Name: Ein CO 2 Konzentration Gradient Facility for Testing CO 2 Enrichment und Boden Auswirkungen auf Grünland-Ökosystemen Funktion (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-21T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 19 s
Description: Erfahren Sie, wie CO2-Gradienten die Produktivität, den Wasserhaushalt und den Kohlenstoffkreislauf von Grünlandökosystemen beeinflussen. Diese Methode nutzt Pflanzen zur Erzeugung eigener CO2-Gradienten für langfristige Klimaforschung.

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Wir danken Anne Gibson, Katherine Jones, Chris Kolodziejczyk, Alicia Naranjo, Kyle Tiner und zahlreichen Studenten und Aushilfstechnikern für den Betrieb der LYCOG-Anlage, die Durchführung von Probenahmen und die Datenverarbeitung. L.G.R. erkennt USDA-NIFA an (2010-65615-20632).

1. Sammeln Bodenmonolithen als Wiege Lysimeter eingesetzt werden <ol><li> Konstruieren Sie offene Stahlboxen 1 x 1 m Platz, der von 1,5 m tief aus 8 mm starkem Stahl. </li><li> Drücken Sie die offenen Boxen vertikal in den Boden, mit hydraulischen Pressen auf Spiralanker befestigt gebohrt 3 m tief in den Boden. </li><li> Auszugraben die eingehüllte Monolithen mit einem Bagger oder ähnliche Geräte. </li><li> Platzieren einer Glasfaserdocht in Kontakt mit dem Erdreich an der Basis des Monolithen. Übergeben Sie den Docht durch das Stahlgestell in einen 10 L Reservoir, um den Monolithen entleeren und dann schweißen die Stahlbasis auf den Boden der Box. </li><li> Tötet vorhandene Vegetation auf den Monolithen durch Aufbringen einer nicht-Herbizid mit wie Glyphosat. </li></ol> 2. Stellen Pflanzen Gemeinschaften für Bodenmonolithen <ol><li> Pflanze die Monolithen mit je sieben Arten von tallgrass acht Sämlinge Gräsern und gras forbs, für eine Gesamtdichte von 56 Pflanzen pro m 2. <ol><li&gt; Pflanzen folgende Grasses: Bouteloua curtipendula (side-Hafer grama), Schizachyrium scoparium (kleine bluestem), Sorghastrum nutans (Indiangrass), Tridens albescens (weiß tridens)]. </li><li> Pflanzen Sie die folgenden Forbs: Salvia azurea (Pitcher Salbei), Solidago canadensis (Kanadische Goldrute), Desmanthus illinoensis (Illinois bundle, eine Hülsenfrucht). </li></ol></li><li> Pflanzenkeimlingen in einem lateinischen Quadrats, für jedes Monolithen erneut randomisiert. </li><li> Wasser Die Transplantate für ca. 2 Monate nach der Pflanzung. Ziel ist es, Wasserstress während der anfänglichen Einrichtung zu minimieren. Verwenden Sie ein beliebiges geeignetes Verfahren, wie beispielsweise einer Hand Zauberstab oder Gartensprenger. Die Häufigkeit der Bewässerung hängt von den örtlichen Klima- und Wetter, insbesondere das Auftreten von Umgebungs Niederschläge. </li><li> Nach der ersten Transplantation Gründungsphase, pflegen die Transplantate unter Umgebungsniederschlag für so lange wie nötig, während Kammern (Abschnitt3) ausgebildet sind. Entfernen Sie unerwünschte Arten, die während der Einrichtung durch das Jäten von Hand in den Monolithen entstehen. </li></ol> 3. Kammer Entwurf <ol><li> Konstruieren Sie zwei Kammern jeweils 1,2 m breit, 1,5 m hoch und 60 m lang, in zehn 5 m lange Abschnitte unterteilt. Konstruieren Sie Ausschnitte aus schwerem Stahl mit den Abmessungen 5 mx 1,2 mx 1,6 m tief, bis 1,5 m begraben. <ol><li> Legen Sie vier Monolithen in jedem Abschnitt, die jeweils von zwei der Bodenarten, in zufälliger Reihenfolge zwei Monolithen. Installieren Sie jedes Monolithen auf einem 4540 kg Tragkraft Gleichgewicht. </li><li> Fügen Bastsil Monolithen in den Paarungen in geraden Abschnitten. </li></ol></li><li> Registriert benachbarten Abschnitten mit einem 1 m langen x 1 m Breite x 0,3 m groß Blechkanal oberirdisch, einen Weg für die Luftzirkulation sorgen. <ol><li> Zufuhrkühlmittel bei 10 ° C aus einem 161,4 kW Kälteeinheit mit einer Kühlspule in jedem Kanal. </li><li> Schließen Sie die Vegetation mit klaren Gewächshaus-Film (Dicke 0,006 &quot;/. 