Name: measurement of greenhouse gas flux from agricultural soils using static chambers
Uploaded: 2014-08-03T22:45:00.000+00:00
Duration: 11 min 50 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers at JoVE.com

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. 상공 회의소 건설 및 앵커 설치 <ol><li> 설계 및 챔버를 구성 - 실험 조건을 충족시키기 - 각각 토양 및 플럭스 측정 중에 앵커의 상단에 배치되는 덮개에 삽입되는 앵커 이루어지는. <ol><li> 챔버의 모양과 크기를 디자인 농작물 줄 간격, 비료 또는 퇴비 밴딩 및 식물 높이와 공간 요소를 고려합니다. 토양 표면 위의 앵커의 돌출 미기후 효과와 물이 연못으로에 공헌 할 수 있기 때문에, 뚜껑은 가능한 토양 표면에 낮은 앉아 고려해보십시오. 트레이드 오프는 챔버의 높이와 검출 감도 사이에 존재하기 때문에, 디자인 뚜껑 연구중인 시스템에 가능하다 짧아야한다. </li><li> 스테인리스 스틸 또는 PVC로, 튼튼한 비 반응성 물질의 챔버를 구축하고, 앵커에 뚜껑을 밀봉하는 메커니즘을 포함한다. 열 상승을 방지하기 위해 뚜껑을 절연 한 색 빛 또는 반사 소재 커버측정 중. 챔버 배포 및 샘플 제거하는 동안 압력 교란을 방지하기 위해 샘플 수집 및 환기 튜브를 허용하는 격벽을 포함합니다. 자세한 내용은 재료 표, 파킨과 Venterea 8을 참조하고, 클 러프 등 10. </li></ol></li><li> 최소 1 일전 샘플링에 원하는 사이트의 토양에 실 앵커를 설치합니다. 설치 방법은 챔버 디자인에 따라 다릅니다 만, 앵커가 토양 구조를 휘거나 왜곡되지 않도록 일반적으로, 모든 지점간에 일정한 압력을 적용합니다. 토양 유형, 배포 시간 및 챔버 체적 6,11에 따라 2.5-13 ㎝의 깊이로 앵커를 싱크. (더 이상 5 cm 이상)은 토양 표면 위에 돌출 가능한 한 작은 둡니다. </li></ol> 2. 교정 및 실험 설계 참고 : 이전에 실험을 시작으로, 수 있도록 적절한 샘플링 시간의 과정을 결정하려면 다음과 같이 데이터적절한 선형 또는 비선형 플럭스 모델 (파킨 등. 12 참조)에 적합합니다. 이 단계 3-5 (필드 원자력법 및 데이터 분석)에 기재된 기술의 사용을 필요로 할 것이다. 최적의 타이밍은 연구중인 시스템과 사용되는 챔버의 치수의 함수이다. 약간의 시행 착오가 관여 할 수 있습니다. 대체 방법에 대한 Venterea 13를 참조하십시오. <ol><li> 교정 샘플링 및 분석 <ol><li> 비교적 높은 미량 기체 플럭스를 생성 할 것으로 예상 환경 또는 관리 조건 하에서, 3 절에서 설명한 방법 다음 집약적 샘플링을 수행. 밀접 이격 샘플링 시점을 사용하여, 전형적으로 간주되는 것보다 더 긴 지속 시간의 시계열을 채우는. 시간의 과정을 통해 5 ~ 10 간격이 일정 시점에서 몇 가지 대표적인 챔버에서 샘플링하여 시작합니다. </li><li> 섹션 4 다음 가스 크로마토 그래피로 샘플을 분석합니다. </li></ol></li><li> 교정 Interpretati에 <ol><li> 그 각각의 교정 시계열 및 각 가스, 플롯 시간으로 농도. </li><li> 그 유출 속도가 예상 범위의 하이 엔드에 있는지 확인합니다. 플럭스 계산 제 5 절을 참조하십시오. 문제 해결을위한 2.3 절을 참조하십시오. </li><li> 시간이 지남에 가스 농도의 plateauing, 더 구체적으로 비선형의 흔적, 또는 그래프를 검사합니다. 주 : 농도는 가스 종류에 의해 다르다 고원 시작하고, 토양 내의 가스 생산 또는 소비 속도, 챔버 헤드 스페이스 내의 가스의 농도 및 두 영역 사이의 확산 기능이되는 점. 그것은 따라서 강하게 고원 전에 짧은 시간을 산출 짧은 챔버와, 챔버의 높이에 의해 영향을받습니다. </li><li> 실험 시스템을위한 최적의 챔버 배포 시간을 결정하기 위해 교정 세트를 사용합니다. 선형 회귀 분석 (여기 섹션 5에 설명 된대로) 데이터 분석에 사용되는 경우, 선형 재에 가깝게 유지 타이밍을 선택합니다시계열 내에서 6 번 샘플링, 셋, 넷 바람직의 최소 허용하면서, 가능한 한 그 모두 기체 / 시스템의 시간과 농도 간의 관계의 설득력. CO 2와 N에 2 O 측정, 시간 시리즈를 사용 챔버 10-30센티미터 하이의 경우 일반적으로 20 ~ 60 분 8,14까지 다양합니다. </li></ol></li><li> 교정 문제 해결 <ol><li> 별로 차별화 및 / 또는 어려움 직선 또는 고원 안목은 엄격한 교정 시점 이상 교정 시계열을 사용하고, 농도가 검출 한계 내에 있는지 확인이있는 경우. 