A CO

الهدف العام من هذه التجربة هو تحديد كيفية تأثير الزيادات الماضية والمستقبلية في ثاني أكسيد الكربون الجوي على إنتاجية النظام البيئي للمراعي، والتوازن المائي، ودورة الكربون. تتضمن الدراسة مراقبة تأثير ثاني أكسيد الكربون على أنواع التربة المختلفة. يمكن لتجربتنا أن تساعد في الإجابة على أسئلة إيكولوجية رئيسية حول تأثيرات تغير المناخ على المراعي، بما في ذلك قدرتها على تعويض آثار ارتفاع مستويات الكربون الجوي.

تكمن الميزة الفريدة لمنهجنا في تحديد تأثيرات إثراء CO2 منذ بداية الثورة الصناعية، وفي تحديد كيفية تغير تأثيرات CO2 في المستقبل. يعتمد نهجنا في بدء CO2 على استخدام النباتات التي ندرسها لإنشاء تدرجات CO2 الخاصة بها. وقد تم تطوير هذا النهج للتحكم في CO2 والتأثيرات على النظم البيئية للمراعي في مختبرنا في أواخر الثمانينيات.

التجربة الموثقة هنا هي الجيل الثالث من تجارب تدرج CO2. لجمع كتل التربة، استخدم صندوقاً فولاذياً مفتوح الطرف بمساحة متر مربع وعمق متر واحد. يجب ألا يقل سمك الفولاذ عن 8 mm.

سيتم لاحقاً لحام قاعدة في الأسفل. اضغط الصندوق داخل التربة المطلوبة باستخدام مكبس هيدروليكي مثبت في التربة بواسطة مراسي "هيلي" (hele anchors) بعمق ثلاثة أمتار. بعد ضغط الصندوق في التربة، قم بحفر التربة المحيطة باستخدام حفارة خلفية.

اقطع قاعدة المونوليث لتحريرها من التربة الموجودة أسفلها ثم قم بإزالة المونوليث. ضع فتيلة من الألياف الزجاجية مقابل التربة. عند قاعدة الصندوق، تصرف الفتيلة في خزان سعة 10 liter متصل بقاعدة الصندوق الفولاذي الموضح هنا وهو ملحوم بالفعل في مكانه.

يجمع الخزان المياه التي قد تتسرب عبر المونوليث (الكتلة الواحدة) أثناء التجربة، كما يوفر وسيلة لأخذ عينات من المياه لإجراء التحاليل الكيميائية. ازرع الأنواع المراد دراستها في المونوليثات بكثافات تتناسب مع الأنواع المدروسة. وإذا لزم الأمر، تخلص من النباتات الموجودة مسبقاً على المونوليثات باستخدام مبيد أعشاب غير متبقٍ مثل glyphosate.

بالنسبة للأعشاب الطويلة والأنواع المروجية، فإن وجود 56 نباتاً في المتر المربع يعد مناسباً. يتم ترتيب ثماني شتلات من سبعة أنواع وفق نمط المربع اللاتيني باستخدام تعشية فريدة لكل نوع من أنواع العشب المستخدمة في المونوليث، والتي تشمل side oes وgrandma وlittle blue stem وIndian grass وwhite Tritons. أما الأنواع العشبية المستخدمة فكانت pitcher وSage Canada وgolden rod وIllinois bundle flower.

تُستخدم الري بالتنقيط أو الري الرأسي للبقوليات للحفاظ على ري النباتات بشكل جيد خلال مرحلة التأسيس. والهدف من ذلك هو تقليل الإجهاد المائي أثناء تأسيس النباتات من خلال توفير المياه بكميات وتكرارات مناسبة للأنواع الخاضعة للدراسة. وبعد مرحلة تأسيس النبات، يتم الحفاظ على النباتات تحت تأثير الأمطار الطبيعية حتى يكتمل بناء الغرفة.

