A CO ₂ Gradiente di concentrazione strumento per il test di CO ₂ Arricchimento e del suolo Effetti sulla Prateria Ecosistema Funzione

L'obiettivo generale di questo esperimento è determinare in che modo gli aumenti passati e futuri dell'anidride carbonica atmosferica influenzino la produttività dell'ecosistema delle praterie, il bilancio idrico e il ciclo del carbonio. Lo studio include il monitoraggio dell'effetto dell'anidride carbonica su diversi tipi di suolo. Il nostro esperimento può aiutare a rispondere a domande ecologiche chiave sugli impatti del cambiamento climatico sulle praterie, compreso il loro potenziale per compensare gli effetti dell'aumento atmosferico.

CO2 Il vantaggio unico del nostro approccio risiede nel determinare gli impatti dell'arricchimento di CO2 dall'inizio della rivoluzione industriale e nel determinare come gli impatti di CO2 potrebbero cambiare in futuro. Il nostro approccio per l'avvio della CO2 si basa sull'utilizzo delle piante che stiamo studiando per creare i propri gradienti di CO2. Questo approccio per la manipolazione della CO2 e degli impatti sugli ecosistemi delle praterie è stato sviluppato nel nostro laboratorio alla fine degli anni '80.

L'esperimento qui documentato è la terza generazione di esperimenti sul gradiente di CO2. Per raccogliere i monoliti del terreno, utilizzare una scatola d'acciaio aperta di un metro quadrato e profonda un metro. L'acciaio deve avere uno spessore di almeno otto millimetri.

Successivamente verrà saldata una base. Premere la scatola nel terreno desiderato utilizzando una pressa idraulica fissata al terreno da ancore hele profonde tre metri. Dopo aver premuto la scatola nel terreno, scavare il terreno circostante con un retroescavatore.

Tagliare la base del monolite dal terreno sottostante e rimuovere il monolite. Posiziona uno stoppino in fibra di vetro contro il terreno. Alla base della scatola, lo stoppino defluisce in un serbatoio da 10 litri attaccato alla base della scatola di acciaio mostrata qui già saldata in posizione.

Il serbatoio raccoglie l'acqua che può defluire attraverso il monolite durante l'esperimento e fornisce anche un mezzo per campionare l'acqua per le analisi chimiche. Pianta le specie da studiare nei monoliti a densità adeguate alle specie studiate. Se necessario, uccidere la vegetazione preesistente sui monoliti con un erbicida non residuo come il glifosato.

Per l'erba alta, le specie della prateria, sono adatte 56 piante oltre il metro quadrato. Otto piantine di sette specie dispongono le specie in uno schema quadrato latino utilizzando una randomizzazione unica per ogni monolite Le specie di erba utilizzate qui includono oe laterali, nonna, piccolo gambo blu, erba indiana e Tritoni bianchi. Le specie di Forbes utilizzate erano l'ascidio, la salvia canadese, la verga d'oro e il fiore a fascio dell'Illinois.

Un legume utilizzato per irrigazione a goccia o aerea per mantenere le piante ben annaffiate durante l'insediamento. L'obiettivo è ridurre al minimo lo stress idrico mentre le piante stabiliscono acqua in quantità e frequenze adeguate alla specie in studio. Dopo la fase di insediamento dell'impianto, mantenere gli impianti sotto la pioggia ambiente fino al completamento della costruzione della camera.

Le camere monolitiche sono inserite in trincee larghe circa sette metri, profonde 1,5 metri e lunghe 60 metri. Ogni trincea si adatta a due camere e ogni camera si adatta a 10 sezioni interconnesse in ogni trincea. Montare 10 contenitori in acciaio pesante con un metro tra ogni contenitore.

Questi formano la base di ogni sezione e ognuno conterrà quattro monoliti. Unire le sezioni adiacenti con condotti in lamiera per fornire un percorso per il flusso d'aria. Installare una serpentina di raffreddamento all'interno di ciascun condotto.

La batteria viene alimentata con acqua a 10 gradi Celsius da un'unità di refrigerazione da 161 kilowatt. Il flusso di acqua refrigerata a ciascuna serpentina è regolato da una valvola di controllo che risponde alla temperatura dell'aria della camera. Posiziona quattro bilance da 4.540 chilogrammi di capacità in ogni contenitore di cinque metri di sezione su ogni bilancia, posiziona un monolite con piante di prateria stabilite.

Ogni sezione di cinque metri dovrebbe contenere monoliti di due tipi di terreno in ordine casuale all'interno della sezione randomizzare gli abbinamenti del tipo di terreno in ciascuna sezione includono terriccio sabbioso negli accoppiamenti di ogni altra sezione. Per completare la camera, coprire ogni sezione con una pellicola per serra da 0,15 millimetri, che viene comunemente utilizzata negli esperimenti di manipolazione del clima per accedere alle piante secondo necessità. Installare aperture con cerniera con alette antivento sulle coperture.

