JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
עברית

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Environment

הערכה של מתאן והנתיבים תחמוצת החנקן משדה אורז באמצעות חשמל סטטי סגור צ'יימברס שמירה על הצמחים בתוך קראוון

Published: September 06, 2018
doi:
10.3791/56754
, , , ,
1Department of Agricultural, Forest and Food Sciences,University of Turin, 2UPTOFARM

Summary

המטרה הכוללת של פרוטוקול זה נועד למדוד את פליטת גזי החממה משדות האורז בטכניקה תא סגור סטטי. בשיטת המדידה צריך התאמות ספציפיות בשל נוכחותם של שני שכבת מים קבע בשטח, של הצמחים בתוך קראוון הקאמרית.

Abstract

פרוטוקול זה מתאר את המדידה של פליטת גזי חממה-דלק (GHG), קרקעות פאדי בטכניקה תא סגור סטטי. שיטה זו מבוססת על תיאוריה דיפוזיה. בדיקת נפח ידוע של אוויר על-ידי כיסוי שטח קרקע מוגדר מצורפת בתוך כיסוי מקבילון (בשם “החדר”), לתקופה מוגדרת של זמן. במהלך תקופה זו מארז, גזים (מתאן (CH4) ותחמוצת החנקן (N2O)) להעביר קרקע אוויר נקבובית ליד מקור מיקרוביאלי שלהם (כלומר, methanogens, nitrifiers, denitrifiers) קראוון קאמרית, בעקבות טבעי ריכוז הדרגתי. פלקסים ואז מוערך של הקאמרית וריאציות של ריכוז קראוון שנדגמו במרווחים קבועים לאורך כל המתחם ולאחר מכן נותחו עם גז כרומטוגרפיה. בין טכניקות זמינים עבור GHG מדידה, השיטה סטטי תא סגור מתאימה לניסויים העלילה, כפי שהוא אינו מצריך גדולים למשל יחס קרקע באזורים. יתר על כן, היא לניהול עם משאבים מוגבלים, ניתן לזהות קשרי הגומלין בין מאפייני המערכת האקולוגית, תהליכים ופלקסים, במיוחד בשילוב עם GHG נהיגה כוח מדידות. יחד עם זאת, לגבי שיטת micrometeorological, הוא גורם מינימלית אבל עדיין נמנע אדמה הפרעה, ומאפשר רזולוציה טמפורלית מינור. מספר שלבים הם המפתח ליישום השיטה: i) קאמרית עיצוב ופריסה, ii) לטעום טיפול וניתוחים, ו- iii) שטף שערוך. הצלחה ביישום הטכניקה שדות האורז דורשת התאמות שהצפתי שדה במהלך הרבה במחזור חיתוך, ולשם תחזוקה צמח האורז בתוך קראוון הקאמרית במהלך המדידות. לכן, אלמנטים נוספים כדי להיחשב לגבי היישום הרגיל של קרקעות חקלאיות שאינן מוצף מורכב מכשירי: i) הימנעות כל הפרעה מים לא מכוונות זה יכול מגזים פלקסים ולאחר ii) כולל אורז הצמחים בתוך קראוון קאמרית לחלוטין לשקול הגזים הנפלטים דרך תחבורה aerenchyma.

Introduction

חקלאות היא המגזר היצרני זה, יחד עם יערנות ושימושי קרקע אחרים, מייצרת כ- 21% של פליטות GHG כללי1. מדידה מדויקת של פליטות GHG בקרקעות חקלאיות הוא מפתח לא רק להקים את הקביעה תפקיד נכונה של agroecosystems הן המקור והן כיור שינוי האקלים2, אלא גם כדי להגדיר אסטרטגיות להפחתת הסיכון מתאימה ויעילה בתוך במסגרת המטרות הסכם פריז.

פלקסים פליטה של גזי חממה החשוב ביותר שני המיוצר על ידי קרקעות חקלאיות (קרי, N2O ו- CH4) הינם מדידים באמצעות שיטות micrometeorological או את הטכניקה תאיים סגור3. הרוב המכריע של המחקרים נתוני דיווח על פליטת GHG קרקעות בשלושת העשורים האחרונים חלה4,תא סגור טכניקה5 אשר תוארה לראשונה בשנת 19266. נעשו מאמצים כמה לכוונן את הטכניקה, ולהתגבר על כל מקורות של החפץ ניסיוני, הסטייה7,8,9,10,11,12 13, ,14. פרוטוקולים ספציפיים, נאסף במועדים שונים, שמטרתם לתקנן את מתודולוגיות15,16,17,18,19, ואת הניסיונות המדעיים הם עדיין בדרך להקים את שיטות עבודה מומלצות עבור העסקת את הטכניקה וצמצום ההטיה בתחום הערכות השטף.

