Avaliação de metano e óxido nitroso fluxos de arrozal por meio estático fechado Chambers manter plantas dentro Headspace
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
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. |
References
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