Name: measurement of greenhouse gas flux from agricultural soils using static chambers
Uploaded: 2014-08-03T22:45:00.000+00:00
Duration: 11 min 50 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers at JoVE.com

This material is based upon work supported by the National Science Foundation under Grant Number 1215858, by the US Department of Agriculture under Grant Number 2013-68002-20525, and by the US Department of Energy Great Lakes Bioenergy Research Center &#8211; DOE BER Office of Science (DE-FC02-07ER64494) and DOE OBP Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (DE-AC05-76RL01830). In-field video and images were recorded at the Wisconsin Integrated Cropping System Trial project of the University of Wisconsin&#8211;Madison. The authors are grateful to Ryan Curtin for skillful videography and editing.

1.. Odası İnşaat ve Tesisat Çapa <ol><li> Tasarım ve odaları inşa - deneysel ihtiyaçlarını karşılamak için - her bir toprak ve akı ölçümü sırasında çapa üstüne yerleştirilen bir kapak takılan bir çapa oluşan. <ol><li> Odası şekli ve boyutu tasarlarken, kırpma sıra aralığı, gübre veya gübre bantlama ve bitki yüksekliği gibi mekansal faktörleri göz önünde. Toprak yüzeyinden çapa çıkıntı mikroklima etkileri ve su göllenlemerine katkıda Çünkü, kapakları mümkün olduğunca toprak yüzeyine düşük sahip oturup düşünün. Makasına odası yüksekliği ve algılama hassasiyeti arasındaki mevcut olduğundan, tasarım kapaklar çalışma kapsamında sistem için mümkün olduğu kadar kısa olması. </li><li> Paslanmaz çelik ya da PVC gibi sağlam, reaktif olmayan bir malzemeden inşa odaları ve bağlantının üzerine kapağı sızdırmaz kılınması için bir mekanizma bulunmaktadır. Isı birikimini önlemek için kapakları izole ve renkli ışık veya yansıtıcı malzeme ile kaplayınÖlçüm sırasında. Kamara dağıtım ve örnek çıkarılması sırasında basınç tedirginlikler önlemek için numune toplama ve bir havalandırma tüpü izin vermek için bir septum içerir. Ek ayrıntılar için malzemeler masaya, Parkin ve Venterea 8 bakın ve Clough vd 10. </li></ol></li><li> En az 1 gün önceden örnekleme, istenilen sitelerde toprakta kamara çapa yükleyin. Yükleme yöntemi odası tasarımı bağlıdır, ancak çapa toprak yapısını çözgü veya bozmayan böylece genel olarak, tüm noktaları arasında eşit basınç uygulanır. Toprak tipi, dağıtım zamanı ve kamara hacminde 6,11 bağlı olarak 2.5-13 cm derinliğe kadar çapa batar. (En fazla 5 cm) toprak yüzeyinin üzerinde çıkıntı mümkün olduğu kadar az bırakın. </li></ol> 2.. Kalibrasyon ve Deney Tasarımı Not: Ön deney başlamadan, sağlayacak uygun bir örnekleme zamanı ders belirlemek için şu adımları izleyin verilerUygun bir doğrusal ya da doğrusal olmayan akı modelinin (Parkin et al. 12) için uygun olması. Bu adımların 3-5 (Field Örnekleme, Örnek Analizi ve Veri Analizi) açıklanan tekniklerin kullanımını gerektirir. Optimal zamanlaması çalışma kapsamında, sistem ve kullanılan bölmelerin boyutları hem de bir fonksiyonudur. Bazı deneme ve hata söz konusu olabilir. Alternatif yaklaşımlar için Venterea 13 bakın. <ol><li> Kalibrasyon Numune Alma ve Analiz <ol><li> Nispeten yüksek eser gaz akıları üretmesi beklenmektedir çevre veya yönetim koşullarında, 3. bölümde anlatılan teknikler aşağıdaki yoğun örnekleme yapmak. Sıkı aralıklı örnekleme zaman noktalarını kullanarak, tipik olarak düşünülebilir daha uzun süreli bir zaman serisi doldurmak. Bir saat boyunca 5-10 eşit aralıklı zaman noktalarında birçok temsili odalarından örnekleme başlayın. </li><li> 4. bölümde aşağıdaki gaz kromatografisi ile numuneleri analiz. </li></ol></li><li> Kalibrasyon Interpretatiüzerinde <ol><li> Ilgi her kalibrasyon zaman serileri ve her gaz için, arsa zaman-by-konsantrasyon. </li><li> Bu akı oranları beklenen aralığının yüksek ucunda doğrulayın. Akı hesaplama için bölüm 5&#39;e bakınız. Sorun giderme ipuçları için 2.3 bölümüne bakınız. </li><li> Zamanla gaz konsantrasyonlarının platolaşmasının, özellikle doğrusal olmayan belirtileri veya grafikler için kontrol edin. Not: konsantrasyonu gaz türüne göre değişir plato başlar ve toprak içinde gaz üretiminin veya tüketim hızı, hazne boşluğunda gazın konsantrasyonu ve iki bölge arasında difüzyon bir fonksiyonu olan noktayı. Bu nedenle, güçlü bir plato önce daha kısa bir süre elde kısa odalar ile beraber, oda yüksekliği etkilenir. </li><li> Deneysel sistem için optimal odası dağıtım süresini belirlemek için kalibrasyon ayarlarını kullanın. Lineer regresyon (burada bölüm 5&#39;de tarif edildiği gibi) veri analizi kullanılacak ise, doğrusal yeniden yakın olarak muhafaza seçme zamanlamaZaman serisi içinde 6 kez, örnekleme üç, tercihen dört, en az izin verirken, mümkün ilgi tüm gaz / sistemler için zaman ve konsantrasyonu arasında lationship. CO 2 ve N 2 O ölçümleri, zaman serisi kullanılan kabinler 10-30 cm yüksekliğinde tipik olarak 20-60 dakika 8,14 arasında değişir. </li></ol></li><li> Kalibrasyon Giderme <ol><li> Kötü farklılaşma ve / veya zorluk lineerliğini veya plato sezmek sıkı kalibrasyon süresi puan veya daha uzun kalibrasyon süresi dizi kullanmak ve konsantrasyonları tespit sınırlar içinde olup olmadığını kontrol edin varsa. Akının düşük oranları için, birikim oranında bir azalma test süre içinde gözlenen olmayabilir. Bu endişe neden olmamalıdır. </li><li> Tozları beklenen deneysel aralığın üst ucunda değil ise, (örneğin, gübre ya da sulama uygulayarak) daha yüksek akı uyarılması için bir tedavi ya da çevresel koşullar değiştirilerek, kalibrasyon tekrarlayın. Alternatif olarak, bizeDeneysel tozları meydana kalibrasyon sırasında ve platolaşmasının gözlemlenenlerden anlamlı düzeyde daha yüksek ise, lineer regresyon için en az üç kez kredi korurken, daha sonra zaman noktaları hariç, böylece deney tasarımında e en az dört zaman noktalarında. Eğrisel regresyon yaklaşımlar da kullanılabilir. </li></ol></li><li> Deneysel Tasarım <ol><li> Bölüm 2.2.4 belirlenen optimum zamanlama dayanarak, tüm ilgili siteleri, bakımı ve / veya çoğaltır yakalar ve personelin verimli odası siteleri aracılığıyla hareket sağlayan genel bir örnekleme plan yaparlar. Eğer gerekli ise, birbiri ardına örneklenecek olan birkaç &quot;mermi&quot; içine oda siteleri bölün. <ol><li> Ölçümler sıcaklıkları günlük aşırı göreli ılımlı olduğunda günün bir anda bütün bir gün, örnek temsilcisi olarak alınacak ise. Tipik Ilıman kırpma sistemleri, ideal bir pencere orta-geç-Sabah olduğunu. </li><li> Numuneleri toplanmıştır edilecekseardışık turlarda, defalarca gün aynı anda aynı tedaviler örnekleyerek bir önyargı tanıtmak için dikkatli olun. Suretin blokların üzerinden ziyade tedavi-tedavi mermi Construct. </li><li> Uygun olarak, tur içinde veya önce / sonra ya da alınması gerekli yan tedbirler için zaman vardır. (Tipik yardımcı önlemler için bölüm 3.3 &#39;e bakınız.) </li><li> İsteğe bağlı olarak, ortam havası, doğrusal olmayan akı modellerinde kullanılmak için numune ya da başlayan bir yaklaşım (zaman sıfır, &quot;T 0&quot;) (burada açıklanmayan) konsantrasyon olarak toplanması için zaman