XX Congreso Latinoamericano y XVI Congreso Peruano de la

XX Congreso Latinoamericano y XVI Congreso
Peruano de la Ciencia del Suelo
“EDUCAR para PRESERVAR el suelo y conservar la vida en La Tierra”
Cusco – Perú, del 9 al 15 de Noviembre del 2014
Centro de Convenciones de la Municipalidad del Cusco
EVALUACION DE PROCESOS DE DIGNOSTIGO Y
CONSERVACION DE GASES EN EL LABORATORIO DE GASES
DE EFECTO INVERNADERO EN EL CIAT, COLOMBIA
Chirinda, N.1; Loaiza, S.P1; Chaparro, P.A1; Arenas, L.N1; Botero, C.A1; Castro, A.1
Urrea, A.E 1; Hurtado, M.P 1
1Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) Cali, Colombia
*Autor de contacto: E-mail: [email protected], Km 17 recta Cali-Palmira
RESUMEN
La confiabilidad de los datos de emisiones de gases de efecto invernadero con la
metodología de la cámara estática cerrada depende de un buen muestreo y del manejo
de los viales. Para aumentar la credibilidad de los resultados del laboratorio de Gases de
Efecto Invernadero del CIAT se llevaron a cabo varios experimentos encaminados a
garantizar la calidad de los resultados. En campo, se realizó un experimento para
determinar las variaciones diurnas y nocturnas de emisiones Metano (CH4), Dióxido de
Carbono (CO2) y Óxido Nitroso (N2O) y provenientes del suelo. En el laboratorio, se
evaluó el tiempo apropiado para el almacenamiento de la muestra. Los resultados
muestran que para la región del Valle del Cauca los momentos más adecuados para la
toma de muestras se encuentran entre 4:00-7:00 am, 10:00-11:00 am y 4:00-5:00 pm,
8:00-9:00 pm. Para el almacenamiento de las muestras se utilizaron viales al vacío de 10
ml, los cuales presentaron algunos cambios en las concentraciones de dióxido de carbono
(CO2), sin embargo, CH4 y N2O podrían almacenarse por más de tres meses sin
comprometer la calidad de los datos. Los cambios más importantes en los resultados se
han registrado en los procedimientos de muestreo (tiempo para las mediciones y
reducción de costos) y la calidad de los resultados en el laboratorio, los cuales son
fundamentales para mejorar la confiabilidad de los resultados.
Palabras clave: Emisiones de Gases de Efecto Invernadero; Conservación de muestras.
INTRODUCCION
El laboratorio de Gases de Efecto Invernadero del CIAT pertenece al grupo de suelos –
LAC, el cual desarrolla investigaciones sobre parámetros ambientales como Emisiones de
Gases de Efecto Invernadero, Dinámica de Carbono y Nitrógeno, asociados al efecto del
cambio climático; formulando alternativas
de solución a problemas ambientales
destacándose por la calidad y confiabilidad de sus servicios, mejorando constantemente
sus técnicas y metodologías de análisis, posicionándose por su seriedad y eficiencia de
los servicios de toma de muestras y análisis integral de los resultados obtenidos.
Dentro de la creciente necesidad de mejorar la precisión en la estimación de los flujos de
carbono y nitrógeno en una amplia gama de escalas. Las metodologías basadas en
cámaras son probablemente el método más utilizado para el estudio de los flujos de CO2 y
otros gases en la superficie del suelo. (Norman et al., 1997; Davidson et al., 2002; Xu et
al., 2006; Heinemeyer y McNamara, 2011). Para el monitoreo de los flujos de GEI entre el
suelo y la atmósfera, se utiliza la Técnica de la Cámara Cerrada (Closed-Chamber
Technique o CCT) (Rondón, 2000; Montenegro y Abarca, 2002). Esta técnica es muy
utilizada en el muestreo de gases de efecto invernadero por su facilidad de operar,
rapidez y costos relativamente más bajos si se compara con otras técnicas, como las
técnicas micrometeorológicas (Holland et al., 1999).
A través de los años los investigadores han trabajado en diseñar e implementar mejoras
en los diseños y protocolos de muestreo existentes con el fin de minimizar los errores de
estimación, de los cuales se obtienen los datos que alimentan los modelos matemáticos
que intentan predecir la evolución de las emisiones, igualmente poder obtener mayor
confiabilidad cuando se realizan comparaciones entre diferentes investigaciones
(Christiansen et al., 2011; Livingston y Hutchinson, 1995).
Por lo tanto el laboratorio de GEI ha desarrollado algunos procesos para conocer el
periodo más óptimo para la toma y conservación de la muestra.
MATERIALES Y METODOS
Localización del experimento
El experimento comprende dos ensayos, uno se llevó a cabo en parcelas experimentales
y el segundo se desarrolló en el laboratorio de Gases de Efecto Invernadero del Centro
Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), en el municipio de Palmira, departamento del
Valle del Cauca, Colombia.
