1. Diseño experimental
La red de monitoreo estará compuesta inicialmente por 9 sitios de muestreo distribuidos en las principales zonas agrícolas del país (ver Mapa de sitios). Se realizaron mediciones una vez por mes durante al menos un año, comenzando en el mes de la siembra del cultivo de soja del año 2013 (este puede ser distinto para cada sitio). Los sitios se ubicaron sobre los suelos agrícolas dominantes de la zona.
En cada sitio experimental se realizaron 4 repeticiones de los tratamientos con 2 submuestras y en algunos casos se realizaron 3 repeticiones con 3 submuestras. Se entiende por repetición a un lote o sector independiente, mientras que las submuestras son las bases ubicadas dentro del mismo lote o parche de vegetación natural.
Se seleccionaron 3 tratamientos de distinto uso del suelo (Figura 1): vegetación natural, cultivo de soja y otro cultivo común en la zona. Como mínimo en todos los sitios se contó con soja y vegetación natural en cada repetición y se agregó otros cultivos según disponibilidad, o distintos manejos del mismo cultivo (ej. siembra directa y convencional).
Los cultivos agrícolas fueron ubicados sobre lotes agrícolas comerciales y tratados según el manejo modal de la zona con respecto a la fecha de siembra, fertilización (fecha, producto y dosis), tipo de labranza y control de plagas y malezas.
Figura 1. Esquema del diseño experimental de una repetición de un sitio ideal sobre una imagen satelital, mostrando los 3 tratamientos (pastizal, soja y otro cultivo) y las 2 submuestras por tratamiento.
La cobertura de referencia representa la línea base, lo cual posibilita diferenciar y comparar las emisiones antropogénicas con las generadas naturalmente. Se considera cobertura de referencia a la vegetación original de la región (previa a la actividad agrícola). En aquellos sitios ubicados en la región pampeana, donde la vegetación original es pastizal pero actualmente no existan situaciones conservadas, se tomaron coberturas de gramíneas perennes sin manejo ganadero y que poseían elevados contenidos de materia orgánica en el suelo. Se evitaron pasturas o pastizales con leguminosas exóticas, ya que aumentan sensiblemente los contenidos de N en el suelo.
Los 3 tratamientos fueronr localizados a la menor distancia posible unos de otros, sobre suelos de la misma serie y con contenidos texturales semejantes (idealmente una variación en el contenido de arena menor al 5%) (Figura 2). En caso de no contar con los 3 tratamientos contiguos, se realizaron 2 pares de tratamientos con el formato cobertura perenne-soja y cobertura perenne-otro cultivo (Figura 3).
Figura 2. Esquema del diseño experimental de un sitio ideal, conformado por 3 repeticiones, 3 tratamientos por repetición (Cultivo A; cultivo B y Cobertura perenne), y 3 submuestras por tratamiento (puntos azules).
Figura 3. Esquema del diseño de una repetición, en caso de no contar con los 3 tratamientos apareados.
2. Caracterización de los sitios
Se realizó un muestreo inicial del suelo para caracterizar los sitios. En cada sitio y para cada tratamiento de cada repetición se extrajeron 3 muestras de suelo de 0-10 cm que se mezclaron formando una muestra compuesta y se determinaron las siguientes variables:
- C orgánico total
- N orgánico total
- pH
- Textura
- Fósforo
- CIC
3. Metodología de muestreo
3.1. Muestreo mensual de N2O
- Periodicidad y hora de muestreo
El muestreo se realizó según la metodología de cámaras estáticas y bases detallada en el USDA-ARS GRACEnet Project Protocols (Parkin and Venterea 2010). A continuación se describen, de manera simplificada, los procedimientos detallados en dicho protocolo. Ante cualquier duda se recomienda referirse al mismo. A su vez, se incluyen algunos puntos incorporados en base a las experiencias propias de los integrantes de la red, que no están mencionados en el protocolo.
- Periodicidad y hora de muestreo
Se realizó un muestreo mensual de N2O en cada sitio procurando que sean equidistantes en el tiempo (el mismo día de cada mes). En base a los trabajos publicados por Cosentino y colaboradores (2011) y Alves y colaboradores (2011), las muestras se tomaran idealmente a en el horario de 9 a 12 hs. Eventualmente si no hay opción se podrán tomarmediciones a la tarde por cuestiones de logística.
- Tiempos de extracción
Las extracciones de aire de cada cámara se realizó en 3 momentos consecutivos (t0, t1 y t2) con intervalos regulares. La tasa de emisión de N2O se calculó en función del aumento de la concentración en el tiempo, usando estos 3 momentos. Dado que las cámaras no deben quedar instaladas por más de 60 minutos, se recomienda tomó t0, t1 y t2 en alguna de estas dos alternativas: a 0, 15 y 30 minutos, ó 0, 20 y 40 minutos respectivamente.