הטכניקה תאיים סגור סטטיים, אשר ליישום פאדי קרקעות מתואר במאמר זה מסתמך על התיאוריה דיפוזיה ומספק המתחם של נפח ידוע של האוויר מעל חלק מעל לפני הקרקע לתקופה מדויק. במהלך המתחם, CH4 ומולקולות2O N להעביר על ידי דיפוזיה לאורך הדרגתי הריכוז הטבעי מהאוויר נקבובית האדמה, שם הם מיוצרים על-ידי מיקרואורגניזמים מסוימים (methanogens במקרה של CH4; nitrifiers ו denitrifiers N2O), לאוויר בתוך קראוון קאמרית, בסופו של דבר דרך המים מציפים או aerenchyma של הצמח. הריכוזים של שני גזים בתוך קראוון קאמרית להגדיל לאורך זמן, מופע של עליות אלה מספק עבור הערכות השטף.

לגבי השיטות micrometeorological, מדידות תא סגור עדיפים לעתים קרובות סוגים שימוש קרקע שונות של מערכות אקולוגיות כאשר הלומדים GHG והנתיבים את המשקל מגרש, מכיוון שהם אינם שסגר על-ידי שדה הומוגנית גדולים2 או גבוהה לוגיסטי ו דרישות ההשקעה20. יתר על כן, הם מאפשרים ניתוח בו זמנית של ניסויים מניפולציה, כגון שיטות שונות אגרונומיים תחת פיקוח הדוק או12,טיפולים אחרים שדה21. לבסוף, הטכניקה מאפשרת זיהוי של קשרי הגומלין בין מאפייני המערכת האקולוגית, תהליכים ופלקסים. לחלופין, שני החסרונות העיקריים של הטכניקה לכלול חקר הטרוגניות יכולות יעיל יחסית, ואת ההשפעות של אדמת הפרעה עקב תא פריסה22. עם זאת, אלה detriments, לפחות באופן חלקי, ניתן להתגבר עם: עיצוב התא המתאים (כדי למזער את ההפרעה קרקע), אימוץ של מספר מספיק של משכפל (לחקור את ההשתנות המרחבית), אוטומטי לשימוש מערכת המאפשרת התעצמות התדירות של מדידות יומיות (לקחת בחשבון השתנות ההשתנות היומית) או קבוע (אותה שעה ביום) מדידה (כדי להשמיט את השפעת הטמפרטורה על השתנות שיורית).

פעולת היישום הראשון של השיטה שדה אורז ראשיתו בתחילת שנות ה-8023, את הייחוד העיקרי של השימוש ביחס שדות בתוליים הם הנוכחות של הצפות מים על אדמה ועל הצורך כלול הצמחים בתוך קראוון במהלך קאמרית מארז. כפי שמתואר בזהירות את הנייר הזה, התכונה הראשונה מרמז על הצורך עבור מערכות מסוימות למנוע הפרעה מים במהלך אירועים מדידה, כדי למנוע השטף מגזים בהערכת הנגרמת על ידי שיפור הנוצרות על-ידי מערבולת של גז פעפוע דרך המים מציפים. התכונה חיוני השני הוא חשבון גז התחבורה באמצעות aerenchyma אורז, המייצג עד 90% הנפלט CH424, אשר דורשת התקנים ראוי לכלול צמחים במהלך אירועים מדידה.