15 mm), wie in anderen verwendetKlima Manipulationsexperimente 23. </li><li> Passen jede Abdeckung mit einem Reissverschluss gesichert durch eine Windleiste, um den Zugang zu den Monolithen für die Probenahme zu ermöglichen. </li><li> Entfernen Sie den Deckel aus Polyäthylen am Ende der Vegetationsperiode. </li></ol></li></ol> 4. CO2 und Lufttemperaturmessung; Temperaturkontrolle <ol><li> Probe-und Ausstieg C A auf beiden Kammern alle 2 min durch gefilterte Luft Probenleitungen an der Ein- und Ausreise von superambient und unter Umgebungskammern befinden. Diese Daten informieren CO 2 Einspritzung und Steuerung der Lüftergeschwindigkeit. <ol><li> Probe C A und Wasserdampfgehalt, und messen Lufttemperatur (T A) an der Ein- und Ausreise von jeweils 5 m Schnitt bei 20 min-Takt. </li><li> Messen alle Luftproben für CO 2 und Wasserdampfgehalt in Echtzeit unter Verwendung von Infrarot-Gasanalysatoren nach dem Protokoll des Herstellers. </li><li> Messen Sie T A am Eingang, Mittelpunkt, eind Ausgang jedes Abschnitts mit geschirmten Feindrahtthermoelementen. </li></ol></li><li> Regulieren die Strömung des Kühlmittels durch die Kühlschlange am Eingang eines jeden Abschnitts, um eine konsistente Mittelwert (Mittelteil) T A von Abschnitt zu Abschnitt in der Nähe der Umgebungs T A zu erhalten. </li><li> Positionieren Sie einen Quantensensor, um eine freie Sicht auf den Himmel haben, und messen photosynthetischen Photonendichte nach dem Protokoll des Herstellers. Lichtstärke ist ein Eingang zu dem Gebläse-Regelalgorithmus. </li></ol> 5. C A Behandlung Anwendungs <ol><li> Daytime <ol><li> Mischungs reinem Kohlendioxid (CO 2) durch Umgebungsluft auf 500 &amp; mgr; L -1 C A, unter Verwendung eines Massenflussreglers im Eingangskanal der superambient Bein. Siehe Abschnitt 4 C A Mess Details. </li><li> Advektieren die angereicherte Luft durch die Kammern mit Gebläse Fans am Eingang Nummer 1 und in nachgelagerten Bereiche. </li><li> Maintain den gewünschten Ausgang C A von 390 &amp; mgr; L -1 (Umgebungsluft) durch Einstellung der Gebläsedrehzahl. <ol><li> Erhöhen Sie die Gebläsedrehzahl, wenn der Ausgang C A ist unter den Sollwert. Dies erlaubt, dass weniger Zeit für die Aufnahme durch Pflanzen aus CO 2, was zu einer höheren Austritts C A. </li><li> Verringern Sie die Gebläsedrehzahl, wenn die Ausfahrt C A ist über dem Sollwert. </li></ol></li><li> Verwenden Sie die gleiche Vorgehensweise in der unter Umgebungskammer mit Ausnahme einzuführen Umgebungsluft und Kontrolle, um die Ausfahrt C A von 250 &amp; mgr; L -1 zu erreichen. </li></ol></li><li> Nachtzeit <ol><li> Kehren Sie die Richtung des Luftstroms. </li><li> Injizieren CO 2 in die Tagesaustrittsende der superambient Kammer bis 530 &amp; mgr; L -1 C A zu erreichen, und die Steuerung Advektion Raten bis 640 &amp; mgr; L zu erhalten -1 bei der nächtlichen Ausfahrt (tags Eingang. </li><li> Einzuführen Umgebungsluft bei ~ 390 &amp; mgr; L -1 CO 2 in die Nachteingang(tagsüber exit) des unter Umgebungskammer und Steuer Advektion Rate bis 530 &amp; mgr; L zu erhalten -1 bei der nächtlichen Ausgang. </li></ol></li></ol> 6. Niederschlag Eingänge <ol><li> Übernehmen Sie die mittlere Wachstumssaison Regenmenge zu jeder Monolith. <ol><li> Liefern Wasser in jedes Monolithen aus einer Hauswasserquelle durch eine Tröpfchenbewässerung. Planen Sie die Bewässerungs Veranstaltungen und Aufwandmengen, um die saisonalen Niederschläge Muster für das Experiment Ort anzunähern. Der genaue Zeitplan hängt von den örtlichen Klima. </li></ol></li><li> Steuerungsanwendung Timing mit einem Datenlogger und messen Anwendungs-Volumes mit Durchflussmessern. </li></ol> 7. Sampling <ol><li> Messen Sie Vertikalprofile der volumetrischen Bodenwassergehalt (vSWC) wöchentlich während der Zeit der CO 2-Steuerung, mit einer Neutronendämpfungsmessgerät oder eine andere geeignete Sonde. <ol><li> Empfohlen Profil Schritten sind 20 cm Tiefe Schritten zu 1 m dePTH und ein 50 cm Schrittweite unter einer 1 m. </li></ol></li><li> Maßnahme Monolithen oberirdisch Nettoprimärproduktivität (ANPP) durch Ernten aller ständigen oberirdischen Biomasse am Ende der Vegetationsperiode. <ol><li> Alle oberirdischen Biomasse wird jedes Jahr entfernt, daher stehen Biomasse stellt aktuelle Primärproduktion. </li><li> Sortieren Sie die abgetasteten Biomasse nach Arten, trocken bis zur Massenkonstanz und wägt. </li><li> Verwenden Biomasse der einzelnen Arten an Pflanzenarten Beiträge zu ANPP quantifizieren. </li></ol></li></ol>

