本议定书的总目标是利用静闭室技术测量稻田温室气体排放量。测量系统需要进行具体的调整, 因为在现场和室内的厂房内都有永久性的水层存在。
本议定书描述了利用静闭室技术测量稻田土壤中温室气体排放量的方法。这种方法是基于扩散理论的。一个已知的空气覆盖一个定义的土壤区域被封闭在一个平行六面体盖 (命名为 “房间”), 在规定的时间内。在这个封闭期内, 气体 (甲烷 (CH4) 和一氧化二氮 (N2O)) 从其微生物源附近的土壤孔隙空气 (即甲烷、硝化、反硝化菌) 移动到燃烧室顶空, 遵循自然浓度梯度。然后用气相色谱法分析在整个外壳内定期取样的室顶空浓度变化的通量。在可用于温室气体测量的技术中, 静闭室法适用于地块试验, 因为它不需要大的 homogenously 处理的土壤区域。此外, 它是可管理的资源有限, 可以确定生态系统的性质, 过程和通量之间的关系, 特别是当与温室气体驱动力测量结合。然而, 就气象方法而言, 它造成了极小但仍然不可避免的土壤扰动, 并允许轻微的时间分辨率。几个阶段是方法实现的关键: i) 室设计和部署, 二) 样品处理和分析, 和 iii) 通量估计。稻田技术实施的成功要求在种植周期的大部分时期对田间注水进行调整, 并在测量期间, 在室内顶空区进行水稻植株维护。因此, 在通常适用非淹水的农业土壤方面, 需要考虑的其他因素包括: i) 避免任何可能高估通量的无意的水干扰, 和 ii) 包括在该会议厅的顶空充分考虑排放的气体通过通气组织运输。
农业是一个生产性部门, 它连同林业和其他土地使用, 产生约21% 的全球温室气体排放量1。准确测量农业土壤的温室气体排放量, 不仅是确定农田作为气候变化的来源和下沉的适当作用的关键,而且还要确定适当和有效的缓解战略在《巴黎协定》的目标框架。
农业土壤产生的两种最重要的温室气体 (即N2O 和 CH4) 的排放通量可以通过气象方法或封闭腔技术3来衡量。在过去三年中, 绝大多数关于土壤温室气体排放量的研究报告采用了4、5 1926年第一次提到的封闭室技术.已经作出了几项努力, 以微调技术, 并克服所有来源的实验工件和偏见7,8,9,10,11,12 ,13,14。在不同时间编译的特定协议旨在规范方法15、16、17、18、19和科学尝试, 但仍正在着手建立最佳做法, 以使用该技术和尽量减少偏差的流量估计。
本文描述了静态密闭室技术在稻田土壤中的应用, 它依赖于扩散理论, 并在一个精确的周期内提供了已知的部分土壤表面的空气体积。在封箱期间, ch4和 N2O 分子通过扩散沿自然浓度梯度迁移从土壤孔隙空气, 他们由特定微生物生产 (甲烷的情况下4; 硝化和反硝化菌为 N2O), 到空气中封闭的室顶, 最终通过水淹或植物通气组织。房间内两种气体的浓度随着时间的推移而增加, 而这些增加的发生则提供了通量估计。
关于气象方法, 当研究地块尺度上的温室气体通量时, 通常更倾向于使用不同的土地利用类型和生态系统, 因为它们不受大的同质场2或高的束缚。后勤和投资要求20。此外, 它们允许对操作性实验进行同时分析, 如不同的农艺做法或其他现场处理12、21。最后, 该技术允许识别生态系统属性、过程和通量之间的关系。另外, 该技术的两个主要缺点包括对空间和时间异质性的相对效率低下的探索, 以及由于硐室部署22引起的土壤扰动的影响。然而, 这些危害至少可以部分地克服: 适当的房间设计 (减少土壤干扰), 通过足够数量的复制 (探索空间可变性) 和自动化系统使用, 允许强化每日测量的频率 (用于计算日变化) 或定期 (同一时间) 测量 (忽略温度在残余变异性中的影响)。
该方法的第一个应用在稻田的时间追溯到80代初的23, 其在陆地上使用的主要特点是在土壤中存在水淹, 需要将植物包括在室内的顶空中。外壳。正如本文所仔细描述的, 第一个特征意味着需要特定的系统来防止在测量事件中的水扰动, 以避免由于湍流引起的通量高估通过水淹扩散引起的流量。第二个基本特征是通过大米通气组织的气体输送, 代表多达90% 的排放 CH424, 这需要适当的设备, 包括植物在测量事件。
静态密闭室技术在水稻上的应用包括五个基本阶段, 对应于该议定书所描述的主要部分。每个阶段都包含要了解的关键点, 以及检查阶段实现成功的指标, 如图 4所述。
图 4中描述的大多数关键点已经在《议定书》中得到了解决, 可以通过遵循包括的建议来轻松解决。本议定书最棘手的关键点是在箱壳内根据温室气体浓度变化计算通量。另外, 在使用包 HMR 进行计算时, 最好选择适用的最佳模型, 独立于 HMR 建议, 基于可视化评估。当时间浓度偏离预期的持续增减行为时, 这一点更重要。
描述的技术的几个变化在主要原则的结构之内是可能的, 特别是与房间几何有关 (房间也可以是圆筒), 室材料 (任何不透水, 无反应, 非源/下沉气体分子正在考虑, 易于使用的材料, 如聚四氟乙烯, 这是适当的, 但更昂贵的) 和类型的温室气体分析仪 (便携式系统是可利用的, 不需要气体转移注射器和瓶子)。然而, 测量土壤中的温室气体通量是监测气候变化来源、了解导致排放的过程、研究可能的减灾战略的有效性的关键步骤, 并为预测未来的模型提供信息场景。比以往任何时候都更重要的是通过共同议定书, 建立一个统一的知识机构, 监测全球温室气体预算的农田。
采用理想气体法计算实际气体的摩尔体积。该应用在文献的特定主体中得到了广泛的使用和接受, 理想气体逼近可以合理准确地应用30。
最后, 根据在温室气体测量范围内要处理的实验问题, 考虑测量4和 N2O 的排放量的主要驱动因素, 如土壤温度、氧化还原电位、土壤孔隙溶解有机碳浓度, 土壤孔隙硝酸盐和铵浓度。
The authors have nothing to disclose.
作者感谢马可波罗和利奥诺拉弗朗西丝卡 Miniotti 和 Ente 国家队 Risi 研究中心的工作人员, 他们主持了制作视频的实验性试验。我们也要感谢 Alluvione 的第一个科学闪光导致协议的实现和琼伦纳德为她的宝贵工作的英文编辑手稿。
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. |