Method Article
O objetivo geral do presente protocolo é para medir as emissões de gases com efeito de estufa de arrozais, usando a técnica de câmara fechada estático. Sistema de medição precisa de ajustes específicos devido à presença de uma camada de água permanente no campo e das plantas dentro o headspace de câmara.
Este protocolo descreve a medição das emissões de gases (GHG) de solos de arroz utilizando a técnica de câmara fechada estático. Este método baseia-se na teoria de difusão. Um volume conhecido de ar cobrindo uma área de solo definido é envolto em uma capa de paralelepípedo (chamada de "câmara"), por um período definido de tempo. Durante este período de cerco, gases (metano (CH4) e óxido nitroso (N2O)) mover de ar de poros do solo perto de origem microbiana (ou seja,methanogens, nitrifiers, denitrifiers) para o headspace câmara, seguindo um natural gradiente de concentração. Fluxos são então estimados da câmara as variações da concentração de headspace amostrado em intervalos regulares ao longo do recinto e depois analisados com cromatografia gasosa. Entre as técnicas disponíveis para a medição de gases de efeito estufa, o método estático câmara fechada é apropriado para experiências de enredo, como não exige grande homogênea tratadas áreas de solo. Além disso, é controlável com recursos limitados e pode identificar relações entre propriedades do ecossistema, processos e fluxos, especialmente quando combinado com Gee conduzir medições de força. No entanto, no que diz respeito ao método micrometeorológicas, causa um mínimo mas perturbação do solo ainda inevitável e permite uma menor resolução temporal. Várias fases são fundamentais para a implementação do método: i) câmara de design e implantação, ii) manipulação e análises da amostra e iii) estimativa do fluxo. Sucesso de implementação técnica em arrozais exige ajustes para campo enchentes durante grande parte do ciclo de cultivo e manutenção de plantas de arroz dentro o headspace de câmara durante as medições. Portanto, os elementos adicionais a ser considerado em relação ao pedido habitual dos solos agrícolas inundados não consistem em dispositivos para: i) evitando qualquer perturbação não intencional de água que poderia superestimar fundentes e ii) incluindo plantas de arroz dentro o headspace câmara considerar plenamente gases emitidos através do transporte de aerênquima.
A agricultura é um setor produtivo que, juntamente com a silvicultura e o outro uso da terra, produz cerca de 21% das emissões de gases de efeito estufa global1. Medição das emissões de GEE de solos agrícolas é chave não só para estabelecer a determinação do papel apropriado de agroecossistemas como fonte e pia em clima de mudança2, mas também para definir estratégias de mitigação apropriadas e eficazes dentro o quadro das metas do acordo de Paris.
Fluxos de emissão do GEE mais importante dois produzido por solos agrícolas (ou seja, N2O e CH4) são mensuráveis por métodos micrometeorológicas ou o fechado-Câmara técnica3. A grande maioria dos estudos de comunicação de dados sobre as emissões de GEE dos solos nas últimas três décadas aplicado o fechado-Câmara técnica de4,5 que foi descrita pela primeira vez em 19266. Vários esforços foram feitos para aperfeiçoar a técnica e superar todas as fontes de artefato experimental e viés7,8,9,10,11,12 ,13,14. Protocolos específicos, compilados em diferentes momentos, teve como objetivo padronizar as metodologias15,16,17,18,19, e as tentativas científicas são ainda em andamento para estabelecer as melhores práticas para empregando a técnica e minimizando o viés nas estimativas do fluxo.
A técnica fechada-câmara estática, cuja aplicação aos solos de paddy é descrita neste artigo, baseia-se na teoria de difusão e fornece o invólucro de um volume conhecido de ar acima de uma porção da superfície do solo por um período exacto. Durante o cerco, CH4 e N2O moléculas migram por difusão ao longo de um gradiente de concentração natural de ar de poros do solo, onde são produzidos por microrganismos específicos (methanogens no caso de CH4; nitrifiers e denitrifiers para N2O), para o ar dentro de headspace câmara, eventualmente através da água de inundação ou aerênquima a planta. As concentrações dos dois gases dentro o headspace câmara aumentam ao longo do tempo, e ocorrência destes aumentos fornece para estimativas de fluxo.