플럭스의 낮은 가격을 축적 속도의 감소는 시험 시간 내에 관찰 할 수 없습니다. 이 문제가 발생하지 않아야합니다. </li><li> 플럭스가 예상 실험 범위의 상한에 있지 않는 경우에, (예를 들어, 비료 또는 관개를 적용함으로써) 높은 자속을 유도하는 치료 또는 환경 조건을 변경, 보정을 반복한다. 또는, 우리실험 플럭스가 발생 않는 교정 및 plateauing 동안 관찰보다 상당히 높은 경우에 선형 회귀에 대한 적어도 세 시점을 유지하면서, 저장 시점이 배제 될 수 있도록 실험 설계에서 E 적어도 4 개의 시간 포인트. 곡선 회귀 접근법이 채택 될 수도있다. </li></ol></li><li> 실험 설계 <ol><li> 섹션 2.2.4에서 결정된 최적의 타이밍에 따라, 모든 관련 사이트, 치료, 및 / 또는 반복 실험을 캡처하고 인력을 효율적으로 실 사이트를 통해 이동할 수 있습니다 전체 샘플링 방식을 고안. 필요한 경우, 차례로 샘플링 될 여러 &quot;라운드&quot;로 챔버 사이트를 나눈다. <ol><li> 측정 온도가 매일 극단에 상대적으로 온건 한 때 하루의 시간에서 하루 종일, 샘플의 대표로 간주되어야합니다. 전형적인 온대 자르기 시스템에서, 이상적인 창 중간에 늦은 아침입니다. </li><li> 샘플이 수집되는 경우연속 라운드에서 반복적으로 매일 같은 시간에 같은 치료를 샘플링하여 편견을 소개하지 않도록주의하십시오. 반복 실험의 블록 밖으로보다는 치료에 의해 처리 라운드를 구축합니다. </li><li> 적절하게 라운드 내에서 또는 / 후 전에 하나를 취해야 할 필요한 부수적 조치에 대한 시간을 포함합니다. (일반 보조 조치 3.3 장을 참조하십시오.) </li><li> 선택적으로, 주변 공기의 비선형 유출 모델에 사용되는 샘플, 또는 시작의 근사치 (시간 제로, &quot;T 0&quot;) (여기에 설명되지 않음) 농도의 수집을위한 시간을 포함. </li><li> 선택적으로, 표본 추출 및 분석 간의 가능한 샘플의 저하를 평가하기 위해 시료 채취시의 유리 병에 참조 가스를로드하는 시간이 있습니다. 샘플 스토리지 고려 사항 파킨과 Venterea 8을 참조하십시오. </li></ol></li><li> 연구 목표에 적합한 플럭스 측정의 주파수를 결정합니다. 이 범위는 수 단일 측정 t에서오 매일, 몇 달 또는 몇 년에 걸쳐, 매주 또는 정기적으로 측정. 실험 설계 고려 사항에 대한 철저한 토론을 로쉐 등. 14을 참조하십시오. </li><li> 샘플이 차가운 상태에서 수집되는 경우, 같은 부서지기가되는 격벽을 방지하기 위해 튜브와 뜨거운 팩으로 온난화 장치의 포함을 계획. </li></ol></li></ol> 3. 필드 샘플링 참고 : 각각의 샘플링 날짜에, 아래에 설명 된 기술을 사용하여, 2.4 년에 설립 샘플링 방식을 따릅니다. 장비 및 샘플 볼륨이 사용되는 수집 및 전송 방법 및 GC 분석 8에 필요한 시료의 양에 따라 달라질 수 있습니다. 이 프로토콜은 샘플 전송의 세척 방법으로, 5.9 ML 수집 튜브 및 30 ㎖를 주사기를 사용합니다. 대체 방법에 대한 설명을 참조하십시오. <ol><li> 준비하기 <ol><li> 라운드 당 여러 개의 챔버에서 샘플링하는 경우, 시점 REFE 준비rence 그리드는 언제 어디서 샘플을 쉽게 추적 할 수 있습니다 (그림 2 참조). 또는, 샘플링시마다 포인트를 기록 할 준비를해야합니다. </li><li> 사전 라벨 및 샘플링 동안 최대한의 효율과 혼란의 최소한의 가능성에 대한 수집 유리 병을 준비한다. </li><li> 샘플링하는 동안 시간을​​ 절약하기 위해, 사전에 모든 재료와 장비를 준비합니다. 휴식하거나 쉽게 캐리 토트, 물통, 또는 다른 용기에 (바늘, 주사기, 멈춤 등), 장소를 분실 아무것도 엑스트라를 포함합니다. </li><li> 장비의 고장 또는 다른 예상치 못한 사태로 인해 발생할 수 있고, 쉽게 특정 샘플과 연관된 시간을 조정함으로써 데이터 분석 중에 보정 될 수있는 임의의 지연 시간 지점을 기록 할 준비를한다. </li></ol></li><li> 시료 채취 <ol><li> 연결 및 사전 설치된 챔버 앵커 챔버 뚜껑을 밀봉하고, 스톱워치를 시작합니다. 이 T 0입니다. </li><li> 즉시 뚜껑 C를 밀봉 한 후챔버 상부의 대략적인 높이에서, 챔버에 인접한 위치에서 대기 샘플을 ollect : 열려있는 위치에 바늘과 마개를 장착 빈 30 ML의 주사기와 함께, 30 ㎖의 공기 샘플을 그리고 종료 크레인. 이 T 0 샘플입니다. 또한, 챔버 (6)에서 T 0 샘플을 채취. 