Protocol

1. לשכת תכנון להרכיב כל קאמרית עם שלושה אלמנטים עיקריים: עוגן, מכסה והרחבות לפחות ארבעה. לבנות את העוגן בדמות 75 ס מ x 36 ס”מ x 25 ס מ (L x W x H) תיבה מלבנית עשוי נירוסטה. לרתך ניתנים למילוי מים ערוץ 10-13 מ”מ (w) x 13-20 מ מ (h) עד להיקף מלבני העליון של העוגן. תרגיל שני חורים (1 ס מ קוטר) על כל אחד מארבעת הצדדים העוגן 5 ס מ תעלת המים העליונים.הערה: עוגנים לבודד את העמודה אדמה מתחת לתא ולמנוע פיזור לרוחב. הערוץ יש צורך להשיג של החותם יעיל בין העוגן את המכסה. החורים להבטיח טופס שחרור מהיר של מים ponding בתוך התא במהלך האירועים ניקוז שדה. לבנות מכסה בצורת תיבה מלבנית של פלדת אל-חלד, בגודל 75 ס מ x 36 ס”מ x 20 ס”מ (L x W x H) עם אמצעי אחסון פנימי של 54 ודא ל’ זה מתאים את הערוץ ניתנים למילוי מים באופן מושלם. מכסים את המכסה עם קצף תאים סגורים בעובי 4 ס מ זה, בתורו, מכוסה על ידי ציפוי רפלקטיבי אור (דמוית אלומיניום).הערה: יש צורך לצייד את התא עם מערכת בקרת טמפרטורה, אז לא כדי לקדם פעילות מיקרוביאלית באופן מלאכותי, הסוגר לעליית הטמפרטורה לא מכוונות במהלך הסגר קאמרית. לצייד את כל המכסה עם שסתום האוורור, עשה חתיכת מעוקל של צינורות פלסטיק (1.5 ס מ x 24 ס מ, יח x L) בגודל של תא האחסון ורוח תנאי25. להתחבר את השסתום פתח המכסה על ידי קידוח חור 1.5 ס מ במרכז אחת לרוחב שני 36 ס מ מהפנים של המכסה. לאחר מכן לאבטח את צינור פלסטיק עם מחבר בורג.הערה: השסתום אוורור מומלץ להעברת שינויים הברומטרי הקף אוויר נפח, מפצה על נפח שינויים המתרחשים במהלך קאמרית מארז והאוויר דגימה גמילה, ו/או הקשורים עם האוויר בלתי מבוקרת, סגור שינויי טמפרטורה. האוורור צריך להיות צינור, לא סתם חור, כך אוויר מותש מן המתחם במהלך ירידת הלחץ החיצוני הוא שנלכדו בתוך הצינור וחזרתי למתחם למקרה הלחץ גדל שוב. הצורה מעוקל ממזער את הפוטנציאל של הקאמרית לחצים עקב זרימת רוח מעל שלה חיצוני פתיחה, קרי, אפקט ונטורי26. מספקים יציאת דגימה למשיכת דוגמיות גז. תעשה חור 1 ס מ במרכז החלק העליון של המכסה שנישה 7-ס”מ x 7-ס”מ נחפר לתוך הקצף התא. לסגור את החור עם פקק גומי שמתאים צינור טפלון (קוטר פנימי של 3 מ מ, אורך 20 ס מ). ודא צינור טפלון extrudes 3 ס מ פולש 17 ס”מ. כאשר מניחים את בסימפטומים ולא במחלה עצמה בנישה שלו. להתחבר החלק כלפי חוץ של הצינור צימוד בכיוון אחד לנהל את פתיחת/סגירת הנמל דגימה. לצייד את כל המכסה עם מאוורר מחשב 12V מופעל על ידי 12V-7Ah סוללה נטענת ונייד סוללה, כדי להבטיח ערבוב אוויר. מקם את מאוורר המחשב בצד הפנימי העליון של המכסה על-ידי שני מחברים פלדה ברחו אל הצד הפנימי של התא.הערה: ערבוב אוויר יש צורך למנוע כל ריבוד גז בתוך קראוון הקאמרית במהלך מארז, במיוחד כאשר כמויות גדולות של צמחייה נוכחים. לבנות מספר הרחבות כדי לכלול את הצמחים בתוך החדר כאשר הם גדלים באופן מלא. לדוגמה, אם הצמחים לא יעלה על גובה 80 ס מ בגודל הסופי שלהם, לבנות 4 הרחבות עבור כל תא. ודא כי כל תיבה מלבנית של פלדת אל-חלד, 75 x 36 x 25 ס מ (L x W x H) בגודל, עם ערוץ ניתנים למילוי מים עליון, כפי שמתואר לעוגן. להוסיף סיומות אלה בין עוגן המכסה במהלך המתחם קאמרית, בהתאם לשלב החיתוך. 