita por Wagner et. Al 21, y la no-constante-Estado estimador de flujo difusivo descrito por Livingston et al 22. Para una discusión detallada de los modelos de flujo no lineal, consulte Parkin et al. 12 y Venterea et al 23. Métodos similares al enfoque de la cámara estática incluyen el uso de sistemas de medición de flujo-a través de la transferencia de infrarrojos de Fourier (FTIR) espectrometría como una alternativa a la jeringa cromatografía de toma de muestras y de gas, así como la automatización de cierre de la cámara y toma de muestras a través de varios medios. Los sistemas automatizados permiten mediciones más frecuentes con el personal reducido, pero también requieren inversiones adicionales en infraestructura. Gracia et al. 24 proporcionan un amplio resumen de las opciones y soluciones de compromiso en N automatizado basado en la cámara 2 O medición. Caracterización de flujo de gas de efecto invernadero, tanto administrados y los sistemas naturales es importante informar a los modelos basados ​​en procesos, entender los impactos de managemeprácticas nt e informan a las estrategias de mitigación, y para apoyar la contabilidad global y el cambio climático de modelado. Así, mientras que los estudios individuales son de carácter informativo a escala local, mucho valor adicional se deriva a través de contribuir a, y el dibujo de un cuerpo global de conocimiento sobre el intercambio gaseoso entre el paisaje y la atmósfera. Es fundamental, por lo tanto, pueden recoger los datos e informó de una manera que asegura la longevidad y la interoperabilidad con la base de conocimientos más amplia. Esto incluye seguir las mejores prácticas para garantizar la calidad de los datos, así como la recopilación de medidas complementarias y la información completa de metadatos para permitir la extensión de los resultados más allá de los estudios discretos. Pautas excelentes para la presentación de datos están disponibles en el proyecto GRACEnet y la GRA 25.

