Name: CO 2濃度勾配施設 2濃縮および草地生態系の機能に及ぼす土壌の影響 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-21T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 19 s
Description: 学ぶ CO2濃度勾配法による草地生態系の生産性・水収支・炭素循環への影響評価。土壌タイプ別の生態系応答を長期的に観測し、気候変動緩和への草地の貢献可能性を解明する革新的手法です。

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私たちは、アン・ギブソン、キャサリン・ジョーンズ、クリス・コロジエチック、アリシア・ナランホ、カイル・ティナー、そしてLYCOG施設の運営、サンプリングの実施、データ処理のための多数の学生と臨時技術者に感謝します。L.G.R.はUSDA-NIFA(2010-65615-20632)を認めています。

1. Lysimeters計量として使用する土壌モノリスを収集<ol><li>厚さ8mmの鋼から深い1.5メートルによってメートルの正方形の1×1オープンエンドスチールボックスを構築します。 </li><li>螺旋状のアンカーに取り付けられた油圧プレスを使用して押して上下に土壌へのオープンエンドボックスは、土壌への深い3メートルを掘削。 </li><li>バックホーまたは同様の装置を用いて包まれたモノリスを掘削。 </li><li>モノリスの基部に土壌に接触するガラス繊維の芯を配置します。モノリスを排出する10 Lのリザーバに鋼ベースを芯を渡し、その後、ボックスの底部に鋼製のベースを溶接。 </li><li>このようなグリホサートとして、非残留除草剤を適用することにより、モノリス上の既存の植生を殺します。 </li></ol> 2.土壌モノリス上の植物群落を確立<ol><li> 1m 2当たり56植物の総密度のためのプラント8苗トールグラス草原の草やforbsの7種のそれぞれとモノリス、。 <ol><li&gt;プラント以下草：Boutelouaのcurtipendula（サイドオート麦グラマ）、Schizachyriumのscoparium（少しウシクサ）、Sorghastrumのnutans（Indiangrass）、Tridens albescens（白tridens）]。 </li><li>次Forbs工場： サルビアazurea（ピッチャーセージ）、 セイタカアワダチソウ （カナダアキノキリンソウ）、 ハイクサネム （イリノイbundleflower、マメ科）。 </li></ol></li><li>ラテン方陣設計における植物の苗は、各モノリスのために再無作為化。 </li><li>植え付け後約2ヶ月の移植を水です。目標は、最初の確立中に水ストレスを最小限に抑えることです。このような手の杖や庭の散水などの任意の便利な方法を使用します。水やりの頻度は、地域の気候や天候、周囲の降雨の特に発生に依存しています。 </li><li>最初の移植確立フェーズに続いて、必要な限り、周囲降雨下での移植性を維持しながら室（セクション3）構成されています。手除草によって確立中にモノリスに出てくる不要な種を削除します。 </li></ol> 3.室内デザイン<ol><li>各1.2メートル、幅1.5メートル背の高い二つのチャンバーを構築し、10 5メートルの長いセクションに分かれ、60メートル長いです。寸法1.5メートルに埋められた深い5 MX 1.2 MX 1.6メートルの重い鋼からセクションを作成します。 <ol><li>ランダムな順序で各セクションの4つのモノリス、2モノリス土壌タイプの2のそれぞれを、インストールしてください。 4540キロの容量バランスの上に、各モノリスをインストールします。 </li><li>偶数番号のセクションのペアリングにBastsilモノリスを含めます。 </li></ol></li><li>空気の流れのための経路を提供するために、長さ1 m×1メートル、幅X 0.3メートル背の高いシートメタルダクトと地上隣接するセクションに参加。 <ol><li>各ダクト内部の冷却コイルへの161.4キロワットの冷凍ユニットから10℃の供給クーラント。 </li><li>他に使用されるような明確な温室フィルムと植生（厚さ0.006 &quot;/ 15 mm）を、囲み気候操作実験23。 </li><li>サンプリングのためのモノリスへのアクセスを許可するようにドラフトフラップに裏打ちされたジッパー式の開口部がそれぞれカバーを取り付けます。 </li><li>ポリエチレンは、成長期の終わりにカバーを取り外します。 </li></ol></li></ol> 4. CO 2と空気の温度測定。温度制御<ol><li>両室でのサンプルの入口と出口のC A 2分毎superambientと準大室の入口と出口に位置濾過空気サンプルラインを通して。これらのデータは、CO 2注入及びファン速度制御を知らせます。 <ol><li>サンプルC A及び水蒸気含有量、および20分間隔で各5メートル部の入口と出口の空気温度（T A）を測定します 。 </li><li>製造業者のプロトコルに従って赤外線ガス分析計を使用して、リアルタイムですべてのCO 2空気サンプル及び水蒸気含有量を測定します。 </li><li>エントリーでT A を測定し 、中間点、シールドされた細線熱電対と各セクションのD出口。 </li></ol></li><li>周囲TのA部に近い部分から一貫した平均（中間部）T Aを維持するために、各セクションの入口の冷却コイルを通して冷却液の流れを調節します。 </li><li>空の遮るもののない眺めを持っており、製造業者のプロトコルに従って、光合成光量子束密度を測定するために、量子センサーを配置します。光レベルは、ブロワ制御アルゴリズムに入力されます。 </li></ol> 5. C A治療応用<ol><li>昼間<ol><li> superambient脚の入口ダクト内にマスフローコントローラを用いて、500μlのL -1 C Aに入ってくる周囲の空気と純粋な二酸化炭素（CO 2）を混合します。 C、A測定の詳細は第4章を参照してください。 </li><li>セクション1の入り口に送風ファンを使用してチャンバーを通過して下流のセクションで濃縮空気を運びます。 </li><li> M送風機速度を調整することにより、390μlのL -1（外気）の所望の出口のC Aにaintain。 <ol><li>出口C Aがセットポイントを下回っている場合は、ブロワーの速度を上げます。これは、より高い出口C Aで、その結果、CO 2の植物の取り込みに時間が少ないことができます。 </li><li>出口C、Aはセットポイントを超えている場合は、ブロワー速度を下げます。 </li></ol></li><li> 250μlのLの出口C、Aを達成するために -1外気と制御を導入除く周囲以下室で同じアプローチを使用してください。 </li></ol></li><li>夜間<ol><li>空気の流れの方向を逆にします。 </li><li> 640μlのLを維持するために、-1夜間出口（昼間入口で530μlのL -1 C A、及び制御移流速度を達成するためにsuperambient室の昼間の出口端にCO 2を注入します 。 </li><li>夜間入り口に〜390μlのL-CO 2で外気を導入530μlのL -1夜間出口を維持するために、周囲以下室と制御移流速度の（昼間の出口）。 </li></ol></li></ol> 6.降水入力<ol><li>各モノリスに平均生育期の降雨量を適用します。 <ol><li>点滴灌漑システムを通じて国内の水源から各モノリスに水を供給してください。実験場所の季節の降雨パターンに近似するように灌漑イベントとアプリケーション量をスケジュールします。正確なスケジュールは、地域の気候に依存します。 </li></ol></li><li>データロガーを使用してアプリケーションのタイミングを制御し、流量計を使用してアプリケーションのボリュームを測定します。 </li></ol> 7.サンプリング<ol><li>中性子減衰ゲージまたは他の適切なプローブを用いて、CO 2の制御期間中に体積土壌水分量（VSWC）毎週の鉛直分布を測定します。 <ol><li>推奨プロファイル増分は1、m個のデに20センチメートルの深さの増分でありますPTH、および1メートル下の1 50センチメートル増分。 </li></ol></li><li>メジャーモノリスは、成長期の終わりにすべて立って地上部バイオマスを収穫することにより正味の一次生産（ANPP）を地上。 <ol><li>すべての地上部バイオマスは、結果として、バイオマスが現在の一次生産を表して立って、毎年削除されます。 </li><li>一定の質量に乾燥種によってサンプリングバイオマスをソートし、重量を量ります。 </li><li> ANPPの植物種の寄与を定量化するために個々の種のバイオマスを使用してください。 </li></ol></li></ol>

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</ol>

著者らは開示するものは何もない。

LYCOG施設は3土壌型に確立された実験草原のコミュニティ上のC A濃度の250〜500μlのL -1連続的な勾配を維持し、その運用目標を達成しています。 C、Aの変化が所定の範囲にわたって直線です。気温は、各セクション内で増加したが、ほとんどのセクションで間の区間冷却コイルによってリセットされました。その結果、セクションのセクションから一貫した平均温度を維持するための運用の目標は、勾配のほとんどの上に会いました。土壌水分が比較的高く、植物がその最大の光合成能力にあるときの温度とC、A制御が簡単に春と初夏の間に維持されています。 プロトコルにおける重要なステップ 送風機速度の制御は、所定のCO 2の勾配を維持するための最も重要な側面です。コントロールは組み合わせに基づいています植生の炭素の取り込みへの空気の流れと一致するようにフィードバックとフィードフォワードの技術。フィードバック...