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<li>Johnson, H. B., Polley, H. W., Whitis, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elongated+chambers+for+field+studies+across+atmospheric+CO2+gradients%5BTitle%5D)+AND+%22Funct.+Ecol%22%5BJournal%5D)">Elongated chambers for field studies across atmospheric CO2 gradients.</a> Funct. Ecol. 14 (3), 388-396 (2000).</li>
<li>Gill, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonlinear+grassland+responses+to+past+and+future+atmospheric+CO2%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Nonlinear grassland responses to past and future atmospheric CO2.</a> Nature. 417 (6886), 279-282 (2002).</li>
<li>Fay, P. A., Carlisle, J. D., Knapp, A. K., Blair, J. M., Collins, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Productivity+responses+to+altered+rainfall+patterns+in+a+C4-dominated+grassland%5BTitle%5D)+AND+%22Oecologia%22%5BJournal%5D)">Productivity responses to altered rainfall patterns in a C4-dominated grassland.</a> Oecologia. 137 (2), 245-251 (2003).</li>
<li>Miglietta, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+and+temporal+performance+of+the+miniface+%28free+air+CO2+enrichment%29+system+on+bog+ecosystems+in+northern+and+central+Europe%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Monitoring+and+Assessment%22%5BJournal%5D)">Spatial and temporal performance of the miniface (free air CO2 enrichment) system on bog ecosystems in northern and central Europe.</a> Environmental Monitoring and Assessment. 66 (2), 107-127 (2001).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Die LYCOG Anlage erreicht ihre operative Ziel der Aufrechterhaltung einer 250 bis 500 &amp; mgr; L -1 kontinuierlichen Gradienten von C A-Konzentrationen auf experimentellen Grünland Gemeinschaften auf drei Bodentypen etabliert. Die Veränderung der C A ist linear über den vorgegebenen Bereich. Lufttemperatur in jedem Abschnitt erhöht, jedoch wurde von den zwischen Schnitt Kühlschlangen in den meisten Abschnitten zurückgesetzt. Als Ergebnis wurde die Betriebs Ziel der Beibehaltung einer k...

Atmosphärischen Kohlendioxid-Konzentration (C A) hat vor kurzem erhöhte letzten 400 &amp; mgr; L -1 von etwa 270 &amp; mgr; L -1 vor der industriellen Revolution. C A voraussichtlich um mindestens 550 &amp; mgr; L -1 bis 2100 1 zu erreichen. Diese Steigerungsrate übertrifft alle in den letzten 500.000 Jahre beobachtet C A ändert. Die beispiellose Änderungsrate der C A wirft die Möglichkeit der nicht-linearen oder Schwellen Reaktionen von Ökosystemen zur Steigerung C A. Die meisten Ökosystem-Skala C Ein Anreicherungsversuche gelten nur zwei Behandlungen, eine einzige Ebene der angereicherten C A und Kontrolle. Diese Experimente haben stark unser Verständnis der Auswirkungen auf das Ökosystem des C Eine Bereicherung erweitert. Ist jedoch ein alternativer Ansatz, der das Vorhandensein von nichtlinearen Ökosystem Reaktionen auf steigende C A offenbaren kann die Ökosysteme in einem kontinuierlichen Bereich von unter Umgebungs zu studierensuperambient C A. Unter Umgebungs C A ist schwierig, auf dem Gebiet zu halten und wurde am häufigsten unter Verwendung von Wachstumskammern 2 untersucht. Superambient C A wurde unter Verwendung von Wachstumskammern, Open-Top-Kammern und Freiluftanreicherungstechniken 3, 4 untersucht. C Eine Anreicherung erfolgt über Landschaften viele Bodentypen enthalten. Böden Eigenschaften stark beeinflussen Ökosystem antwortet C Eine Bereicherung. Beispielsweise bestimmt Bodentextur die Retention von Wasser und Nährstoffe im Bodenprofil 5, ihre Verfügbarkeit für Pflanzen 6, und die Menge und Qualität der organischen Substanz 7-9. Die Verfügbarkeit von Bodenfeuchtigkeit ist ein entscheidender Vermittler der Ökosystem antwortet C Eine Anreicherung in Wasser beschränkt Systeme, darunter die meisten Grasland 10. Historische Feld C Ein Anreicherungsversuche haben in der Regel untersucht nur eine Bodenart, und kontrollierte Tests kontinuierlich varying C Eine Bereicherung über mehrere Bodentypen fehlen. Wenn Auswirkungen der C Eine Anreicherung auf Ökosystemprozesse unterscheiden sich Bodentyp, gibt es guten Grund zu räumliche Variation in Reaktionen Ökosystem C Eine Bereicherung und anschließenden Änderungen im Klima 11, 12 zu erwarten. Die Lysimeter Kohlendioxid Gradient (LYCOG) Anlage wurde entworfen, um Fragen der räumlichen Variation in nicht-linearen und Schwellen Reaktionen von Ökosystemen, in C A Mengen im Bereich von ~ 250 bis 500 &amp; mgr; L -1 anzugehen. LYCOG schafft die vorgeschriebenen Gradienten von C A auf mehrjähriger Grünland Pflanzengemeinschaften wachsen auf Böden, die die breite Palette von Textur, N und C-Gehalte und hydrologischen Eigenschaften von Grasland im südlichen Teil des US Central Plains. Spezifische Böden Serie in der Anlage verwendet werden, sind Houston Schwarz-Ton (32 Monolithen), ein Vertisol (Udic Haplustert) typisch für Niederungen; Austin (32 Monolithen), einen Hoch carbonate, schluffiger Ton Mollisol (Udorthentic Haplustol) typischen Hochland; und Bastsil (16 Monolithen), eine alluviale sandiger Lehm Alfisol (Udic Paleustalf). Das Funktionsprinzip in LYCOG eingesetzt wird, um die Photosyntheseleistung von Pflanzen, um C Ein Abbau von Paketen von Luft bewegt gerichtet durch die geschlossenen Kammern zu nutzen. Das Ziel der Behandlung ist es, eine konstante lineare Tagesverlauf in C A 500 ​​bis 250 &amp; mgr; L -1 erhalten. Um dies zu erreichen, LYCOG besteht aus zwei linearen Kammern eine superambient Kammer Aufrechterhalten der Phase des Gradienten 500-390 (Umgebungs-) ul L -1 C A und einem bei unter Umgebungskammer Beibehaltung der 390 bis 250 &amp; mgr; L -1 Abschnitt des Gradient. Die beiden Kammern nebeneinander angeordnet sind, auf eine Nord-Süd-Achse ausgerichtet ist. Der C ein Gradient während des Teils des Jahres, wenn Vegetation Photosyntheseleistung ist ausreichend gehalten wird; typischerweise vonEnde April bis Anfang November. Die Kammern enthalten Sensorik und Messtechnik erforderlich, um die C regulieren eine Steigung, Kontrolle der Lufttemperatur (T A) in der Nähe von Umgebungswerte und gelten einheitliche Niederschlagsmengen auf allen Böden. Die Böden sind intakten Monolithen aus dem nahe gelegenen Blackland Grasland in hydrologisch-isoliert mit einem Gewicht von Lysimeter instrumentiert, um alle Komponenten des Wasserhaushalt bestimmen installiert gesammelt. In Ereignisse des Volumen und der Zeitpunkt, die die Saisonalität des regen Veranstaltungen anzunähern und beträgt bei einer durchschnittlichen Niederschlags Jahr wird Wasser eingesetzt. Somit ist LYCOG in der Lage ist die Bewertung der langfristigen Auswirkungen der unter Umgebungs bis C A superambient und Bodentyp auf Grünland Ökosystemfunktionen einschließlich Wasser und Kohlenstoffbudgets. LYCOG ist die dritte Generation der C Ein Gradient Experimente von USDA ARS Grünland Soil and Water Research Laboratory durchgeführt. Die erste Generation war ein Prototyp, um unter UmgebungsUmgebungs Gradienten, die die Lebensfähigkeit des Gradienten Ansatz 13 gegründet und erweiterte unser Verständnis der Blattebene physiologischen Reaktionen von Pflanzen auf Variation in C unter Umgebungs A 14-20. Die zweite Generation war ein Feld angelegte Anwendung des Konzepts bis C4-Grasland Mehrjährige Pflanze, mit dem Farbverlauf, um 200 bis 550 &amp; mgr; L -1 21 erweitert. Dieses Feld angelegte Experiment lieferte den ersten Beweis, dass Grünland Produktivitätssteigerungen mit C Eine Anreicherung kann sättigen in der Nähe von Strom die Konzentrationen 20, zum Teil, weil die Stickstoffverfügbarkeit kann die Produktivität der Anlage bei superambient C A 22 zu begrenzen. LYCOG erweitert diese zweite Generation experimentieren, indem repliziert Böden unterschiedlicher Textur, so dass robuste Tests für interaktive Effekte der Böden auf dem C Eine Antwort von Grünland Gemeinden.