Understanding the contributions of both human activities and natural systems to radiative properties of the atmosphere is an area of critical importance as we strive to mitigate anthropogenic contributions to the greenhouse effect. In addition to carbon dioxide (CO2), nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) are also potent GHGs, accounting for an estimated 7% and 19% of global warming, respectively, with the majority of emissions coming from landscape sources1,2. These range from managed systems such as agricultural fields, rice paddies, and landfills, to natural systems such as forest floors, wetlands, and termite mounds. Accurate measurement, supporting well-informed modeling of such landscape-based emissions is critical in order to understand the drivers of climate change as well as to identify mitigation opportunities.
A variety of greenhouse gas measurement strategies exist, each with their own strengths and weaknesses2-5. Mass balance techniques rely on wind-based dispersion of gases and are suited to measurement of flux from small, well-defined sources such as landfills and animal paddocks. Micrometeorological approaches such as eddy covariance are based on real-time direct measurement of vertical gas flux, and can provide direct measurements over large areas. However, homogeneity in source topography is an implicit assumption (in that measurements yield a mean for the area under study), and costly infrastructure can limit deployment possibilities. Finally, chamber-based methods focus on change in gas concentration at the soil surface by sampling from a restricted above ground headspace. They allow measurements to be obtained from small areas and numerous treatments, but are subject to high coefficients of variation due to spatial variation in soil gas flux.
Here we discuss the most prevalent and easily implemented form of chamber-based measurement, utilizing the type of closed chambers without air flow-through commonly referred to as &#8220;static&#8221; or &#8220;non-steady-state non-flow-through&#8221; chambers. In this approach, gas emissions from the soil surface are trapped within a vented chamber, and rates of flux are determined by measuring the change in gas concentration over time within the chamber headspace. The static chamber technique has been widely deployed across both managed and natural landscapes and underpins the bulk of data reporting soil-based flux of greenhouse gases, particularly N2O6,7. It is ideally suited to the study of small experimental plots, diverse sites over variable terrain, or in other situations where multiple distinct locations must be studied without significant infrastructure investments. Typical experimental uses might include the exploration of alternative landscape management practices and their impact on soil-based CO2, N2O, and/or CH4 emissions, examination of landscape-based flux dynamics under artificially induced climate change scenarios such as warming and rainfall exclusion/supplementation, or the descriptive study of natural and agricultural ecosystems and subsystems.
As a critical tool in GHG measurement and flux estimation, the static chamber method has been thoroughly evaluated, and significant efforts have been made towards standardization of techniques and harmonization of data reporting4,6,8,9. Of particular note are the detailed reviews and guidelines produced by the U.S. Department of Agriculture &#8211; Agricultural Research Service&#8217;s Greenhouse gas Reduction through Agricultural Carbon Enhancement network (GRACEnet)8 and by the Global Research Alliance on Agricultural Greenhouse Gases (GRA)9. Such guidelines provide an invaluable resource and platform for coordination, as ultimately the interoperability of data from a myriad of studies is critical for scaling up local findings to global modeling, and for translating research results into viable mitigation strategies.
GRACEnet, GRA, and other reviews also highlight the fact that specific techniques in static chamber-based greenhouse gas flux measurement are extremely diverse, with significant methodological variations possible at nearly every step of the way, including chamber design, temporal and spatial deployment, sampling volumes, sample analysis, and flux calculations. The method described here presents one possible variant, while showcasing best practices and highlighting critical considerations for the generation of high quality, broadly transferrable data. It is intended to provide an accessible overview of this standardized procedure, and a platform from which to explore further nuances and variations described in the literature.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="941">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:332px;">5.9 ml soda glass flat bottom 55 x 15.5 mm</td>
			<td style="width:73px;">Labco Limited</td>
			<td style="width:123px;">719W</td>
			<td style="width:413px;">Collection vials</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:332px;">16.5 mm screw caps with pierceable rubber septum</td>
			<td style="width:73px;">Labco Limited</td>
			<td style="width:123px;">VC309</td>
			<td style="width:413px;">Caps for&#160; vials</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:332px;">90-well plastic vial rack, 17.1 mm well I.D.</td>
			<td style="width:73px;">Wheaton</td>
			<td style="width:123px;">868810</td>
			<td style="width:413px;">Rack for organizing vials</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:332px;">Regular bevel needles 23G x 1&#34;</td>
			<td style="width:73px;">BD</td>
			<td style="width:123px;">305193</td>
			<td style="width:413px;">Needles for sample collection</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:332px;">Stopcocks with luer connections, 1-way, male slip</td>
			<td style="width:73px;">Cole-Parmer</td>
			<td style="width:123px;">EW-30600-01</td>
			<td style="width:413px;">Stopcocks for syringes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:332px;">30 ml syringe, slip tip</td>
			<td style="width:73px;">BD</td>
			<td style="width:123px;">309651</td>
			<td style="width:413px;">Syringes for sample collection</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:332px;">Stopwatch or timer</td>
			<td style="width:73px;">Various</td>
			<td style="width:123px;">N/A</td>
			<td style="width:413px;">For timing field sampling</td>
		</tr>
		<tr height="83">
			<td height="83" style="height:83px;width:332px;">Stainless steel or galvanized utility pans with rim, or fabricated stainless steel or PVC chambers and lids, dimensions as appropriate to experimental system</td>
			<td style="width:73px;">Various</td>
			<td style="width:123px;">N/A</td>
			<td style="width:413px;">Chamber anchor and lid - bottom cut out of anchor, holes for septum and vent tubing bored in lid</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:332px;">Gray butyl stoppers 20 mm</td>
			<td style="width:73px;">Wheaton</td>
			<td style="width:123px;">W224100-173</td>
			<td style="width:413px;">Chamber septa for syringe sampling - insert into hole bored in lid top</td>
		</tr>
		<tr height="83">
			<td height="83" style="height:83px;width:332px;">Tygon tubing 4.0 mm I.D. x 5.6 mm O.D.</td>
			<td style="width:73px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">Z685623</td>
			<td style="width:413px;">Chamber vent tubing - insert in hole bored in lid side, flush with exterior, approximately 25 cm coiled in lid interior (a 1ml syringe tip may be used as an attachement mechanism)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:332px;">Adhesive foam rubber tape or HDPE O-ring</td>
			<td style="width:73px;">Various</td>
			<td style="width:123px;">N/A</td>
			<td style="width:413px;">Chamber sealing mechanism - fastened to underside of lid rim</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:332px;">Reflective&#160; insulation, 0.3125&#34; thickness</td>
			<td style="width:73px;">Lowe&#39;s</td>
			<td style="width:123px;">409818</td>
			<td style="width:413px;">Insulating and reflective coating - affix to exterior of chamber lid</td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:332px;">Large metal binder clips, 2&#34; size with 1&#34; capacity, or manufactured draw latch as appropriate</td>
			<td style="width:73px;">Staples / McMaster</td>
			<td style="width:123px;">831610 (Staples) / 1863A21 (McMaster)</td>
			<td style="width:413px;">Lid attachment mechanism - for clamping lid to anchor during sampling</td>
		</tr>
		<tr height="104">
			<td height="104" style="height:104px;width:332px;">Gas chromatography equipment fitted with electron capture detector for nitrous oxide, infrared gas analyzer or thermal conductivity detector for carbon dioxide, flame ionization detector for methane</td>
			<td style="width:73px;">Various</td>
			<td style="width:123px;">N/A</td>
			<td style="width:413px;">For sample analysis</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurement of greenhouse gas flux from agricultural soils using static chambers

