Değerlendirme metan ve azot oksit Cerayanlar Paddy alanından aracılığıyla statik Headspace içinde bitki bakımı Chambers kapalı
Summary
Bu iletişim kuralı genel amacı sera gazı emisyonları paddy statik kapalı odası tekniği kullanarak alanları ölçmek etmektir. Ölçüm sistemi belirli ayarlar alanında bir her iki kalıcı su tabakasının ve odası headspace içinde bitkilerin varlığı nedeniyle ihtiyacı var.
Abstract
Bu protokolü sera gazı (SG) emisyon paddy topraklar statik kapalı odası teknikle ölçüm açıklar. Bu yöntem difüzyon teorisi üzerinde temel alır. Bilinen bir tanımlanmış toprak alan overlaying hava hacmi (“odası” olarak adlandırılır), bir parallelepiped kapak içinde tanımlanan bir dönem için alınır. Bu muhafaza dönemde gaz (metan (CH4) ve azot oksit (N2O)) toprak gözenek hava mikrobiyal kaynaklarını (yani, methanogens, nitrifiers, denitrifiers) yakınındaki bir doğal takip odası headspace için hareket konsantrasyon gradyanı. Cerayanlar o zaman boyunca düzenli aralıklarla örneklenmiş ve gaz kromatografi ile analiz odası headspace toplama varyasyon üzerinden tahmin edilir. Bu büyük homojen toprak alanlarda tedavi gerektirmez gibi teknikleri arasında sera gazı ölçüm için statik kapalı odası Yöntem Arsa deneyler için uygundur. Ayrıca, bu sınırlı kaynaklarla yönetilebilir ve ekosistem özellikleri, süreçleri ve tozlar, arasındaki ilişkileri özellikle kuvvet ölçümleri sürüş sera gazı ile birlikte ne zaman tanımlayabilirsiniz. Yine de, micrometeorological yöntemi ile ilgili olarak en az ama hala kaçınılmaz toprak rahatsızlık neden olur ve küçük bir geçici çözüm sağlar. Bir kaç aşamada Yöntem uygulama anahtarıdır: i) odası tasarım ve dağıtım, II) örnek kullanım ve analizleri ve III) akı tahmini. Teknik uygulama başarı paddy alanlarında ayarlamalar ve pirinç bitki bakım odası headspace ölçümler sırasında içinde alan çok kırpma döngüsü sırasında sel için talep ediyor. Bu nedenle, aygıt için tarımsal topraklar olmayan sular altında her zamanki uygulanması ile ilgili dikkate alınması gereken ek öğeler oluşur: i) Cerayanlar abartma herhangi bir istenmeyen su rahatsızlık kaçınarak ve II) pirinç bitkiler içinde de dahil olmak üzere aerenchyma ulaşım yayılan gaz tam düşünmeye odası headspace.
Introduction
Tarım, Ormancılık ve diğer arazi kullanımı ile birlikte küresel sera gazı emisyonlarının1yaklaşık % 21’i üreten bir üretken kesimi var. Hassas ölçüm tarım toprak sera gazı emisyonlarının iklim değişikliği2‘ agroecosystems uygun rol belirlenmesi hem kaynak hem de lavabo olarak kurmak için hem de uygun ve etkili azaltma stratejileri içinde tanımlamak için anahtarıdır Paris Anlaşması hedefler çerçevesinde.
Emisyon Cerayanlar tarımsal topraklar (yani, N2O ve CH4) tarafından üretilen iki en önemli GHGs micrometeorological yöntemleri ya da kapalı-odası tekniği3ölçülebilir. Son üç yılda sera gazı emisyonları topraklar veri raporlama çalışmaları büyük çoğunluğu ilk tarif eden 19266‘ kapalı-odası tekniği4,5 uygulanan. Çeşitli teknik ince ayarlarını yapmak ve deneysel yapı ve önyargı7,8,9,10,11,12 tüm kaynakları üstesinden gelmek için yapılmıştır ,13,14. Belirli iletişim kuralları, farklı zamanlarda derlenmiş metodolojileri15,16,17,18,19standart hale getirmek amaçlı ve hala bilimsel girişimleri vardır devam tekniği istihdam ve önyargı akışı tahminlerinde en aza indirmek için en iyi uygulamalar oluşturmak için.