2. עיגון הפריסה ואת הסידור של המערכת למניעת הפרעה אדמה להוסיף נקודות עיגון לתוך האדמה לאחר הכנה שדה (דהיינו, לאחר כל הפעולות חרישה) ולפני זריעת האורז. במידת האפשר, אל תסיר את העוגנים למשך כל תקופת מדידה אלא אך ורק הצורך, כגון לפעולה חרישה בין שתי עונות החיתוך עוקבות. להוסיף את העוגנים כמה ימים (מינימום של 2 ימים) לפני השטף המדידה מתחילה, כך הקרקע equilibrates מחדש לאחר הפרעה במהלך ההתקנה. לפני חלוקת כל עוגן על האדמה החשופה, במקום 30 ס מ x 3 מ’ (W x L) עץ קרשים (ב שדה ושל הליכה אך ורק על אותם במהלך הפעולות הבאות כדי למנוע דחיסת אדמה. במקום הלוחות לפחות 0.5 מ’ כל עיגון. הכנס עוגנים בעומק של 40 ס מ לתוך המחבת חרוש לאבטח את העוגן ולהימנע בשוגג לרוחב כיפוף לאחר שדה הצפה, במיוחד בעת שימוש בסיומת. לאחר העוגנים היה ממוקם על הקרקע באזור שדה שהוקצה, למקם מסגרת פלדה שהרכבת מותאם אישית על גבי העוגן, תוך שמירה על יישור תקין של שני הרכיבים. פטיש העוגן לתוך האדמה, שימו לב להכות את המסגרת ואת לא העוגן, כדי למנוע נזק העוגן. לאחר ההוספה, ודא העוגנים שטוח לחלוטין על-ידי שימוש רמה בועה. הוסף לפחות שלושה עוגנים עבור כל טיפול בפיקוח (קרי, משכפל). לכבד את המרחק המינימלי בין התאים הסמוכים של 1 מ’, אם תא אחד או יותר בתוך מאותה יחידה ניסיונית צריך לשמש. ברגע מכל המנחים הנוספים, הסר באופן זמני את הלוחות הליכה מעץ ולאחר מכן לסדר מחדש את השדה עם מערכת של בתצוגות שמקורם הבנקים לרוחב של השדה. בפירוט, מניחים בתבנית קוביות הבטון שדה לפחות 0.5 m רחוק העוגנים, במספרים המספיק לשמירת מערכת של לוחות עץ.הערה: בתצוגות נחוצים למנוע הפרעה אדמה במהלך והאירועים מדידה GHG. מספר קוביות בטון תלויות המרחק של עוגנים מהבנקים לרוחב של השדה. כל קרש ארוך 3-m ידרוש שתי קוביות בטון ליציבות. 3. קאמרית הסגר ומדידות GHG להפעיל אירועים מדידה תמיד במקביל בכל יום, כדי למזער את השתנות ההשתנות היומית.הערה: הרגע הכי טוב המייצג השטף היומי הממוצע הוא כאשר הטמפרטורות קרובים הממוצע היומי, קרי, בשעה 10 זה הדרך הטובה ביותר כדי להעריך את הערך המצטבר יומי של מדידה ייחודי יום27. כאשר מגיעים בשדה, במקום לוחות עץ על קוביות הבטון להגיע עוגנים. לאחר מכן, למלא את הערוצים להציב על היקף העליון העוגנים עם מים. בזהירות להוסיף הרחבות לפי הצורך להקיף את כל הצמחים בתוך קראוון החדר.הערה: פעולה זו צריכה להתבצע על ידי שני אופרטורים על מנת למנוע נזק היבול. למלא מים הערוץ של כל הרחבה בשימוש גם כן. סגור את כל החדר, הצבת את המכסה הערוץ מלא מים ההרחבה העליון. בתקופת הסגירה (בדרך כלל 15-20 דקות, אבל לשינוי לגבי הצרכים ניסויית), תיסוג לפחות שלוש דוגמאות גז במרווחים שווים זמן-(למשל, רק לאחר סגירת מעגל, אחרי 10 דקות, ואחרי 20 דקות). Samplings, להתחבר מזרק 50-mL מצויד של צימוד בכיוון אחד לנמל דגימה, ואז לפתוח את stopcocks שני (אחד במזרק) ואחד בנמל הדגימה, “לשטוף” את המזרק על-ידי הזזת הבוכנה למעלה ולמטה שלוש פעמים לפני נסיגה 35 מ של קאמרית קראוון, סוף סוף וסגור את שני stopcocks. לנתק את המזרק מהיציאה דגימה, ואחסן אותו לגזרים.הערה: כאשר פועל ליד התאים במהלך שטפונות שדה, למנוע הפרעה או מערבולת מים ponding כפי שהוא יכול לייצר בועות גז לא טיפוסי לשנות אומדנים השטף GHG. הוסף מספר הרחבות מתאים להכיל צמחים אורז. Interpose הרחבות בין עוגן המכסה, מילוי כל הערוצים ניתנים למילוי מים. משתמשים בסיומת אחת כאשר האורז הוא 20-40 ס מ מעל פני האדמה (כפי שנמדד עם סרגל מתקפל); השתמש שתי הרחבות כאשר האורז הוא 40-60 ס מ, וכן הלאה. במהלך הסגר קאמרית, למדוד הטמפרטורה קראוון כל 3-5 דקות עם אוגר נתונים הטמפרטורה. שקול את האירוע דגימה מלאה לאחר תקופת הסגר. הסר את המכסה, שלאחר מכן היה כל הרחבות.