<table><tbody><tr><td>Datenlogger, Multiplexer</td><td>Campell Scientific, Logan, UT, USA</td><td>CR-7, CR-10, CR-21X, SDM-A04, SDM-CD16AC, AM25T</td><td></td></tr><tr><td>Thermoelemente: Kupfer-Konstantan</td><td>Omega Engineering, Inc., Stamford, CT, USA</td><td>TT-T-40-SLE, TT-T-24-SLE</td><td></td></tr><tr><td>Quantensensor</td><td>Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE, USA</td><td>LI-190SB</td><td></td></tr><tr><td>CO2/H2O-Analysator</td><td>Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE, USA</td><td>LI-7000</td><td></td></tr><tr><td>Lysimeterwaage</td><td>Avery Weigh-Tronix, Houston, TX, USA</td><td>DSL-3636-10</td><td></td></tr><tr><td>Luftprobenahmepumpe</td><td>Grace Air Components, Houston, TX, USA</td><td>VP 0660</td><td></td></tr><tr><td>Taupunktgenerator</td><td>Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE, USA</td><td>LI-610</td><td></td></tr><tr><td>Kaltwasserkühler</td><td>AEC Application Engineering, Wood Dale, IL, USA</td><td>CCOA-50</td><td></td></tr><tr><td>Werte für die Durchflussregelung von Kaltwasser</td><td>Belimo Air Controls, Danbury, CT, USA</td><td>LRB24-SR</td><td></td></tr><tr><td>Kaltwasserkühlschlangen</td><td>Coil Company, Paoli, PA, USA</td><td>WC12-C14-329-SCA-R</td><td></td></tr><tr><td>Kohlendioxid gekühlte Flüssigkeit</td><td>Temple Welding Supply, Temple, TX, USA</td><td>UN2187</td><td></td></tr><tr><td>Polyethylenfolie</td><td>AT Plastics, Toronto, ON, Kanada</td><td>Dura-Folie Super Dura 4</td><td></td></tr><tr><td>Gebläsemotor / -steuerung</td><td>Dayton Electric, Lake Forest, IL, USA</td><td>2M168C / 4Z829</td><td></td></tr><tr><td>Magnete</td><td>Industrielle Automatisierung, Cornelius, NC, USA</td><td>U8256B046V-12 / DC</td><td></td></tr><tr><td>Sickerwassersammelpumpe</td><td>Gast Manufacturing, Benton Harbor, MI, USA</td><td>0523-V191Q-G588DX</td><td></td></tr></tbody></table>

ein co<sub&gt; 2</sub&gt; konzentration gradient facility for testing co<sub&gt; 2</sub&gt; enrichment und boden auswirkungen auf grünland-Ökosystemen funktion

