Un CO ₂ Facilité Concentration de Gradient pour les essais CO ₂ Enrichissement et du sol Effets sur l'écosystème de prairie Fonction

L’objectif global de cette expérience est de déterminer comment les augmentations passées et futures du dioxyde de carbone atmosphérique affectent la productivité de l’écosystème des prairies, le bilan hydrique et le cycle du carbone. L’étude comprend la surveillance de l’effet du dioxyde de carbone sur différents types de sols. Notre expérience peut aider à répondre à des questions écologiques clés sur les impacts du changement climatique sur les prairies, y compris leur potentiel à compenser les effets de la hausse de l’atmosphère.

CO2 L’avantage unique de notre approche réside dans la détermination des impacts de l’enrichissement en CO2 depuis le début de la révolution industrielle, et dans la détermination de la manière dont les impacts du CO2 pourraient changer à l’avenir. Notre approche pour commencer le CO2 repose sur l’utilisation des plantes que nous étudions pour créer leurs propres gradients de CO2. Cette approche de manipulation du CO2 et des impacts sur les écosystèmes des prairies a été développée dans notre laboratoire à la fin des années 1980.

L’expérience documentée ici est la troisième génération d’expériences sur le gradient de CO2. Pour collecter des monolithes de terre, utilisez une boîte en acier ouverte d’un mètre carré et d’un mètre de profondeur. L’acier doit avoir une épaisseur d’au moins huit millimètres.

Une base sera ensuite soudée. Appuyez sur la boîte dans le sol souhaité à l’aide d’une presse hydraulique fixée au sol par des ancrages hélicoïdaux de trois mètres de profondeur. Après avoir enfoncé la boîte dans le sol, creusez le sol environnant à l’aide d’une tractopelle.

Coupez la base du monolithe du sol en dessous et retirez le monolithe. Placez une mèche en fibre de verre contre le sol. À la base de la boîte, la mèche s’écoule dans un réservoir de 10 litres fixé à la base de la boîte en acier montrée ici déjà soudée en place.

Le réservoir recueille l’eau qui peut s’écouler à travers le monolithe pendant l’expérience, et fournit également un moyen d’échantillonner l’eau pour des analyses chimiques. Plantez les espèces à étudier dans les monolithes à des densités appropriées aux espèces étudiées. Si nécessaire, tuez la végétation préexistante sur les monolithes avec un herbicide non résiduel comme le glyphosate.

Pour les herbes hautes, les espèces de prairie, 56 plantes sur le mètre carré conviennent. Huit semis de sept espèces organisent les espèces dans un motif carré latin à l’aide d’une randomisation unique pour chaque espèce de graminée monolithe utilisée ici, y compris les oes latéraux, les grands-mères, les petites tiges bleues, les graminées indiennes et les tritons blancs. Les espèces utilisées par Forbes étaient le pichet, le Sage Canada, le bâton d’or et la fleur de fagot de l’Illinois.

Une légumineuse utilisait l’irrigation goutte à goutte ou aérienne pour garder les plantes bien arrosées pendant l’établissement. L’objectif est de minimiser le stress hydrique pendant que les plantes établissent de l’eau en quantités et à des fréquences appropriées pour les espèces étudiées. Après la phase d’établissement de l’usine, maintenez les plantes sous la pluie ambiante jusqu’à ce que la construction de la chambre soit terminée.

Les chambres monolithiques sont installées dans des tranchées d’environ sept mètres de large, 1,5 mètre de profondeur et 60 mètres de long. Chaque tranchée s’adapte à deux chambres et chaque chambre s’adapte à 10 sections interconnectées dans chaque tranchée. Installez 10 conteneurs en acier lourd avec un mètre entre chaque conteneur.

Ceux-ci forment la base de chaque section et chacun contiendra quatre monolithes. Joignez les sections adjacentes avec des conduits en tôle pour fournir un chemin pour la circulation de l’air. Installez un serpentin de refroidissement à l’intérieur de chaque conduit.

Le serpentin est alimenté par de l’eau à 10 degrés Celsius à partir d’une unité de réfrigération de 161 kilowatts. Le débit d’eau glacée vers chaque serpentin est régulé par une soupape de régulation qui réagit à la température de l’air de la chambre. Placez quatre balances d’une capacité de 4 540 kilogrammes dans chaque contenant de cinq mètres de section sur chaque balance, placez un monolithe avec des plantes de prairie établies.

Chaque section de cinq mètres doit contenir des monolithes de deux types de sol dans un ordre aléatoire dans la section Randomiser les appariements de types de sol dans chaque section inclure du limon sableux dans les appariements de chaque autre section. Pour compléter la chambre, couvrez chaque section avec un film de serre de 0,15 millimètre, qui est couramment utilisé dans les expériences de manipulation du climat Pour accéder aux plantes au besoin. Installez des ouvertures zippées avec rabats anti-vent sur les housses.