Measurement of greenhouse gas (GHG) fluxes between the soil and the atmosphere, in both managed and unmanaged ecosystems, is critical to understanding the biogeochemical drivers of climate change and to the development and evaluation of GHG mitigation strategies based on modulation of landscape management practices. The static chamber-based method described here is based on trapping gases emitted from the soil surface within a chamber and collecting samples from the chamber headspace at regular intervals for analysis by gas chromatography. Change in gas concentration over time is used to calculate flux. This method can be utilized to measure landscape-based flux of carbon dioxide, nitrous oxide, and methane, and to estimate differences between treatments or explore system dynamics over seasons or years. Infrastructure requirements are modest, but a comprehensive experimental design is essential. This method is easily deployed in the field, conforms to established guidelines, and produces data suitable to large-scale GHG emissions studies.

Antes de iniciar un proyecto de investigación con cámaras estáticas, es importante para entender el flujo de trabajo en general, y la organización de in silico, campo y los elementos basados ​​en laboratorio (Figura 1). Proporcionada cuidadoso diseño experimental y calibración del sistema (Figura 2), el análisis de datos será generalmente relativamente sencillo. Una tasa de flujo se determina para cada cámara y el tiempo de muestreo por regresión de tiempo por la concentración usando un modelo de flujo predeterminado apropiado para el sistema (Figura 3). Sin embargo, incluso siguiendo las mejores prácticas, las dificultades pueden encontrarse, y control de calidad de los datos en bruto es crítica. Por ejemplo, el fracaso de una junta de la cámara o viales de muestras con fugas puede dar lugar a valores de concentración anómala. Estos se identifican fácilmente a través de la inspección visual de las parcelas de series de tiempo de concentración (Figura 4), ​​con CO serie 2 tiempo a menudo sirve como un particular useful indicador debido al flujo típicamente más robusta y continua de CO 2 en comparación con a veces insignificante, de detección de cerca-límite, o incluso flujos negativos de N 2 O o CH 4. Una vez que la calidad de los datos ha sido confirmado, los resultados pueden ser usados ​​para comparar la dinámica de flujo de gas entre los tratamientos o en el transcurso de una temporada (Figura 5). Como puede verse a partir de mayo y junio valores de flujo y las barras de error, la variación causada por la heterogeneidad espacial de flujo puede ser significativo, y más pronunciada en condiciones que producen altas tasas de flujo. Esta variabilidad no es inusual, y pone de relieve la importancia de la replicación suficiente en esta técnica. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig1highres.jpg" width="600" /> Visión general del flujo de trabajo Figura 1.. Varios elementos de este protocolo se llevará a cabo en la etapa de planificación, en el campo, en el laboratorio, y yon silico. Las flechas indican la secuencia de flujo de trabajo, que comienza con diseño de la cámara (y la construcción si es necesario), y concluye con el análisis de datos. Cajas / Múltiples flechas entre el muestreo de campo y el análisis de la muestra representan la posibilidad de múltiples fechas de muestreo en el transcurso de un experimento. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig2highres.jpg" width="400" /> Figura 2. Sincronización de la muestra. Un ejemplo esquema de tiempo para la recogida de muestras de múltiples cámaras simultáneamente. Los números de la Cámara se indican en los puntos de la izquierda y de tiempo en la parte superior, con tiempos de muestreo mencionados en minutos enteros dentro de la cuadrícula. En este ejemplo, cuatro series de tiempo independiente de 36 minutos cada uno (uno para cada cámara) se llevan a cabo en el espacio de 46 min, 12 min, con el espaciamiento entre los momentos dentro de una serie, y 2 min de tiempo de caminar entre las cámaras. Para este ejemplo hipotético, el suitabilidad de las series de tiempo de 36 min habría sido determinado por calibración previa. Mientras que el tiempo uniformemente espaciados no es necesario, a menudo simplifica el esquema de muestreo. Alternativamente, los investigadores pueden grabar individualmente cada punto de tiempo de muestreo para determinar los intervalos de muestreo. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig3highres.jpg" width="600" /> Figura 3. Cálculo de flujo. Una serie típica estática cámara de tiempo, que consta de N 2 O concentraciones medidas en cuatro puntos de tiempo en el transcurso de un período de muestreo de 36 min. Se muestra la regresión lineal, la pendiente de la que se obtiene la velocidad de flujo. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig4highres.jpg" width="600" /> Figura de control 4. Calidad. Emparejado series de tiempo desde el mismo conjunto de muestras pero diferentes gases se muestran en la WHIfuga vial de CH ha sido identificada por inspección visual (punto rojo). A) la concentración de CO 2 en el tiempo. B) N 2 O concentración con el tiempo. <img alt="La figura 5" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig5highres.jpg" width="600" /> Figura 5. Resultados de la síntesis. N2O tasa de flujo de un campo agrícola en el transcurso de una sola estación de crecimiento. Valores de flujo representan la media de seis cámaras, usando cuatro puntos de series de tiempo. Las barras de error son el error estándar.

