“Pooling” de muestras de GEI para economizar los recursos analíticos disponibles

Las cámaras estáticas constituyen un método muy extendido, y reconocido por la comunidad científica internacional, para la medida de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en suelos naturales. Sin embargo, el número de muestras generadas puede ser elevado, con las consiguientes dificultades analíticas. El “pooling” de gases puede ser una solución ante esta problemática. En el presente post, Eugenio Díaz Pinés, investigador del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) alemán y coautor del trabajo “Gas pooling: A sampling technique to overcome spatial heterogeneity of soil carbon dioxide and nitrous oxide fluxes”, publicado recientemente en Soil Biology and Biochemistry, nos sumerge en esta interesante técnica de medida de GEI. Eugenio participa en la organización del Taller Suelo/Planta que se desarrollará en el próximo workshop de Remedia (Valencia, 10-11 Abril).

El fundamento de las mediciones con cámaras estáticas es la creación de un volumen de aire en contacto con la superficie del suelo y aislado del exterior; los cambios en las concentraciones de GEI a lo largo del tiempo son debidos a procesos de intercambio de dichos gases entre el suelo y la atmósfera. Normalmente, para medir la evolución de las concentraciones en el tiempo, se toman una serie de muestras (3-6) tras el cierre de la cámara que, posteriormente, son analizadas en cromatógrafo de gases. Un sencillo cálculo permite obtener la tasa de emisión y/o captación de una determinada molécula por unidad de tiempo y de superficie de suelo.

La combinación de cámaras estáticas con cromatografá de gases es un sistema de coste relativamente bajo y versátil. Sin embargo, un problema intrínseco al estudio de emisiones de GEI del suelo es su elevada variabilidad, tanto espacial como temporal. Específicamente, la variabilidad espacial provoca que haya que colocar un número relativamente elevado de cámaras en cada una de las unidades de muestreo (réplicas o pseudoréplicas, dependiendo de la configuración del experimento). Teniendo en cuenta que para obtener un valor individual de emisión y/o captación a nivel de cámara son necesarias de 3 a 6 muestras, resulta fácil entender cómo el número de muestras necesarias para obtener valores robustos de emisiones se multiplica y excede rápidamente las capacidades analíticas de la mayoría de los laboratorios. Y esto resulta especialmente evidente a la hora de estudiar ecosistemas complejos (con muchos usos del suelo) o experimentos que consideran gran número de tratamientos.

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Es por eso que la búsqueda de nuevos métodos que optimicen tanto las mediciones en campo como los instrumentos de medición disponibles se hace necesaria. En el artículo recientemente publicado en la revista Soil Biology and Biochemistry, sus autores aplicarón el concepto de “pooling”, por el que, uniendo físicamente una serie de submuestras individuales, se obtiene una única muestra compuesta a analizar. Este enfoque es habitual en en el caso de muestras sólidas (suelo, vegetación) y/o líquidas (agua) pero no se había aplicado hasta ahora en muestras gaseosas.

En el caso que nos ocupa, el diseño experimental se basó en un set de 5 cámaras estáticas, de las que se tomó una muestra de 10 ml de aire en cada una de ellas inmediatamente después de su cierre. El volúmen de aire se tomó con la misma jeringuilla en todas las cámaras, de tal forma que el resultado final fueron 50 ml de aire procedentes de las 5 cámaras. Posteriormente, y en intervalos de tiempo regulares, el procedimiento se repitió, obteniéndose una muestra cada vez. De esta forma, al final del proceso se obtuvo una serie de muestras representativas de la evolución en el tiempo de la concentración de N2O y CO2 en las 5 cámaras objeto de estudio. Los autores pudieron calcular entonces una tasa de emisión y/o captación representativa de las 5 cámaras. Como desventaja, se pierde información sobre la variabilidad espacial a nivel de parcela.

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Para comprobar la efectividad de la técnica “pooling”, se comparó dicha técnica con la técnica tradicional. Para ello, se trabajó en tres ecosistemas diferentes; pasto, bosque y terreno agrícola. Durante un periodo aproximado de un mes se muestreó regularmente usando la técnica del “pooling” y, de forma simultánea, en cada una de las cámaras de forma individual. De cara a evaluar la técnica bajo un rango amplio de emisiones, tanto el pasto como la zona agrícola se fertilizaron a mitad de experimento.

Las medias de las cinco cámaras y el valor obtenido mediante pooling variaron muy poco, situándose los valores obtenidos por pooling dentro del coeficiente de variación de las cámaras en la mayoría de las ocasiones. Al comparar las medias a lo largo de todo el periodo de observación, los valores variaban entre un 1.6 y un 8.3 % para el CO2 y entre 3 y 4 % para el N2O, valores dentro del rango de incertidumbre de las estimaciones obtenidas. En este experimento, el número de muestras necesario se redujo por un factor de 5: se generaron 15 muestras (viales) por día de muestreo, frente a 75 con el método convencional.

Por lo tanto, el estudio mostró que la técnica es válida para reducir el número de muestras a analizar, sin disminuir de forma significativa los valores de emisiones obtenidos. Esto resulta de gran utilidad cuando el número de tratamientos o el número de usos del suelo a estudiar es elevado. A modo de ejemplo: se pueden usar 25 cámaras agrupadas en 5 grupos, en vez de usar únicamente 5 cámaras. Esto permitiría recoger mejor la heterogeneidad espacial, manteniendo el número de muestras a analizar; eso así, a costa de unos costes de personal y disponibilidad de cámaras mucho mayores. Alternativamente, en vez de disponer de una parcela con cinco cámaras, se podría disponer de 5 parcelas con cinco cámaras cada una. De esta forma, la pseudo-replicación sería eliminada. O simplemente, tan y como se hizo en nuestro experimento, usar 5 cámaras por parcela, obteniendo un valor único a nivel de parcela.

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En resumen, la aplicación del “pooling” no exime al investigador de un diseño experimental sólido, en el que la elección de parcelas (y de la posición de las cámaras) se haga de forma consecuente a la pregunta que se trata de resolver. A partir de ahí, el “pooling” abre un abanico de posibilidades encaminadas a mejorar la eficiencia de los recursos disponibles.

Este trabajo forma parte del proyecto SAMPLES (Standard Assessment of Mitigation Potential and Livelihoods in Smallholder Systems), englobado dentro de la iniciativa CCAFS (Climate Change, Agriculture and Food Security).

Ref: Cristina Arias-Navarro; Eugenio Díaz-Pinés; Ralf Kiese; Todd S. Rosenstock; Mariana C. Rufino; David Stern; Henry Neufeldt; Louis V. Verchot; Klaus Butterbach-Bahl. 2013. Gas pooling: A sampling technique to overcome spatial heterogeneity of soil carbon dioxide and nitrous oxide fluxes. Soil Biology and Biochemistry, 67, 20–23.

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