Le couvercle peut être retiré si nécessaire pour l’échantillonnage ou l’entretien. Gardez la végétation couverte tout au long de la saison de croissance tant que la capacité photosynthétique de la végétation est suffisante pour maintenir le gradient de CO2. Prélever un échantillon d’air à l’entrée et à la sortie de chaque chambre toutes les 20 minutes.

Acheminez l’air à travers des conduites d’air filtrées vers des analyseurs de gaz infrarouges, qui mesurent immédiatement la concentration de CO2. De même, mesurez la vapeur d’eau toutes les 20 minutes. De plus, pour chaque section, utilisez des couples thermiques à fil fin blindé pour mesurer la température ambiante toutes les 20 minutes à l’entrée d’air, au milieu de la section et à la sortie d’air.

À l’aide des données de température de l’échantillon, régulez les serpentins de refroidissement pour maintenir une température de l’air ambiant constante entre les sections. Enfin, mesurez la densité de flux de photons photosynthétiques incidente sur la chambre. À l’aide d’un capteur quantique, l’air ambiant est aspiré dans la chambre super ambiante par les ventilateurs à l’entrée de la chambre.

À l’aide d’un régulateur de débit massique, injectez du CO2 pur dans la chambre et maintenez la concentration à 500 microlitres par litre d’air. Régulez également la vitesse des ventilateurs pour atteindre un niveau de CO2 de 390 microlitres par litre d’air sortant de la chambre. Utilisez le CO2 dans les mesures de densité de flux de photons photosynthétiques.

Pour maintenir ce paramètre, le contrôle d’une vitesse inférieure est l’aspect le plus critique du maintien du gradient de CO2 prescrit. Pour la chambre sub-ambiante, introduisez de l’air ambiant et régulez la vitesse du ventilateur pour atteindre un niveau de CO2 sortant de 250 microlitres par litre pendant les heures de nuit. Inversez le flux d’air à travers les deux chambres et réglez l’injection de gaz et les ventilateurs pour qu’ils répondent aux paramètres suivants dans la chambre super ambiante.

Enrichissez l’air entrant à 530 microlitres de CO2 par litre et régulez le débit pour que l’air sorte à 640. Des microlitres de CO2 par litre dans la chambre sub-ambiante, ajustez l’air, de sorte que les niveaux de CO2 sont de 390 microlitres par litre à l’entrée et de 530 microlitres par litre à la sortie pour les précipitations. Appliquez la saison de croissance moyenne.

Précipitations à chaque monolithe. Utilisez un système d’irrigation goutte à goutte à partir d’une source d’eau locale pour vous rapprocher du régime saisonnier des précipitations. Mesurez les applications d’eau à l’aide d’un débitmètre numérique.

Il est extrêmement important que les plantes du monolithe soient suffisamment arrosées pour éviter un stress hydrique sévère. De cette façon, leurs taux de photosynthèse restent suffisamment élevés pour créer et maintenir le gradient de CO2. Cela peut être aidé si certains monolithes sont plantés avec une plante à puits avec un taux de photosynthèse élevé.

Au cours de sept années d’exploitation, les chambres de monolithes d’herbe de prairie ont été maintenues à une concentration atmosphérique linéaire de CO2 ou environ avec seulement de petites discontinuités. À l’exception d’une section, le déficit de température et de pression de vapeur est également resté constant, mesuré dans les 20 premiers centimètres du sol. La teneur volumétrique en eau du sol variait linéairement le long du gradient CA sur deux des trois sols de l’étude, seul le sol argilo-limoneux était présent.

Pas de changement dans ce paramètre. La productivité de l’usine a été mesurée à l’aide de la mesure de la productivité primaire nette en surface. Celle-ci variait linéairement avec l’AC sur tous les sols.

La réponse la plus faible à l’AC s’est produite avec le sol argileux et la réponse la plus élevée a été observée avec le loam sableux. Le Mesic C four Tallgrass Sarga Newan était la plante la plus abondante dans l’expérience. Il a été le plus fortement affecté par l’AC sur le limon sableux et n’a été que marginalement affecté par l’AC sur le sol argileux.

Le Zurich C quatre Midgrass BTU Lua Kerti Pendula était la deuxième espèce la plus abondante dans l’ensemble, et sur un sol argilo-limoneux dans le sous-ambiant. C’était le plus abondant. Sa productivité était la plus affectée par l’acide sur l’argile limoneuse et la moins affectée par l’acide sur l’argile.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’établir et de maintenir une végétation expérimentale pour réguler un gradient de concentration de CO2 et comprendre les paramètres critiques qui doivent être mesurés afin de contrôler ce gradient de CO2. La construction de cette installation nécessite environ deux ans, mais elle permet d’étudier pendant des décennies les réponses des plantes aux niveaux de CO2 passés et futurs. De telles études à long terme sont essentielles pour aider à comprendre les effets de l’augmentation du CO2 atmosphérique sur le cycle du carbone des prairies.

Cette approche peut être appliquée à n’importe quelle espèce végétale qui rentrerait dans la chambre.