참고 : - 타이밍 (내부 샘플 뚜껑 폐쇄 및 샘플 모음 사이의 지연) 고려 대 공간 (외부 샘플 사이트 또는 외부 미기후으로부터의 거리)를 평가하고 사용중인 장비에 가장 적합한 기술을 결정하고, 타협은 두 가지 방법 사이에 존재 연구중인 시스템. </li><li> 주사기 바늘로, 이미 다른 바늘 격막의 가장자리 근처 통해 찌르고 가지고 5.9 ㎖를 수집 바이알 중격을 관통. </li><li> 주사기의 마개를 열고 (이것은 이전 내용을 일으키는 원인이되는 유리 병에 시료의 약 20 ㎖를 주입유리 병)을 샘플로 대체, 여분의 바늘을 통해 배출된다. </li><li> 약간 오버 가압 샘플 무결성을 보장하고 8 필요한 경우 복수의 샘플 분석을 허용하도록 바이알을 가능한 남은 샘플 (약 10 ㎖)의 다량 주입을 계속하면서 부드러운 동작, 여분 바늘을 제거한다. </li><li> 마개를 닫고 격막에서 주사기 바늘을 철회. 채워지지 않은 유리 병 구별하는 채워진 유리 병에게 거꾸로 돌립니다. </li><li> 다음 챔버로 진행, 반복 올바른 미리 정해진 T 0 시점에 뚜껑을 밀봉, 3.2.1-3.2.6 단계를 반복합니다. </li><li> 단계를 반복 계속 3.2.1-3.2.7 라운드에서 모든 챔버가 밀봉되어 있고 T 0 샘플이 수집 될 때까지. </li><li> 제 1 챔버로 돌아갑니다. </li><li> 시간 T 일 때까지 10 초에 접근하면, 주사기 바늘 챔버 상부에 격벽을 관통. </li><li> T 1, 재치 10 초 범위 내에서챔버 내부에서 공기의 30 ml의 샘플을 hdraw 및 마개를 닫습니다. 챔버 격막에서 주사기 바늘을 제거합니다. </li><li> 단계에 따라 수집 병에 샘플을 전송 3.2.3-3.2.6. </li><li> 2.4 년에 설립 샘플링 방식에 따라, 단계 3.2.10-3.2.12 다음 샘플을 수집하기 위해 계속합니다. </li></ol></li><li> 보조 조치 <ol><li> 질량 가스 농도로 변환하기 위해서, 샘플링시의 공기 온도를 측정한다. 연구 목표 기록 또는 각 위치 및 / 또는 시간 등, 일상 강우, 토양의 부피 밀도, 토양 질산 암모늄 농도의 토양 온도 및 토양의 수분 함량과 같은 다른 부수적 인 조치를 수행에 따라 다양한 수단이 측정 값을 구하는 것이 존재 - 표준 프로토콜을 따르십시오. </li><li> 선택적으로, 주위 GHG 농도 및 잠재적 스토리지 바이알 열화 I를 평가하는 바이알에 알려진 농도의 대기 샘플 및 / 또는로드 필드 표준을 상환N 샘플링과 분석 사이의 기간 (섹션 2.4.1.4 및 2.4.1.5 참조). </li></ol></li></ol> 4. 샘플 분석 <ol><li> N 2 O를위한 전자 포착 검출기, CO 2 가스 적외선 분석기 또는 열전도 검출기, 및 CH 4 불꽃 이온화 검출기가 장착 장치를 사용하여, 가스 크로마토 그래피에 의해 각각의 샘플에 대한 관심의 가스의 농도를 결정. 참고 : 제대로 온실 가스 분석을 위해 구성 가능한 충분한 동작 시간을 가지고있다 악기에 대한 액세스 권한을 얻기 위해 필수적이다. 원칙과 가스 크로마토 그래피의 방법은 다른 5,15,16 설명되어 있습니다. </li><li> 이상 기체 법칙을 사용하여 체적의 질량에 추적 가스 농도 변환 : </li></ol> PV = NRT 여기에서 P = 압력, V = 부피, N = 가스, R = 기체 법칙 상수, 그리고 T = 온도 몰. 따라서 : <img alt="식 (1)"FO : 콘텐츠 폭 = SRC = &quot;/ files/ftp_upload/52110/52110eq1.jpg&quot;폭 &quot;4 인치&quot;= &quot;400&quot;/&gt; 5. 데이터 분석 <ol><li> 각 시계열의 경우, 플롯 시간 농도에 의해 선형성 평가합니다. 추가 분석에서 고원의 조짐을 보이고 나중에 점을 제외하고, 적합도 또는 육안 검사를 사용하여 평가합니다. 플럭스 계산을위한 T 0 (T 0, T 1, T 2 ...) 등 3 시점의 최소를 사용합니다. 일관된 프로토콜을 설정하고, 선형성 해당 프로토콜의 기준을 충족하지 못하는 모든 시계열을 거부합니다. 플럭스 계산 오류, 편견, 그리고 변화에 대한 철저한 논의 파킨과 Venterea 8을 참조하십시오. </li><li> 선형 회귀 분석을 수행합니다. </li><li> 플럭스를 계산하는 회귀의 기울기를 사용 </li></ol> F는 S의 • 브이 • A를 = -1 경우 F = 플럭스, 회귀의 S = 기울기, V = 챔버 볼륨 및 A = 챔버지역. 따라서 : <img alt="식 2" fo:content-width="1.3in" src="/files/ftp_upload/52110/52110eq2.jpg" width="130" /> 참고 :. 계산을 유출하는 비선형 방식에 대한 토론과 파킨 등 (12)을 참조하십시오.