Il coperchio può essere rimosso quando necessario per il campionamento o la manutenzione. Mantenere la vegetazione coperta per tutta la stagione di crescita finché la capacità fotosintetica della vegetazione è sufficiente a mantenere il gradiente di CO2. Campionare l'aria all'ingresso e all'uscita di ciascuna camera ogni 20 minuti.

Instradare l'aria attraverso le linee aeree filtrate verso gli analizzatori di gas a infrarossi, che misurano immediatamente la concentrazione di CO2. Allo stesso modo, misurare il vapore acqueo ogni 20 minuti. Inoltre, per ogni sezione, utilizzare coppie termiche a filo sottile schermate per misurare la temperatura ambiente ogni 20 minuti all'ingresso dell'aria, nel punto medio della sezione e all'uscita dell'aria.

Utilizzando i dati di temperatura del campione, regolare le serpentine di raffreddamento per mantenere una temperatura costante dell'aria ambiente della sezione centrale che sia coerente tra le sezioni. Infine, misurare la densità del flusso di fotoni fotosintetici incidente sulla camera. Utilizzando un sensore quantistico, l'aria ambiente viene aspirata nella camera super ambiente dai ventilatori all'ingresso della camera.

Utilizzare un regolatore di flusso di massa per iniettare CO2 pura nella camera e mantenere la concentrazione a 500 microlitri per litro d'aria. Regolare anche la velocità delle ventole per raggiungere un livello di CO2 di 390 microlitri per litro d'aria in uscita dalla camera. Utilizzare la CO2 nelle misure di densità del flusso di fotoni fotosintetici.

Per mantenere questo parametro Il controllo della velocità inferiore è l'aspetto più critico per mantenere il gradiente di CO2 prescritto. Per la camera sottoambiente, immettere aria ambiente e regolare la velocità della ventola per raggiungere un livello di CO2 in uscita di 250 microlitri per litro durante le ore notturne. Invertire il flusso d'aria attraverso entrambe le camere e impostare l'iniezione di gas e le ventole in modo che soddisfino i seguenti parametri nella camera super ambiente.

Arricchisci l'aria in ingresso a 530 microlitri di CO2 per litro e regola il flusso in modo che l'aria esca a 640. Microlitri di CO2 per litro nella camera sub ambiente, regolare l'aria, quindi i livelli di CO2 sono 390 microlitri per litro all'ingresso e 530 microlitri per litro all'uscita per le precipitazioni. Applicare la stagione di crescita media.

Pioggia su ogni monolite. Utilizzare un sistema di irrigazione a goccia da una fonte d'acqua locale per approssimare l'andamento stagionale delle precipitazioni. Misura le applicazioni idriche utilizzando un flussometro digitale.

È di fondamentale importanza che le piante nel monolite siano annaffiate abbastanza bene da evitare un grave stress da siccità. In questo modo, i tassi fotosintetici rimangono sufficientemente alti da creare e mantenere il gradiente di CO2. Questo può essere aiutato se alcuni monoliti sono piantati con una pianta da lavandino con un alto tasso di fotosintesi.

Nel corso di sette anni di attività, le camere dei monoliti di erba della prateria sono state mantenute a una concentrazione lineare di CO2 atmosferica o ca con solo piccole discontinuità. A parte una sezione, anche la temperatura e il deficit di pressione del vapore sono rimasti costanti, misurati nei primi 20 centimetri di terreno. Il contenuto volumetrico di acqua del suolo variava linearmente lungo il gradiente di CA su due dei tre terreni nello studio, solo nel terreno argilloso limoso.

Nessuna modifica in questo parametro. La produttività dell'impianto è stata misurata utilizzando la metrica della produttività primaria netta fuori terra. Questo variava linearmente con il CA su tutti i terreni.

La risposta più bassa al CA si è verificata con il terreno argilloso e la risposta maggiore è stata osservata con il terriccio sabbioso. La Mesic C four Tallgrass Sarga Newan è stata la pianta più abbondante nell'esperimento. Era più fortemente influenzato dal CA sul terriccio sabbioso e solo marginalmente influenzato dal CA sul terreno argilloso.

La zurighese C four Midgrass BTU Lua Kerti Pendula era la specie successiva più abbondante in assoluto, e su terreno argilloso limoso in sub ambiente ca. Era il più abbondante. La sua produttività era più influenzata dal ca su argilla limosa e meno influenzata dal ca su argilla.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come stabilire e mantenere la vegetazione sperimentale per regolare un gradiente di concentrazione di CO2 e comprendere i parametri critici che devono essere misurati per controllare quel gradiente di CO2. Questo impianto richiede circa due anni per essere costruito, ma fornisce la capacità per studi decennali sulle risposte degli impianti ai livelli di CO2 passati e futuri. Tali studi a lungo termine sono fondamentali per aiutare a comprendere gli effetti dell'aumento della CO2 atmosferica sul ciclo del carbonio delle praterie.

Questo approccio può essere applicato a qualsiasi specie vegetale che si adatti alla camera.