bulunmaktadır. </li><li> İsteğe bağlı olarak, numune alma ve analiz arasında olası örnek bozulmayı değerlendirmek için örnekleme zamanında viyallere referans gaz yüklenmesi için zaman vardır. Numune saklama hususlar için Parkin ve Venterea 8&#39;e bakınız. </li></ol></li><li> Araştırma hedefleri için uygun akı ölçüm sıklığını belirlemek. Bu değişebilir, tek bir ölçüm to gün, ay veya yıl boyunca haftalık ya da periyodik ölçümler. Deneysel tasarım konuları ayrıntılı bir tartışma için Rochette et al. 14&#39;e bakınız. </li><li> Numuneler soğuk koşullarda tahsil edilecekse, bu tür kırılgan hale septayı önlemek için şişeler ile sıcak paketi olarak bir ısınma cihazın eklenmesi için planlıyoruz. </li></ol></li></ol> 3.. Saha Örnekleme Not: her bir numune bir tarihte, aşağıda tarif edilen teknikler kullanılarak, bölüm 2.4 &#39;te belirlenen örnekleme düzeni takip edin. Ekipman ve örnek hacmi istihdam edilen toplama ve aktarma yöntemleri ve GC analizi için gerekli olan 8 numune miktarına bağlı olarak değişebilir. Bu protokol, örnek transferi bir yıkama yöntemi ile, 5,9 mi toplama şişe ve 30 ml şırıngalar kullanır. Alternatif yaklaşımlar için Tartışma bakın. <ol><li> Hazırlık <ol><li> Tur başına birden odadan örnekleme ise, bir zaman noktası refe hazırlamakrence ızgara nerede ve ne zaman örnek kolayca izlemek için (bkz. Şekil 2). Alternatif olarak, örnekleme sırasında her zaman noktasını kaydetmek için düzenlemeler yapmak. </li><li> Ön etiket ve örnekleme sırasında maksimum verimlilik ve karışıklık minimal olasılığı için toplama şişeleri düzenlemek. </li><li> Örnekleme sırasında zaman kazanmak için, önceden tüm malzemeleri ve donanımları hazırlamak. Kırılabilir veya kolayca bir taşıma çantası, kova veya başka bir kap içinde (iğneler, şırıngalar, stopcocks, vb), yer ve kaybolur şey ekstralar içerir. </li><li> Ekipmanın arızalanması veya diğer öngörülemeyen durumlar nedeniyle olabilir, ve kolayca belirli bir örneği ile ilişkili süresini ayarlayarak veri analizi sırasında düzeltilebilir ki herhangi gecikmeli zaman noktalarını kaydetmek için hazırlıklı olun. </li></ol></li><li> Örnek Toplama <ol><li> Takın ve önceden yüklenmiş odası çapa haznesi kapağı mühür, ve bir kronometre başlar. Bu T 0&#39;dır. </li><li> Hemen sonra sızdırmazlık kapağı codacık üst yaklaşık yükseklikte, bölmeye bitişik bir yerden ortam havası bir örnek ollect: açık konumda bir iğne ve bir vana ile donatılmış bir boş 30 ml şırınga ile, 30 ml hava bir numune alın ve kapatılması musluk. Bu T 0 örneğidir. Seçenek olarak ise, odacık 6 T = 0 numune alır. Not: - zamanlama (içindeki örneklerin için kapak kapatma ve örnek toplama arasındaki gecikme) düşünceler vs mekansal (dışında örnekler için site veya harici mikroklima mesafe) değerlendirmek ve kullanılan ekipman için en uygun tekniği belirlemek ve Tradeoffs iki yaklaşım arasında var Çalışmanın altında sistemi. </li><li> Şırınga iğnesi ile, daha önce başka bir iğne septumun kenarına yakın boyunca uzattı sahip olan bir 5.9 ml toplama şişenin septumu delmek. </li><li> Şırınga musluğunu açın ve (bu önceki içeriğini neden olan şişenin içine numunenin yaklaşık 20 ml enjekteşişe) numune ile ikame, ilave iğne ile dışarı çıkartılmasına neden olmaktadır. </li><li> Hafif fazla basınç örnek bütünlüğünü sağlamak ve 8 gerektiğinde birden fazla numune analiz izin vermek için, şişeyi, mümkün olduğu kadar geriye kalan örnek (yaklaşık 10 mi) kadar enjekte etmeye devam etmek düzgün bir hareketle olarak, ilave iğne çıkarılır. </li><li> Su musluğunu kapatın ve septum şırınga iğneyi. Doldurulmamış şişelere ayırt etmek dolu şişenin baş aşağı çevirin. </li><li> Bir sonraki odaya geçin, tekrar doğru önceden belirlenmiş T 0 zaman noktasında kapağı sızdırmazlık, 3.2.1-3.2.6 adımları. </li><li> Adımları tekrar devam 3.2.1-3.2.7 turda tüm odaları mühürlü edilmiş ve T 0 numuneler toplanmıştır kadar. </li><li> Birinci odaya geri dönün. </li><li> T 1 saat kadar 10 saniye yaklaştıkça, şırınga iğnesi ile oda üst septum delmek. </li><li> T 1, zekâ bir 10 saniye aralığındabölmesi içindeki havanın bir 30 ml lik bir numuneyi hdraw ve musluğunu kapatın. Odası septum şırınga iğnesi çıkarın. </li><li> Adımları sonrasında bir toplama şişeye aktarın örnek 3.2.3-3.2.6. </li><li> Bölüm 2.4 kurulan örnekleme şemasına göre, adımlar 3.2.10-3.2.12 aşağıdaki örnekleri toplamaya devam. </li></ol></li><li> Yardımcı Önlemler <ol><li> Kütle gaz konsantrasyonu dönüştürmek için, örnekleme zamanında hava sıcaklığı ölçer. Araştırma hedefleri, kayıt ya da böyle her yere ve / veya vb zaman, günlük yağış, toprak kütle yoğunluğu, toprak nitrat ve amonyum konsantrasyonlarında toprak sıcaklığı ve toprak nem içeriği gibi diğer yardımcı önlemleri gerçekleştirmek bağlı olarak çeşitli araçlar bu önlemleri almak için var - Standart protokolleri uygulayın. </li><li> İsteğe bağlı olarak, ortam sera gazı konsantrasyonları ve potansiyel depolama-flakon bozulması i değerlendirmek için viyallere bilinen konsantrasyonlarda ortam hava örnekleri ve / veya yük alan standartlarını toplamakn örnekleme ve analiz arasındaki süre (bölümler 2.4.1.4 ve 2.4.1.5 bakınız). </li></ol></li></ol> 4. Numune Analizi <ol><li> N2 O için bir elektron yakalama detektörü, CO 2 için bir gaz analiz cihazı kızılötesi veya termal iletkenlik detektörü ve CH 4 için bir alev iyonizasyon detektörü ile donatılmış ekipman kullanılarak gaz kromatografisi ile her numune için ilgi gazların konsantrasyonunun belirlenmesi. Not: Bu şekilde sera gazı analizi için yapılandırılmış ve kullanılabilir yeterli çalışma süresine sahip olan bir cihazdan erişim elde etmek esastır. İlkeleri ve gaz kromatografisi yöntemleri, başka bir yerde 5,15,16 tarif edilmiştir. </li><li> İdeal Gaz Kanunu kullanılarak hacimsel gelen kitle iz gaz konsantrasyonu dönüştürmek: </li></ol> PV = nRT Burada p = basıncı, V = hacim, n = gaz, R = gaz yasası sabit ve T = sıcaklık mol. Böylece: <img alt="Denklem 1"fo: İçerik-width = src = &quot;/ files/ftp_upload/52110/52110eq1.jpg&quot; genişliği &quot;4in&quot; = &quot;400&quot; /&gt; 5. Veri Analizi <ol><li> Her zaman serisi için, arsa zaman-konsantrasyon-by ve doğrusallık için değerlendirir. Fazla analiz plato belirtileri gösteren sonra zaman noktalarında hariç, uyum iyiliği veya görsel inceleme kullanarak değerlendirin. Akı hesaplaması için T 0 (T 0, T 1, T 2 ...) olmak üzere üç zaman noktasında en az kullanın. Tutarlı bir protokol oluşturulması, ve doğrusallık için bu protokol standartlarını karşılamak için başarısız herhangi bir zaman serisi reddediyoruz. Akı hesaplamada hata, yanlılık ve varyans kapsamlı bir tartışma için Parkin ve Venterea 8&#39;e bakınız. </li><li> Lineer regresyon gerçekleştirin. </li><li> Akı hesaplamak için regresyon eğimi kullanın: </li></ol> F S • V • A = -1 Nerede F = akı, regresyon S = eğim, V = kamara hacmi ve A = odasıalanı. Böylece: <img alt="Denklem 2" fo:content-width="1.3in" src="/files/ftp_upload/52110/52110eq2.jpg" width="130" /> Not:. Hesaplama akı doğrusal olmayan yaklaşımlar için Tartışma ve Parkin ve ark 12&#39;ye bakın.