- Bases
La cámara fue apoyada sobre una base metálica de por los menos 5 cm de profundidad. El sellado del sistema cámara-base se realizó con agua o algún otro material. La base fue colocada con anterioridad a la medición. El tiempo transcurrido desde la colocación de la cámara hasta la medición quedó a criterio del investigador pero no fue menor a un día. En el caso del cultivo, la base fue colocada de modo que ocupara una parte del surco y del entresurco. Con el objetivo de captar la variabilidad espacial de las emisiones de N2O, evitar la generación de microclimas dentro de la base por acumulación de agua y permitir la extracción de muestras de suelo del interior de la cámara, las bases fueron removidas luego de cada muestreo y reubicadas al azar dentro de la parcela para el próximo muestreo.
La base siempre sobrepasó el nivel del suelo pero sólo lo necesario para asegurar un buen ensamble con la cámara, de lo contrario afectaría la zona a muestrear (por sombreado, retención de agua y/o cambios en la velocidad del viento. Se evitó compactar el suelo durante el colocado de la base. En el caso en que la base no penetrará fácilmente se utilizó un cuchillo para cortar al suelo sin compactar. Se utilizó un pisón o una maza para enterrar las bases y un nivel de burbuja para asegurar la horizontalidad de la cámara.
- Corte de vegetación
La vegetación presente en el interior de la fue cortada y removida previo al muestreo a una altura de 5-10 cm desde el suelo, dependiendo de la cantidad de biomasa presente. Se buscó que la biomasa remanente no ocupe un volumen considerable de la cámara.
- Extracción de la muestra
La extracción de gas de la cámara se realizó utilizando una bomba de vacío manual acoplada a un sistema de válvulas y mangueras que permiten el vaciado del vial y la posterior extracción del gas de la cámara. Cada extracción fue constituida por 3 ciclos de “vaciado y llenado” para asegurar con los 2 primeros ciclos la purga del vial y de las mangueras. El período de “llenado” de cada ciclo fue de 20 segundos.
- Almacenado de muestras
Luego de realizarse la extracción, los viales deben fueron sellados con silicona o esmalte para uñas y almacenados en una conservadora a temperatura ambiente, sin hielo, de modo que no sufran cambios bruscos de temperatura que generen aumento o disminución de presión dentro del vial.
3.2. Datos auxiliares
- Temperatura de aire
Se registró la temperatura del aire al comienzo y al final de las extracciones de muestras de gas usando un termómetro de aire ubicado a la sombra.
- Temperatura del suelo
Se registró la temperatura de suelo a los 0-10 cm. El dato se tomó en el momento de la extracción de gas de la cámara en el T1.
- Muestras de suelo
Se tomaron muestras de suelo del interior de la base una vez finalizada la muestra de gas para la posterior determinación de humedad y N inorgánico. La muestra de suelo fue compuesta al menos por 3 sub-muestras de 0-10 cm extraídas con un barreno recto (no helicoidal) de 2 cm de diámetro.
- Densidad aparente
Se tomaron muestras de suelo de 0-10 cm dentro de cada base una vez finalizada la muestra de gas. Para determinar la densidad aparente se utilizo un muestreador de densidad aparente de 5 cm de diámetro o la muestra de suelo tomada para la determinación de humedad y N inorgánico. En caso de usar las muestras de suelo detalladas en el punto 4.2.3, dichas muestras fueron tomadas conservando la masa de suelo perfectamente cilíndrica, intentando no perder muestra del barreno y cortar con precisión a los 10 cm para poder conocer el volumen de suelo extraído.
- Biomasa
Con el objetivo de contar con un estimador de la biomasa verde en pie al momento de muestreo se determinó la cobertura vegetal de cada tratamiento y se registró el estado ontogénico de los cultivos. El estado ontogénico se determinó según la escala de Fehr y Caviness para el cultivo de soja, Ritchie y Hanway para el cultivo de maíz y Zadoks para el cultivo de trigo. Para determinar la cobertura vegetal se tomarón fotos a una altura de 1.5 metros (o más si la vegetación está muy alta) arriba de cada base, evitando las sombras y con la cámara de fotos en modo automático. Con esas fotos se calculó la proporción de pixeles verdes con el programa CobCal (www.cobcal.com.ar/). En algunos sitios ademas se tomaron mediciones con un sensor de indice de vegatación (IVN) tipo SKYE, tres mediciones por lote o parche muestreado (3 submuestras) en cada fecha de muestreo.