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The authors have nothing to disclose.

<html> 여기에 설명 된 정적 챔버 기반의 접근 방식은 토양 시스템에서 온실 가스 유량 측정을위한 효율적인 방법입니다. 구성 요소의 상대적 단순보다 인프라 집중 방법이 불가능되는 조건이나 시스템이 특히 적합합니다. 고품질의 데이터를 생성하기 위하여, 그러나, 정적 챔버 방식은 실험 설계 6에 엄격한주의를 실시해야한다. 고려되어야 하나 주목할만한 고려 사항은 복제 챔버 기반 측정 사이에서 높은 변동성이 발생할 수있는 토양 가스 플럭스의 공간 변화입니다. 실험 설계에 따라서, 통계 분석을 위해 충분한 힘을 제공하기에 충분한 복제물을 포함하는 것이 중요하다. 절충 충분한 복제를 유지하고, 처리 당 네 개의 반복의 최소 일반적인 가이드 라인 (14) 동안 연구 될 수있는 처리의 수 사이에 존재할 수있다. 측정 된 플럭스 매일 배출량을 산정하는 데 사용되는 경우 &quot;ontent&gt;, 공기 온도, 토양 온도, 가스 배출 낮의 변화가 고려되어야한다. 연구 목표 온도가 일 평균을 반영 할 때 중반 아침에 얻을 수 측정을 요구하는 경우에, 샘플링에 대한 제한 창에서 실질적으로 모니터링 할 수있는 챔버의 수에 영향을 미칠 수 있습니다. 평가 될 추가 고려 사항이 식물 뿌리의 지상 바이오 매스 위의 포함 또는 제외 가스 플럭스에 미칠 영향이다. 상공 회의소 배치 상대 조직을 심는 것 특히 미생물의 호흡뿐 아니라 뿌리와 호흡과 광합성이 적절하게 균형을 이루어야한다 쏘지는. 이러한 요소의 추가 설명은 파킨과 Venterea 8 참조 CO 2의 경우 유출 자료의 해석, 영향. 전술 한 바와 같이,이 방법에 많은 변형이 챔버 설계 및 샘플링을 포함하여, 존재볼륨. 하나의 이러한 변화는 주사기 및 수집 바이알간에 샘플을 전송하기 위해 사용하는 방법이다. 여기에 설명 된 기술은 첫 번째 긍정적 인 압력 5 병을 채우기 전에 샘플 수집 병을 플러시합니다. 더 일반적으로 사용되는 기술은 진공 펌프를 이용하여 사전 대피 한 바이알에 주사기로부터 샘플의 전사이며, 세척없이 비 배기 튜브의 사용은 또한 8,17보고되었다. 접근의 범위가 존재하는 또 다른 중요한 점은 데이터 분석 및 연구중인 시스템에 가장 적합한 플럭스 모델의 선택에있다. 여기에서 설명한 선형 회귀 방법에 더하여, 비선형 모델은 긴 탑재 시간이 사용될 때, 특히 이용 될 수있다. 이러한 모델은 허치슨과 Mosier에서 (18)에 의해 개발 된 알고리즘과 유도 19, 20, 그, 바그너 등. (21)에 의해 기술 된 차 절차와 비 정상을 포함리빙스턴 등 (22)에 의해 설명 된 상태 확산 자속 추정기. 비선형 유출 모델의 철저한 설명은 파킨 등. 12를 참조 Venterea 등 23. 정적 챔버 방식과 유사한 방법은 다양한 방법을 통해 샘플링 및 가스 크로마토 그래피를 주사기 대체 등의 푸리에 전송 적외선 (FTIR) 분석과 흐름을 통해 측정 시스템의 사용뿐만 아니라 챔버 폐쇄 및 샘플링의 자동화 (가) 있습니다. 자동화 시스템은 감소 된 직원과 더 자주 측정을 가능하게하지만, 추가적인 인프라 투자가 필요합니다. 그레이스 등. (24)는 자동화 된 챔버 기반의 N 2 O 측정 옵션과 트레이드 오프의 광범위한 개요를 제공합니다. 관리 및 자연 시스템 manageme의 영향, 프로세스 기반의 모델을 알려 이해하는 것이 중요합니다 모두에서 온실 가스 플럭스의 특성NT 관행 및 완화 전략을 알리고, 글로벌 회계 및 기후 변화 모델링을 지원합니다. 개별 연구는 지역 규모에서 정보를하는 동안 따라서, 많은 부가 가치는에 기여하고, 풍경과 대기 사이의 가스 교환에 대한 지식의 글로벌 몸에서 그림을 통해 도출된다. 따라서, 데이터 수집 및 광범위한 지식 기반과 수명과의 상호 운용성을 보장하는 방법으로보고, 핵심입니다. 이는 개별 연구를 넘어 결과의 확장을 할 수 있도록 데이터 품질뿐만 아니라 부수적 인 조치와 메타 데이터의 포괄적 인보고의 수집을 보장하기 위해 최선의 방법을 다음이 포함되어 있습니다. 데이터보고를위한 훌륭한 지침이 GRACEnet 프로젝트와 GRA 25에서 사용할 수 있습니다.

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><tbody><tr><td>5.9 ml soda glass flat bottom 55 x 15.5 mm</td><td>Labco Limited</td><td>719W</td><td>Collection vials</td></tr><tr><td>16.5 mm screw caps with pierceable rubber septum</td><td>Labco Limited</td><td>VC309</td><td>Caps for&amp;nbsp; vials</td></tr><tr><td>90-well plastic vial rack, 17.1 mm well I.D.</td><td>Wheaton</td><td>868810</td><td>Rack for organizing vials</td></tr><tr><td>Regular bevel needles 23 G x 1&quot;</td><td>BD</td><td>305193</td><td>Needles for sample collection</td></tr><tr><td>Stopcocks with luer connections, 1-way, male slip</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-30600-01</td><td>Stopcocks for syringes</td></tr><tr><td>30 ml syringe, slip tip</td><td>BD</td><td>309651</td><td>Syringes for sample collection</td></tr><tr><td>Stopwatch or timer</td><td>Various</td><td>N/A</td><td>For timing field sampling</td></tr><tr><td>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>Various</td><td>N/A</td><td>Chamber anchor and lid - bottom cut out of anchor, holes for septum and vent tubing bored in lid</td></tr><tr><td>Gray butyl stoppers 20 mm</td><td>Wheaton</td><td>W224100-173</td><td>Chamber septa for syringe sampling - insert into hole bored in lid top</td></tr><tr><td>Tygon tubing 4.0 mm I.D. x 5.6 mm O.D.</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z685623</td><td>Chamber vent tubing - insert in hole bored in lid side, flush with exterior, approximately 25 cm coiled in lid interior (a 1 ml syringe tip may be used as an attachment mechanism)</td></tr><tr><td>Adhesive foam rubber tape or HDPE O-ring</td><td>Various</td><td>N/A</td><td>Chamber sealing mechanism - fastened to underside of lid rim</td></tr><tr><td>Reflective&amp;nbsp; insulation, 0.3125&quot; thickness</td><td>Lowe&#039;s</td><td>409818</td><td>Insulating and reflective coating - affix to exterior of chamber lid</td></tr><tr><td>Large metal binder clips, 2&quot; size with 1&quot; capacity, or manufactured draw latch as appropriate</td><td>Staples / McMaster</td><td>831610 (Staples) / 1863A21 (McMaster)</td><td>Lid attachment mechanism - for clamping lid to anchor during sampling</td></tr><tr><td>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>Various</td><td>N/A</td><td>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.

