El objetivo general de este protocolo es medir las emisiones de GEI de los campos de arroz usando la técnica de cámara cerrada estática. El sistema de medición necesita ajustes específicos debido a la presencia de una capa de agua permanente en el campo y de las plantas en el espacio de la cámara.
Este protocolo describe la medición de gases de efecto invernadero en suelos de arroz usando la técnica de cámara cerrada estática. Este método se basa en la teoría de difusión. Un volumen conocido de aire superponiendo un área definida de tierra esta dentro de una cubierta de paralelepípedo (llamada “cámara”), por un período definido de tiempo. Durante este período de recinto, gases (metano (CH4) y óxido nitroso (N2O)) pasar de aire del poro del suelo cerca de su fuente microbiana (es decir, metanógenos, nitrificantes, denitrifiers) para el espacio de cabeza de cámara, siguiendo un natural gradiente de concentración. Flujos se estiman después de variaciones de concentración de headspace cámara muestreada en intervalos regulares a lo largo de la caja y luego analiza con cromatografía de gases. Entre las técnicas disponibles para la medición de gases de efecto invernadero, el método estático cámara cerrada es conveniente para los experimentos de la trama, como no requiere de grandes trataron homogéneamente áreas de suelo. Además, es manejable con recursos limitados y puede identificar relaciones entre propiedades de ecosistemas, procesos y flujos, especialmente cuando se combina con GEI conducir medidas de fuerza. Sin embargo, en relación con el método micrometeorológico, causa una mínima pero alteración todavía inevitable del suelo y permite una menor resolución temporal. Varias fases son clave para la aplicación del método: i) cámara diseño e implementación, ii) manejo y análisis de la muestra y iii) estimación del flujo. Éxito de implementación técnica en los campos de arroz exige ajustes de campo inundaciones durante gran parte del ciclo de cultivo y de mantenimiento de la planta de arroz en el espacio de la cámara durante las mediciones. Por lo tanto, los elementos adicionales a considerar con respecto a la aplicación habitual de los suelos agrícolas no inundable consisten en dispositivos para: i) evitando cualquier perturbación no intencional de agua que podría sobrestimar flujos y ii) incluyendo las plantas de arroz en el espacio de cámara totalmente considerar gases de escape a través de transporte aerénquima.
La agricultura es un sector productivo que, junto con la silvicultura y otros uso de la tierra, produce aproximadamente el 21% del global de emisiones de gases de efecto invernadero1. Medición precisa de las emisiones de GEI de suelo agrícola es clave no sólo para establecer la determinación del papel de los agroecosistemas como fuente y sumidero en el clima cambio2, sino también para definir las estrategias de mitigación adecuadas y eficaces dentro de el marco de los objetivos del acuerdo de París.
Flujos de emisiones de los GEI más importantes dos producidos por suelos agrícolas (es decir, N2O y CH4) son medibles por métodos micrometeorológicos o la técnica de cámara cerrada3. La gran mayoría de los estudios que informaron datos sobre las emisiones de gases de efecto invernadero de suelos en las últimas tres décadas aplicó la técnica de cámara cerrada4,5 que primero fue descrito en 19266. Se hicieron varios esfuerzos para perfeccionar la técnica y superar todas las fuentes de artefacto experimental y diagonal7,8,9,10,11,12 ,13,14. Protocolos específicos, compilados en diferentes momentos, pretendían estandarizar metodologías15,16,17,18,19, y los intentos de científicos siguen siendo para establecer las mejores prácticas para emplear la técnica y reducir al mínimo el sesgo en las estimaciones de flujo.
La estática técnica de cámara cerrada, cuya aplicación a los suelos de arroz se describe en este documento, se basa en la teoría de difusión y proporciona el recinto de un volumen conocido de aire sobre una porción de la superficie del suelo durante un período preciso. En el recinto, CH4 y N2O moléculas migran por difusión a lo largo de un gradiente de concentración natural de aire de poros del suelo, donde son producidas por microorganismos específicos (metanógenos en el caso de CH4; nitrificantes y denitrifiers de N2O), al aire dentro de espacios vacíos de la cámara, eventualmente a través del agua de la inundación o el aerénquima de planta. Las concentraciones de los dos gases en el espacio de la cámara aumentan con el tiempo, y ocurrencia de estos aumentos proporciona para estimaciones de flujo.