<ol>
	<li>Myhre, G., Stocker, T. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anthropogenic+and+Natural+Radiative+Forcing.+In:+Climate+Change+2013:+The+Physical+Science+Basis.">Anthropogenic and Natural Radiative Forcing. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis.</a> Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. , (2013).</li><li>Denmead, O. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Approaches+to+measuring+fluxes+of+methane+and+nitrous+oxide+between+landscapes+and+the+atmosphere.">Approaches to measuring fluxes of methane and nitrous oxide between landscapes and the atmosphere.</a> Plant and Soil. 309 (1-2), 5-24 (2008).</li><li>Smith, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micrometeorological+and+chamber+methods+for+measurement+of+nitrous+oxide+fluxes+between+soils+and+the+atmosphere:+Overview+and+conclusions.">Micrometeorological and chamber methods for measurement of nitrous oxide fluxes between soils and the atmosphere: Overview and conclusions.</a> Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 99 (1984-2012), 16541-16548 (1984).</li><li>Bouwman, A. F., Boumans, L. J. M., Batjes, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emissions+of+N2O+and+NO+from+fertilized+fields:+Summary+of+available+measurement+data.">Emissions of N2O and NO from fertilized fields: Summary of available measurement data.</a> Global Biogeochemical Cycles. 16 (4), 1058 (2002).</li><li>Hensen, A., Skiba, U., Famulari, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low+cost+and+state+of+the+art+methods+to+measure+nitrous+oxide+emissions.">Low cost and state of the art methods to measure nitrous oxide emissions.</a> Environmental Research Letters. 8 (2), 025022 (2013).</li><li>Rochette, P., Eriksen-Hamel, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chamber+Measurements+of+Soil+Nitrous+Oxide+Flux:+Are+Absolute+Values+Reliable.">Chamber Measurements of Soil Nitrous Oxide Flux: Are Absolute Values Reliable.</a> Soil Science Society of America Journal. 72 (2), 331 (2008).</li><li>Robertson, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Greenhouse+Gases+in+Intensive+Agriculture:+Contributions+of+Individual+Gases+to+the+Radiative+Forcing+of+the+Atmosphere.">Greenhouse Gases in Intensive Agriculture: Contributions of Individual Gases to the Radiative Forcing of the Atmosphere.</a> Science. 289 (5486), 1922-1925 (2000).</li><li>Parkin, T. B., Venterea, R. T., Follet, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chamber-Based+Trace+Gas+Flux+Measurements.+In:+Sampling+Protocols.">Chamber-Based Trace Gas Flux Measurements. In: Sampling Protocols.</a> http://www.ars.usda.gov/research/GRACEnet. 3 (1), 3-39 (2010).</li><li>Klein, C., Harvey, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitrous+Oxide+Chamber+Methodology+Guidelines.">Nitrous Oxide Chamber Methodology Guidelines.</a> Ministry for Primary Industries. , 1-146 (2013).</li><li>Clough, T. J., Rochette, P., Thomas, S. M., Pihlatie, M., Christiansen, J. R., Thorman, R. E., deKlein, C., Harvey, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chamber+Design.+In:+Nitrous+Oxide+Chamber+Methodology+Guidelines.">Chamber Design. In: Nitrous Oxide Chamber Methodology Guidelines.</a> Ministry for Primary Industries. , (2013).</li><li>Hutchinson, G. L., Livingston, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vents+and+seals+in+non-steady-state+chambers+used+for+measuring+gas+exchange+between+soil+and+the+atmosphere.">Vents and seals in non-steady-state chambers used for measuring gas exchange between soil and the atmosphere.</a> European Journal of Soil Science. 52 (4), 675-682 (2001).</li><li>Parkin, T. B., Venterea, R. T., Hargreaves, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calculating+the+Detection+Limits+of+Chamber-based+Soil+Greenhouse+Gas+Flux+Measurements.">Calculating the Detection Limits of Chamber-based Soil Greenhouse Gas Flux Measurements.</a> Journal of Environment Quality. 41 (3), 705 (2012).</li><li>Venterea, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simplified+Method+for+Quantifying+Theoretical+Underestimation+of+Chamber-Based+Trace+Gas+Fluxes.">Simplified Method for Quantifying Theoretical Underestimation of Chamber-Based Trace Gas Fluxes.</a> Journal of Environment Quality. 39 (1), 126 (2010).</li><li>Rochette, P., Chadwick, D. R., de Klein, C., deKlein, C., Harvey, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deployment+Protocol.+In:+Nitrous+Oxide+Chamber+Methodolog+Guidelines.">Deployment Protocol. In: Nitrous Oxide Chamber Methodolog Guidelines.</a> Ministry for Primary Industries. (3), (2013).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals+of+Gas+Chromatography.">Fundamentals of Gas Chromatography.</a> Agilent Technologies, Inc. , 1-60 (2002).</li><li>Holland, E. A., Robertson, G. P., Greenberg, J., Groffman, P. M., Boone, R. D., Gosz, J. R., Robertson, G. P., Coleman, D. C., Bledsoe, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soil+CO2,+N2O,+and+CH4+Exchange.">Soil CO2, N2O, and CH4 Exchange.</a> Standard Soil Methods for Long-Term Ecological Research. , (1999).</li><li>Venterea, R. T., Burger, M., Spokas, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitrogen+Oxide+and+Methane+Emissions+under+Varying+Tillage+and+Fertilizer+Management.">Nitrogen Oxide and Methane Emissions under Varying Tillage and Fertilizer Management.</a> Journal of Environment Quality. 34 (5), 1467 (2005).</li><li>Hutchinson, G. L., Mosier, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+soil+cover+method+for+field+measurement+of+nitrous+oxide+fluxes.">Improved soil cover method for field measurement of nitrous oxide fluxes.</a> Soil Science Society of America Journal. 45 (2), 311-316 (1981).</li><li>Pedersen, A. R., Petersen, S. O., Vinther, F. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stochastic+diffusion+model+for+estimating+trace+gas+emissions+with+static+chambers.">Stochastic diffusion model for estimating trace gas emissions with static chambers.</a> Soil Science Society of America Journal. 65, 49-58 (2001).</li><li>Pedersen, A. R., Peterson, S. O., Schelde, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comprehensive+approach+to+soil-atmosphere+trace-gas+flux+estimation+with+static+chambers.">A comprehensive approach to soil-atmosphere trace-gas flux estimation with static chambers.</a> European Journal of Soil Science. 61, 888-902 (2010).</li><li>Wagner, S. W., Reicosky, D. C., Alessi, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regression+models+for+calculating+gas+fluxes+measured+with+a+closed+chamber.">Regression models for calculating gas fluxes measured with a closed chamber.</a> Agronomy Journal. 89, 279-284 (1997).</li><li>Livingston, G. P., Hutchinson, G. L., Spartalian, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trace+gas+emission+in+chambers.">Trace gas emission in chambers.</a> Soil Science Society of America Journal. 70, 1459-1469 (2006).</li><li>Venterea, R. T., Parkin, T. B., Cardenas, L., Petersen, S. O., Pedersen, A. R., deKlein, C., Harvey, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Data+Analysis+Considerations.+In:+Nitrous+Oxide+Chamber+Methodology+Guidelines.">Data Analysis Considerations. In: Nitrous Oxide Chamber Methodology Guidelines.</a> Ministry for Primary Industries. (6), (2013).</li><li>Grace, P., van der Weerden, T. J., Kelly, K., Rees, R. M., Skiba, U. M., deKlein, C., Harvey, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+Greenhouse+Gas+Measurement+in+the+Field.+In:+Nitrous+Oxide+Chamber+Methodology+Guidelines.">Automated Greenhouse Gas Measurement in the Field. In: Nitrous Oxide Chamber Methodology Guidelines.</a> Ministry for Primary Industries. , (2013).</li><li>Alfaro, M. A., Giltrap, D., Topp, C. F. E., de Klein, C., deKlein, C., Harvey, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+to+Report+Your+Experimental+Data.+In:+Nitrous+Oxide+Chamber+Methodology+Guidelines.">How to Report Your Experimental Data. In: Nitrous Oxide Chamber Methodology Guidelines.</a> Ministry for Primary Industries. , (2013).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

