A CO ₂ Fondo gradiente de concentración para las pruebas de CO ₂ Enriquecimiento y suelo Efectos sobre la Función de los Ecosistemas del Prado

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

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

El experimento documentado aquí es la tercera generación de experimentos de gradiente de CO2. Para recolectar monolitos de suelo, use una caja de acero abierta de un metro cuadrado y un metro de profundidad. El acero debe tener un grosor mínimo de ocho milímetros.

Posteriormente se soldará una base. Presione la caja hacia abajo en el suelo deseado usando una prensa hidráulica asegurada al suelo por anclajes hele de tres metros de profundidad. Después de presionar la caja en el suelo, excave el suelo circundante con una retroexcavadora.

Corta la base del monolito y retira el monolito. Coloque una mecha de fibra de vidrio contra el suelo. En la base de la caja, la mecha se drena en 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 puede drenar a través del monolito durante el experimento, y también proporciona un medio para tomar muestras del agua para análisis químicos. Plante las especies a estudiar en los monolitos a densidades apropiadas para su especie de estudio. Si es necesario, mate la vegetación preexistente en los monolitos con un herbicida no residual como el glifosato.

Para la hierba alta, las especies de pradera, 56 plantas por metro cuadrado son adecuadas. Ocho plántulas de siete especies organizan las especies en un patrón cuadrado latino utilizando una aleatoriedad única para cada especie de hierba monolítica utilizada aquí incluye oes laterales, abuela, pequeño tallo azul, hierba india y tritones blancos. Las especies de Forbes utilizadas fueron jarra, salvia Canadá, vara de oro y flor de haz de Illinois.

Una leguminosa utiliza el goteo o el riego aéreo para mantener las plantas bien regadas durante el establecimiento. El objetivo es minimizar el estrés hídrico mientras las plantas establecen agua en cantidades y frecuencias adecuadas para las especies de estudio. Después de la fase de establecimiento de la planta, mantenga las plantas bajo la lluvia ambiental hasta que se complete la construcción de la cámara.

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

Estos forman la base de cada sección y cada uno tendrá cuatro monolitos. Une las secciones adyacentes con conductos de chapa metálica para proporcionar una vía para el flujo de aire. Instale un serpentín de enfriamiento dentro de cada conducto.

La batería se alimenta con 10 grados centígrados de agua de una unidad de refrigeración de 161 kilovatios. El caudal de agua enfriada a cada serpentín está regulado por una válvula de control que responde a la temperatura del aire de la cámara. Coloque cuatro básculas de capacidad de 4.540 kilogramos en cada contenedor de sección de cinco metros en 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 los emparejamientos de tipos de suelo en cada sección, incluya franco arenoso en los emparejamientos de todas las demás secciones. Para completar la cámara, cubra cada sección con una película de invernadero de 0,15 milímetros, que se usa comúnmente en experimentos de manipulación del clima para acceder a las plantas según sea necesario. Instale aberturas con cremallera con solapas de tiro en las cubiertas.

La cubierta se puede quitar cuando sea necesario para la toma de muestras o el mantenimiento. Mantener 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. Tome muestras del aire a la entrada y salida de cada cámara cada 20 minutos.

Dirija el aire a través de líneas aéreas filtradas a analizadores de gases infrarrojos, que miden inmediatamente la concentración de CO2. Del mismo modo, mida el vapor de agua cada 20 minutos. Además, para cada sección, use pares térmicos de alambre fino blindados para medir la temperatura ambiente cada 20 minutos en la entrada de aire, el punto medio de la sección y en la salida de aire.

Usando los datos de temperatura de la muestra, regule los serpentines de enfriamiento para mantener una temperatura del aire ambiente constante en la sección media que sea consistente entre las secciones. Por último, mida la densidad de flujo de fotones fotosintéticos que incide en la cámara. Usando un sensor cuántico, el aire ambiente es atraído hacia la cámara súper ambiental por los ventiladores 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 regula la velocidad de los ventiladores para conseguir 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 la velocidad inferior es el aspecto más crítico para mantener el gradiente de CO2 prescrito. Para la cámara subambiental, introduzca aire ambiente y regule la velocidad del ventilador para lograr un nivel de CO2 de salida 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 que cumplan con los siguientes parámetros en la cámara súper ambiente.

Enriquece el aire entrante a 530 microlitros de CO2 por litro y regula el caudal para que el aire salga a 640. Microlitros de CO2 por litro en la cámara sub ambiente, ajuste el aire, por lo que los niveles de CO2 son de 390 microlitros por litro en la entrada y 530 microlitros por litro en la salida para la precipitación. Aplique la temporada media de crecimiento.

Precipitaciones a cada monolito. Utilice un sistema de riego por goteo de una fuente de agua local para aproximar el patrón de lluvias estacionales. Mida las aplicaciones de agua con un medidor de flujo digital.

Es de vital importancia que las plantas del monolito se rieguen lo suficientemente bien como para evitar un estrés severo por sequía. De esta manera, sus tasas fotosintéticas se mantienen lo suficientemente altas como para crear y mantener el gradiente de CO2. Esto se puede ayudar si algunos monolitos se plantan con una planta sumidera con una alta tasa fotosintética.

Durante siete años de operación, las cámaras de monolitos de pasto de pradera se mantuvieron a una concentración lineal de CO2 atmosférico o ca con solo pequeñas discontinuidades. Aparte de una sección, el déficit de temperatura y presión de vapor también se mantuvo constante medido en los 20 centímetros superiores del suelo. El contenido volumétrico de agua del suelo varió linealmente a lo largo del gradiente de CA en dos de los tres suelos del estudio, solo en el suelo arcilloso limoso se encontró.

No hay cambios en este parámetro. La productividad de la planta se midió utilizando la métrica de productividad primaria neta sobre el suelo. Esto varió linealmente con CA en todos los suelos.

La respuesta más baja a la AC ocurrió con el suelo arcilloso y la mayor respuesta se observó con la marga arenosa. La Mesic C four Tallgrass Sarga Newan fue la planta más abundante en el experimento. Fue más fuertemente afectado por el AC en el suelo franco arenoso y solo marginalmente afectado por el CA en el suelo arcilloso.

La Zurich C four Midgrass BTU Lua Kerti Pendula fue la siguiente especie más abundante en general, y en suelos arcillosos limosos en sub ambiente ca. Era el más abundante. Su productividad se vio más afectada por el ca sobre arcilla limosa y menos afectada por el ca sobre arcilla.

Después de ver este video, debe 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 alrededor de dos años para construirse, pero proporciona la capacidad para realizar estudios de décadas sobre las respuestas de la planta a los niveles de CO2 pasados y futuros. Estos estudios a largo plazo son fundamentales para ayudar a comprender los efectos del aumento del CO2 atmosférico en el ciclo del carbono de los pastizales.

Este enfoque se puede aplicar a cualquier especie de planta que quepa dentro de la cámara.