大気中の二酸化炭素濃度（C A）は最近、約270μlのL -1産業革命前にから過去400μlのLを-1増加しています。 C Aは 2100年1によって少なくとも550μlのLを-1に達すると予測されています。増加のこのレートは最後50万年間に観測され、任意のC Aの変更を凌駕しています。 C、Aの変化の前例のない率は、C、Aの増加に生態系の非線形または閾値応答の可能性を高めます。ほとんどの生態系規模Cが濃縮実験は2つだけの治療法、濃縮C Aと単一の制御レベルを適用します。これらの実験は、大幅にCの生態系への影響濃縮の我々の理解を拡大しています。しかし、CのAの増加に非線形生態系応答の存在を明らかにすることができる別の方法は、周囲以下の連続した範囲に渡って生態系を研究することですsuperambient C、A。準周囲C Aは、フィールドに維持することは困難であり、ほとんどの場合、成長チャンバー2を用いて研究されてきました。 Superambient C Aは、成長室、オープントップチャンバー、およびフリーエア濃縮技術3、4を用いて研究されています 。 C、Aの濃縮は、多くの土壌タイプを含む風景を横切って発生します。土壌の性質が強く、C、Aの濃縮に生態系の応答に影響を与えることができます。例えば、土壌のテクスチャは、土壌断面5内の水と栄養素の保持、植物6への可用性、有機物7-9の量と質を決定します。土壌水分の可用性は、Cへの生態系の応答最も草原10を含む水限らシステムにおける濃縮の重要なメディエーターです。濃縮実験C過去のフィールドは、一般的に唯一の土壌の種類を検討し、継続的にVのテストを制御していますarying C、Aの濃縮に比べていくつかの土壌タイプが不足しています。生態系プロセス上のC、Aの濃縮の効果は、土壌の種類と異なる場合は、空間Cに生態系の応答の変動濃縮および気候11、12におけるその後の変化を期待する強い理由があります。 ライシメータ二酸化炭素グラデーション（LYCOG）施設は〜250から500μlのLの範囲のC Aレベル -1に生態系の非線形及び閾値応答の空間的変動の問題に対処するために設計されました。 LYCOGは、米国中央平原の南の部分の草原の質感、NおよびC内容、および水文特性の広い範囲を表す土壌で成長する多年生草原植物群落上のC Aの所定の勾配を作成します。施設で使用される具体的な土壌シリーズは、低地の典型的なヒューストンブラッククレイ（32モノリス）、Vertisol（Udic Haplustert）です。オースティン（32モノリス）、高炭ネイト、高地の典型的なシルト質粘土モリソル（Udorthentic Haplustol）。そして、Bastsil（16モノリス）、沖積砂壌土アルフィゾル（Udic Paleustalf）。 LYCOGに用いられる動作原理は、空気の小包囲まれた部屋を通って一方向に移動するから、CのAを枯渇させるために植物の光合成能力を活用することです。治療目的は、500から250μlのL -1にC Aの一定の線昼間勾配を維持することです。これを達成するために、LYCOGは、2つの線形室で構成され、L-C、Aμlの500から390（周囲）へのグラデーションの部分を維持superambient室、および390〜250μlのL -1部分を維持周囲以下室勾配。二つの部屋は、南北軸上に配向、並んで配置されています。 Cは勾配が植生光合成能力が十分である年の部分の間に維持されています。典型的には、11月上旬に月下旬。 チャンバーは、C、Aの傾きを調整する周囲の値に近い空気の温度（T A）を制御し、すべての土壌に均一な降水量を適用するために必要なセンサや計測器が含まれています。土壌は、水収支のすべてのコンポーネントを決定するために、インストルメント水文学的に分離された計量lysimetersにインストール近くBlacklandの草原から収集そのままモノリスあります。水は降雨の季節に近似し、平均降水量の年の間、金額量とタイミングのイベントに適用されます。したがって、LYCOGは水と炭素収支などの草原生態系の機能上のC、Aを superambientする準大気と土壌の種類の長期的な影響を評価することが可能です。 LYCOGはUSDA ARS草原の土壌と水研究所が実施し、C、A勾配実験の第三世代です。第一世代はにプロトタイプの周囲以下でした勾配法13の実行可能性を確立し、C、A 14-20の変化を周囲以下する植物のリーフレベルの生理学的応答の我々の理解を進めて周囲勾配。第二世代は、コンセプトのフィールドスケールのアプリケーションは200 L -1 21μL550にまで延長勾配で、C 4草地を多年生することでした。このフィールドスケールの実験は、最初の証拠を提供し、そのCと草地の生産性が上昇濃縮よいです窒素可用性がsuperambient C A 22で植物の生産性を制限する可能性があるため、部分的には、現在の周囲濃度20付近で飽和します。 LYCOGは草原のコミュニティのC、A応答の土壌の相互作用効果のための堅牢なテストを可能にする、様々なテクスチャの複製された土壌を組み込むことにより、この第二世代の実験を拡張します。