يتم تركيب غرف المونوليث في خنادق يبلغ عرضها حوالي سبعة أمتار، وعمقها 1.5 متر، وطولها 60 مترًا. يستوعب كل خندق غرفتين، وتضم كل غرفة 10 أقسام مترابطة في كل خندق. يتم وضع 10 حاويات مصنوعة من الفولاذ الثقيل مع ترك مسافة متر واحد بين كل حاوية وأخرى.

تشكل هذه القطع قاعدة كل قسم، وسيحوي كل منها أربعة كتل أحادية (monoliths). قم بتوصيل الأقسام المتجاورة باستخدام قنوات من الصفائح المعدنية لتوفير مسار لتدفق الهواء. قم بتركيب ملف تبريد داخل كل قناة.

يتم تزويد الملف بماء بدرجة حرارة 10 °C من وحدة تبريد بقدرة 161 kilowatt. ويتم تنظيم تدفق المياه المبردة إلى كل ملف بواسطة صمام تحكم يستجيب لدرجة حرارة هواء الغرفة. ضع أربعة موازين بسعة 4,540 kilogram في كل قسم بطول خمسة أمتار، وضع على كل ميزان كتلة صخرية (monolith) تحتوي على نباتات برية مستقرة.

يجب أن يحتوي كل قسم بطول خمسة أمتار على أحجار متجانسة (monoliths) من نوعين من التربة بترتيب عشوائي داخل القسم. يتم توزيع أزواج أنواع التربة بشكل عشوائي في كل قسم، مع إدراج التربة الطميية الرملية (sandy loam) في أزواج كل قسم ثانٍ. لإتمام الغرفة، يتم تغطية كل قسم بفيلم دفيئة بسمك 0.15 مليمتر، وهو المستخدم عادةً في تجارب التحكم المناخي. وللوصول إلى النباتات حسب الحاجة، يتم تركيب فتحات بسحابات مزودة برفارف واقية من التيارات الهوائية على الأغطية.

يمكن إزالة الغطاء عند الحاجة لأخذ العينات أو لإجراء الصيانة. حافظ على تغطية النباتات طوال موسم النمو طالما كانت القدرة التمثيلية الضوئية للنباتات كافية للحفاظ على تدرج CO2. قم بأخذ عينات من الهواء عند مدخل ومخرج كل غرفة كل 20 دقيقة.

قم بتوجيه الهواء عبر خطوط هوائية مفلترة إلى أجهزة تحليل الغاز بالأشعة تحت الحمراء، والتي تقيس تركيز CO2 على الفور. وبالمثل، قم بقياس بخار الماء كل 20 دقيقة. وأيضاً، استخدم في كل مقطع مزدوجات حرارية سلكية دقيقة ومحمية لقياس درجة الحرارة المحيطة كل 20 دقيقة عند مدخل الهواء، ومنتصف المقطع، وعند مخرج الهواء.

باستخدام بيانات درجة الحرارة للعينة، قم بتنظيم ملفات التبريد للحفاظ على درجة حرارة هواء محيط ثابتة في القسم الأوسط وتكون متسقة بين جميع الأقسام. وأخيرًا، قم بقياس كثافة تدفق الفوتونات الضوئية الساقطة على الغرفة. وباستخدام مستشعر كمي، يتم سحب الهواء المحيط إلى غرفة ما فوق المحيط بواسطة المراوح الموجودة عند مدخل الغرفة.

استخدم جهاز تحكم في تدفق الكتلة لحقن CO2 النقي في الغرفة والحفاظ على التركيز عند 500 microliters per liter من الهواء. وقم أيضاً بتنظيم سرعة المراوح لتحقيق مستوى CO2 يصل إلى 390 microliters per liter من الهواء الخارج من الغرفة. استخدم CO2 في قياسات كثافة تدفق الفوتونات الضوئية للتمثيل الضوئي.

للحفاظ على هذا المعيار، يعد التحكم في السرعة المنخفضة الجانب الأكثر أهمية للحفاظ على تدرج CO2 المحدد. بالنسبة للغرفة ذات درجة الحرارة الأدنى من المحيطة، يتم إدخال الهواء المحيط وتنظيم سرعة المروحة للوصول إلى مستوى CO2 خارج قدره 250 microliters per liter خلال ساعات الليل. اعكس تدفق الهواء عبر كلتا الغرفتين، واضبط حقن الغاز والمراوح لتحقيق المعايير التالية في الغرفة ذات درجة الحرارة الأعلى من المحيطة.