No que diz respeito os métodos micrometeorológicas, medições de câmara fechada são muitas vezes preferidas para os ecossistemas e diferentes tipos de uso da terra quando estudar Gee fluxos na escala de plotagem, porque eles não são a carga por um grande campo homogêneo2 ou alta logístico e de requisitos de investimento20. Além disso, eles permitem a análise simultânea de experiências manipuladas, como as diferentes práticas agronómicas ou outros tratamentos de campo12,21. Finalmente, a técnica permite a identificação das relações entre propriedades do ecossistema, processos e fluxos. Como alternativa, duas principais desvantagens da técnica incluem a exploração relativamente ineficiente da heterogeneidade espacial e temporal e os efeitos de perturbação do solo devido à implantação de câmara22. No entanto, esses prejuízos podem, pelo menos parcialmente, ser superados com: projeto câmara adequada (para minimizar a perturbação do solo), a adoção de um número suficiente de repetições (para explorar a variabilidade espacial) e automatizado que permite a intensificação do uso do sistema a frequência das medições diárias (a conta para variabilidade diurna) ou medição regular (mesma hora do dia) (para omitir o efeito da temperatura na variabilidade residual).
Uma primeira aplicação do método para um arrozal datam do início dos anos 80,23e as principais peculiaridades de seu uso em relação a montanha campos são a presença de inundações de água no solo e a necessidade de incluir plantas dentro o headspace durante câmara recinto. Como cuidadosamente descrito neste artigo, o primeiro traço implica a necessidade de sistemas específicos evitar a perturbação de água durante eventos de medição, para evitar a superestimativa do fluxo causada por aprimoramento induzida por turbulência de difusão do gás através da água de inundação. A segunda característica essencial é a conta para transporte de gás através de aerênquima de arroz, que representa até 90% de emitido CH4,24, que requer dispositivos adequados para incluir plantas durante eventos de medição.
1. câmara Design
2. ancorar a implantação e a organização do sistema para evitar a perturbação do solo
3. câmara de encerramento e medições de gases de efeito estufa
4. manipulação e análises da amostra
5. fluxo estimativa
Cada evento de medição produz uma série de concentrações de gases de efeito estufa ao longo do tempo para cada uma das câmaras monitoradas que é a base para estimar os fluxos de gases de efeito estufa. Basicamente, não há nenhuma necessidade especial para descartar os dados, mas uma alta incidência de situações que não se enquadram no modelo teórico de função monótona (estritamente aumentando ou diminuindo) garante a atenção sobre a precisão da aplicação do protocolo e possíveis erros imprevisíveis (por exemplo, escapamento de frascos).
Figura 1 relata um ano inteiro de fundentes correto exemplo CH4 . Como demonstrado com barras de erro, tais resultados podem variar grandemente, principalmente como consequência para a heterogeneidade espacial dos processos microbianos responsáveis pela produção de gases de efeito estufa. Para usuários que experimentam alta variabilidade, tais resultados não necessariamente sinal de maus resultados. Para endereço alta variabilidade que faz com que as diferenças de tratamento impossível de detectar, simplesmente aumentar o número de repetições.
Na Figura 2, é mostrado um exemplo de exploração pobre da variabilidade sazonal: o número insuficiente de medir eventos levou a uma subestimativa dos fluxos anuais.
Fluxos diários podem ser posteriormente combinados para calcular emissões cumulativas de mais de um ano solar, ao longo de uma temporada de cultivo ou sobre as fases específicas de cultivo. Normalmente, o cálculo dos fluxos acumulados depende a mudança linear de fluxos entre dois eventos subsequentes de medição. Um exemplo de fundentes cumulativas é mostrado na Figura 3 para CH4.
Figura 1. Exemplo de variação sazonal de CH4 fluxos diários de um arrozal inundado mais de um ano completo, incluindo um cultivo de ciclo (de maio a setembro) e corte entre períodos. Barras de erro representam erros-padrão. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2. Exemplo de variação sazonal de CH4 fluxos diários de um arrozal inundado mais de um ano inteiro, com um número insuficiente de medir eventos não bem, cobrindo todos os momentos cruciais para as emissões de gases de efeito estufa. Barras de erro representam erros-padrão. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3. Exemplo de emissões cumulativas de4 CH sobre uma estação de cultivo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4. Principais fases de aplicação do método com o correspondente de pontos críticos e indicadores de sucesso. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
A aplicação da técnica da fechado-câmara estática em arroz paddy consiste em cinco fases essenciais, correspondente às seções principais descritas no protocolo. Cada fase contém pontos críticos do que estar ciente e indicadores para verificar o sucesso da implementação da fase, como resumidos na Figura 4.