<table><tbody><tr><td>データロガー、マルチプレクサ</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>熱電対: Copper-constantan</td><td>Omega Engineering, Inc., Stamford, CT, USA</td><td>TT-T-40-SLE, TT-T-24-SLE</td><td></td></tr><tr><td>Quantum sensor</td><td>Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE, USA</td><td>LI-190SB</td><td></td></tr><tr><td>CO2/H2O analyzer</td><td>Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE,米国</td><td>LI-7000</td><td></td></tr><tr><td>ライシメータスケール</td><td>Avery Weigh-Tronix, Houston, TX, USA</td><td>DSL-3636-10</td><td></td></tr><tr><td>エアサンプリングポンプ</td><td>Grace Air Components, Houston, TX, USA</td><td>VP 0660</td><td></td></tr><tr><td>露点発生器</td><td>Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE, USA</td><td>LI-610</td><td></td></tr><tr><td>冷水チラー</td><td>AEC Application Engineering, Wood Dale, IL,</td><td>USA CCOA-50</td><td></td></tr><tr><td>冷水流量制御値</td><td>Belimo Air Controls, Danbury, CT, USA</td><td>LRB24-SR</td><td></td></tr><tr><td>冷水冷却コイル</td><td>Coil Company, Paoli, PA, USA</td><td>WC12-C14-329-SCA-R</td><td></td></tr><tr><td>二酸化炭素冷蔵液体</td><td>Temple Welding Supply, Temple, TX, USA</td><td>UN2187</td><td></td></tr><tr><td>ポリエチレンフィルム</td><td>AT プラスチック、トロント、オンタリオ州、カナダ</td><td>Dura-film Super Dura 4</td><td></td></tr><tr><td>ブロワーモーター/コントローラー</td><td>デイトンエレクトリック、レイクフォレスト、イリノイ州、米国</td><td>2M168C / 4Z829</td><td></td></tr><tr><td>ソレノイド</td><td>インダストリアルオートメーション、コーネリアス、ノースカロライナ州</td><td>、米国U8256B046V-12 / DC</td><td></td></tr><tr><td>浸出水収集ポンプ</td><td>ガスト製造、ベントンハーバー、ミシガン</td>州<td>、米国0523-V191Q-G588DX</td><td></td></tr></tbody></table>

co<sub&gt; 2</subテスト用のco&gt;濃度勾配施設<sub&gt; 2</sub&gt;濃縮および草地生態系の機能に及ぼす土壌の影響

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

陸上生態系への影響を調べるための大気中の二酸化炭素濃度（C A）委任技術の継続的な増加。ほとんどの実験は2つだけまたはC濃度とシングル土壌の種類のいくつかのレベルを調べるが、C Aは 、複数の土壌の濃度をsuperambientする周囲以下の勾配として変化させることができるならば、我々は過去の生態系の応答が直線的に継続することができるかどうかを見分けることができます未来と応答が風景全体で変化してもよいかどうか。ライシメータ二酸化炭素グラデーション施設は、250〜500μlのL -1勾配C粘土、シルト質粘土、および砂質土を含むlysimetersに設立Blackland草原の植物群落に適用されます。勾配は温度制御室にで囲まれた植物により光合成として作成され、次第に室を通って一方向に流れる空気から二酸化炭素を枯渇させます。適切な空気流量を維持し、十分なphotosynthetic容量、および温度制御は、夏の間、光合成速度と水ストレスの増加を減少しているシステムの主な限界を克服するために重要です。施設は、C、Aの濃縮の他の技術への経済的な代替である、成功したC濃縮をsuperambientする周囲以下にする生態系の応答の形を見分ける、およびメタンやオゾンなどの他の温室効果ガスと二酸化炭素の相互作用をテストするために適合させることができます。