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

Weiter steigenden atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen (C A) Mandat Techniken zur Untersuchung von Auswirkungen auf terrestrische Ökosysteme. Die meisten Experimente untersuchen, nur zwei oder ein paar Ebenen der C eine Konzentration und eine einzige Bodentyp, aber wenn C A kann als ein Gradient von unter Umgebungskonzentrationen auf mehreren Böden superambient variiert werden, können wir erkennen, ob Vergangenheit Ökosystem Antworten können linear in der weiterhin Zukunft und ob Antworten können über die Landschaft verändern. Die Lysimeter Kohlendioxid Gradient Fazilität gilt eine 250 bis 500 &amp; mgr; L -1 C einen Verlauf Blackland Grasland Pflanzengesellschaften auf Lysimeter Ton, schluffiger Ton und Sandböden enthalten, etabliert. Der Gradient wird als Photosynthese durch die Vegetation in in temperaturgeregelten Kammern eingeschlossen erstellt schrittweise verbraucht Kohlendioxid aus der Luft gerichtet durch die Kammern strömt. Ausreichender Luftdurchsatz, angemessene photosynth e tisches Kapazität und Temperaturkontrolle sind entscheidend, um die wichtigsten Einschränkungen des Systems, die rückläufigen werden Photosyntheseraten und erhöhte Wasserstress im Sommer zu überwinden. Die Anlage ist eine kostengünstige Alternative zu anderen Techniken der C A Anreicherung, erfolgreich erkennt die Form der Antworten Ökosystem unter Umgebungs zu superambient C eine Bereicherung, und kann angepasst werden, um Wechselwirkungen von Kohlendioxid mit anderen Treibhausgase wie Methan und Ozon zu testen.

Die superambient und unter Umgebungsabschnitte der Gradient in separaten Kammern (1) gehalten wird. Jedoch mehr als sieben Jahren Betrieb (2007 - 2013), erhalten die Kammern eines linearen Gradienten in C A-Konzentration von 500 bis 250 &amp; mgr; L -1 (Abbildung 2) mit einer nur geringen Diskontinuität in C A zwischen dem Austritt der angereicherten Kammern (Monolith 40) und dem Eingang des unter Umgebungsabschnitt des Gradienten (Monolith 41). <p c...

Die Lysimeter Kohlendioxid Gradient Einrichtung schafft ein 250 bis 500 &amp; mgr; L -1 linearen Kohlendioxid-Gradienten in temperaturgeregelten Kammern Gehäuse Grünlandpflanzengemeinschaften auf Sand, schluffiger Ton und Sandbodenmonolithen. Die Anlage wird verwendet, um festzustellen, wie Vergangenheit und Zukunft Kohlendioxidspiegel beeinflussen Grünland Kohlenstoffkreislauf.

Ein CO<sub&gt; 2</sub&gt; Konzentration Gradient Facility for Testing CO<sub&gt; 2</sub&gt; Enrichment und Boden Auswirkungen auf Grünland-Ökosystemen Funktion

Continuing increases in atmospheric carbon dioxide concentrations (CA) mandate techniques for examining impacts on terrestrial ecosystems. Most ...