قم بإثراء الهواء الداخل إلى 530 microliters من CO2 لكل لتر، ونظم التدفق بحيث يخرج الهواء عند 640 microliters من CO2 لكل لتر في الغرفة ذات الظروف الأدنى من المحيطة، ثم اضبط الهواء بحيث تكون مستويات CO2 عند المدخل 390 microliters لكل لتر وعند المخرج 530 microliters لكل لتر لعملية الترسيب. طبق متوسط موسم النمو.

تساقط الأمطار لكل مونوليث (monolith). استخدم نظام ري بالتنقيط من مصدر مياه محلي لمحاكاة نمط هطول الأمطار الموسمي. قم بقياس كميات المياه المضافة باستخدام مقياس تدفق رقمي.

من الأهمية بمكان ري النباتات الموجودة في المونوليث (monolith) بشكل كافٍ لتجنب إجهاد الجفاف الشديد. وبهذه الطريقة، تظل معدلات التمثيل الضوئي مرتفعة بما يكفي لإنشاء والحفاظ على تدرج CO2. ويمكن تعزيز ذلك إذا تم زراعة بعض المونوليثات بنباتات ممتصة (sink plant) ذات معدل تمثيل ضوئي مرتفع.

على مدار سبع سنوات من التشغيل، تم الحفاظ على غرف كتل عشب البراري عند تركيز خطي من CO2 الجوي أو ca مع وجود انقطاعات طفيفة فقط. وباستثناء قسم واحد، ظل كل من درجة الحرارة وعجز ضغط البخار ثابتين أيضاً عند قياسهما في الـ 20 سنتيمتراً العلوية من التربة. تباين المحتوى المائي الحجمي للتربة خطياً على طول تدرج CA في اثنتين من أنواع التربة الثلاثة في الدراسة، بينما حدث ذلك فقط في التربة الطينية الغرينية.

لم يحدث تغيير في هذا البارامتر. تم قياس إنتاجية النبات باستخدام مقياس الإنتاجية الأولية الصافية فوق سطح الأرض. وقد تباين ذلك خطياً مع CA في جميع أنواع التربة.

حدثت أدنى استجابة لـ CA مع التربة الطينية، بينما لوحظت أكبر استجابة مع التربة الرملية الطميية. كان نبات Mesic C four Tallgrass Sarga Newan هو النبات الأكثر وفرة في التجربة، وقد تأثر بشكل أقوى بـ CA في التربة الرملية الطميية، بينما تأثر بشكل طفيف فقط بـ CA في التربة الطينية.

كان نوع Zurich C four Midgrass BTU Lua Kerti Pendula هو النوع الثاني الأكثر وفرة بشكل عام، بينما كان النوع الأكثر وفرة في التربة الطينية الغرينية تحت الظروف المحيطة ca. وقد تأثرت إنتاجيته بشكل أكبر بـ ca في التربة الطينية الغرينية، وبشكل أقل بـ ca في التربة الطينية.

بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن تكتسب فهماً جيداً لكيفية إنشاء وصيانة غطاء نباتي تجريبي لتنظيم تدرج في تركيز CO2، وفهم المعايير الحرجة التي يجب قياسها من أجل التحكم في تدرج CO2 هذا. يتطلب إنشاء هذه المنشأة نحو عامين، ولكنها توفر القدرة على إجراء دراسات تمتد لعقود حول استجابات النباتات لمستويات CO2 الماضية والمستقبلية. وتعد مثل هذه الدراسات طويلة المدى ضرورية للمساعدة في فهم آثار ارتفاع مستويات CO2 الجوي على دورة الكربون في الأراضي العشبية.

يمكن تطبيق هذا النهج على أي نوع من النباتات التي يمكن أن تتناسب مع حجم الغرفة.