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Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers

This article showcases the static chamber-based method for measurement of greenhouse gas flux from soil systems. With relatively modest infrastructure investments, measurements may be obtained from multiple treatments/locations and over timeframes ranging from hours to years.

Medición de Flujo de Gas de efecto invernadero procedentes de los suelos agrícolas Usando cámaras estáticas

Measurement of greenhouse gas (GHG) fluxes between the soil and the atmosphere, in both managed and unmanaged ecosystems, is critical to understanding the ...

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The Kinetic Theory of Gases

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40.8K vistas.  University of Wisconsin-Madison. This article showcases the static chamber-based method for measurement of greenhouse gas flux from soil systems. With relatively modest infrastructure investments, measurements may be obtained from multiple treatments/locations and over timeframes ranging from hours to years.

Video: Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers

Determination of Microbial Extracellular Enzyme Activity in Waters, Soils, and Sediments using High Throughput Microplate Assays

Much of the nutrient cycling and carbon processing in natural environments occurs through the activity of extracellular enzymes released by microorganisms. Thus, measurement of the activity of these extracellular enzymes can give insights into the rates of ecosystem level processes, such as organic matter decomposition or nitrogen and phosphorus mineralization. Assays of extracellular enzyme activity in environmental samples typically involve exposing the samples to artificial colorimetric or fluorometric substrates and tracking the rate of substrate hydrolysis. Here we describe microplate based methods for these procedures that allow the analysis of large numbers of samples within a short time frame. Samples are allowed to react with artificial substrates within 96-well microplates or deep well microplate blocks, and enzyme activity is subsequently determined by absorption or fluorescence of the resulting end product using a typical microplate reader or fluorometer. Such high throughput procedures not only facilitate comparisons between spatially separate sites or ecosystems, but also substantially reduce the cost of such assays by reducing overall reagent volumes needed per sample.

Microplate based procedures are described for the colorimetric or fluorometric analysis of extracellular enzyme activity. These procedures allow for the rapid assay of such activity in large numbers of environmental samples within a manageable time frame.