3.3. Análisis de muestras
- Muestras de aire para determinar N2O
Las muestras de aire extraídas se analizaron en un cromatógrafo gaseoso (ver Laboratorio de Servicios Analíticos). Los análisis de N2O fueron realizados rápidamente, sin dejar pasar más de 1 semana entre colección y análisis. Las muestras fueron conservadas a temperatura ambiente, sin refrigerar con hielo, en conservadoras.
- Muestras de suelo
- Humedad
Con las muestras de suelo extraídas se determinó el contenido gravimétrico de agua. Para calcularlo, homogeneizó la muestra y se peso una alícuota de aproximadamente 5 gramos de suelo fresco en una balanza analítica y se secó en estufa a 105 °C por 48 hs. Luego se volvió a pesar en la misma balanza para estimar la pérdida de agua. Con el dato de humedad gravimétrica y de densidad aparente se calculó la humedad volumétrica del suelo y posteriormente el porcentaje de poros llenos de agua (WFPS).
- Nitrato y amonio
Con las muestras de suelo se determinó el contenido de nitrato y amonio del suelo por destilación o colorimetría.
3. Diseño de cámaras y bases.
El diseño de las cámaras y bases se ajusto para cumplir con el protocolo GRACEnet. Las cámaras fueron de tipo ventiladas. Los tubos de ventilación deben cumplir con las medidas propuestas por GRACEnet.
4. Procedimiento para la toma de muestras
- Corte de vegetación en pie dentro de la base
- Limpiar la canaleta de la bases de las cámaras y llenar con agua procurando no volcar agua dentro de la base.
- Colocar termómetros de aire a la sombra y registrar temperatura inicial.
- Colocar las cámaras sobre las bases con el tubo de ventilación para el lado opuesto a dónde viene el viento y registrar la hora.
- Inmediatamente después de colocada la cámara se debe realizar la primera extracción de la muestra de aire adentro de la cámara (t0).
Extracción de una muestra de aire usando bomba de vacío.
- Conectar el vial a la jeringa de la bombaAbrir la válvula de la cámara.
- Poner la válvula de la bomba en posición, de modo de conectar el vial con la bomba
- Bombear para generar vacío en el vial hasta que la presión alcance los -25 MP (para bombas marca Mytivac).
- Mover las válvulas de manera que se cargue el vial con el gas de la cámara. Mantener cargando durante 20 segundos.
- Repetir los pasos c, d y e dos veces.
- Luego de la 3er “carga”, retirar el vial, cerrar la válvula de la cámara, sellar el vial con silicona y guardarlo en la conservadora.
- Realizar la 2da extracción de muestra de aire (t1) a los 15 ó 20 minutos, según corresponda. Mientras se toma la muestra de aire, registrar la temperatura de suelo.
- Realizar la 3ra extracción de muestra de aire (t2) a los 30 ó 40 minutos de la inicial.
- Retirar las cámaras.
- Registrar temperatura de aire final.
- Registrar estado ontogénico de los cultivos.
- Tomar fotografías para el cálculo de cobertura vegetal.
- Extraer muestras de suelo para análisis de humedad, NO3 y NH4. Sacar 2 ó 3 submuestras de cada cámara
- En caso de no usar la misma muestra para densidad aparente, tomar la muestra con el cilindro específico para muestreo de densidad.
- Desenterrar las bases y colocarlas nuevamente para la próxima medición.
5. Bibliografía
Baker J., Doyle G., McCarty G., Mosier A., Parkin T., Reicosky D., Smith J. & Venterea R. (2003). Chamber-based Trace Gas Flux Measurement Protocol. USDA-ARS GRACEnet.
Cosentino, V.R.N, Fernández, P.L, Figueiro Aureggi, S.A y Taboada, M.A. 2011. N2O emissions from a cultivated mollisol: optimal time of day for sampling and the role of soil temperature.
Denmead O. T. (2008) Approaches to measuring fluxes of methane and nitrous oxide between landscapes and the atmosphere. Plant Soil 309:5–24
Levingston G. P. & Hutchinson G. L. (1995) Enclosure-based measurement of trace gas exchange: applications and sources of error. Chapter 2 of Biogenic Trace gases: Measuring emissions from Soil and Water. Matson P. A. & Harriss R. G.
Parkin, T.B. and Venterea, R.T. 2010. Sampling Protocols. Chapter 3. Chamber-Based Trace Gas Flux Measurements. IN Sampling Protocols. R.F. Follett, editor. p. 3-1 to 3-39. Available at: www.ars.usda.gov/research/GRACEnet
Parton, W. J., Hartman, M., Ojima, D. and Schimel, D. 1998. DAYCENT and its land surface submodel: description and testing. Global and Panetary Change 19: 35-48.