Diseño del experimento
El primer experimento sé llevo a cabo en dos días de muestreo en campo del 29 – 30
Abril del 2014, 13 – 14 Mayo del 2014, en parcelas experimentales en un lote de Maíz
utilizando la técnica de la cámara estática cerrada (Rondón, 2000; Montenegro y Abarca,
2002), donde se realizó el muestreo de gases a través de la metodología tradicional
donde se colecta 4 muestras de gases por cámara cada dos horas durante veinticuatro
horas. Las variables respuesta serán los flujos de gases medidos con la metodología
tradicional, para estimar las variaciones diurnas y nocturnas de las emisiones de GEI para
establecer un momento óptimo para realizar las mediciones (Figura 1).
El segundo experimento se desarrolló en el laboratorio de gases para estimar el periodo
en el cual los viales utilizados convencionalmente en el laboratorio conservan
adecuadamente las concentraciones de los gases durante su almacenamiento (Figura 2).
Figura 1. Toma de muestra durante 24 horas.
muestra
Figura 2. Conservación de la
Procedimiento de muestreo
Se utilizan frascos de vidrio con vacío de 20 ml con un septum de un material
impermeable al metano y agrafes de aluminio de 20 mm, los cuales se colocan
herméticamente sobre el septum para sellar efectivamente el frasco y evitar pérdida de la
muestra; Al iniciar la evaluación, se ubicaran los anillos de PVC (diámetro 25 cm, altura 8
cm) en cada parcela. La parte inferior de los anillos se entierra 5 cm en el suelo. Los
anillos deben permanecer en las parcelas durante todo el estudio.
Al momento del muestreo, se coloca la cámara de PVC sobre el anillo previamente
instalado en la parcela. La parte superior de la cámara posee una tapa de goma o septum
de 1 cm de diámetro, por la cual se toman las muestras de aire, utilizando una jeringa de
plástico con válvula adaptada.
Por cada cámara, se toman muestras de 20 ml de aire a partir de la instalación de la
cámara, luego se eliminan 5 ml y los restantes 15 ml se transfieren a frascos de vidrio a
los que previamente se les ha hecho vacío por medio de un liofilizador, se evalúan
tiempos de 0, 15, 30 y 45 minutos cada dos horas hasta completar las 24 horas, cada
muestra se identificó con un código con la información: cámara (1-3), parcela (1-5), tiempo
(0, 15, 30, 45 minutos) ,temperatura, hora y fecha de muestreo.
Las muestras de aire fueron analizadas en el laboratorio de gases de efecto invernadero
en CIAT para la determinación de las concentraciones de CH4,CO2 y N2O utilizando un
cromatógrafo de gases Shimadzu ® GC-2014 con detectores FID, ECD y
METHANIZADOR.
Conservación de la muestra
Para el segundo ensayo, el cual tuvo una duración de 141 días; se probó el vacío de 80
viales separados en cuatro plataformas utilizando un liofilizador, en donde se separó un
set de muestras en cuatro días distintos, posteriormente se realizó la inyección del
estándar certificado ( CO2: 2000 ppm, CH4:10 ppm y N2O: 1 ppm) , respectivamente a
cada vial, estos se almacenaron en cajas de cartón en una estantería en el laboratorio; las
mediciones de las concentraciones de realizaron de igual manera con un cromatógrafo de
gases SHIMADZU GC-2014, seleccionando dos viales por cada nivel durante los días 1,
14, 22, 36, 63, 92, 121, 141, respectivamente.
Análisis de Resultados
Se llevara a cabo un análisis exploratorio de los datos, mostrando graficas representativas
por medio del software SigmaPlot, determinando la desviación estándar y el error
promedio estándar.
RESULTADOS Y DISCUSION
De acuerdo a los resultados obtenidos, para cuantificar emisiones que sean
representativas es de gran importancia establecer la hora optima del día que refleje las
condiciones del muestreo, Por esta razón dependiendo de la temperatura y de las
emisiones evaluadas, se puedo establecer un criterio de cuál es la hora más apropiada
para representar dichas emisiones con el factor de emisión determinando el rango de
horas optimo para la toma de muestras que es entre las 4:00-7:00 am, 10:00-11:00 am y
4:00-5:00 pm, 8:00-9:00 pm, siendo 10:00-11:00 am la hora más práctica para la toma de
la muestra, dado a que podrían estar interviniendo los procesos biológicos de
transformación del carbono y el nitrógeno del suelo favoreciendo la
actividad de
microorganismos.