Con respecto a los métodos micrometeorológicos, medidas de cámara cerrada se prefieren a menudo para los ecosistemas y diferentes tipos de uso de la tierra al estudio de gases de efecto invernadero flujos a escala de parcela, porque no son gravados por campo homogéneo grande2 o alta logística y requerimientos de inversión20. Por otra parte, permiten el análisis simultáneo de los experimentos manipulados, como diferentes prácticas agronómicas o de otros tratamientos de campo12,21. Por último, la técnica permite la identificación de las relaciones entre propiedades de ecosistemas, procesos y flujos. Por otra parte, dos principales inconvenientes de la técnica incluyen la exploración relativamente ineficiente de la heterogeneidad espacial y temporal y los efectos de la perturbación del suelo debido a la implementación de cámara22. Sin embargo, estos inconvenientes, al menos en parte, superar con: diseño de la cámara adecuada (para minimizar la perturbación del suelo), la adopción de un número suficiente de repeticiones (para explorar la variabilidad espacial) y automatizado sistema de uso que permite la intensificación de la la frecuencia de mediciones diarias (para tener en cuenta la variabilidad diurna) o regular (misma hora del día) medición (omitir el efecto de la temperatura en la variabilidad residual).
Una primera aplicación del método a un campo de arroz data de la década de los 8023y las principales peculiaridades de su uso con respecto a los campos de las tierras altas son la presencia de inundaciones de agua en el suelo y la necesidad de incluir las plantas dentro del espacio de cabeza en cámara gabinete. Cuidadosamente descrita en este documento, la primera característica implica la necesidad de sistemas específicos prevenir disturbio agua durante eventos de medición, para evitar sobreestimaciones de flujo causadas por turbulencia inducida mejora de difusión de gas a través del agua de inundaciones. El segundo rasgo esencial es para tener en cuenta para el transporte de gas a través de aerénquima de arroz, que representa hasta el 90% del emitido CH424, que requiere que los dispositivos adecuados para incluir las plantas durante los eventos de medición.
La aplicación de la técnica de cámara cerrada estática en arroz consiste en cinco fases esenciales, correspondientes a los apartados principales descritos en el protocolo. Cada fase contiene puntos críticos a tener en cuenta, y indicadores para comprobar el éxito de la implementación de la fase, como se resume en la figura 4.
Puntos más críticos que se describe en la figura 4 ya se abordan en el protocolo y puede fácilmente resolverse siguiendo las recomendaciones incluidas. El punto crítico más difíciles del presente Protocolo es el cálculo de flujos basado en la variación de concentración de gases de efecto invernadero durante el recinto de la cámara. También cuando se utiliza el paquete HMR para los cálculos, es recomendable seleccionar el mejor modelo para aplicar, independiente de la sugerencia de HMR, basada en la evaluación visual. Esto es aún más importante cuando las concentraciones en el tiempo se desvían del comportamiento esperado del constante aumento o disminución.
Algunas variaciones de la técnica descrita están posibles dentro de la estructura de los principios más importantes, especialmente relacionados con la geometría de cámara (la cámara también puede ser cilíndrica), material (cualquier no-permeable, no reactivo, no-fuente/sumidero de gases de la cámara moléculas bajo consideración y fácil de usar material, como el teflón que es conveniente, pero más caro) y el tipo de analizador de gases de efecto invernadero (sistemas portátiles están disponibles que no requieren transferencia de gases en jeringas y viales). Sin embargo, medir flujos de gases de efecto invernadero de los suelos es un paso fundamental necesaria para supervisar fuentes de cambio climático, para entender los procesos que conducen a emisiones, estudiar la eficacia de las estrategias de mitigación posible e informar sobre los modelos para predecir el futuro escenarios. Es más importante que nunca para adoptar protocolos comunes que construirán un cuerpo uniforme de conocimientos para supervisar agroecosistemas para el presupuesto global de gases de efecto invernadero.
Aquí se aplica la ley del Gas Ideal para calcular el volumen molar de los gases reales. Esta aplicación es ampliamente utilizada y aceptada en el cuerpo específico de la literatura, y la aproximación de gas ideal se puede utilizar con precisión razonable30.
Finalmente, según las preguntas experimentales a abordarse en el contexto de mediciones de gases de efecto invernadero, considerar medición de los principales impulsores de CH4 y emisiones de N2O, como la temperatura del suelo, potencial redox, suelo poro orgánico disuelto Concentraciones de carbono, nitratos de poro del suelo y concentración de amonio.
The authors have nothing to disclose.
Los autores agradecemos a Marco Romani y Eleonora Francesca Miniotti y el equipo de investigación centro de Ente Nazionale Risi, que organizó el ensayo experimental donde se creó el vídeo. También queremos agradecer a Francesco Alluvione por el primer flash científico conduce a la realización del protocolo y a Joan Leonard por su precioso trabajo de la edición inglesa del manuscrito.
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. |