이전 정적 챔버와 함께 연구 프로젝트를 시작하기에, 그것은 전체의 흐름을 이해하는 것이 중요하고, 실리코에서의 조직, 현장 및 실험실 기반 요소 (그림 1). 주의 실험 설계 및 시스템 교정 (그림 2)을 제공, 데이터 분석은 일반적으로 비교적 간단 할 것이다. 광속의 비율은 시스템에 적합한 소정 플럭스 모델 (도 3)를 사용하여 농축하여 시간의 회귀에 의해 각 챔버 및 샘플링 시간을 결정한다. 그러나, 모범 사례 다음, 문제가 발생 될 수 있으며, 원시 데이터의 품질 관리는 중요합니다. 예를 들어, 챔버 인감 또는 누설 샘플 튜브의 실패는 비정상적인 농도 값이 발생할 수 있습니다. 이들은 쉽게 CO 2 시간 시리즈는 종종 특히 usefu로 봉사와 시계열 농도 플롯의 육안 검사 (그림 4)을 통해 확인된다때문에, 때때로 무시할 근처 검출 한계, 또는 N 2 O 또는 CH 4의도 음의 플럭스에 비해 CO 2의 일반적으로보다 강력하고 지속적인 유출에 L 표시. 데이터 품질이 확인되면, 결과는 치료 사이 또는 계절의 과정 (그림 5)을 통해 가스 유출 역학을 비교하는 데 사용할 수있다. 5 ~ 6 월 플럭스 값 및 오차 막대로부터 알 수있는 바와 같이, 광속의 공간적 불균일로 인한 변화는 크지,보다 자속의 고가의 제조 조건 하에서 발음있다. 이러한 가변성은 특이없고,이 기술에 충분한 복제의 중요성을 강조한다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig1highres.jpg" width="600" /> 도 1. 플로 개요.이 프로토콜의 다양한 요소는 실험실에서, 필드에서, 계획 단계에서 수행 한 것 IN의 실리코. 화살표는 챔버 설계 (및 건축 필요한 경우)로 시작하는, 플로의 순서를 나타내고, 데이터 분석으로 종결. 필드 샘플링 및 시료 분석간에 체류 바꾸 / 화살표는 실험 과정 동안 체류 샘플링 날짜 선택의 가능성을 나타낸다. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig2highres.jpg" width="400" /> 그림 2. 샘플 타이밍. 동시에 여러 챔버에서 샘플 수집을위한 예 타이밍 방식. 상공 회의소 번호는 그리드 내의 모든 분에 나열된 샘플링 시간으로, 상단 왼쪽과 시간 지점에 표시됩니다. 이 예에서는 36 분마다 (각 챔버에 대해 하나)의 네 개의 개별 시계열 계열에있는 시점 사이에 12 분 간격, 챔버 사이에 2 분 도보 시간 46 분의 공간 내에서 수행된다. 이 가상의 예를 들어, 수이36 분의 시간 시리즈의 불가피성은 이전의 교정에 의해 결정된 것이다. 균일하게 이격 된 타이밍이 필요하지 않지만, 그것은 종종 샘플링 방식을 단순화한다. 다른 방법으로, 연구자들은 개별적으로 샘플링 간격을 결정하기 위해 각 샘플링 평가시기를 기록 할 수 있습니다. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig3highres.jpg" width="600" /> N이 36 분의 샘플링주기의 과정을 통해 4 개의 시간 지점에서 측정 O 농도로 구성된 그림 3. 플럭스 계산. 전형적인 정적 챔버 시계열. 선형 회귀가 표시됩니다의 기울기는 유출 속도를 산출한다. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig4highres.jpg" width="600" /> 샘플하지만 다른 가스의 동일한 세트에서 그림 4. 품질 관리. 한 쌍이 시간 시리즈는 WHI에 표시됩니다채널 유리 병 누출은 육안 검사 (빨간 점)에 의해 발견되었습니다. 시간이 지남에 따라 A) CO 2 농도가 시간이 지남에. B) N 2 O 농도를. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig5highres.jpg" width="600" /> 하나의 성장시기의 과정을 통해 농업 분야에서의 그림 5. 합성 결과. N 2 O 유출 속도. 플럭스 값은 4 점의 시계열을 사용하여 여섯 챔버의 평균을 나타낸다. 오차 막대는 표준 오차이다.

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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.

정적 챔버를 사용하여 농업 토양에서 온실 가스 유출 측정

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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41.1K 조회수.  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.