Pontos mais críticos, descritos na Figura 4 são já abordados no protocolo e pode ser facilmente resolvidos seguindo as recomendações incluídas. O ponto crítico mais complicado do presente protocolo é o cálculo de fluxos com base na variação de concentração de GEE durante o cerco da câmara. Também ao usar o pacote HMR para cálculos, é aconselhável escolher o melhor modelo para aplicar, independente da sugestão de HMR, baseada na avaliação visual. Isto é ainda mais importante quando as concentrações em tempo desviam o comportamento esperado de aumento consistente ou diminuem.
Diversas variações da técnica descrita são possíveis dentro da estrutura dos princípios fundamentais, especialmente a relacionada com câmara geometria (a câmara pode também ser cilíndrica), material de câmara (qualquer não-permeável, não reage, não-fonte/coletor de gás moléculas sob consideração e fácil de usar material, tal como o Teflon que é adequado, mas é mais caro) e tipo de analisador de gases de efeito estufa (sistemas portáteis estão disponíveis que não exigem transferência de gás em seringas e frascos). No entanto, medir os fluxos de GEE de solos é um passo crucial necessário para monitorar fontes de mudança do clima, para entender os processos que conduzem às emissões, para estudar a eficácia das estratégias de mitigação possível e para informar os modelos para prever o futuro cenários. É mais importante do que nunca para adotar protocolos comuns que vão construir um corpo uniforme de conhecimento para monitorar agroecossistemas do orçamento global de GEE.
A lei dos gases ideais é aqui aplicado para calcular o volume molar de gases reais. Esta aplicação é amplamente utilizada e aceito no corpo de literatura específico, e a aproximação de gás ideal pode ser usada com precisão razoável30.
Finalmente, consoante as perguntas experimentais a ser abordada no âmbito das medições de gases de efeito estufa, considere medir os principais drivers de CH4 e emissões de N2O, tais como a temperatura do solo, potencial redox, solo pore orgânico dissolvido Concentrações de carbono, nitratos de poros do solo e concentração de amónio.
Os autores não têm nada para divulgar.
Os autores são gratos ao Marco Romani e Eleonora Francesca Miniotti e ao pessoal de investigação centro de Ente Nazionale Risi, que sediou o julgamento experimental onde o vídeo foi criado. Também queremos agradecer o primeiro flash científico conduz à realização do protocolo e para Joan Leonard pelo seu precioso trabalho de edição inglesa do manuscrito de Francesco Alluvione.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Anchor/Chamber | - | - | Self-produced |
5 cm thick closed cell foam | - | - | It is an insulating material, to be found in a store of building materials. |
Light reflective (aluminum-like) coating | - | - | We use a shiny blanket, but it is possible to use aluminium foil for food. |
Curved piece of plastic tubing (1.5 cm and 24 cm, DxL) | - | - | We use an electrical duct, to be found in a hardware store. |
Screw connector | - | - | We use a connector for electrical ducts, to be found in a hardware store. |
Rubber stopper (1 cm D) | - | - | To be found in a store for laboratory equipments. |
Teflon tube (3 mm internal D) | - | - | To be found in a store for laboratory equipments. |
One-way stopcock | - | - | We use stopcock for drip, to be found in a store for medical equipments. |
12V PC fan | - | - | To be found in a PC store. |
12V-7Ah rechargeable and portable battery | - | - | To be found in a store for electrical material. |
Steel fasteners | - | - | To be found in a hardware store. |
30 cm X 3 m (WxL) wood planks | - | - | To be found in a store of building materials. |
Steel frame | - | - | Self-produced |
Bubble level | - | - | To be found in a hardware store. |
Concrete blocks | - | - | To be found in a store of building materials. |
50 ml syringe | - | - | To be found ina store for medical/veterinary equipments. |
Folding Ruler | - | - | To be found in a hardware store. |
Temperature datalogger | Onset | HOBO U23 Pro v2 External Temperature Data Logger | |
Exetainer 12ml Vial - Flat Bottom | Labco UK | 736 W | |
Butil rubber septa for vials | Labco UK | VW101 | |
25-gauge hypodermic needle | - | - | To be found in a store for medical equipments. |
CH4 and N2O standards | - | - | To be found at a supplier of gas bottles. |
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