勾配のsuperambientと準大部分は、別個のチャンバ（ 図1）に維持されています。しかし、操作の7年間（2007 - 2013）の上に、チャンバは、濃縮室の出口との間に、C Aの唯一の小さな不連続とCに250μlのL -1（ 図2）への500の濃度を直線勾配を維持しました（モノリス40）と勾配の準大部分の入り口（モノリス41）。 気温と蒸気圧赤字はsuperambient室の部10を除いて、superambientと周囲以下室の両方でセクションからセクションに一定のままであり、セクション19と空気温度が他よりも暖かい〜3℃の平均周囲以下室、20セクション（ 図2）。各セクション内で7゜C、およびcorrespondi - しかしそこ5の温度上昇を顕著にすることができNGは蒸気圧の赤字に増加します。 2007年に亘って平均化- 2013年の成長の季節、VSWCは、Cに沿って直...

ライシメータ二酸化炭素グラデーション施設は、250〜500μlのL -1粘土、シルト質粘土、および砂質土壌モノリスの温度制御室ハウジング草原植物群落における線形二酸化炭素勾配を作成します。施設は、過去と未来の二酸化炭素濃度は、草原の炭素循環にどのように影響するかを決定するために使用されます。

CO<sub&gt; 2</subテスト用のCO&gt;濃度勾配施設<sub&gt; 2</sub&gt;濃縮および草地生態系の機能に及ぼす土壌の影響

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

この実験の全体的な目的は、過去および将来的な大気中の二酸化炭素濃度の増加が、草原生態系の生産性、水収支、および炭素循環にどのように影響するかを明らかにすることです。本研究には、異なる土壌タイプにおける二酸化炭素の影響のモニタリングが含まれています。本実験は、大気中濃度の増加による影響を相殺する可能性を含め、気候変動が草原に及ぼす影響に関する重要な生態学的疑問への回答に寄与します。CO2 本アプローチの独自の利点は、産業革命以降のCO2濃縮の影響を決定できること、および将来的にCO2の影響がどのように変化するかを決定できることにあります。CO2を導入するための我々のアプローチは、研究対象である植物自体にCO2勾配を形成させる手法に基づいています。CO2の操作およびそれが草原生態系に与える影響に関するこのアプローチは、1980年代後半に当研究室で開発されました。ここに記録されている実験は、CO2勾配実験の第3世代である。土壌モノリスを採取するために、1辺1メートル、深さ1メートルの底が開いたスチール製ボックスを使用する。スチールの厚さは少なくとも8mm必要である。後でベースが溶接されます。3メートルの深さのヘレアンカーで土壌に固定した油圧プレス機を用いて、ボックスを目的の土壌に押し込みます。ボックスを土壌に押し込んだ後、バックホーで周囲の土壌を掘削します。モノリスの底面を下の土壌から切り離し、モノリスを取り出します。グラスファイバー製の芯（ウィック）を土壌に密着させます。ボックスの底にある芯は、ここに示されている、あらかじめ溶接されて固定されたスチール製ボックスの底に取り付けられた10 literのリザーバーに排水されます。リザーバーは、実験中にモノリスから排水される水を回収し、化学分析のための水サンプリング手段としても機能します。研究対象となる種を、その種の研究に適した密度でモノリスに植え付けます。必要に応じて、グリホサートなどの非残留性除草剤を用いて、モノリス上の既存の植生を除去してください。背の高い草本、プレーリー種の場合、1平方メートルあたり56本の植物が適切です。7つの種の苗を8本ずつ、各モノリスに使用した草本種ごとに固有のランダム化を行い、ラテン方格パターンに配置します。ここでの草本種には、side oes、grandma、little blue stem、Indian grass、white Tritonsが含まれます。使用したフォーブ種は、pitcher、Sage Canada、golden rod、Illinois bundle flowerでした。定植期の植物に十分な水分を供給するため、マメ科植物に点滴灌漑またはスプリンクラー灌漑を用います。目的は、研究対象種に適した量と頻度で給水し、定植中の水ストレスを最小限に抑えることです。定植段階が終了した後は、チャンバーの設置が完了するまで、自然降雨条件下で植物を維持してください。モノリスチャンバーは、幅約7 m、深さ1.5 m、長さ60 mの溝に設置されます。各溝には2つのチャンバーが収まり、各チャンバーには、各溝に10個の相互接続されたセクションが収まります。