<html> Burada açıklanan statik oda-tabanlı yaklaşım, toprak sistemlerinin sera gazı akı ölçümü için etkili bir yöntemdir. Bileşenlerinin nispi kolaylığı daha fazla alt-yoğun yöntemler olanaksız olduğu koşullarda ya da sistemler için özellikle çok uygun hale getirir. Yüksek kaliteli veri oluşturmak için ise, statik odası yaklaşım deney tasarımı 6 çok dikkat edilmelidir gerçekleştirilmelidir. Dikkate alınması gereken bir önemli husus suret oda-tabanlı ölçümleri arasında yüksek değişkenlik neden olabilir, hangi toprak gazı akılarının mekansal değişkenliği olduğunu. Deney tasarımında, bu nedenle, istatistiksel analiz için yeterli bir güç sağlamak için yeterli çoğaltır dahil etmek çok önemlidir. Tradeoffs yeterli çoğaltma bakımı ve tedavi başına dört tekrarın en az genel bir kılavuzdur 14 iken okudu olabilir tedavilerin sayısı arasında var olabilir. Ölçülen tozları günlük emisyonlarını tahmin etmek için kullanılacak &quot;Eğer ontent&gt;, hava sıcaklığı, toprak sıcaklığı ve gazı emisyonlarında gündüz değişimleri dikkate alınmalıdır. araştırma hedefleri sıcaklıklar günlük ortalamalarını yansıtmaktadır zaman kuşluk elde edilecek ölçümler gerekiyorsa, örnekleme için kısıtlı pencere fizibil izlenebilir odalarının sayısını etkileyebilir. değerlendirilecek bir ek bedel bitki köklerinin ve toprak biyokütle üzerinde içerme veya dışlama gaz flux üzerinde olacağı etkisidir. Odası yerleştirme göreceli bitki dokusuna olacak özellikle mikrobiyal solunum sadece aynı zamanda kök ve solunum ve fotosentez uygun dengeli olmalıdır ateş., bu faktörlerin ek tartışma için, Parkin ve Venterea 8 görmek CO 2 halinde akı verilerin yorumlanması, etkileyebilir. Daha önce belirtildiği gibi, bu metodoloji birçok çeşitleri odası tasarımı ve örnekleme dahil olmak üzere mevcuthacmi. Böyle bir varyasyon, şırınga ve toplama şişe örnekleri arasında aktarmak için kullanılan yöntem bulunmaktadır. Burada anlatılan teknik, ilk pozitif basıncı 5 şişe doldurulmadan önce numune ile toplama şişe temizler. Daha yaygın olarak kullanılan bir teknik, bir vakum pompası kullanılarak önceden tahliye edilmiş şişeler, şırıngalar örnekler transferidir ve yıkama olmadan olmayan tahliye şişelerin kullanımı da 8,17 bildirilmiştir. Yaklaşımların bir dizi var bir diğer önemli nokta veri analizi ve çalışma kapsamında sisteme en uygun akı modelinin seçiminde olduğunu. Burada açıklanan doğrusal regresyon yöntemi ek olarak, doğrusal olmayan model aynı zamanda daha uzun dağıtım kez kullanıldığında, özellikle de kullanılabilir. Bu modeller Hutchinson ve Mosier 18 tarafından geliştirilen algoritma ve türevlerini ,19,20 bunların, Wagner ve ark. 21&#39;de tanımlanan kuadratik prosedür ve sabit olmayan-includeLivingston ve ark 22 tarafından tarif devlet dağılır akı tahmincisi. Doğrusal olmayan akı modelini ayrıntılı bir tartışma için, Parkin et al. 12&#39;ye bakın ve Venterea et al 23. Statik odası yaklaşıma benzer yöntemler çeşitli yollarla örnekleme ve gaz kromatografisi şırınga için bir alternatif olarak Fourier transferi kızılötesi (FTIR) spektrometresi ile akış ölçüm sistemlerinin kullanımı yanı sıra, odasına kapanması ve örnekleme otomasyon içerir. Otomatik sistemler azaltılmış personel ile daha sık ölçüm sağlamak, aynı zamanda ek altyapı yatırımları gerektirir. Grace vd. 24 otomatik oda-tabanlı N 2 O ölçüm seçenekleri ve tradeoffs geniş bir özetini sunar. Yönetilen ve doğal sistemler manageme etkileri, süreç tabanlı modellerini bilgilendirmek anlamak için önemlidir hem de sera gazı akı Karakterizasyonunt uygulamaları ve azaltma stratejilerinin bilgilendirmek ve küresel muhasebe ve iklim değişikliği modelleme desteklemek. Bireysel çalışmalar yerel düzeyde bilgilendirici iken Böylece, çok fazla ek değer katkıda ve manzara ve atmosfer arasındaki gaz değişimi hakkında bilgi küresel bir vücuttan, çizim yoluyla elde edilir. Bu nedenle, bu veriler toplanmış ve daha geniş bilgi tabanı ile uzun ömürlü ve birlikte çalışabilirliği sağlayan bir şekilde rapor edilmesi, anahtarıdır. Bu ayrık çalışmaların ötesinde bulgular uzantıya izin veri kalitesinin yanı sıra, yardımcı önlemler ve meta kapsamlı raporlama toplanmasını sağlamak için en iyi uygulamaları aşağıdakileri içerir. Veri raporlama için mükemmel kurallar GRACEnet proje ve GRA&#39;dan 25 mevcuttur.