הערה: כדי לקצר את הזמן הנדרש כדי לעקוב אחר מספר צ’יימברס, ולהימנע הטיה השתנות ההשתנות היומית, זה אפשרי למדוד תא contemporaneously יותר מפעם אחת. לדוגמה, עם צוות של שני אופרטורים, זה אפשרי לנהל דגימה מתוך תאים סמוכים עד 10 30 דקות. לאחר כל אירוע דגימה, למדוד את גובהם קראוון של כל תא מצבע הקרקע (כאשר השדה מנוקז) או ponding מים (כאשר השדה מוצף) בעזרת סרגל מתקפל. 4. לטעום טיפול וניתוחים לפני כל שדה פאדי לבקר, לפנות את צלוחיות זכוכית 12-mL שלוש (או יותר) סגורה עם גומי בוטיל septa לכל שדה קאמרית במעבדה.הערה: בקבוקונים. יכול להיות שימוש חוזר. לפני כל שימוש חוזר, יש צורך להחליף מחצה גומי ולשחזר את הואקום. בעקבות הנסיגה של גז קראוון קאמרית, להעביר את הדגימות הגיש מזרק הבקבוקונים פונו במהירות כי מזרקים מפלסטיק, אפילו עם צימוד סגורה, לא יכול להבטיח אין דליפה28. לבצע העברת עם מחט תת-עורית 25-מד. ראשית, להכניס את המחט צימוד, ולאחר מכן לפתוח אותו, לשטוף את המחט עם 5 מ של דגימה. בשלב הבא, את המחט לתוך מחצה לדחוף את הדגימה 30 מ ל הנותרים לתוך בקבוקון מראש פונו ו ואז מסירים את המחט.הערה: הדגימה בתוך המכל היא כספומט > 2 מווסת לספק גז עבור ניתוחים מרובים וכדי למנוע כל השטף המונית מן הסביבה החיצונית לכיוון המדגם, אשר תתאים את ריכוז GHG. הסומק 5-mL מדגם של המחט מאפשר לו לעשות שימוש חוזר עבור מדגמים אחרים. בסוף כל אירוע דגימה, להעביר את הבקבוקונים למעבדה לבדיקה.הערה: למרות שימור הדגימה מובטחת ב- 20 ° C עבור יותר מ 4 חודשים28, עדיף תמיד לבצע נהלים אנליטיים בהקדם האפשרי. לקבוע ריכוזי גזים הדגימות שנאספו באמצעות שמוצאים אוטומטיות מצויד עם גלאי לכידת אלקטרון עבור N2O ונחישות גלאי יינון בלהבה עבור CH4 נחישות29. בנוסף הדגימות, למדוד את ריכוזי מספר N ידוע2O ו- CH4 דגימות (סטנדרטים) על מנת לבצע כיול מדויק.הערה: הריכוז של הסטנדרטים אמור לכסות את טווח ריכוזים הצפוי של הדגימות. 5. שטף שערוך המודל במחירים שערוך השטף צריך לחזות השטף ברגע של תא פריסה, דהיינו, ברגע אידיאלי שבו שער החליפין האמיתי הוא מושפע על ידי נוכחות קאמרית. לאחר קביעת ריכוז גז באמצעי אחסון בסיסי באמצעות גז ניתוח כרומטוגרפי וכיול עוקבות, חישוב הסכום מוחלטת של חומר (N2O או CH4) מתנה בתוך קראוון, על פי נפח מולרי האוויר נגזר החוק גז אידאלי.הערה: מומלץ מאוד כדי לייצר עקומת כיול המשויך לכל אירוע דגימה, מאז שמוצאים עלולים לסבול שינוי אות קטנה כפונקציה של הטמפרטורה, אשר יכול להוביל לשגיאות. לבחור בין מודל ליניארי או שאינו ליניארי, בהתאם התבנית פליטה. בין מודלים לא לינאריות זמינות, בחר את HM דגם25, בסופו של דבר להסתמך על החבילה HMR9. אם יש זמן שלוש-נקודות (זמן 0, 1 וזמן 2) תבחר בהתבסס על המדרון של שני מגזרים: בכל מקרה שבו השיפוע בין 0 וזמן 1 הוא בערכים מוחלטים יותר במדרון בין 1 וזמן 2 ואל מדרונות concordant , להשתמש במודל של HM; בכל שאר המקרים, השתמש מודל לינארי. אם יש לך יותר משלוש נקודות זמן, להתאים בשני המודלים באמצעות HMR, אך לאחר מכן לבחור באופן עצמאי מבוסס על הערכה חזותית של המודל הכי הולם את המגמה. הגדר אפס פלקסים תחת מינימום לזיהוי שטף, מחושב בהתאם למגבלת זיהוי של שמוצאים והפעלת תנאים (טמפרטורה, לחץ, נפח קראוון). כדי לתאר את ההשתנות העונתית של פלקסים כראוי, לספק לפחות 40 דגימה במשך כל השנה (ניטור בשני מחזורים, intercropping תקופות), המגבירה את תדירות הדגימות ליד אירועים מרכזי במחזור חיתוך, כגון חרישה, fertilizations, ניקוז, הקמת הצפה תנאים, ליציקה של אורז שתילים של מים ponding, וכן הלאה. המעבר התדר המרבי של יומי (למשל, על תקופות ניקוז, fertilizations, וכו ‘) עד למינימום של פעם דו שבועי (למשל, במהלך החורף).