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

High-throughput Fluorometric Measurement of Potential Soil Extracellular Enzyme Activities

Microbes in soils and other environments produce extracellular enzymes to depolymerize and hydrolyze organic macromolecules so that they can be assimilated for energy and nutrients. Measuring soil microbial enzyme activity is crucial in understanding soil ecosystem functional dynamics. The general concept of the fluorescence enzyme assay is that synthetic C-, N-, or P-rich substrates bound with a fluorescent dye are added to soil samples. When intact, the labeled substrates do not fluoresce. Enzyme activity is measured as the increase in fluorescence as the fluorescent dyes are cleaved from their substrates, which allows them to fluoresce. Enzyme measurements can be expressed in units of molarity or activity. To perform this assay, soil slurries are prepared by combining soil with a pH buffer. The pH buffer (typically a 50 mM sodium acetate or 50 mM Tris buffer), is chosen for the buffer&#39;s particular acid dissociation constant (pKa) to best match the soil sample pH. The soil slurries are inoculated with a nonlimiting amount of fluorescently labeled (i.e. C-, N-, or P-rich) substrate. Using soil slurries in the assay serves to minimize limitations on enzyme and substrate diffusion. Therefore, this assay controls for differences in substrate limitation, diffusion rates, and soil pH conditions; thus detecting potential enzyme activity rates as a function of the difference in enzyme concentrations (per sample).
Fluorescence enzyme assays are typically more sensitive than spectrophotometric (i.e. colorimetric) assays,&#160;but can suffer from interference caused by impurities and the instability of many fluorescent compounds when exposed to light; so caution is required when handling fluorescent substrates. Likewise, this method only assesses potential enzyme activities under laboratory conditions when substrates are not limiting. Caution should be used when interpreting the data representing cross-site comparisons with differing temperatures or soil types, as in situ soil type and temperature can influence enzyme kinetics.

To measure potential rates of soil extracellular enzyme activities, synthetic substrates that are bound to a fluorescent dye are added to soil samples. Enzyme activity is measured as the fluorescent dye is released from the substrate by an enzyme-catalyzed reaction, where higher fluorescence indicates more substrate degradation.

잠재적 인 토양 세포 외 효소 활동의 높은 처리량 형광 측정 측정

Microbes in soils and other environments produce extracellular enzymes to depolymerize and hydrolyze organic macromolecules so that they can be ...

연구

환경과학

The Use of an Automated System (GreenFeed) to Monitor Enteric Methane and Carbon Dioxide Emissions from Ruminant Animals

Ruminant animals (domesticated or wild) emit methane (CH4) through enteric fermentation in their digestive tract and from decomposition of manure during storage. These processes are the major sources of greenhouse gas (GHG) emissions from animal production systems. Techniques for measuring enteric CH4 vary from direct measurements (respiration chambers, which are highly accurate, but with limited applicability) to various indirect methods (sniffers, laser technology, which are practical, but with variable accuracy). The sulfur hexafluoride (SF6)&#160;tracer gas method is commonly used to measure enteric CH4 production by animal scientists and more recently, application of an Automated Head-Chamber System (AHCS) (GreenFeed, C-Lock, Inc., Rapid City, SD), which is the focus of this experiment, has been growing. AHCS is an automated system to monitor CH4 and carbon dioxide (CO2) mass fluxes from the breath of ruminant animals. In a typical AHCS operation, small quantities of baiting feed are dispensed to individual animals to lure them to AHCS multiple times daily. As the animal visits AHCS, a fan system pulls air past the animal&#8217;s muzzle into an intake manifold, and through an air collection pipe where continuous airflow rates are measured. A sub-sample of air is pumped out of the pipe into non-dispersive infra-red sensors for continuous measurement of CH4 and CO2 concentrations. Field comparisons of AHCS to respiration chambers or SF6 have demonstrated that AHCS produces repeatable and accurate CH4 emission results, provided that animal visits to AHCS are sufficient so emission estimates are representative of the diurnal rhythm of rumen gas production. Here, we demonstrate the use of AHCS to measure CO2 and CH4 fluxes from dairy cows given a control diet or a diet supplemented with technical-grade cashew nut shell liquid.

The Use of an Automated System GreenFeed to Monitor Enteric Methane and Carbon Dioxide Emissions from Ruminant Animals

Accuracy and precision of the techniques used to measure methane emissions from ruminant animals are critically important for the success of greenhouse gas mitigation efforts. This manuscript describes the principles and operation of an automated system to monitor methane and carbon dioxide mass fluxes from the breath of ruminant animals.

자동화 시스템 (GreenFeed)의 사용 반추 동물의 장내 메탄과 이산화탄소 배출량을 모니터링하려면

Ruminant animals (domesticated or wild) emit methane (CH4) through enteric fermentation in their digestive tract and from decomposition of manure during ...

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

Continuing increases in atmospheric carbon dioxide concentrations (CA) mandate techniques for examining impacts on terrestrial ecosystems. Most experiments examine only two or a few levels of CA concentration and a single soil type, but if CA can be varied as a gradient from subambient to superambient concentrations on multiple soils, we can discern whether past ecosystem responses may continue linearly in the future and whether responses may vary across the landscape. The Lysimeter Carbon Dioxide Gradient Facility applies a 250 to 500 &#181;l L-1 CA gradient to Blackland prairie plant communities established on lysimeters containing clay, silty clay, and sandy soils. The gradient is created as photosynthesis by vegetation enclosed in in temperature-controlled chambers progressively depletes carbon dioxide from air flowing directionally through the chambers. Maintaining proper air flow rate, adequate photosynthetic capacity, and temperature control are critical to overcome the main limitations of the system, which are declining photosynthetic rates and increased water stress during summer. The facility is an economical alternative to other techniques of CA enrichment, successfully discerns the shape of ecosystem responses to subambient to superambient CA enrichment, and can be adapted to test for interactions of carbon dioxide with other greenhouse gases such as methane or ozone.