Understanding the contributions of both human activities and natural systems to radiative properties of the atmosphere is an area of critical importance as we strive to mitigate anthropogenic contributions to the greenhouse effect. In addition to carbon dioxide (CO2), nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) are also potent GHGs, accounting for an estimated 7% and 19% of global warming, respectively, with the majority of emissions coming from landscape sources1,2. These range from managed systems such as agricultural fields, rice paddies, and landfills, to natural systems such as forest floors, wetlands, and termite mounds. Accurate measurement, supporting well-informed modeling of such landscape-based emissions is critical in order to understand the drivers of climate change as well as to identify mitigation opportunities.
A variety of greenhouse gas measurement strategies exist, each with their own strengths and weaknesses2-5. Mass balance techniques rely on wind-based dispersion of gases and are suited to measurement of flux from small, well-defined sources such as landfills and animal paddocks. Micrometeorological approaches such as eddy covariance are based on real-time direct measurement of vertical gas flux, and can provide direct measurements over large areas. However, homogeneity in source topography is an implicit assumption (in that measurements yield a mean for the area under study), and costly infrastructure can limit deployment possibilities. Finally, chamber-based methods focus on change in gas concentration at the soil surface by sampling from a restricted above ground headspace. They allow measurements to be obtained from small areas and numerous treatments, but are subject to high coefficients of variation due to spatial variation in soil gas flux.
Here we discuss the most prevalent and easily implemented form of chamber-based measurement, utilizing the type of closed chambers without air flow-through commonly referred to as &#8220;static&#8221; or &#8220;non-steady-state non-flow-through&#8221; chambers. In this approach, gas emissions from the soil surface are trapped within a vented chamber, and rates of flux are determined by measuring the change in gas concentration over time within the chamber headspace. The static chamber technique has been widely deployed across both managed and natural landscapes and underpins the bulk of data reporting soil-based flux of greenhouse gases, particularly N2O6,7. It is ideally suited to the study of small experimental plots, diverse sites over variable terrain, or in other situations where multiple distinct locations must be studied without significant infrastructure investments. Typical experimental uses might include the exploration of alternative landscape management practices and their impact on soil-based CO2, N2O, and/or CH4 emissions, examination of landscape-based flux dynamics under artificially induced climate change scenarios such as warming and rainfall exclusion/supplementation, or the descriptive study of natural and agricultural ecosystems and subsystems.
As a critical tool in GHG measurement and flux estimation, the static chamber method has been thoroughly evaluated, and significant efforts have been made towards standardization of techniques and harmonization of data reporting4,6,8,9. Of particular note are the detailed reviews and guidelines produced by the U.S. Department of Agriculture &#8211; Agricultural Research Service&#8217;s Greenhouse gas Reduction through Agricultural Carbon Enhancement network (GRACEnet)8 and by the Global Research Alliance on Agricultural Greenhouse Gases (GRA)9. Such guidelines provide an invaluable resource and platform for coordination, as ultimately the interoperability of data from a myriad of studies is critical for scaling up local findings to global modeling, and for translating research results into viable mitigation strategies.
GRACEnet, GRA, and other reviews also highlight the fact that specific techniques in static chamber-based greenhouse gas flux measurement are extremely diverse, with significant methodological variations possible at nearly every step of the way, including chamber design, temporal and spatial deployment, sampling volumes, sample analysis, and flux calculations. The method described here presents one possible variant, while showcasing best practices and highlighting critical considerations for the generation of high quality, broadly transferrable data. It is intended to provide an accessible overview of this standardized procedure, and a platform from which to explore further nuances and variations described in the literature.

<table><tbody><tr><td>5.9 ml soda glass flat bottom 55 x 15.5 mm</td><td>Labco Limited</td><td>719W</td><td>Collection vials</td></tr><tr><td>16.5 mm screw caps with pierceable rubber septum</td><td>Labco Limited</td><td>VC309</td><td>Caps for&amp;nbsp; vials</td></tr><tr><td>90-well plastic vial rack, 17.1 mm well I.D.</td><td>Wheaton</td><td>868810</td><td>Rack for organizing vials</td></tr><tr><td>Regular bevel needles 23 G x 1&quot;</td><td>BD</td><td>305193</td><td>Needles for sample collection</td></tr><tr><td>Stopcocks with luer connections, 1-way, male slip</td><td>Cole-Parmer</td><td>EW-30600-01</td><td>Stopcocks for syringes</td></tr><tr><td>30 ml syringe, slip tip</td><td>BD</td><td>309651</td><td>Syringes for sample collection</td></tr><tr><td>Stopwatch or timer</td><td>Various</td><td>N/A</td><td>For timing field sampling</td></tr><tr><td>Stainless steel or galvanized utility pans with rim, or fabricated stainless steel or PVC chambers and lids, dimensions as appropriate to experimental system</td><td>Various</td><td>N/A</td><td>Chamber anchor and lid - bottom cut out of anchor, holes for septum and vent tubing bored in lid</td></tr><tr><td>Gray butyl stoppers 20 mm</td><td>Wheaton</td><td>W224100-173</td><td>Chamber septa for syringe sampling - insert into hole bored in lid top</td></tr><tr><td>Tygon tubing 4.0 mm I.D. x 5.6 mm O.D.</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z685623</td><td>Chamber vent tubing - insert in hole bored in lid side, flush with exterior, approximately 25 cm coiled in lid interior (a 1 ml syringe tip may be used as an attachment mechanism)</td></tr><tr><td>Adhesive foam rubber tape or HDPE O-ring</td><td>Various</td><td>N/A</td><td>Chamber sealing mechanism - fastened to underside of lid rim</td></tr><tr><td>Reflective&amp;nbsp; insulation, 0.3125&quot; thickness</td><td>Lowe&#039;s</td><td>409818</td><td>Insulating and reflective coating - affix to exterior of chamber lid</td></tr><tr><td>Large metal binder clips, 2&quot; size with 1&quot; capacity, or manufactured draw latch as appropriate</td><td>Staples / McMaster</td><td>831610 (Staples) / 1863A21 (McMaster)</td><td>Lid attachment mechanism - for clamping lid to anchor during sampling</td></tr><tr><td>Gas chromatography equipment fitted with electron capture detector for nitrous oxide, infrared gas analyzer or thermal conductivity detector for carbon dioxide, flame ionization detector for methane</td><td>Various</td><td>N/A</td><td>For sample analysis</td></tr></tbody></table>

measurement of greenhouse gas flux from agricultural soils using static chambers

Measurement of greenhouse gas (GHG) fluxes between the soil and the atmosphere, in both managed and unmanaged ecosystems, is critical to understanding the biogeochemical drivers of climate change and to the development and evaluation of GHG mitigation strategies based on modulation of landscape management practices. The static chamber-based method described here is based on trapping gases emitted from the soil surface within a chamber and collecting samples from the chamber headspace at regular intervals for analysis by gas chromatography. Change in gas concentration over time is used to calculate flux. This method can be utilized to measure landscape-based flux of carbon dioxide, nitrous oxide, and methane, and to estimate differences between treatments or explore system dynamics over seasons or years. Infrastructure requirements are modest, but a comprehensive experimental design is essential. This method is easily deployed in the field, conforms to established guidelines, and produces data suitable to large-scale GHG emissions studies.