Representative Results

כל אירוע מדידה מייצרת סדרה של ריכוזים GHG לאורך זמן עבור כל אחד התאים בפיקוח המהווה בסיס עבור הערכת פלקסים GHG. בעיקרון, אין צורך מסוים כדי למחוק את הנתונים, אך ששכיחות במצבים שמחוץ המודל התיאורטי של פונקציה עולה (בקפדנות הגדלה או הקטנה) צווי תשומת הלב על הדיוק של יישום פרוטוקול, אפשרי שגיאות unpredicted (למשל, זליגת בקבוקונים). איור 1 דוחות שנה שלמה של פלקסים הנכון דוגמה CH4 . כפי שמתואר עם קווי שגיאה, תוצאות כאלה עשוי להשתנות במידה רבה, בעיקר מסיכונים של הטרוגניות המרחבי של אחראי על הפקת GHG מיקרוביאלי תהליכים. עבור משתמשים הנתקלים השתנות גבוהה, תוצאות כאלה לא בהכרח אות תוצאות רע. כדי השתנות גבוהה כתובת שעושה טיפול ההבדלים בלתי אפשרי לזהות, פשוט להגדיל את מספר משכפל. איור 2, מוצגת דוגמה של חקר המסכן ההשתנות העונתית: מספר לא מספיק של מדידת אירועים הובילו underestimation של פלקסים שנתי. פלקסים יומי יכול להיות משולב ולאחר מכן לחישוב פליטת המצטבר במהלך השנה השמשית, עונה החיתוך, או שלבים חיתוך מסוים. בדרך כלל, חישוב מצטבר פלקסים מסתמך על השינוי ליניארי של פלקסים בין שני והאירועים מדידה. דוגמה פלקסים מצטבר מוצג באיור 3 CH4. איור 1. דוגמה העונתיות של CH4 פלקסים יומי של שדה אורז מוצפים מעל לשנה מלאה, כולל חיתוך מחזור (ממאי עד ספטמבר) והן בין-חיתוך תקופות. קווי שגיאה מייצגים תקן שגיאות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. באיור 2. דוגמה העונתיות של CH4 פלקסים יומי של שדה אורז מוצפים במהלך שנה שלמה, עם מספר לא מספיק של מדידה האירועים לא מכסים כל הרגעים מרכזי עבור פליטת GHG. קווי שגיאה מייצגים תקן שגיאות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. איור 3. דוגמה פליטת4 CH המצטבר על פני העונה החיתוך. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת. באיור 4. שלבים עיקריים של שיטת יישום עם נקודות קריטיות המתאימים והמחוונים של הצלחה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Discussion

היישום של הטכניקה תאיים סגור סטטי פאדי אורז מכיל חמישה שלבים חיוניים, המתאים הסעיפים העיקריים המתוארים בפרוטוקול. כל שלב מכיל נקודות קריטיות של אשר יהיו מודעים ומחוונים כדי לבדוק את ההצלחה של שלב היישום, כפי שסוכם באיור4.

רוב נקודות קריטיות המתואר באיור 4 כבר המטופלות בפרוטוקול, יכולה להיפתר בקלות על ידי ביצוע המלצות כלולים. נקודת קריטית הבעייתי של הפרוטוקול הנוכחי הוא חישוב פלקסים בהתבסס על GHG וריאציית ריכוז במהלך מארז קאמרית. גם בעת שימוש בחבילת HMR לחישובים, זה רצוי לבחירת המודל הטוב ביותר כדי להחיל, עצמאית של ההצעה HMR, המבוססת על הערכה חזותית. זה אפילו יותר חשוב כאשר ריכוז בזמן תסטה הפעולה הצפוי של גידול עקבי או להקטין.

מספר וריאציות של הטכניקה המתוארת אפשריים במבנה של העקרונות המרכזיים, במיוחד הקשורים קאמרית גיאומטריה (החדר יכול להיות גם גלילי), חומר קאמרית (בכל שאינו חדיר, לובשת, ללא מקור/מפזר גז מולקולות תחת שיקול, חומר קל לשימוש, כגון טפלון אשר מתאימים, אבל יקר יותר), וסוג של מנתח GHG (מערכות נייד זמינים שאינן מחייבות גז העברת מזרקים, בקבוקונים). למרות זאת, מדידת פלקסים GHG של קרקעות צעד מכריע נדרש לעקוב אחר מקורות שינוי האקלים, להבין את התהליכים המובילים כדי פליטת, כדי לחקור את היעילות של אסטרטגיות להפחתת הסיכון האפשרי, וכדי להודיע מודלים לניבוי העתיד תרחישים. . זה חשוב יותר מאשר אי פעם כדי לאמץ את הפרוטוקולים הנפוצים שיבנו גוף אחיד של ידע לעקוב אחר agroecosystems על התקציב GHG גלובלית.

