Agronomie 17 (1997) 375-388
DOI: 10.1051/agro:19970802

Field comparison of nitrous oxide emission measurements using micrometeorological and chamber methods

P. Laville^a, C. Hénault^b, P. Renault^c, P. Cellier^a, A. Oriol^c, X. Devis^b, D. Flura^a and JC Germon<sup>b

a</sup>  Unité de recherches en bioclimatologie, Inra, 78850 Thiverval-Grignon, France
^b  Centre de microbiologie du sol et de l'environnement, Inra, 17, rue de Sully, 21034 Dijon cedex, France
^c  Unité de science du sol, Inra, domaine Saint-Paul, site Agroparc, 84914 Avignon cedex 9, France

Abstract - In order to check the reliability of micrometeorological and chamber methods for the measurement of N₂O fluxes at the 'soil-atmosphere' interface, an experiment using these two methodologies was performed in autumn on a bare soil fertilized with 150 kg N-NH₄NO ₃ ha^-1. Micrometeorological measurements were continuously taken using either the gradient or eddy correlation methods, the N₂O gas mixing ratio being measured with a tunable diode laser absorption spectrometer. N₂O emission fluxes were also monitored in two automatic chambers during two 3-h periods every day, ie, around midday and midnight, whereas 16 manual chambers were monitored only around midday. Areas over which the fluxes were measured ranged from 0.18 and 0.49 m² for the manual and automatic chambers, respectively, to more than 10⁴ m² for the micrometeorological methods. Additional soil variables were obtained, including the soil bulk density profile, water content, temperature and N-NO₃ ^- and N-NH₄⁺ concentrations. The different methods provided similar estimates of N₂O fluxes with an average over the whole of the common measurement period of around 6 ng N-N₂O m^-2 s^-1. The 16 manual chambers showed coefficients of variation comprised between 30 and 150 % during the 2 weeks of common observations. This variability may explain the unusual shape of the N₂O concentration gradient in the atmosphere observed sometimes, which led to the conclusion that the gradient data set contained information allowing the spatial variability in N₂O emission to be characterized. Hourly micrometeorological fluxes indicated a temporal variability of about 100 % over daily periods. Microbial processes may be assumed to vary little over such a period and this temporal variability is probably a consequence of physical processes, such as air pressure fluctuations. Slight daily cycle tendencies were observed. The weak levels of N₂O emissions were caused by rainfall deficit, which maintained the soil at a low water content, preventing strongly anaerobic conditions and the N fertilizer from leaching from the dry surface to wet soil layers. (© Inra/Elsevier)

Résumé - Comparaison au champ des émissions de protoxyde d'azote mesurées par méthodes micrométéorologiques et par méthodes des chambres. Afin de tester la fiabilité des méthodes micrométéorologiques et des méthodes par chambres au sol pour la mesure des flux de N ₂O à l'interface « sol-atmosphère », une expérimentation utilisant ces deux méthodologies a été conduite à l'automne sur un sol nu fertilisé préalablement par 150 kg N-NH₄NO ₃ ha^-1. Les mesures micrométéorologiques ont permis un suivi continu des émissions par la méthode des gradients ou par la méthode des corrélations turbulentes, les rapports de mélange en N₂O étant mesurés par un spectromètre d'absorption à diode laser accordable. Ces mêmes émissions ont été aussi observées par deux chambres au sol à fonctionnement automatisé pendant deux périodes journalières de 3 h en milieu de journée et de nuit, et par seize enceintes manuelles en milieu de journée. Les surfaces associées aux méthodes allaient de 0,18 et 0,49 m² respectivement, pour les enceintes manuelles et automatiques, à plus de 10 ⁴ m² pour les mesures micrométéorologiques. Les profils de densité apparente, de teneurs en eau, températures et concentrations en NO₃^- et NH ₄⁺ ont été suivis simultanément aux mesures de flux de N₂O. Les différentes méthodes ont abouti à des estimations similaires. Le flux de N₂O moyenné sur l'ensemble de la période commune de suivi étant de l'ordre de 6 ng N-N₂O m^-2 s^-1. L'utilisation de 16 chambres manuelles a montré une grande variabilité spatiale des émissions comprise entre 30 et 150 % pendant les deux semaines de mesure. Cette variabilité pourrait expliquer la forme inhabituelle des profils de concentrations atmosphériques observés par les méthodes des gradients. Les flux horaires donnés par les mesures micrométéorologiques présentaient une variabilité de l'ordre de 100 % sur des périodes journalières : on peut penser à de faibles variations des processus microbiens à ces échelles de temps et attribuer cette variabilité à des phénomènes physiques comme les fluctuations de la pression de l'air. Les faibles émissions de N₂O s'expliquent par de faibles précipitations avant et au cours de la période expérimentale, insuffisantes pour créer des conditions anoxiques dans le sol et pour qu'il puisse y avoir eu entrainement des fertilisants azotés vers les horizons plus humides. (© Inra/Elsevier)

Mots clés : flux de protoxyde d'azote / effet de serre / dénitrification / sol / méthodes micrométéorologiques / méthodes par chambres au sol