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments besteht darin, herauszufinden, wie vergangene und zukünftige Anstiege des atmosphärischen Kohlendioxids die Produktivität von Graslandökosystemen, die Wasserbilanz und den Kohlenstoffkreislauf beeinflussen. Die Studie umfasst die Überwachung der Wirkung von Kohlendioxid auf verschiedene Bodentypen. Unser Experiment kann helfen, zentrale ökologische Fragen zu den Auswirkungen des Klimawandels auf Grasländer zu beantworten, einschließlich ihres Potenzials, die Effekte steigender atmosphärischer Konzentrationen auszugleichen.Der einzigartige Vorteil unseres Ansatzes liegt darin, die Auswirkungen einer Anreicherung mit CO2 seit Beginn der industriellen Revolution zu bestimmen und vorherzusagen, wie sich die Auswirkungen von CO2 in der Zukunft verändern könnten. Unser Ansatz zur Erzeugung von CO2 basiert darauf, die Pflanzen, die wir untersuchen, ihre eigenen CO2-Gradienten erzeugen zu lassen. Dieser Ansatz zur Manipulation von CO2 und der Untersuchung seiner Auswirkungen auf Graslandökosysteme wurde in unserem Labor Ende der 1980er Jahre entwickelt.Das hier dokumentierte Experiment stellt die dritte Generation von CO2-Gradienten-Experimenten dar. Zur Gewinnung von Bodenmonolithen verwenden Sie eine offene Stahlbox mit einer quadratischen Grundfläche von einem Quadratmeter und einer Tiefe von einem Meter. Der Stahl muss mindestens acht Millimeter dick sein.Später wird eine Basis angeschweißt. Drücken Sie die Box mit einer hydraulischen Presse, die mit drei Meter tiefen Hela-Verankerungen im Boden befestigt ist, in den gewünschten Boden. Nachdem die Box in den Boden gedrückt wurde, entfernen Sie den umgebenden Boden mit einem Bagger. Lösen Sie die Monolith-Basis vom darunterliegenden Boden und entfernen Sie den Monolithen. Legen Sie einen Glasfaservlies gegen den Boden. An der Unterseite der Box mündet der Vlies in ein 10-Liter-Reservoir, das an der Basis der Stahlbox befestigt ist, wie hier bereits verschweißt dargestellt.Das Reservoir sammelt Wasser, das während des Experiments durch die Monolithe abfließen kann, und ermöglicht zudem die Entnahme von Wasserproben für chemische Analysen. Pflanzen Sie die zu untersuchende Art in den Monolithen mit einer Dichte, die den Anforderungen Ihrer Studie entspricht. Falls erforderlich, beseitigen Sie die bereits vorhandene Vegetation auf den Monolithen mit einem nicht persistierenden Herbizid wie Glyphosat.Für hohes Gras und Präriearten ist eine Dichte von 56 Pflanzen pro Quadratmeter geeignet. Acht Sämlinge von sieben Arten werden in einem lateinischen Quadratmuster angeordnet, wobei für jede hier verwendete Monokultur-Grasart eine einzigartige Zufallsanordnung verwendet wird. Die verwendeten Grasarten umfassen Seitenösen, Großmutter, kleiner Blaustengel, Indianergras und weiße Tritonen. Zu den verwendeten Forbes-Arten gehörten Krügelpflanze, Salbei-Kanada, Goldrute und Illinois-Bündelblüte.Eine Leguminose, bei der Tropf- oder Sprühbewässerung verwendet wurde, um die Pflanzen während der Etablierungsphase gut mit Wasser zu versorgen. Ziel ist es, Wassermangelstress zu minimieren, während die Pflanzen sich etablieren, wobei die Wassermenge und -häufigkeit der untersuchten Art angepasst werden. Nach Abschluss der Etablierungsphase werden die Pflanzen bis zur Fertigstellung der Kammerkonstruktion unter natürlichen Niederschlagsbedingungen gehalten.Die Monolithkammern werden in Gräben eingebaut, die etwa sieben Meter breit, 1,5 Meter tief und 60 Meter lang sind. Jeder Graben fasst zwei Kammern, und jede Kammer enthält 10 miteinander verbundene Abschnitte pro Graben. Bringen Sie 10 Behälter aus schwerem Stahl mit einem Meter Abstand zwischen jedem Behälter an.Diese bilden die Grundlage jedes Abschnitts, wobei jeder vier Monolithe aufnimmt. Verbinden Sie die benachbarten Abschnitte mit Blechkanälen, um einen Luftstromweg bereitzustellen. Installieren Sie eine Kühlschlange in jedem Kanal.Die Spule wird mit 10 Grad Celsius kaltem Wasser von einer 161 Kilowatt-Kälteanlage versorgt. Der Durchfluss des Kühlwassers zu jeder Spule wird durch ein Regelventil gesteuert, das auf die Lufttemperatur in der Kammer reagiert. Stellen Sie vier Waagen mit einer Tragfähigkeit von jeweils 4.540 Kilogramm in jeden Fünf-Meter-Abschnitt des Behälters. Auf jede Waage kommt ein Monolith mit etablierten Pflanzen der Prärie.Jeder fünf Meter lange Abschnitt sollte Monolithe aus zwei Bodentypen in zufälliger Reihenfolge enthalten; randomisieren Sie die Bodentyp-Kombinationen innerhalb jedes Abschnitts und integrieren Sie sandigen Lehm in die Kombinationen jedes zweiten Abschnitts. Um die Kammer abzuschließen, decken Sie jeden Abschnitt mit 0,15 Millimeter dünner Gewächshausfolie ab, die üblicherweise in Klimamanipulationsexperimenten verwendet wird. Um bei Bedarf Zugang zu den Pflanzen zu haben, bringen Sie Reißverschlüsse mit Zugluftklappen an den Abdeckungen an.Die Abdeckung kann bei Bedarf zum Probenehmen oder zur Wartung entfernt werden. Halten Sie die Vegetation während der gesamten Wachstumsperiode abgedeckt, solange die photosynthetische