Cuantificación de la conservación de la muestra en viales al vacío
De acuerdo al rango de exactitud analítica del estándar scotty (10%) que se evalúo para
determinar el tiempo optimo de conservación del metano, dióxido de carbono y óxido
nitroso en viales al vacío, se obtuvieron los siguientes resultados; en las concentraciones
de metano y óxido nitroso se conserva la concentración del estándar entre los intervalos
de exactitud analítica durante los 141 días de análisis garantizando la calidad de la
muestra durante el tiempo de conservación; no obstante, las concentraciones de dióxido
de carbono disminuyen de manera progresiva durante el tiempo de análisis, esto puede
estar asociado a la difusión del gas desde un área de alta concentración a una de baja
concentración distribuyéndose de forma unitaria dentro del vial, igualando a la
concentración del ambiente como se muestra en el gráfico, además del cambio de
temperatura en la conservación de la muestra y el diámetro de la perforación de aguja
dentro septum de goma favorece la velocidad de difusión gas (grafica 3).
Grafica 1. Variación en el día de flujos promedios de metano y óxido nitroso.
34
1.5
32
1.0
30
0.5
28
0.0
26
-0.5
24
-1.0
22
-1.5
20
AM 0AM 0AM 0AM 0AM 0AM 0PM 0PM 0PM 0PM 0PM 1PM
0
0
0
0
0
0
0
1
01
:0
:0
:0
03:
5:
7:
9:
1:
5:
7:
0-3
-9
11
:0
0000000:0
00
00
0:0
:0
:0
:0
:0
:0
:0
12
10
:0
2:
8:
02
04
06
08
12
04
06
10
Tiempo (Horas)
FLujo de CH4
Temperatura (°C)
Temperatura (°C)
-1 -1
Flujo de CH4 (g CH4-C ha h )
2.0
Grafica 2. Emisiones de Metano y Óxido nitroso en relación con la temperatura ambiente.
Grafica 3. Variación en las concentraciones de metano, dióxido de carbono y óxido nitroso en viales (estándar
comercial) almacenado durante 141 días promedio. Las líneas rojas indican las concentraciones de gases en
las normas comerciales (± 10%). Barra de error representan el error estándar.
CONCLUSIONES
A partir del ensayo preliminar de variación de emisión diaria diurna se pudo establecer
que la temperatura es un factor importante en el momento de determinar la hora
representativa del muestreo; de acuerdo a los resultados obtenidos en el lote
experimental ubicado en CIAT, no se muestran variaciones significativas durante el día
de evaluación presentando poca variabilidad en las emisiones. Por esta razón es de
importante determinar, cuáles son las condiciones climatológicas de cada región de
evaluación para establecer un criterio en que horas del día se pueden tener mayores
emisiones con el aumento de la temperatura.
En cuanto a las emisiones no se observa una variabilidad significativa lo que puede estar
asociado a la temperatura constante durante la evaluación en el lote experimental que
pueda favorecer la actividad biológica del suelo.
Respecto a la conservación de Dióxido de carbono en viales al vacío se determinó que la
alta concentración presente en el ambiente y en el vial favorece la difusión del gas hacia
la atmosfera, por esta razón se realizan pruebas de conservación en un ambiente libre de
CO2 y concentraciones bajas para corroborar este factor.
BIBLIOGRAFIA
•
Christiansen, J. R., Korhonen, J. F. J., Juszczak, R., Giebels, M., & Pihlatie, M.
(2011). Assessing the effects of chamber placement, manual sampling and
headspace mixing on CH4 fluxes in a laboratory experiment. Plant and Soil, 343(12), 171–185.
•
Davidson, E.a, K Savage, L.V Verchot, and Rosa Navarro. (2002). Minimizing
Artifacts and Biases in Chamber-Based Measurements of Soil Respiration.
Agricultural and Forest Meteorology 113(1-4): 21–37.
•
Heinemeyer, A., & McNamara, N. P. (2011). Comparing the closed static versus
the closed dynamic chamber flux methodology: Implications for soil respiration
studies. Plant and Soil, 346(1-2), 145–151. doi:10.1007/s11104-011-0804-0.
•
MONTENEGRO, J y ABARCA, S. 2002. Los sistemas silvopastoriles y el
calentamiento global: un balance de emisiones. Agronomía Costarricense 26 (1).
pp. 17-24
Norman, J.M., C.J. Kucharik, S.T. Gower, D.D. Baldocchi, P.M. Crill, M.B. Rayment,
K. Savage, and R. G. S. (1997). A comparison of six methods for measuring soilsurface carbon dioxide fluxe. J. Geophys. Res. 102, 28,771–28,777.
•
•
RONDÓN M, 2000. Land use and balances of greenhouse gases in Colombian
Tropical Savannas. Ph.D. Thesis. Cornell University. USA. p. 211.
•
Xu, L., Furtaw, M. D., Madsen, R. A., Garcia, R. L., Anderson, D. J., & Mcdermitt, D.
K. (2006). On Maintaining Pressure Equilibrium Between a Soil CO2 Flux Chamber
and the Ambient Air. Biosciences, Li-cor, 20.