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

The Lysimeter Carbon Dioxide Gradient Facility creates a 250 to 500 &#181;l L-1 linear carbon dioxide gradient in temperature-controlled chambers housing grassland plant communities on clay, silty clay, and sandy soil monoliths. The facility is used to determine how past and future carbon dioxide levels affect grassland carbon cycling.

CO<sub&gt; 2</sub테스트 주식에 대한&gt; 농도 구배 시설<sub&gt; 2</sub초원 생태계 기능에&gt; 농축 및 토양 효과

Continuing increases in atmospheric carbon dioxide concentrations (CA) mandate techniques for examining impacts on terrestrial ecosystems. Most ...

Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses

A method is described which uses the absence of radiocarbon in industrial chemicals and fuels made from petroleum feedstocks which frequently contaminate the environment. This radiocarbon signal &#8212; or rather the absence of signal &#8212; is evenly distributed throughout a contaminant source pool (unlike an added tracer) and is not impacted by biological, chemical or physical processes (e.g., the 14C radioactive decay rate is immutable). If the fossil-derived contaminant is fully degraded to CO2, a harmless end-product, that CO2 will contain no radiocarbon. CO2 derived from natural organic matter (NOM) degradation will reflect the NOM radiocarbon content (usually &#60;30,000 years old). Given a known radiocarbon content for NOM (a site background), a two end-member mixing model can be used to determine the CO2 derived from a fossil source in a given soil gas or groundwater sample. Coupling the percent CO2 derived from the contaminant with the CO2 respiration rate provides an estimate for the total amount of contaminant degraded per unit time. Finally, determining a zone of influence (ZOI) representing the volume from which site CO2 is collected allows determining the contaminant degradation per unit time and volume. Along with estimates for total contaminant mass, this can ultimately be used to calculate time-to-remediate or otherwise used by site managers for decision-making.

Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses

A protocol is described wherein CO2 mineralized from organic contaminant (derived from petroleum feedstocks) biodegradation is trapped, quantified, and analyzed for 14C content. A model is developed to determine CO2 capture zone's spatial extent. Spatial and temporal measurements allow integrating contaminant mineralization rates for predicting remediation extent and time.

측정 탄소 기반의 오염 물질 무기화 결합 된 CO를 사용하여<sub&gt; 2</sub&gt; 플럭스 및 방사성 탄소 분석

A method is described which uses the absence of radiocarbon in industrial chemicals and fuels made from petroleum feedstocks which frequently contaminate ...

Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers

Agricultural ammonia (NH3) emissions (90% of total EU emissions) are responsible for about 45% airborne eutrophication, 31% soil acidification and 12% fine dust formation within the EU15. But NH3 emissions also mean a considerable loss of nutrients. Many studies on NH3 emission from organic and mineral fertilizer application have been performed in recent decades. Nevertheless, research related to NH3 emissions after application fertilizers is still limited in particular with respect to relationships to emissions, fertilizer type, site conditions and crop growth. Due to the variable response of crops to treatments, effects can only be validated in experimental designs including field replication for statistical testing. The dominating ammonia loss methods yielding quantitative emissions require large field areas, expensive equipment or current supply, which restricts their application in replicated field trials. This protocol describes a new methodology for the measurement of NH3 emissions on many plots linking a simple semi-quantitative measuring method used in all plots, with a quantitative method by simultaneous measurements using both methods on selected plots. As a semi-quantitative measurement method passive samplers are used. The second method is a dynamic chamber method (Dynamic Tube Method) to obtain a transfer quotient, which converts the semi-quantitative losses of the passive sampler to quantitative losses (kg nitrogen ha-1). The principle underlying this approach is that passive samplers placed in a homogeneous experimental field have the same NH3 absorption behavior under identical environmental conditions. Therefore, a transfer co-efficient obtained from single passive samplers can be used to scale the values of all passive samplers used in the same field trial. The method proved valid under a wide range of experimental conditions and is recommended to be used under conditions with bare soil or small canopies (&#60;0.3 m). Results obtained from experiments with taller plants should be treated more carefully.

Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers

Ammonia emissions are a major threat to the environment by eutrophication, soil acidification and fine particle formation and stem mainly from agricultural sources. This method allows ammonia loss measurements in replicated field trials enabling statistical analysis of emissions and of relationships between crop development and emissions.

보정 수동 샘플링 - NH의 다중 플롯 필드 측정<sub&gt; 3</sub동적 튜브 방법 및 패시브 샘플러의 조합으로&gt; 배출

Agricultural ammonia (NH3) emissions (90% of total EU emissions) are responsible for about 45% airborne eutrophication, 31% soil acidification and 12% ...

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.

메탄과 아산화 질소 용 정전기에 의하여 벼 분야에서의 평가 폐쇄 챔버 Headspace 내 식물 유지

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

Lab-Scale Model to Evaluate Odor and Gas Concentrations Emitted by Deep Bedded Pack Manure

A lab-scaled simulated bedded pack model was developed to study air quality and nutrient composition of deep-bedded packs used in cattle mono-slope facilities. This protocol has been used to effectively evaluate many different bedding materials, environmental variables (temperature, humidity), and potential mitigation treatments that can improve air quality in commercial deep-bedded mono-slope facilities. The model is dynamic and allows researchers to easily collect many chemical and physical measurements from the bedded pack. Weekly measurements, collected over the course of six to seven weeks, allows sufficient time to see changes in air quality measurements over time as the bedded pack matures. The data collected from the simulated bedded packs is within the range of concentrations previously measured in commercial deep-bedded mono-slope facilities. Past studies have demonstrated that 8 - 10 experimental units per treatment are sufficient to detect statistical differences among the simulated bedded packs. The bedded packs are easy to maintain, requiring less than 10 minutes of labor per bedded packs per week to add urine, feces, and bedding. Sample collection using the gas sampling system requires 20 - 30 minutes per bedded pack, depending on the measurements that are being collected. The use of lab-scaled bedded packs allows the researcher to control variables such as temperature, humidity, and bedding source that are difficult or impossible to control in a research or commercial facility. While not a perfect simulation of &#34;real-world&#34; conditions, the simulated bedded packs serve as a good model for researchers to use to examine treatment differences among bedded packs. Several lab-scale studies can be conducted to eliminate possible treatments before trying them in a research or commercial-sized facility.