Determinación de la actividad enzimática extracelular microbiana en aguas, suelos y sedimentos de los que utilizan y alto rendimiento de microplacas Ensayos

Much of the nutrient cycling and carbon  processing in natural environments occurs through the activity of extracellular  enzymes released by ...

Investigación

Medio ambiente

Surface Renewal: An Advanced Micrometeorological Method for Measuring and Processing Field-Scale Energy Flux Density Data

Advanced micrometeorological methods have become increasingly important in soil, crop, and environmental sciences. For many scientists without formal training in atmospheric science, these techniques are relatively inaccessible. Surface renewal and other flux measurement methods require an understanding of boundary layer meteorology and extensive training in instrumentation and multiple data management programs. To improve accessibility of these techniques, we describe the underlying theory of surface renewal measurements, demonstrate how to set up a field station for surface renewal with eddy covariance calibration, and utilize our open-source turnkey data logger program to perform flux data acquisition and processing. The new turnkey program returns to the user a simple data table with the corrected fluxes and quality control parameters, and eliminates the need for researchers to shuttle between multiple processing programs to obtain the final flux data. An example of data generated from these measurements demonstrates how crop water use is measured with this technique. The output information is useful to growers for making irrigation decisions in a variety of agricultural ecosystems. These stations are currently deployed in numerous field experiments by researchers in our group and the California Department of Water Resources in the following crops: rice, wine and raisin grape vineyards, alfalfa, almond, walnut, peach, lemon, avocado, and corn.

Surface renewal is a micrometeorological method that is being used increasingly to determine energy fluxes, but its technical complexity makes it inaccessible to a broad audience. We describe the steps needed to set up and calibrate a surface renewal field station, to acquire and process data, and to correctly interpret results.

Advanced micrometeorological methods have become  increasingly important in soil, crop, and environmental sciences.  For many scientists without formal ...

Colorimetric Paper-based Detection of Escherichia coli, Salmonella spp., and Listeria monocytogenes from Large Volumes of Agricultural Water

This protocol describes rapid colorimetric detection of Escherichia coli, Salmonella spp., and Listeria monocytogenes from large volumes (10 L) of agricultural waters. Here, water is filtered through sterile Modified Moore Swabs (MMS), which consist&#160;of a simple gauze filter enclosed in a plastic cartridge, to concentrate bacteria. Following filtration, non-selective or selective enrichments for the target bacteria are performed in the MMS. For colorimetric detection of the target bacteria, the enrichments are then assayed using paper-based analytical devices (&#181;PADs) embedded with bacteria-indicative substrates. Each substrate reacts with target-indicative bacterial enzymes, generating colored products that can be detected visually (qualitative detection) on the &#181;PAD. Alternatively, digital images of the reacted &#181;PADs can be generated with common scanning or photographic devices and analyzed using ImageJ software, allowing for more objective and standardized interpretation of results. Although the biochemical screening procedures are designed to identify the aforementioned bacterial pathogens, in some cases enzymes produced by background microbiota or the degradation of the colorimetric substrates may produce a false positive. Therefore, confirmation using a more discriminatory diagnostic is needed. Nonetheless, this bacterial concentration and detection platform is inexpensive, sensitive (0.1 CFU/ml detection limit), easy to perform, and rapid (concentration, enrichment, and detection are performed within approximately 24&#160;hr), justifying its use as an initial screening method for the microbiological quality of agricultural water.

Colorimetric Paper-based Detection of Escherichia coli, Salmonella spp., and Listeria monocytogenes from Large Volumes of Agricultural Water

A protocol involving integrated concentration, enrichment, and end-point colorimetric detection of foodborne pathogens in large volumes of agricultural water is presented here. Water is filtered through Modified Moore Swabs (MMS), enriched with selective or non-selective media, and detection is performed using paper-based analytical devices (&#181;PAD) imbedded with bacterial-indicative colorimetric substrates.

Colorimétrico Papel a base de Detección de<em&gt; Escherichia coli</em&gt;,<em&gt; Salmonella</em&gt; Spp,. Y<em&gt; Listeria monocytogenes</em&gt; De grandes volúmenes de agua en la agricultura

This protocol describes rapid colorimetric detection of Escherichia coli, Salmonella spp., and Listeria monocytogenes from large volumes (10 L) of ...