החוק גז אידאלי מוחל כאן לחישוב נפח מולרי של גזים אמיתיים. יישום זה הוא נרחב בשימוש וקיבל בגוף מסוים של ספרות, קירוב גז אידאלי ניתן להשתמש עם דיוק סבירה30.

לבסוף, בהתאם השאלות ניסיוני התשפטות בתוך ההקשר של מדידות GHG, לשקול מדידת המניעים העיקריים של CH4 ונקבוביות פליטות2O N, בטמפרטורה בקרקע, פוטנציאל חמצון-חיזור, אדמה אורגני מומס ריכוזי פחמן בקרקע נקבובית חנקות, אמוניום ריכוז.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

המחברים מודים על מרקו רומאני והוא אלאונורה פרנצ’סקה Miniotti וצוות העובדים מחקר מרכז של להזין אותי Nazionale Risi, אשר אירח את המשפט ניסיוני בו נוצרה הוידאו. אנחנו רוצים גם להודות פרנצ’סקו Alluvione הפלאש המדעי הראשון מוביל למימוש פרוטוקול ו ג’ואן ללאונרד עבור עבודתה היקר של עריכת האנגלית של כתב היד.

Materials

Anchor/Chamber – – Self-produced
5 cm thick closed cell foam  – – It is an insulating material, to be found in a store of building materials.
Light reflective (aluminum-like) coating – – We use a shiny blanket, but it is possible to use aluminium foil for food.
Curved piece of plastic tubing (1.5 cm and 24 cm, DxL) – – We use an electrical duct, to be found in a hardware store.
Screw connector – – We use a connector for electrical ducts, to be found in a hardware store.
Rubber stopper (1 cm D) – – To be found in a store for laboratory equipments.
Teflon tube (3 mm internal D) – – To be found in a store for laboratory equipments.
One-way stopcock  – – We use stopcock for drip, to be found in a store for medical equipments.
12V PC fan  – – To be found in a PC store.
12V-7Ah rechargeable and portable battery – – To be found in a store for electrical material.
Steel fasteners  – – To be found in a hardware store.
30 cm X 3 m (WxL) wood planks  – – To be found in a store of building materials.
Steel frame  – – Self-produced
Bubble level – – To be found in a hardware store.
Concrete blocks  – – To be found in a store of building materials.
50 ml syringe  – – To be found ina store for medical/veterinary equipments.
Folding Ruler – – To be found in a hardware store.
Temperature datalogger Onset HOBO U23 Pro v2 External Temperature Data Logger
Exetainer 12ml Vial – Flat Bottom Labco UK 736 W
Butil rubber septa for vials Labco UK VW101
25-gauge hypodermic needle – – To be found in a store for medical equipments.
CH4 and N2O standards – – To be found at a supplier of gas bottles.
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Tubiello, F. N., et al. . Agriculture, Forestry and Other Land Use Emissions by Sources and Removals by Sinks. , 4-89 (2014).
  2. Oertel, C., Matschullat, J., Zurba, K., Zimmermann, F., Erasmi, S. Greenhouse gas emissions from soils-A review. Chemie der Erde. 76, 327-352 (2016).
  3. Hutchinson, G. L., Livingston, G. P., Dane, J. H., Topp, G. C. Soil-atmosphere gas exchange. Methods of soil analysis. , 1159-1182 (2002).
  4. Nakano, T., Sawamoto, T., Morishita, T., Inoue, G., Hatano, R. A comparison of regression methods for estimating soil-atmosphere diffusion gas fluxes by a closed-chamber technique. Soil Biol. Biochem. 36, 107-113 (2004).
  5. Rochette, P., Eriksen-Hamel, N. S. Chamber Measurements of Soil Nitrous Oxide Flux: Are Absolute Values Reliable?. Soil Sci. Soc. Am. J. 72 (2), 331-342 (2008).
  6. Lundegardh, H. Carbon dioxide evolution of soil and crop growth. Soil Sci. 23 (6), 417-450 (1926).
  7. Buendia, L. V., et al. An efficient sampling strategy for estimating methane emission from rice field. Chemosphere. 36, 395-407 (1998).
  8. Khalil, M. A. K., Butenhoff, C. L. Spatial variability of methane emissions from rice fields and implications for experimental design. J Geophys. Res. 113, 1-11 (2008).
  9. Pedersen, A. R., Petersen, S. O., Schelde, K. A comprehensive approach to soil-atmosphere trace-gas flux estimation with static chambers. Eur. J. Soil Sci. 61, 888-902 (2010).
  10. Christiansen, J. R., Korhonen, J. F. J., Juszczak, R., Giebels, M., Pihlatie, M. Assessing the effects of chamber placement, manual sampling and headspace mixing on CH4 fluxes in a laboratory experiment. Plant Soil. 343, 171-185 (2011).