A protocol has been developed to measure gases, odors, and nutrient composition in lab-scaled bedded manure packs, which can be used to study ways to improve air quality in commercial cattle facilities using deep-bedded manure packs.

냄새 및 가스 농도 깊은 방출 실험실 스케일 모델 침대 팩 비료

A lab-scaled simulated bedded pack model was developed to study air quality and nutrient composition of deep-bedded packs used in cattle mono-slope ...

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

This protocol is an example of utilizing the eddy covariance (EC) technique to investigate spatially and temporally averaged net CO2 fluxes (net ecosystem production, NEP), in non-typical ecosystems, on a currently reforested windthrow area in Poland. After a tornado event, a relatively narrow &#8220;corridor&#8221; was created within surviving forest stands, which complicates such kind of experiments. The application of other measuring techniques, such as the chamber method, is even more difficult under these circumstances, because especially at the beginning, fallen trees and in general great heterogeneity of the site provide a challenging platform to perform flux measurements and then to properly upscale obtained results. In comparison with standard EC measurements carried out in untouched forests, the case of windthrow areas requires special consideration when it comes to the site location and data analysis in order to ensure their representativeness. Therefore, here we present a protocol of real-time, continuous CO2 flux measurements at a dynamically changing, non-ideal EC site, which includes (1) site location and instrumentation setup, (2) flux computation, (3) rigorous data filtering and quality control, and (4) gap filling and net fluxes partitioning into CO2 respiration and absorption. The main advantage of the described methodology is that it provides a detailed description of the experimental setup and measurement performance from scratch, which can be applied to other spatially limited ecosystems. It can also be viewed as a list of recommendations on how to deal with unconventional site operation, providing a description for non-specialists. Obtained quality-checked, gap filled, half-hour values of net CO2, as well as absorption and respiration fluxes, can be finally aggregated into daily, monthly, seasonal or annual totals.

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

The presented protocol uses the eddy covariance method at non-typical locations, applicable to all types of short-canopy ecosystems with limited area, on a currently reforested windthrow site in Poland. Details of measuring site setup rules, flux calculations and quality control, and final result analysis, are described.

비이상적인 에디 공변 사이트에서 CO2 플럭스 측정

This protocol is an example of utilizing the eddy covariance (EC) technique to investigate spatially and temporally averaged net CO2 fluxes (net ecosystem ...

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of gamma rays created when neutrons interact with soil elements. The main parts of the INS system are a pulsed neutron generator, NaI(Tl) gamma detectors, split electronics to separate gamma spectra due to INS and thermo-neutron capture (TNC) processes, and software for gamma spectra acquisition and data processing. This method has several advantages over other methods in that it is a non-destructive in situ method that measures the average carbon content in large soil volumes, is negligibly impacted by local sharp changes in soil carbon, and can be used in stationary or scanning modes. The result of the INS method is the carbon content from a site with a footprint of ~2.5 - 3 m2 in the stationary regime, or the average carbon content of the traversed area in the scanning regime. The measurement range of the current INS system is &#62;1.5 carbon weight % (standard deviation &#177; 0.3 w%) in the upper 10 cm soil layer for a 1 hmeasurement.

Here, we present the protocol for in situ measurement of soil carbon using the neutron-gamma technique for single point measurements (static mode) or field averages (scanning mode). We also describe system construction and elaborate data treatment procedures.

측정 토양 탄소 고정 및 검색 모드에서 중성자-감마선 분석에 의해

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...

공학

Simulating Temperature in a Soil Incubation Experiment

The study of warming impact on soils requires a realistic and accurate representation of temperature. In laboratory incubation studies, a widely adopted method has been to render constant temperatures in multiple chambers, and via comparisons of soil responses between low- and high-temperature chambers, to derive the warming impact on soil changes. However, this commonly used method failed to imitate both the magnitude and amplitude of actual temperatures as observed in field conditions, thus potentially undermining the validity of such studies. With sophisticated environmental chambers becoming increasingly available, it is imperative to examine alternative methods of temperature control for soil incubation research. This protocol will introduce a state-of-the-art environmental chamber and demonstrate both conventional and new methods of temperature control to improve the experimental design of soil incubation. The protocol mainly comprises four steps: temperature monitoring and programming, soil collection, laboratory incubation, and warming effect comparison. One example will be presented to demonstrate different methods of temperature control and the resultant contrasting warming scenarios; that is, a constant temperature design referred to as stepwise warming (SW) and simulated in situ temperature design as gradual warming (GW), as well as their effects on soil respiration, microbial biomass, and extracellular enzyme activities. In addition, we present a strategy to diversify temperature change scenarios to meet specific climate change research needs (e.g., extreme heat). The temperature control protocol and the recommended well-tailored and diversified temperature change scenarios will assist researchers in establishing reliable and realistic soil incubation experiments in the laboratory.

Laboratory soil warming experiments usually employ two or more constant temperatures in multiple chambers. By presenting a sophisticated environmental chamber, we provide an accurate temperature control method to imitate the magnitude and amplitude of in situ soil temperature and improve the experimental design of soil incubation studies.

토양 배양 실험에서 온도 시뮬레이션

The study of warming impact on soils requires a realistic and accurate representation of temperature. In laboratory incubation studies, a widely adopted ...

정적 챔버를 사용하여 농업 토양에서 온실 가스 유출 측정

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