Paddy topraklar olan uygulamaya Bu yazıda anlatılan, statik kapalı-odası teknik difüzyon teorisi üzerine dayanır ve toprak yüzeyinin bir bölümü üzerindeki hava hacmi çok bilinen muhafazanın kesin bir süre için sağlar. Çevirme sırasında CH4 ve N2O moleküller tarafından difüzyon toprak gözenek hava, nerede onlar belirli mikroorganizmalar tarafından üretilen doğal bir konsantrasyon degrade boyunca göç (methanogens CH durumunda4; nitrifiers ve denitrifiers N2O için), sonunda-den geçerek sel su ya da bitki aerenchyma odası headspace içinde kapalı hava için. Odası headspace içinde iki gaz konsantrasyonları zaman içinde artış ve bu artışlar oluşumunu akı tahminleri için sağlar.
Sera gazı eğitimi çizim ölçeğinde değişimlerinde çünkü onlar büyük homojen alan2 tarafından ipotekli veya yüksek değildir micrometeorological yöntemleri ile ilgili olarak, kapalı odası ölçümleri genellikle farklı arazi kullanım türlerini ve ekosistemler için tercih vardır Lojistik ve yatırım gereksinimleri20. Ayrıca, farklı çifçiliği uygulamaları veya diğer alan tedaviler12,21gibi işlenmiş deneyler eşzamanlı Analizi sağlarlar. Son olarak, teknik ekosistem özellikleri, süreçleri ve tozlar arasındaki ilişkileri tanımlamasını sağlar. Alternatif olarak, iki ana sorunlardan biri teknik kayma ve temporal heterojenite nispeten verimsiz keşfi ve toprak rahatsızlık nedeniyle odası dağıtım22etkileri bulunmaktadır. Ancak, bu zararları en azından kısmen ile üstesinden gelinebilir: (toprak rahatsızlık en aza indirmek için) uygun odası tasarımı, (kayma değişkenlik keşfetmek için) çoğaltır, yeterli sayıda kabulü ve otomatik yoğunlaştırılması izin veren sistem kullanın günlük ölçümler (diurnal değişkenliği için hesap için) veya (Sıcaklık etkisi artık değişkenlik atlamak) normal (aynı saat) ölçüm sıklığı.
Bir çeltik alan tarihleri geri erken 80 ‘s23yönteminin ilk bir uygulama ve kullanımı ile ilgili upland alanları ana özellikleri olan toprak ve bitkiler headspace içinde odası sırasında gerek su sel varlığını muhafaza. Dikkatli bir şekilde açıklandığı gibi bu gazetede, ilk özellik ölçüm olaylar sırasında su karışıklık önlemek için belirli sistem için gereken türbülans kaynaklı geliştirme gaz difüzyon sel su yoluyla neden akı overestimates önlemek için anlamına gelir. Pirinç aerenchyma, bitkiler ölçüm olaylar sırasında dahil etmek için uygun cihazlar gerektiren verilmiş CH424, % 90’temsil eden yoluyla gaz ulaşım için hesap için ikinci önemli özellik olduğunu.
Protocol
Representative Results
Discussion
Çeltik pirinç statik kapalı-odası tekniğinde uygulanması iletişim kuralında tanımlanan ana bölümlerine karşılık gelen beş temel aşamadan oluşur. Her aşama, Şekil 4‘ te özetlendiği gibi kritik noktaları olan farkında olmak ve faz uygulama, başarısını kontrol göstergeleri içerir.
Şekil 4 ‘ te açıklanan en kritik noktaları zaten iletişim kuralında ele alınmaktadır ve kolayca dahil önerileri takip ederek çözülebilir. En zor kritik nokta mevcut Protokolü sera gazı toplama varyasyon odası muhafaza sırasında temel Cerayanlar hesaplamasıdır. Ayrıca paket HMR hesaplamalar için kullanırken, uygulamak için en iyi modeli seçmek için tavsiye, bağımsız üzerinde görsel değerlendirme dayalı HMR öneri olarak. Bu daha da zaman zaman konsantrasyonlarda tutarlı artış beklenen davranış sapma veya azaltmak önemlidir.