Önceki statik odaları ile bir araştırma projesi başlamadan, bu genel iş akışını anlamak için önemlidir, ve siliko organizasyonu, saha ve laboratuar tabanlı elemanları (Şekil 1). Dikkatli deneysel tasarım ve sistem kalibrasyonu (Şekil 2) sağlanan, veri analizi genellikle nispeten basit olacaktır. Akış oranı bir sisteme uygun, önceden belirlenmiş bir akış modeli (Şekil 3) kullanılarak konsantrasyonu ile zaman regresyonu ile her bir bölme ve numune alma süresi belirlenir. Ancak, hatta en iyi uygulamaları takip zorluklar yaşanabilmektedir ve ham verilerin kalite kontrolü önemlidir. Örneğin, bir oda mühür veya sızdıran örnek şişeler yetmezliği anormal konsantrasyon değerlerine neden olabilir. Bunlar hazır CO 2 saat serisi genellikle özellikle FAYDALI olarak hizmet ile zaman serisi konsantrasyon araziler görsel muayene (Şekil 4), aracılığıyla tespit edilirnedeniyle bazen önemsiz, yakın algılama sınırı, ya da N 2 O veya CH 4 hatta negatif akıları göre CO 2 genellikle daha sağlam ve sürekli akı l göstergesi. Veri kalitesi onaylandıktan sonra, sonuçlar tedaviler arasında veya bir sezon kurs (Şekil 5) üzerinden gaz akı dinamikleri karşılaştırmak için kullanılabilir. May ve Haziran akı değerleri ve hata çubukları, görülebileceği gibi, akı mekansal heterojenlik neden değişim önemli olabilir, ve daha yüksek oranda akı üreten koşullar altında belirgin olabilir. Böyle bir değişkenlik olağandışı değildir, ve bu teknikle yeterli çoğaltma önemini vurguluyor. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/52110/52110fig1highres.jpg" width="600" /> Şekil 1.. Akışı genel bakış., Bu protokolün çeşitli unsurları laboratuvarda, alanında, planlama aşamasında yürütülen olacak ve in siliko. Oklar odası tasarımı (ve inşaat gerekirse) ile başlayan, iş akışı sırasını gösterir ve veri analizi ile sonuçlandırılması. Alan numune alma ve analiz arasında birden fazla kutu / okları bir deney boyunca çoklu örnekleme tarihleri ​​olasılığını temsil eder. <img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/52110/52110fig2highres.jpg" width="400" /> Şekil 2.. Örnek zamanlama. Aynı anda birden odadan örneklerinin toplanması için bir örnek zamanlama şeması. Odası numaraları ızgara içinde bütün dakikada listelenen örnekleme zamanları ile, üst sol ve zaman noktalarında belirtilmiştir. Bu örnekte, 36 dakika her biri (her bölmesi için bir) dört ayrı zaman serisi, bir dizi içindeki zaman noktaları arasında 12 dk aralığı ve bölmeler arasında 2 dakika yürüme süresi ile, 46 dakika süre zarfında gerçekleştirilmektedir. Bu varsayımsal Örneğin, sui36-dakikalık zaman serisi karlılığı önceden kalibrasyon tarafından belirlenir olurdu. Eşit aralıklı zamanlama gerekli değildir, ancak çoğu zaman örnekleme düzeni kolaylaştırır. Alternatif olarak, araştırmacılar ayrı ayrı örnekleme aralıklarını belirlemek için her örnekleme zaman noktası kaydedebilir. <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/52110/52110fig3highres.jpg" width="600" /> N 2, 36 dk örnekleme dönemi boyunca dört kez ölçülür O konsantrasyonları oluşan Şekil 3.. Akı hesaplama. Tipik bir statik odası zaman serisi. Doğrusal regresyon gösterilir, eğimi akış hızı elde edilir. <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/52110/52110fig4highres.jpg" width="600" /> Numunelerin ancak farklı gazların aynı kümesinden Şekil 4. Kalite kontrol. Eşli zaman serisi WHI gösterilirch şişe kaçak görsel inceleme (kırmızı nokta) tarafından tespit edilmiştir. zamanla A) CO zamanla 2 konsantrasyonda. B) N 2 O konsantrasyonu. <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/52110/52110fig5highres.jpg" width="600" /> Tek bir büyüme mevsimi boyunca bir tarım alanından Şekil 5.. Sentez sonuçları. N 2 O akı hızı. Flux değerleri dört nokta zaman serilerini kullanarak, altı odaları ortalamasını temsil etmektedir. Hata çubukları standart hatalarıdır.

Watch this Scientific Journal Video about Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers at JoVE.com

Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers

This article showcases the static chamber-based method for measurement of greenhouse gas flux from soil systems. With relatively modest infrastructure investments, measurements may be obtained from multiple treatments/locations and over timeframes ranging from hours to years.

Statik Chambers kullanma Tarım Topraklarının Sera Gazı Flux Ölçümü

Measurement of greenhouse gas (GHG) fluxes between the soil and the atmosphere, in both managed and unmanaged ecosystems, is critical to understanding the ...

measurement-greenhouse-gas-flux-from-agricultural-soils-using-static

Universidad de Cartagena UDEC

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Environment

Unit 1

The Kinetic Theory of Gases

SCIENTISTS IN ACTION

41.1K Görüntüleme.  University of Wisconsin-Madison. This article showcases the static chamber-based method for measurement of greenhouse gas flux from soil systems. With relatively modest infrastructure investments, measurements may be obtained from multiple treatments/locations and over timeframes ranging from hours to years.

Video: Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers

High-throughput Fluorometric Measurement of Potential Soil Extracellular Enzyme Activities

Microbes in soils and other environments produce extracellular enzymes to depolymerize and hydrolyze organic macromolecules so that they can be assimilated for energy and nutrients. Measuring soil microbial enzyme activity is crucial in understanding soil ecosystem functional dynamics. The general concept of the fluorescence enzyme assay is that synthetic C-, N-, or P-rich substrates bound with a fluorescent dye are added to soil samples. When intact, the labeled substrates do not fluoresce. Enzyme activity is measured as the increase in fluorescence as the fluorescent dyes are cleaved from their substrates, which allows them to fluoresce. Enzyme measurements can be expressed in units of molarity or activity. To perform this assay, soil slurries are prepared by combining soil with a pH buffer. The pH buffer (typically a 50 mM sodium acetate or 50 mM Tris buffer), is chosen for the buffer&#39;s particular acid dissociation constant (pKa) to best match the soil sample pH. The soil slurries are inoculated with a nonlimiting amount of fluorescently labeled (i.e. C-, N-, or P-rich) substrate. Using soil slurries in the assay serves to minimize limitations on enzyme and substrate diffusion. Therefore, this assay controls for differences in substrate limitation, diffusion rates, and soil pH conditions; thus detecting potential enzyme activity rates as a function of the difference in enzyme concentrations (per sample).
Fluorescence enzyme assays are typically more sensitive than spectrophotometric (i.e. colorimetric) assays,&#160;but can suffer from interference caused by impurities and the instability of many fluorescent compounds when exposed to light; so caution is required when handling fluorescent substrates. Likewise, this method only assesses potential enzyme activities under laboratory conditions when substrates are not limiting. Caution should be used when interpreting the data representing cross-site comparisons with differing temperatures or soil types, as in situ soil type and temperature can influence enzyme kinetics.

To measure potential rates of soil extracellular enzyme activities, synthetic substrates that are bound to a fluorescent dye are added to soil samples. Enzyme activity is measured as the fluorescent dye is released from the substrate by an enzyme-catalyzed reaction, where higher fluorescence indicates more substrate degradation.

Potansiyel Toprak Ekstrasellüler Enzim Aktivitelerinin Yüksek verim Florimetrik Ölçme

Microbes in soils and other environments produce extracellular enzymes to depolymerize and hydrolyze organic macromolecules so that they can be ...

Çevre

The Use of an Automated System (GreenFeed) to Monitor Enteric Methane and Carbon Dioxide Emissions from Ruminant Animals

Ruminant animals (domesticated or wild) emit methane (CH4) through enteric fermentation in their digestive tract and from decomposition of manure during storage. These processes are the major sources of greenhouse gas (GHG) emissions from animal production systems. Techniques for measuring enteric CH4 vary from direct measurements (respiration chambers, which are highly accurate, but with limited applicability) to various indirect methods (sniffers, laser technology, which are practical, but with variable accuracy). The sulfur hexafluoride (SF6)&#160;tracer gas method is commonly used to measure enteric CH4 production by animal scientists and more recently, application of an Automated Head-Chamber System (AHCS) (GreenFeed, C-Lock, Inc., Rapid City, SD), which is the focus of this experiment, has been growing. AHCS is an automated system to monitor CH4 and carbon dioxide (CO2) mass fluxes from the breath of ruminant animals. In a typical AHCS operation, small quantities of baiting feed are dispensed to individual animals to lure them to AHCS multiple times daily. As the animal visits AHCS, a fan system pulls air past the animal&#8217;s muzzle into an intake manifold, and through an air collection pipe where continuous airflow rates are measured. A sub-sample of air is pumped out of the pipe into non-dispersive infra-red sensors for continuous measurement of CH4 and CO2 concentrations. Field comparisons of AHCS to respiration chambers or SF6 have demonstrated that AHCS produces repeatable and accurate CH4 emission results, provided that animal visits to AHCS are sufficient so emission estimates are representative of the diurnal rhythm of rumen gas production. Here, we demonstrate the use of AHCS to measure CO2 and CH4 fluxes from dairy cows given a control diet or a diet supplemented with technical-grade cashew nut shell liquid.

The Use of an Automated System GreenFeed to Monitor Enteric Methane and Carbon Dioxide Emissions from Ruminant Animals

Accuracy and precision of the techniques used to measure methane emissions from ruminant animals are critically important for the success of greenhouse gas mitigation efforts. This manuscript describes the principles and operation of an automated system to monitor methane and carbon dioxide mass fluxes from the breath of ruminant animals.