Laboratory-determined Phosphorus Flux from Lake Sediments as a Measure of Internal Phosphorus Loading

Eutrophication is a water quality issue in lakes worldwide, and there is a critical need to identify and control nutrient sources. Internal phosphorus (P) loading from lake sediments can account for a substantial portion of the total P load in eutrophic, and some mesotrophic, lakes. Laboratory determination of P release rates from sediment cores is one approach for determining the role of internal P loading and guiding management decisions. Two principal alternatives to experimental determination of sediment P release exist for estimating internal load: in situ measurements of changes in hypolimnetic P over time and P mass balance. The experimental approach using laboratory-based sediment incubations to quantify internal P load is a direct method, making it a valuable tool for lake management and restoration.
Laboratory incubations of sediment cores can help determine the relative importance of internal vs. external P loads, as well as be used to answer a variety of lake management and research questions. We illustrate the use of sediment core incubations to assess the effectiveness of an aluminum sulfate (alum) treatment for reducing sediment P release. Other research questions that can be investigated using this approach include the effects of sediment resuspension and bioturbation on P release.
The approach also has limitations. Assumptions must be made with respect to: extrapolating results from sediment cores to the entire lake; deciding over what time periods to measure nutrient release; and addressing possible core tube artifacts. A comprehensive dissolved oxygen monitoring strategy to assess temporal and spatial redox status in the lake provides greater confidence in annual P loads estimated from sediment core incubations.

Lake eutrophication is a water quality issue worldwide, making the need to identify and control nutrient sources critical. Laboratory determination of phosphorus release rates from sediment cores is a valuable approach for determining the role of internal phosphorus loading and guiding management decisions.

Laboratorio-determinado Fósforo Flujo de sedimentos lacustres como medida de fósforo Interna Loading

Eutrophication is a water quality issue in lakes worldwide, and there is a critical need to identify and control nutrient sources. Internal phosphorus (P) ...

Measurement of H2S in Crude Oil and Crude Oil Headspace Using Multidimensional Gas Chromatography, Deans Switching and Sulfur-selective Detection

A method for the analysis of dissolved hydrogen sulfide in crude oil samples is demonstrated using gas chromatography. In order to effectively eliminate interferences, a two dimensional column configuration is used, with a Deans switch employed to transfer hydrogen sulfide from the first to the second column (heart-cutting). Liquid crude samples are first separated on a dimethylpolysiloxane column, and light gases are heart-cut and further separated on a bonded porous layer open tubular (PLOT) column that is able to separate hydrogen sulfide from other light sulfur species. Hydrogen sulfide is then detected with a sulfur chemiluminescence detector, adding an additional layer of selectivity. Following separation and detection of hydrogen sulfide, the system is backflushed to remove the high-boiling hydrocarbons present in the crude samples and to preserve chromatographic integrity. Dissolved hydrogen sulfide has been quantified in liquid samples from 1.1 to 500 ppm, demonstrating wide applicability to a range of samples. The method has also been successfully applied for the analysis of gas samples from crude oil headspace and process gas bags, with measurement from 0.7 to 9,700 ppm hydrogen sulfide.

Measurement of H2S in Crude Oil and Crude Oil Headspace Using Multidimensional Gas Chromatography, Deans Switching and Sulfur-selective Detection

A multidimensional gas chromatography method for the analysis of dissolved hydrogen sulfide in liquid crude oil samples is presented. A Deans switch is used to heart-cut light sulfur gases for separation on a secondary column and detection on a sulfur chemiluminescence detector.

Medición de H<sub&gt; 2</sub&gt; S en Petróleo Crudo y Crudo Headspace Usando Multidimensional Cromatografía de Gases, Decanos de conmutación y detección-Azufre selectiva

A method for the analysis of dissolved hydrogen sulfide in crude oil samples is demonstrated using gas chromatography. In order to effectively eliminate ...