Özellikle (odası da silindirik olabilir) odası geometrisi, odası malzeme (daha geçirgen, non-reaktif, Sigara-kaynak/lavabo gaz ile ilgili temel ilkeleri yapısı içinde açıklanan tekniği çeşitli varyasyonları mümkündür molekülleri dikkate ve uygun ama daha pahalı olan Teflon gibi kolay kullanımlı malzeme altında) ve sera gazı analizörü türünü (taşınabilir sistemler mevcuttur şırıngalar ve tüpleri gaz aktarma gerekmez). Yine de, ölçme sera gazı Cerayanlar topraklar gelen çok önemli bir adım iklim değişikliği kaynakları, olası azaltma stratejileri etkinliğini incelemek ve gelecekteki oluşabileceğini modelleri bilgilendirmek için emisyon, lider süreçleri anlamak için izlemek için gereklidir senaryolar. Hiç bilgi agroecosystems küresel sera gazı bütçe için izlemek için tek biçimli bir vücut inşa edecek genel iletişim kurallarını evlat edinmek için çok daha önemlidir.
Ideal gaz yasası burada gerçek gazlar molar hacminin hesaplamak için uygulanır. Bu uygulama yaygın olarak kullanılan ve edebiyat belirli vücut içinde kabul ve ideal gaz yaklaşım makul doğruluk30ile kullanılabilir.
Son olarak, CH4 ana sürücüleri ölçme sera gazı ölçümleri bağlamı içinde ele alınması deneysel soruları bağlı olarak düşünün ve N2O emisyonları, toprak sıcaklığı, redoks potansiyeli, toprak gibi çözünmüş organik gözenek Karbon konsantrasyonları, toprak gözenek nitrat ve amonyum konsantrasyonu.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Marco Romani ve Eleonora Francesca Miniotti ve Araştırma Merkezi, Ente Nazionale video oluşturulduğu deneysel deneme ev sahipliği Risi, personel için minnettarız. Biz de Francesco Alluvione Protokolü gerçekleştirilmesi ve Joan Leonard İngilizce yazması düzenleme değerli eserleri için önde gelen ilk bilimsel flash için teşekkür etmek istiyorum.
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
- Tubiello, F. N., et al. . Agriculture, Forestry and Other Land Use Emissions by Sources and Removals by Sinks. , 4-89 (2014).
- Oertel, C., Matschullat, J., Zurba, K., Zimmermann, F., Erasmi, S. Greenhouse gas emissions from soils-A review. Chemie der Erde. 76, 327-352 (2016).
- Hutchinson, G. L., Livingston, G. P., Dane, J. H., Topp, G. C. Soil-atmosphere gas exchange. Methods of soil analysis. , 1159-1182 (2002).
- 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).
- 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).
- Lundegardh, H. Carbon dioxide evolution of soil and crop growth. Soil Sci. 23 (6), 417-450 (1926).
- Buendia, L. V., et al. An efficient sampling strategy for estimating methane emission from rice field. Chemosphere. 36, 395-407 (1998).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Pihlatie, M. K., et al. Comparison of static chambers to measure CH4 emissions from soils. Agr. Forest. Meteorol. 171-172, 124-136 (2013).
- 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).
- IAEA. . Manual on measurement of methane and nitrous oxide emissions from agriculture. , (1992).
- 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).
- Parkin, T. B., Venterea, R. T., Follett, R. F. Chapter 3. Chamber-Based Trace Gas Flux Measurements. Sampling Protocols. , 3.1-3.39 (2010).
- 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).
- Firbank, L. G., et al. Towards the co-ordination of terrestrial ecosystem protocols across European research infrastructures. Ecol Evol. 7 (11), 3967-3975 (2017).
- FAO, , IFA, . Global estimates of gaseous emissions of NH3, NO and N2O from agricultural land. , (2001).
- Denmead, O. T. Approaches to measuring fluxes of methane and nitrous oxide between landscapes and the atmosphere. Plant Soil. 309, 5-24 (2008).
- Cleemput, O. V., Boeckx, P., Lal, R. Greenhouse gas fluxes: measurement. Encyclopedia of Soil Science. , (2005).
- Cicerone, R. J., Shetter, J. D. Sources of atmospheric methane: Measurements in rice paddies and a discussion. J Geophys. Res. 86, 7203-7209 (1981).
- Le Mer, R., Roger, J. Production, oxidation, emission and consumption of methane by soils: A review. Eur. J. Soil Biol. 37, 25-50 (2001).
- 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).
- 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).
- 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).
- Rochette, P., Bertrand, N. Soil air sample storage and handling using polypropylene syringes and glass vials. Can. J. Soil Sci. 83, 631-637 (2003).
- 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).
- Ussiri, D., Lal, R. . Soil Emission of Nitrous Oxide and its Mitigation. , (2012).
