Real-Time Measurement of CH4 and CO2 Concentrations for Estimating Methane Emissions from Rice Fields

Význam tématu

Emise metanu (CH₄) z rýžových polí představují významný zdroj skleníkových plynů s působením přibližně 28× silnějším než CO₂. Monitorování koncentrací CH₄ a CO₂ v reálném čase je klíčové pro kvantifikaci emisí a optimalizaci zemědělských postupů zaměřených na snižování dopadu na klima.

Cíle a přehled studie / článku

Tento článek představuje aplikaci přenosného plynového analyzátoru Shimadzu CGT-7100 k nepřetržitému měření koncentrací CH₄ a CO₂ uvnitř uzavřené komory umístěné na rýžovém poli. Cílem je stanovit metanový tok (flux) a vyhodnotit dynamiku uvolňování metanu cestou přes rostlinu i přímým uvolněním bublin.

Použitá metodika a instrumentace

• Metoda uzavřené komory: Komora nasazuje na měřenou plochu půdy, pravidelně se odbírají vzorky v intervalu a měří se změny koncentrací plynů.
• Přístroj CGT-7100: Integrovaný pumpa, filtr, elektronický chladič pro odvlhčení, NDIR detekce CH₄ a CO₂, volitelně O₂ měření metodou pevného elektrolytu.
• Podmínky měření: Průtok vzorku 100 mL/min, rozsah 0–200 ppm pro CH₄, 0–1000 ppm pro CO₂, možnost recirkulace bez ztráty vzorku.

Hlavní výsledky a diskuse

Analyzátor zaznamenal prudký nárůst koncentrace CH₄ až na 80 ppm krátce po nasazení komory, což odpovídá uvolnění bublin z půdy. Následně koncentrace rostly postupně podle produkce mikroorganismy v anaerobních podmínkách. Metanový tok byl vypočítán jako změna koncentrace v čase vztažená k objemu komory a ploše základny. Naopak CO₂ vykazoval kolísavý trend ovlivněný fotosyntézou rostlin, kdy snížení světla uvnitř komory omezilo absorpci plynu.

Přínosy a praktické využití metody

• Mobilita přístroje umožňuje měření přímo u polí, bez nutnosti externích jednotek.
• Vestavěné předúpravné prvky zajišťují spolehlivost a minimalizují údržbu v terénu.
• Umožňuje kontinualní sledování emisí při změnách vodního režimu či hnojení.
• Data se ukládají na USB a lze je dál zpracovat na PC nebo sdílet vzdáleně.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace bezdrátové komunikace a cloudového ukládání pro on-line monitoring rozsáhlých ploch.
• Rozšíření metody o další skleníkové plyny a současné sledování O₂ pro komplexní bilanci.
• Automatická detekce náhlých výronů bublin pomocí algoritmů strojového učení.
• Využití v různých agro-ekosystémech a při hodnocení účinnosti opatření na klimatickou adaptaci.

Závěr

Přenosný analyzátor CGT-7100 prokázal schopnost spolehlivě měřit v reálném čase koncentrace CH₄ a CO₂ v uzavřené komoře na rýžovém poli. Díky robustnímu provedení a integrovaným předúpravám nabízí efektivní nástroj pro kvantifikaci metanových emisí a podporuje vývoj ekologičtějších postupů v zemědělství.

Reference

1. Chamber method for gas exchange measurements – envbio.osakafu-u.ac.jp, 2015.
2. Tanaka et al., Atmos. Environ. 36(6):A59, 2002.
3. Yamanishi et al., Atmos. Environ. 36(2):A15, 2002.
4. Guidelines for estimating methane emissions – agrmet.jp, 2023.
5. MIRSA measurement protocol – naro.affrc.go.jp, 2025.