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El objetivo general de este experimento es determinar cómo los aumentos pasados y futuros de dióxido de carbono atmosférico afectan la productividad del ecosistema de pastizales, el balance hídrico y el ciclo del carbono. El estudio incluye el monitoreo del efecto del dióxido de carbono sobre diferentes tipos de suelo. Nuestro experimento puede ayudar a responder preguntas ecológicas clave sobre los impactos del cambio climático en los pastizales, incluyendo su potencial para compensar los efectos del aumento del dióxido de carbono atmosférico.

La ventaja única de nuestro enfoque radica en determinar los impactos del enriquecimiento de CO2 desde el comienzo de la revolución industrial, y en establecer cómo podrían cambiar en el futuro los efectos del CO2. Nuestro enfoque para iniciar el CO2 se basa en utilizar las plantas que estamos estudiando para que generen sus propios gradientes de CO2. Este enfoque para manipular el CO2 y sus impactos en ecosistemas de pastizales fue desarrollado en nuestro laboratorio a finales de la década de 1980.

El experimento documentado aquí es la tercera generación de experimentos con gradientes de CO2. Para recolectar monolitos de suelo, utilice una caja de acero abierta por un extremo, de un metro cuadrado y un metro de profundidad. El acero debe tener un espesor mínimo de ocho milímetros.

Más adelante, se soldará una base. Presione la caja hacia el suelo deseado utilizando una prensa hidráulica sujeta al suelo mediante anclajes helicoidales de tres metros de profundidad. Después de presionar la caja dentro del suelo, excave el suelo circundante con una retroexcavadora.

Corte la base del monolito libre del suelo debajo y retire el monolito. Coloque una mecha de fibra de vidrio contra el suelo. En la base de la caja, la mecha drena hacia un depósito de 10 litros unido a la base de la caja de acero que se muestra aquí ya soldada en su lugar.

El depósito recoge el agua que pueda drenar a través del monolito durante el experimento y también proporciona un medio para muestrear el agua para análisis químicos. Plante la especie que se estudiará en los monolitos a densidades adecuadas para la especie objeto de su estudio. Si es necesario, elimine la vegetación preexistente en los monolitos con un herbicida no residual como el glifosato.

Para pastos altos, especies de pradera, 56 plantas por metro cuadrado es adecuado. Ocho plántulas de siete especies organizan las especies en un patrón de cuadrado latino utilizando una aleatorización única para cada monolito; las especies de pasto utilizadas aquí incluyen side oes, abuela, tallo azul pequeño, pasto indio y tritones blancos. Las especies de Forbes utilizadas fueron pitcher, salvia de Canadá, vara de oro y flor de racimo de Illinois.

Se utilizó riego por goteo o aéreo en una leguminosa para mantener bien hidratadas las plantas durante el establecimiento. El objetivo es minimizar el estrés hídrico mientras las plantas se establecen, aplicando cantidades y frecuencias de agua adecuadas a la especie de estudio. Después de la fase de establecimiento de las plantas, manténgalas bajo precipitación ambiental hasta que finalice la construcción de la cámara.

Las cámaras monolíticas se colocan en zanjas que tienen aproximadamente siete metros de ancho, 1,5 metros de profundidad y 60 metros de largo. Cada zanja aloja dos cámaras y cada cámara contiene 10 secciones interconectadas en cada zanja. Coloque 10 contenedores hechos de acero pesado con un metro de separación entre cada contenedor.

Estas forman la base de cada sección, y cada una contendrá cuatro monolitos. Una las secciones adyacentes con conductos de chapa metálica para proporcionar un camino para el flujo de aire. Instale una serpentina de enfriamiento dentro de cada conducto.

La bobina recibe agua a 10 grados Celsius procedente de una unidad de refrigeración de 161 kilovatios. El flujo de agua fría hacia cada bobina se regula mediante una válvula de control que responde a la temperatura del aire en la cámara. Coloque cuatro básculas, cada una con capacidad de 4.540 kilogramos, en cada contenedor de cinco metros; sobre cada báscula, coloque un monolito con plantas de pradera establecidas.

Cada sección de cinco metros debe contener monolitos de dos tipos de suelo en orden aleatorio dentro de la sección; aleatorice las combinaciones de tipo de suelo en cada sección e incluya suelo franco arenoso en las combinaciones de cada sección alternada. Para completar la cámara, cubra cada sección con una película de invernadero de 0,15 milímetros, que comúnmente se utiliza en experimentos de manipulación climática. Para acceder a las plantas según sea necesario, instale aberturas con cremalleras y solapas contra corrientes de aire en las cubiertas.