Enhancement of the Initial Growth Rate of Agricultural Plants by Using Static Magnetic Fields

Electronic devices and high-voltage wires induce magnetic fields. A magnetic field of 1,300-2,500 Gauss (0.2 Tesla) was applied to Petri dishes containing seeds of Garden Balsam (Impatiens balsamina), Mizuna (Brassica rapa var. japonica), Komatsuna (Brassica rapa var. perviridis), and Mescluns (Lepidium sativum). We applied magnets under the culture dish. During the 4 days of application, we observed that the stem and root length increased. The group subjected to magnetic field treatment (n = 10) showed a 1.4 times faster rate of growth compared with the control group (n = 11) in a total of 8 days (p &#60;0.0005). This rate is 20% higher than that reported in previous studies. The tubulin complex lines did not have connecting points, but connecting points occur upon the application of magnets. This shows complete difference from the control, which means abnormal arrangements. However, the exact cause remains unclear. These results of growth enhancement of applying magnets suggest that it is possible to enhance the growth rate, increase productivity, or control the speed of germination of plants by applying static magnetic fields. Also, magnetic fields can cause physiological changes in plant cells and can induce growth. Therefore, stimulation with a magnetic field can have possible effects that are similar to those of chemical fertilizers, which means that the use of fertilizers can be avoided.

The goal of this protocol is to demonstrate the acceleration of the initial growth rate of plants by applying static magnetic fields with no external energy.

Mejora de la tasa de crecimiento inicial de las plantas agrícolas mediante el uso de campos magnéticos estáticos

Electronic devices and high-voltage wires induce magnetic fields. A magnetic field of 1,300-2,500 Gauss (0.2 Tesla) was applied to Petri dishes containing ...

Remote Sensing Evaluation of Two-spotted Spider Mite Damage on Greenhouse Cotton

The objective of this study was to evaluate a ground-based multispectral optical sensor as a remote sensing tool to assess foliar damage caused by the two-spotted spider mite (TSSM), Tetranychus urticae Koch, on greenhouse grown cotton. TSSM is a polyphagous pest which occurs on a variety of field and horticultural crops. It often becomes an early season pest of cotton in damaging proportions as opposed to being a late season innocuous pest in the mid-southern United States. Evaluation of acaricides is important for maintaining the efficacy of and preventing resistance to the currently available arsenal of chemicals and newly developed control agents. Enumeration of spider mites for efficacy evaluations is laborious and time consuming. Therefore, subjective visual damage rating is commonly used to assess density of spider mites. The NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) is the most widely used statistic to describe the spectral reflectance characteristics of vegetation canopy to assess plant stress and health consequent to spider mite infestations. Results demonstrated that a multispectral optical sensor is an effective tool in distinguishing varying levels of infestation caused by T. urticae on early season cotton. This remote sensing technique may be used in lieu of a visual rating to evaluate insecticide treatments.

This manuscript describes a multispectral optical sensor that effectively detected damage to early season cotton artificially infested with varying densities of the two-spotted spider mite populations.

Evaluación a distancia de detección de manchas de dos daños araña roja de algodón de efecto invernadero

The objective of this study was to evaluate a ground-based multispectral optical sensor as a remote sensing tool to assess foliar damage caused by the ...

Capturing Flow-weighted Water and Suspended Particulates from Agricultural Canals During Drainage Events

The purpose of this study is to describe the methods used to capture flow-weighted water and suspended particulates from farm canals during drainage discharge events. Farm canals can be enriched by nutrients such as phosphorus (P) that are susceptible to transport. Phosphorus in the form of suspended particulates can significantly contribute to the overall P loads in drainage water. A settling tank experiment was conducted to capture suspended particulates during discrete drainage events. Farm canal discharge water was collected in a series of two 200 L settling tanks over the entire duration of the drainage event, so as to represent a composite subsample of the water being discharged. Imhoff settling cones are ultimately used to settle out the suspended particulates. This is achieved by siphoning water from the settling tanks via the cones. The particulates are then collected for physico-chemical analyses.

Nutrients present in particulate form can contribute significantly to the overall loads in agricultural drainage waters. This study describes a novel method to capture flow-weighted water and suspended particulates from farm canal drainage over the entire duration of the drainage event.