  11. Minamikawa, K., Tokida, T., Sudo, S., Padre, A., Yagi, K. . Guidelines for measuring CH4 and N2O emissions from rice paddies by a manually operated closed chamber method. , (2015).
  12. Parkin, T. B., Venterea, R. T., Hargreaves, S. K. Calculating the detection limits of chamber-based soil greenhouse gas flux measurements. J. Environ. Qual. 41, 705-715 (2012).
  13. Pihlatie, M. K., et al. Comparison of static chambers to measure CH4 emissions from soils. Agr. Forest. Meteorol. 171-172, 124-136 (2013).
  14. Sander, B. O., Wassmann, R. Common practices for manual greenhouse gas sampling in rice production: a literature study on sampling modalities of the closed chamber method. Greenhouse Gas Meas. Manage. 4, 1-13 (2014).
  15. IAEA. . Manual on measurement of methane and nitrous oxide emissions from agriculture. , (1992).
  16. IGAC. . Global Measurement Standardization of Methane Emissions from Irrigated Rice Cultivation: A Report of the Rice Cultivation and Trace Gas Exchange Activity (RICE) of the International Global Atmospheric Chemistry (IGAC) Project. , (1994).
  17. Parkin, T. B., Venterea, R. T., Follett, R. F. Chapter 3. Chamber-Based Trace Gas Flux Measurements. Sampling Protocols. , 3.1-3.39 (2010).
  18. Minamikawa, K., Tokida, T., Sudo, S., Padre, A., Yagi, K. . Guidelines for measuring CH4 and N2O emissions from rice paddies by a manually operated closed chamber method. , (2015).
  19. Firbank, L. G., et al. Towards the co-ordination of terrestrial ecosystem protocols across European research infrastructures. Ecol Evol. 7 (11), 3967-3975 (2017).
  20. FAO, , IFA, . Global estimates of gaseous emissions of NH3, NO and N2O from agricultural land. , (2001).
  21. Denmead, O. T. Approaches to measuring fluxes of methane and nitrous oxide between landscapes and the atmosphere. Plant Soil. 309, 5-24 (2008).
  22. Cleemput, O. V., Boeckx, P., Lal, R. Greenhouse gas fluxes: measurement. Encyclopedia of Soil Science. , (2005).
  23. Cicerone, R. J., Shetter, J. D. Sources of atmospheric methane: Measurements in rice paddies and a discussion. J Geophys. Res. 86, 7203-7209 (1981).
  24. Le Mer, R., Roger, J. Production, oxidation, emission and consumption of methane by soils: A review. Eur. J. Soil Biol. 37, 25-50 (2001).
  25. Hutchinson, G. L., Mosier, A. R. Improved soil cover method for field measurement of nitrous oxide fluxes. Soil Sci. Soc. Am. J. 45, 311-316 (1981).
  26. Conen, F., Smith, K. A. A re-examination of closed flux chamber methods for the measurement of trace gas emissions from soils to the atmosphere. Eur. J. Soil Sci. 49, 701-707 (1998).
  27. Minamikawa, K., Yagi, K., Tokida, T., Sander, B. O., Wassmann, R. Appropriate frequency and time of day to measure methane emissions from an irrigated rice paddy in Japan using the manual closed chamber method. Greenhouse Gas Meas. Manage. 2, 118-128 (2012).
  28. Rochette, P., Bertrand, N. Soil air sample storage and handling using polypropylene syringes and glass vials. Can. J. Soil Sci. 83, 631-637 (2003).
  29. Peyron, M., et al. Greenhouse gas emissions as affected by different water management practices in temperate rice paddies. Agr. Ecosyst. Environ. 232, 17-28 (2016).
  30. Ussiri, D., Lal, R. . Soil Emission of Nitrous Oxide and its Mitigation. , (2012).

Tags

Static Closed ChambersPaddy FieldGreenhouse Gas EmissionsMethaneNitrous OxideRiceAgroecosystemMitigation StrategiesNational InventoryChamber DesignAnchorLidVent ValveSampling Port

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Bertora, C., Peyron, M., Pelissetti, S., Grignani, C., Sacco, D. Assessment of Methane and Nitrous Oxide Fluxes from Paddy Field by Means of Static Closed Chambers Maintaining Plants Within Headspace. J. Vis. Exp. (139), e56754, doi:10.3791/56754 (2018).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image