La cubierta puede retirarse cuando sea necesario para el muestreo o mantenimiento. Mantenga la vegetación cubierta durante toda la temporada de crecimiento, siempre que la capacidad fotosintética de la vegetación sea suficiente para mantener el gradiente de CO2. Muestree el aire a la entrada y salida de cada cámara cada 20 minutos.

Dirija el aire a través de líneas de aire filtrado hacia analizadores de gases de infrarrojos, que miden inmediatamente la concentración de CO₂. De manera similar, mida el vapor de agua cada 20 minutos. Además, para cada sección, utilice termopares de alambre fino protegidos para medir la temperatura ambiente cada 20 minutos en la entrada de aire, en el punto medio de la sección y en la salida del aire.

Utilizando los datos de temperatura de la muestra, regule las serpentinas de enfriamiento para mantener una temperatura constante del aire ambiente en la sección media que sea uniforme entre las secciones. Por último, mida la densidad de flujo de fotones fotosintéticos que incide sobre la cámara. Mediante un sensor cuántico, el aire ambiente es aspirado hacia la cámara superambiente por los ventiladores ubicados en la entrada de la cámara.

Utilice un controlador de flujo másico para inyectar CO₂ puro en la cámara y mantener la concentración en 500 microlitros por litro de aire. También regule la velocidad de los ventiladores para alcanzar un nivel de CO₂ de 390 microlitros por litro de aire que sale de la cámara. Utilice el CO₂ en las mediciones de densidad de flujo de fotones fotosintéticos.

Para mantener este parámetro, el control de baja velocidad es el aspecto más crítico para mantener el gradiente de CO₂ prescrito. Para la cámara subatmosférica, introduzca aire ambiente y regule la velocidad del ventilador para alcanzar un nivel de salida de CO₂ de 250 microlitros por litro durante las horas nocturnas. Invierta el flujo de aire a través de ambas cámaras y configure la inyección de gas y los ventiladores para cumplir con los siguientes parámetros en la cámara supraatmosférica.

Enriquezca el aire entrante hasta 530 microlitros de CO₂ por litro y regule el flujo de manera que el aire salga a 640 microlitros de CO₂ por litro en la cámara subambiente. Ajuste el aire para que los niveles de CO₂ sean de 390 microlitros por litro a la entrada y de 530 microlitros por litro a la salida durante la precipitación. Aplique la temporada media de crecimiento.

Lluvia para cada monolito. Utilice un sistema de riego por goteo proveniente de una fuente de agua local para aproximar el patrón estacional de lluvia. Mida las aplicaciones de agua utilizando un medidor de flujo digital.

Es fundamental que las plantas en el monolito se rieguen lo suficiente para evitar estrés severo por sequía. De este modo, sus tasas fotosintéticas permanecen lo suficientemente altas como para crear y mantener el gradiente de CO2. Esto puede facilitarse si algunos monolitos se siembran con una planta sumidero que tenga una alta tasa fotosintética.

Después de más de siete años de funcionamiento, las cámaras de monolitos de pastos de pradera se mantuvieron a una concentración lineal de CO₂ atmosférico o ca con solo pequeñas discontinuidades. Excepto en una sección, la temperatura y el déficit de presión de vapor también permanecieron constantes, medidos en los primeros 20 centímetros del suelo. El contenido volumétrico de agua en el suelo varió linealmente a lo largo del gradiente de CA en dos de los tres suelos del estudio; solo se observó esto en el suelo arcilloso limoso.

Sin cambios en este parámetro. La productividad de la planta se midió utilizando el indicador de productividad primaria neta por encima del suelo. Esto varió linealmente con CA en todos los suelos.

La respuesta más baja a la CA ocurrió con el suelo arcilloso y la mayor respuesta se observó con el suelo franco arenoso. El Mesic C cuatro Sarga de pastizal alto fue la planta más abundante en el experimento. Fue afectado más fuertemente por la CA en el suelo franco arenoso y solo marginalmente por la CA en el suelo arcilloso.

La Zurich C cuatro Midgrass BTU Lua Kerti Pendula fue la especie siguiente más abundante en general, y en suelo arcilloso limoso en condiciones subambientales ca. Fue la más abundante. Su productividad se vio más afectada por ca en suelo arcilloso limoso y menos afectada por ca en arcilla.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo establecer y mantener vegetación experimental para regular un gradiente de concentración de CO₂ y comprender los parámetros críticos que deben medirse para controlar ese gradiente de CO₂. Esta instalación requiere aproximadamente dos años para su construcción, pero proporciona la capacidad para realizar estudios de décadas de duración sobre las respuestas de las plantas a niveles pasados y futuros de CO₂. Dichos estudios a largo plazo son fundamentales para ayudar a comprender los efectos del aumento del CO₂ atmosférico en el ciclo del carbono en pastizales.

Este enfoque puede aplicarse a cualquier especie vegetal que quepa dentro de la cámara.