Bir Otomatik Sistem (GreenFeed) Kullanımı Ruminant Animals Enterik Metan ve Karbon Dioksit Emisyonları izlemek için

Ruminant animals (domesticated or wild) emit methane (CH4) through enteric fermentation in their digestive tract and from decomposition of manure during ...

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

Continuing increases in atmospheric carbon dioxide concentrations (CA) mandate techniques for examining impacts on terrestrial ecosystems. Most experiments examine only two or a few levels of CA concentration and a single soil type, but if CA can be varied as a gradient from subambient to superambient concentrations on multiple soils, we can discern whether past ecosystem responses may continue linearly in the future and whether responses may vary across the landscape. The Lysimeter Carbon Dioxide Gradient Facility applies a 250 to 500 &#181;l L-1 CA gradient to Blackland prairie plant communities established on lysimeters containing clay, silty clay, and sandy soils. The gradient is created as photosynthesis by vegetation enclosed in in temperature-controlled chambers progressively depletes carbon dioxide from air flowing directionally through the chambers. Maintaining proper air flow rate, adequate photosynthetic capacity, and temperature control are critical to overcome the main limitations of the system, which are declining photosynthetic rates and increased water stress during summer. The facility is an economical alternative to other techniques of CA enrichment, successfully discerns the shape of ecosystem responses to subambient to superambient CA enrichment, and can be adapted to test for interactions of carbon dioxide with other greenhouse gases such as methane or ozone.

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

The Lysimeter Carbon Dioxide Gradient Facility creates a 250 to 500 &#181;l L-1 linear carbon dioxide gradient in temperature-controlled chambers housing grassland plant communities on clay, silty clay, and sandy soil monoliths. The facility is used to determine how past and future carbon dioxide levels affect grassland carbon cycling.

A CO<sub&gt; 2</subTest CO&gt; Konsantrasyon Gradient Tesisi<sub&gt; 2</subÇayır Ekosistem Fonksiyon&gt; Zenginleştirme ve Toprak Etkileri

Continuing increases in atmospheric carbon dioxide concentrations (CA) mandate techniques for examining impacts on terrestrial ecosystems. Most ...

Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses

A method is described which uses the absence of radiocarbon in industrial chemicals and fuels made from petroleum feedstocks which frequently contaminate the environment. This radiocarbon signal &#8212; or rather the absence of signal &#8212; is evenly distributed throughout a contaminant source pool (unlike an added tracer) and is not impacted by biological, chemical or physical processes (e.g., the 14C radioactive decay rate is immutable). If the fossil-derived contaminant is fully degraded to CO2, a harmless end-product, that CO2 will contain no radiocarbon. CO2 derived from natural organic matter (NOM) degradation will reflect the NOM radiocarbon content (usually &#60;30,000 years old). Given a known radiocarbon content for NOM (a site background), a two end-member mixing model can be used to determine the CO2 derived from a fossil source in a given soil gas or groundwater sample. Coupling the percent CO2 derived from the contaminant with the CO2 respiration rate provides an estimate for the total amount of contaminant degraded per unit time. Finally, determining a zone of influence (ZOI) representing the volume from which site CO2 is collected allows determining the contaminant degradation per unit time and volume. Along with estimates for total contaminant mass, this can ultimately be used to calculate time-to-remediate or otherwise used by site managers for decision-making.

Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses

A protocol is described wherein CO2 mineralized from organic contaminant (derived from petroleum feedstocks) biodegradation is trapped, quantified, and analyzed for 14C content. A model is developed to determine CO2 capture zone's spatial extent. Spatial and temporal measurements allow integrating contaminant mineralization rates for predicting remediation extent and time.

Ölçme Karbon bazlı Kirletici Mineralleştirme Kombine CO kullanma<sub&gt; 2</sub&gt; Akı ve Radyokarbon Analizleri

A method is described which uses the absence of radiocarbon in industrial chemicals and fuels made from petroleum feedstocks which frequently contaminate ...

Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers

Agricultural ammonia (NH3) emissions (90% of total EU emissions) are responsible for about 45% airborne eutrophication, 31% soil acidification and 12% fine dust formation within the EU15. But NH3 emissions also mean a considerable loss of nutrients. Many studies on NH3 emission from organic and mineral fertilizer application have been performed in recent decades. Nevertheless, research related to NH3 emissions after application fertilizers is still limited in particular with respect to relationships to emissions, fertilizer type, site conditions and crop growth. Due to the variable response of crops to treatments, effects can only be validated in experimental designs including field replication for statistical testing. The dominating ammonia loss methods yielding quantitative emissions require large field areas, expensive equipment or current supply, which restricts their application in replicated field trials. This protocol describes a new methodology for the measurement of NH3 emissions on many plots linking a simple semi-quantitative measuring method used in all plots, with a quantitative method by simultaneous measurements using both methods on selected plots. As a semi-quantitative measurement method passive samplers are used. The second method is a dynamic chamber method (Dynamic Tube Method) to obtain a transfer quotient, which converts the semi-quantitative losses of the passive sampler to quantitative losses (kg nitrogen ha-1). The principle underlying this approach is that passive samplers placed in a homogeneous experimental field have the same NH3 absorption behavior under identical environmental conditions. Therefore, a transfer co-efficient obtained from single passive samplers can be used to scale the values of all passive samplers used in the same field trial. The method proved valid under a wide range of experimental conditions and is recommended to be used under conditions with bare soil or small canopies (&#60;0.3 m). Results obtained from experiments with taller plants should be treated more carefully.

Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers

Ammonia emissions are a major threat to the environment by eutrophication, soil acidification and fine particle formation and stem mainly from agricultural sources. This method allows ammonia loss measurements in replicated field trials enabling statistical analysis of emissions and of relationships between crop development and emissions.

Kalibre Pasif Örnekleme - NH Çok arsa Arazi Ölçümleri<sub&gt; 3</subDinamik Tüp Yöntemi ve Pasif Numune bir kombinasyonu ile&gt; Emisyon

Agricultural ammonia (NH3) emissions (90% of total EU emissions) are responsible for about 45% airborne eutrophication, 31% soil acidification and 12% ...

Assessment of Methane and Nitrous Oxide Fluxes from Paddy Field by Means of Static Closed Chambers Maintaining Plants Within Headspace

This protocol describes the measurement of greenhouse gas (GHG) emissions from paddy soils using the static closed chamber technique. This method is based on the diffusion theory. A known volume of air overlaying a defined soil area is enclosed within a parallelepiped cover (named &#34;chamber&#34;), for a defined period of time. During this enclosure period, gases (methane (CH4) and nitrous oxide (N2O)) move from soil pore air near their microbial source (i.e., methanogens, nitrifiers, denitrifiers) to the chamber headspace, following a natural concentration gradient. Fluxes are then estimated from chamber headspace concentration variations sampled at regular intervals throughout the enclosure and then analyzed with gas chromatography. Among the techniques available for GHG measurement, the static closed chamber method is suitable for plot experiments, as it does not require large homogenously treated soil areas. Furthermore, it is manageable with limited resources and can identify relationships among ecosystem properties, processes, and fluxes, especially when combined with GHG driving force measurements. Nevertheless, with respect to the micrometeorological method, it causes a minimal but still unavoidable soil disturbance, and allows a minor temporal resolution. Several phases are key to the method implementation: i) chamber design and deployment, ii) sample handling and analyses, and iii) flux estimation. Technique implementation success in paddy fields demands adjustments for field flooding during much of the cropping cycle, and for rice plant maintenance within the chamber headspace during measurements. Therefore, the additional elements to be considered with respect to the usual application of non-flooded agricultural soils consist of devices for: i) avoiding any unintended water disturbance that could overestimate fluxes, and ii) including rice plants within the chamber headspace to fully consider gases emitted through aerenchyma transportation.

The overall goal of this protocol is to measure greenhouse gas emissions from paddy fields using the static closed chamber technique. The measurement system needs specific adjustments due to the presence of both a permanent water layer in the field and of the plants within the chamber headspace.

Değerlendirme metan ve azot oksit Cerayanlar Paddy alanından aracılığıyla statik Headspace içinde bitki bakımı Chambers kapalı

This protocol describes the measurement of greenhouse gas (GHG) emissions from paddy soils using the static closed chamber technique. This method is based ...