Kapazität der Vegetation ausreicht, um den CO2-Gradienten aufrechtzuerhalten. Entnehmen Sie alle 20 Minuten Luftproben am Eintritts- und Austrittspunkt jeder Kammer.Leiten Sie die Luft über gefilterte Luftschläuche zu Infrarot-Gasanalysatoren, die die CO2-Konzentration unmittelbar messen. Messen Sie auf ähnliche Weise die Wasserdampfkonzentration alle 20 Minuten. Verwenden Sie außerdem für jeden Abschnitt abgeschirmte feindrahtige Thermoelemente, um alle 20 Minuten die Umgebungstemperatur am Luftzutritt, in der Abschnittsmitte und am Luftaustritt zu messen.Regeln Sie anhand der Temperaturdaten der Probe die Kühlspiralen, um eine konstante Umgebungslufttemperatur im mittleren Bereich sicherzustellen, die zwischen den Abschnitten übereinstimmt. Messen Sie abschließend die auf die Kammer auftreffende photosynthetische Photonenflussdichte. Mithilfe eines Quantensensors wird Umgebungsluft durch die Ventilatoren am Kameraingang in die über der Umgebung liegende Kammer gezogen.Verwenden Sie einen Massendurchflussregler, um reinen CO2 in die Kammer einzuleiten und die Konzentration bei 500 Mikrolitern pro Liter Luft zu halten. Regeln Sie außerdem die Drehzahl der Ventilatoren, um einen CO2-Gehalt von 390 Mikrolitern pro Liter Luft am Austritt der Kammer zu erreichen. Verwenden Sie das CO2 bei Messungen der photosynthetischen Photonenflussdichte.Um diesen Parameter zu kontrollieren, ist die Regelung einer niedrigeren Geschwindigkeit der entscheidende Aspekt zur Aufrechterhaltung des vorgeschriebenen CO2-Gradienten. Für die unterhalb der Umgebungsbedingungen liegende Kammer Umgebungsluft zuführen und die Lüftergeschwindigkeit so regulieren, dass während der Nachtstunden ein austretendes CO2-Niveau von 250 Mikrolitern pro Liter erreicht wird. Die Luftströmung durch beide Kammern umkehren und die Gasinjektion sowie die Lüfter so einstellen, dass die folgenden Parameter in der über den Umgebungsbedingungen liegenden Kammer erreicht werden.Die einströmende Luft auf 530 Mikroliter CO2 pro Liter anreichern und den Durchfluss so regulieren, dass die Luft im unterhalb des Umgebungsniveaus liegenden Behälter mit 640 Mikrolitern CO2 pro Liter austritt. Die Luft so einstellen, dass die CO2-Konzentration im Eintrittsbereich 390 Mikroliter pro Liter und im Austrittsbereich 530 Mikroliter pro Liter für die Niederschlagsmessung beträgt. Die durchschnittliche Wachstumssaison anwenden.Niederschlag für jeden Monolithen. Verwenden Sie ein Tropfbewässerungssystem aus einer lokalen Wasserquelle, um das saisonale Niederschlagsmuster nachzuahmen. Messen Sie die Wassermengen mit einem digitalen Durchflussmesser.Es ist äußerst wichtig, dass die Pflanzen im Monolithen ausreichend bewässert werden, um schweren Dürrestress zu vermeiden. Auf diese Weise bleiben ihre Photosyntheseraten hoch genug, um den CO2-Gradienten zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Dies kann unterstützt werden, indem einige Monolithe mit einer Senkenpflanze mit hoher Photosyntheserate bepflanzt werden.Über einen Zeitraum von sieben Betriebsjahren wurden Kammern mit Monolithen aus Präriegräsern bei einer linearen atmosphärischen CO2-Konzentration oder ca mit nur geringen Unterbrechungen gehalten. Abgesehen von einem Abschnitt blieben Temperatur und Dampfdruckdefizit im oberen 20 cm des Bodens ebenfalls konstant. Der volumetrische Wassergehalt des Bodens variierte entlang des CA-Gradienten linear auf zwei der drei im Studie untersuchten Böden; lediglich im schluffigen Tonboden war dies der Fall.Keine Veränderung dieses Parameters. Die Pflanzenproduktivität wurde anhand des Maßstabs für die netto primäre Produktivität oberhalb des Bodens erfasst. Diese variierte linear mit CA in allen Böden.Die geringste Reaktion auf CA trat bei Lehmboden auf, während die größte Reaktion bei Sandlehm beobachtet wurde. Das mesische C4-Hochgras Sarga Newan war die am häufigsten vorkommende Pflanze im Experiment. Es wurde auf Sandlehm am stärksten durch CA beeinflusst, während die Auswirkung von CA auf Lehmboden nur geringfügig war.Die Zurich C four Midgrass BTU Lua Kerti Pendula war insgesamt die nächsthäufigste Art und auf schluffigem Tonboden unter sub-ambienten ca. am häufigsten vertreten. Ihre Produktivität wurde auf schluffigem Ton am stärksten durch ca beeinflusst und auf Ton am wenigsten durch ca beeinträchtigt.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man experimentelle Vegetation zur Regulierung eines CO2-Konzentrationsgradienten etabliert und pflegt, und welche kritischen Parameter gemessen werden müssen, um diesen CO2-Gradienten zu kontrollieren. Die Errichtung dieser Versuchsanlage erfordert etwa zwei Jahre, bietet jedoch die Möglichkeit, über Jahrzehnte hinweg Pflanzenreaktionen auf vergangene und zukünftige CO2-Konzentrationen zu untersuchen. Solche Langzeitstudien sind entscheidend, um die Auswirkungen steigender atmosphärischer CO2-Konzentrationen auf den Kohlenstoffkreislauf von Grasländern besser zu verstehen.Dieser Ansatz kann auf jede Pflanzenart angewendet werden, die in die Kammer passt.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Environment