Captura de agua cargada de flujo y las partículas en suspensión de canales agrícolas durante los eventos de drenaje

The purpose of this study is to describe the methods used to capture flow-weighted water and suspended particulates from farm canals during drainage ...

Assessment of Methane and Nitrous Oxide Fluxes from Paddy Field by Means of Static Closed Chambers Maintaining Plants Within Headspace

This protocol describes the measurement of greenhouse gas (GHG) emissions from paddy soils using the static closed chamber technique. This method is based on the diffusion theory. A known volume of air overlaying a defined soil area is enclosed within a parallelepiped cover (named &#34;chamber&#34;), for a defined period of time. During this enclosure period, gases (methane (CH4) and nitrous oxide (N2O)) move from soil pore air near their microbial source (i.e., methanogens, nitrifiers, denitrifiers) to the chamber headspace, following a natural concentration gradient. Fluxes are then estimated from chamber headspace concentration variations sampled at regular intervals throughout the enclosure and then analyzed with gas chromatography. Among the techniques available for GHG measurement, the static closed chamber method is suitable for plot experiments, as it does not require large homogenously treated soil areas. Furthermore, it is manageable with limited resources and can identify relationships among ecosystem properties, processes, and fluxes, especially when combined with GHG driving force measurements. Nevertheless, with respect to the micrometeorological method, it causes a minimal but still unavoidable soil disturbance, and allows a minor temporal resolution. Several phases are key to the method implementation: i) chamber design and deployment, ii) sample handling and analyses, and iii) flux estimation. Technique implementation success in paddy fields demands adjustments for field flooding during much of the cropping cycle, and for rice plant maintenance within the chamber headspace during measurements. Therefore, the additional elements to be considered with respect to the usual application of non-flooded agricultural soils consist of devices for: i) avoiding any unintended water disturbance that could overestimate fluxes, and ii) including rice plants within the chamber headspace to fully consider gases emitted through aerenchyma transportation.

The overall goal of this protocol is to measure greenhouse gas emissions from paddy fields using the static closed chamber technique. The measurement system needs specific adjustments due to the presence of both a permanent water layer in the field and of the plants within the chamber headspace.

Evaluación de metano y óxido nitroso flujos de arrozal mediante estática cerrado cámaras de mantenimiento de plantas en espacios vacíos

This protocol describes the measurement of greenhouse gas (GHG) emissions from paddy soils using the static closed chamber technique. This method is based ...

Experimental Study of the Relationship Between Particle Size and Methane Sorption Capacity in Shale

The amount of adsorbed shale gas is a key parameter used in shale gas resource evaluation and target area selection, and it is also an important standard for evaluating the mining value of shale gas. Currently, studies on the correlation between particle size and methane adsorption are controversial. In this study, an isothermal adsorption apparatus, the gravimetric sorption analyzer, is used to test the adsorption capacity of different particle sizes in shale to determine the relationship between the particle size and the adsorption capacity of shale. Thegravimetric method requires fewer parameters and produces better results in terms of accuracy and consistency than methods like the volumetric method. Gravimetric measurements are performed in four steps: a blank measurement, preprocessing, a buoyancy measurement, and adsorption and desorption measurements. Gravimetric measurement is presently considered to be a more scientific and accurate method of measuring the amount of adsorption; however, it is time-consuming and requires a strict measuring technique. A Magnetic Suspension Balance (MSB) is the key to verify the accuracy and consistency of this method. Our results show that adsorption capacity and particle size are correlated, but not a linear correlation, and the adsorptions in particles sieved into 40 - 60 and 60 - 80 meshes tend to be larger. We propose that the maximum adsorption corresponding to the particle size is approximately 250 &#181;m (60 mesh) in the shale gas fracturing.

We use an isothermal adsorption apparatus, the gravimetric sorption analyzer, to test the adsorption capacity of different particle sizes of shale, in order to find out the relationship between particle size and the adsorption capacity of shale.

Estudio experimental de la relación entre tamaño de partícula y la capacidad de absorción del metano en la pizarra

The amount of adsorbed shale gas is a key parameter used in shale gas resource evaluation and target area selection, and it is also an important standard ...