Lab-Scale Model to Evaluate Odor and Gas Concentrations Emitted by Deep Bedded Pack Manure

A lab-scaled simulated bedded pack model was developed to study air quality and nutrient composition of deep-bedded packs used in cattle mono-slope facilities. This protocol has been used to effectively evaluate many different bedding materials, environmental variables (temperature, humidity), and potential mitigation treatments that can improve air quality in commercial deep-bedded mono-slope facilities. The model is dynamic and allows researchers to easily collect many chemical and physical measurements from the bedded pack. Weekly measurements, collected over the course of six to seven weeks, allows sufficient time to see changes in air quality measurements over time as the bedded pack matures. The data collected from the simulated bedded packs is within the range of concentrations previously measured in commercial deep-bedded mono-slope facilities. Past studies have demonstrated that 8 - 10 experimental units per treatment are sufficient to detect statistical differences among the simulated bedded packs. The bedded packs are easy to maintain, requiring less than 10 minutes of labor per bedded packs per week to add urine, feces, and bedding. Sample collection using the gas sampling system requires 20 - 30 minutes per bedded pack, depending on the measurements that are being collected. The use of lab-scaled bedded packs allows the researcher to control variables such as temperature, humidity, and bedding source that are difficult or impossible to control in a research or commercial facility. While not a perfect simulation of &#34;real-world&#34; conditions, the simulated bedded packs serve as a good model for researchers to use to examine treatment differences among bedded packs. Several lab-scale studies can be conducted to eliminate possible treatments before trying them in a research or commercial-sized facility.

A protocol has been developed to measure gases, odors, and nutrient composition in lab-scaled bedded manure packs, which can be used to study ways to improve air quality in commercial cattle facilities using deep-bedded manure packs.

Koku ve derin tarafından yayılan gaz konsantrasyonları değerlendirmek için laboratuvar ölçekli modeli paketi gübre Yataklı

A lab-scaled simulated bedded pack model was developed to study air quality and nutrient composition of deep-bedded packs used in cattle mono-slope ...

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

This protocol is an example of utilizing the eddy covariance (EC) technique to investigate spatially and temporally averaged net CO2 fluxes (net ecosystem production, NEP), in non-typical ecosystems, on a currently reforested windthrow area in Poland. After a tornado event, a relatively narrow &#8220;corridor&#8221; was created within surviving forest stands, which complicates such kind of experiments. The application of other measuring techniques, such as the chamber method, is even more difficult under these circumstances, because especially at the beginning, fallen trees and in general great heterogeneity of the site provide a challenging platform to perform flux measurements and then to properly upscale obtained results. In comparison with standard EC measurements carried out in untouched forests, the case of windthrow areas requires special consideration when it comes to the site location and data analysis in order to ensure their representativeness. Therefore, here we present a protocol of real-time, continuous CO2 flux measurements at a dynamically changing, non-ideal EC site, which includes (1) site location and instrumentation setup, (2) flux computation, (3) rigorous data filtering and quality control, and (4) gap filling and net fluxes partitioning into CO2 respiration and absorption. The main advantage of the described methodology is that it provides a detailed description of the experimental setup and measurement performance from scratch, which can be applied to other spatially limited ecosystems. It can also be viewed as a list of recommendations on how to deal with unconventional site operation, providing a description for non-specialists. Obtained quality-checked, gap filled, half-hour values of net CO2, as well as absorption and respiration fluxes, can be finally aggregated into daily, monthly, seasonal or annual totals.

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

The presented protocol uses the eddy covariance method at non-typical locations, applicable to all types of short-canopy ecosystems with limited area, on a currently reforested windthrow site in Poland. Details of measuring site setup rules, flux calculations and quality control, and final result analysis, are described.

Ideal olmayan Eddy Kovaryans sitelerinde CO2 fluxes ölçümleri

This protocol is an example of utilizing the eddy covariance (EC) technique to investigate spatially and temporally averaged net CO2 fluxes (net ecosystem ...

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of gamma rays created when neutrons interact with soil elements. The main parts of the INS system are a pulsed neutron generator, NaI(Tl) gamma detectors, split electronics to separate gamma spectra due to INS and thermo-neutron capture (TNC) processes, and software for gamma spectra acquisition and data processing. This method has several advantages over other methods in that it is a non-destructive in situ method that measures the average carbon content in large soil volumes, is negligibly impacted by local sharp changes in soil carbon, and can be used in stationary or scanning modes. The result of the INS method is the carbon content from a site with a footprint of ~2.5 - 3 m2 in the stationary regime, or the average carbon content of the traversed area in the scanning regime. The measurement range of the current INS system is &#62;1.5 carbon weight % (standard deviation &#177; 0.3 w%) in the upper 10 cm soil layer for a 1 hmeasurement.

Here, we present the protocol for in situ measurement of soil carbon using the neutron-gamma technique for single point measurements (static mode) or field averages (scanning mode). We also describe system construction and elaborate data treatment procedures.

Toprak karbon nötron-gama analizi statik ve modları tarama tarafından ölçümleri

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...

Mühendislik

Simulating Temperature in a Soil Incubation Experiment

The study of warming impact on soils requires a realistic and accurate representation of temperature. In laboratory incubation studies, a widely adopted method has been to render constant temperatures in multiple chambers, and via comparisons of soil responses between low- and high-temperature chambers, to derive the warming impact on soil changes. However, this commonly used method failed to imitate both the magnitude and amplitude of actual temperatures as observed in field conditions, thus potentially undermining the validity of such studies. With sophisticated environmental chambers becoming increasingly available, it is imperative to examine alternative methods of temperature control for soil incubation research. This protocol will introduce a state-of-the-art environmental chamber and demonstrate both conventional and new methods of temperature control to improve the experimental design of soil incubation. The protocol mainly comprises four steps: temperature monitoring and programming, soil collection, laboratory incubation, and warming effect comparison. One example will be presented to demonstrate different methods of temperature control and the resultant contrasting warming scenarios; that is, a constant temperature design referred to as stepwise warming (SW) and simulated in situ temperature design as gradual warming (GW), as well as their effects on soil respiration, microbial biomass, and extracellular enzyme activities. In addition, we present a strategy to diversify temperature change scenarios to meet specific climate change research needs (e.g., extreme heat). The temperature control protocol and the recommended well-tailored and diversified temperature change scenarios will assist researchers in establishing reliable and realistic soil incubation experiments in the laboratory.

Laboratory soil warming experiments usually employ two or more constant temperatures in multiple chambers. By presenting a sophisticated environmental chamber, we provide an accurate temperature control method to imitate the magnitude and amplitude of in situ soil temperature and improve the experimental design of soil incubation studies.

Toprak Kuluçka Deneyinde Sıcaklığı Simüle Etme

The study of warming impact on soils requires a realistic and accurate representation of temperature. In laboratory incubation studies, a widely adopted ...

Statik Chambers kullanma Tarım Topraklarının Sera Gazı Flux Ölçümü

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

Potansiyel Toprak Ekstrasellüler Enzim Aktivitelerinin Yüksek verim Florimetrik Ölçme

Bir Otomatik Sistem (GreenFeed) Kullanımı Ruminant Animals Enterik Metan ve Karbon Dioksit Emisyonları izlemek için

A CO

Ölçme Karbon bazlı Kirletici Mineralleştirme Kombine CO kullanma

Kalibre Pasif Örnekleme - NH Çok arsa Arazi Ölçümleri

Değerlendirme metan ve azot oksit Cerayanlar Paddy alanından aracılığıyla statik Headspace içinde bitki bakımı Chambers kapalı

Koku ve derin tarafından yayılan gaz konsantrasyonları değerlendirmek için laboratuvar ölçekli modeli paketi gübre Yataklı

Ideal olmayan Eddy Kovaryans sitelerinde CO₂ fluxes ölçümleri

Toprak karbon nötron-gama analizi statik ve modları tarama tarafından ölçümleri

Toprak Kuluçka Deneyinde Sıcaklığı Simüle Etme