Umwelt

Um mögliche Raten des Bodens extrazelluläre Enzymaktivitäten zu messen, werden synthetische Substrate, die mit einem Fluoreszenzfarbstoff gebunden werden Bodenproben zugegeben. Die Enzymaktivität wird gemessen, wie der Fluoreszenzfarbstoff von dem Substrat durch eine Enzym-katalysierte Reaktion, in denen höhere Fluoreszenz zeigt mehr Substratabbau freigegeben.

Hochdurchsatz-Fluorometric Messung der Boden Mögliche Extrazelluläre Enzymaktivitäten

Dieses Papier beschreibt die Planung, den Bau und die Funktion eines 1.000 m 2 Anlage mit 24 Einzel 33,6 m 2 Feldstücke zum Messen der Gesamtabflussmengen mit der Zeit und Sammlung von Abflussteilproben in ausgewählten Intervallen zur Quantifizierung der chemischen Bestandteile in der Stichwahl Wasser aus ausgestattet simulierten Hause Rasenflächen.

Design und Bau eines Stadt Abfluss Research Facility

Das Verständnis der Rolle von Umwelt Heterogenität in der Art Koexistenz ist in der Regel auf Arten von Heterogenität, die äußerlich der Gemeinde Artenzusammensetzung sind konzentriert. Wir bieten neue Methoden für die Erstellung detaillierter Bodenheterogenität Behandlungen mit Böden unterliegen Pflanze-Boden Feedback Anlage, oder intrinsische Heterogenität der Community Komposition.

Versuchsprotokoll für die Manipulation von Plant-induzierte Bodenheterogenität

Feld Lysimetrie und Porenwasserprobennahme Forschern erlauben, die das Schicksal von Chemikalien, um Böden und Vegetation fest angewendet zu beurteilen. Das Ziel dieses Protokolls ist es, zu zeigen, wie erforderliche Instrumentierung installieren und sammeln Proben für die chemische Analyse im integrierten Feld Lysimetrie und Porenwasser-Probenahme Experimenten.

Integrierte Feld Lysimetrie und Porenwasserprobennahme für die Bewertung von Chemical Mobilität in Böden und Vegetation Gegründet

Eine detaillierte Methode zur Extraktion und Montage von Kernlysimetern mit intaktem Boden und deren Verwendung zur Untersuchung von Sickerwasser und dem damit verbundenen Nährstoffverlust aus oberflächenappliziertem Geflügelmist wird demonstriert.

Ein Protokoll zum Sammeln und Konstruieren von Bodenkern Lysimeter

Diese Studie stellt eine Ausgrabung Methode zur Untersuchung von unterirdischen hydrologische, geochemische und mikrobiologische Heterogenität des Bodens Lysimeter. Die Lysimeter simuliert eine künstliche Hang, die zunächst unter homogenen Zustand war und auf etwa 5.000 mm Wasser über acht Zyklen der Bewässerung in einem Zeitraum von 18 Monaten unterzogen worden.

Boden Lysimeter Ausgrabung Gekoppelte hydrologische, geochemische und mikrobiologische Untersuchungen

Wiederholte Entnahme von Bodenproben hat ein effektiver Weg erwiesen, um Waldboden Wechsel über Jahre und Jahrzehnte zu überwachen kürzlich. Um seine Verwendung zu unterstützen, ein Protokoll vorgestellt, um die neuesten Informationen über den Boden Resampling Methoden synthetisiert in der Konzeption und Umsetzung von erfolgreichen Bodenbeobachtung zu unterstützen.

Methoden der Boden Resampling zur Überwachung von Veränderungen in der chemischen Konzentrationen von Waldböden

Das traditionelle Boden-Stichprobenverfahren bestimmt die Anzahl der Bodenproben willkürlich. Hier bieten wir eine einfache, aber effiziente Boden Stichprobenplan gruppierten zu demonstrieren Boden räumliche Heterogenität und quantitativ bestimmen die Anzahl der Bodenproben benötigt und die damit verbundenen Stichproben-Genauigkeit.

Plot-Probenahme Böden in einer heterogenen Forschung

In dieser Arbeit stellen wir den Aufbau und Betrieb eines Versuchsaufbaus vor, um die Mineralverwitterung durch die Aktivität von Bodenorganismen zu verbessern und gleichzeitig abiotische Variablen zu manipulieren, von denen bekannt ist, dass sie die Verwitterung stimulieren. Repräsentative Ergebnisse aus der Funktionsweise des Aufbaus und Probenanalysen werden zusammen mit Verbesserungspunkten diskutiert.

Konzeption und Aufbau eines Versuchsaufbaus zur Verbesserung der Mineralverwitterung durch die Aktivität von Bodenorganismen

Hier präsentieren wir eine Studie, die im iDiv Ecotron etabliert wurde, in terrestrischen Mesokosmenkammern mit kontrollierten Umweltbedingungen über und unter der Erde, um die unabhängigen und interaktiven Effekte von Pflanzen- und Bodengeschichte auf das Funktionieren von Ökosystemen von Graslandgemeinschaften entlang eines Pflanzendiversitätsgradienten zu untersuchen.

JenaTron - Ein experimenteller Ansatz zur Untersuchung der Auswirkungen von Pflanzen- und Bodengeschichte auf die Funktionsweise von Grünlandökosystemen

Erfahren Sie, wie CO2-Gradienten die Produktivität, den Wasserhaushalt und den Kohlenstoffkreislauf von Grünlandökosystemen beeinflussen. Diese Methode nutzt Pflanzen zur Erzeugung eigener CO2-Gradienten für langfristige Klimaforschung.

Ein CO

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