厚手の鋼鉄製容器10個を、容器間に1 mの間隔を空けて配置してください。これらは各セクションの基盤となり、それぞれに4つのモノリスを保持します。隣接するセクションを板金ダクトで接続し、空気の流れのための経路を確保します。各ダクトの内部に冷却コイルを設置します。コイルには、161 kWの冷凍機から10 °Cの水が供給されます。各コイルへの冷水の流量は、チャンバー内の空気温度に反応する制御弁によって調節されます。4,540 kgの容量を持つ秤を4台設置し、5 mごとのセクション容器をそれぞれの秤の上に配置して、定植済みのプレーリー植物を含むモノリスを設置してください。5メートルごとの各セクションには、2種類の土壌のモノリスをランダムな順序で配置してください。各セクションにおける土壌タイプの組み合わせをランダム化し、1つおきのセクションの組み合わせに砂質ロームを含めてください。チャンバーを完成させるために、各セクションを気候操作実験で一般的に使用される0.15 millimeterの温室用フィルムで覆います。必要に応じて植物にアクセスできるよう、カバーにドラフトフラップ付きのジッパー開口部を設置してください。サンプリングやメンテナンスが必要な場合は、カバーを取り外すことができます。植生の光合成能がCO2勾配を維持するのに十分である限り、成長期を通じて植生をカバーしたままにしてください。各チャンバーの入口と出口で、20分ごとに空気をサンプリングします。ろ過された航空ラインを通じて空気を赤外線ガス分析計に送り、CO2濃度を即座に測定します。同様に、20分ごとに水蒸気量を測定します。また、各セクションにおいて、シールド付き極細線熱電対を用い、空気入口、セクションの中点、および空気出口での周囲温度を20分ごとに測定します。サンプルの温度データを用いて、各セクション間で中段の周囲空気温度が一定に保たれるよう冷却コイルを調整します。最後に、チャンバーに入射する光合成光量子束密度を測定します。クォンタムセンサーを使用し、チャンバー入口のファンによって周囲空気がスーパーアンビエントチャンバー内に引き込まれます。マスフローコントローラーを使用して、純粋なCO2をチャンバー内に注入し、濃度を空気1リットルあたり500 µLに維持します。また、ファンの速度を調節し、チャンバーから排出される空気のCO2レベルを1リットルあたり390 µLにします。このCO2を光合成光量子束密度の測定に使用してください。このパラメータを維持するために、低速域の制御が、規定のCO2濃度勾配を維持する上で最も重要な要素となります。亜冷チャンバー（sub ambient chamber）では、外気を導入し、夜間における排出CO2濃度が250 microliters per literになるようにファン速度を調節します。両チャンバーの気流を反転させ、超冷チャンバー（super ambient chamber）において以下のパラメータを満たすようにガス注入量とファンを設定してください。流入空気を1リットルあたり530 µLのCO2に濃縮し、亜環境チャンバー（sub ambient chamber）での流出空気が1リットルあたり640 µLのCO2になるように流量を調整します。沈殿用として、入口で390 µL/L、出口で530 µL/LとなるようにCO2レベルを調整します。平均的な成長期を適用してください。各モノリスに降雨を再現します。地域の水源からの点滴灌漑システムを使用し、季節的な降雨パターンを近似させます。給水量はデジタル流量計を用いて測定します。モノリス内の植物に十分な水を与え、深刻な乾燥ストレスを回避することが極めて重要です。これにより、光合成速度を高く維持し、CO₂勾配を形成および維持することが可能になります。光合成速度の高いシンク植物を一部のモノリスに植えることで、この効果を促進できます。7年間の運用期間中、プレーリーグラスのモノリスチャンバー内の大気CO2濃度は、わずかな不連続性があるのみで線形に維持されました。一部のセクションを除き、土壌上層20 cmで測定された温度および飽和水蒸気圧差も一定に保たれました。本研究で用いた3種類の土壌のうち2種類において、土壌体積含水率はCA勾配に沿って線形に変化し、シルト質粘土土壌においてのみ変化が見られました。このパラメータに変化はありませんでした。植物の生産性は、地上部純一次生産性の指標を用いて測定されました。これは、すべての土壌においてCAと線形に変動しました。CAに対する反応が最も低かったのは粘土質土壌であり、最も高い反応が見られたのは砂質壌土でした。本実験で最も豊富であった植物は、Mesic C four Tallgrass Sarga Newanでした。この植物は砂質壌土においてCAの影響を最も強く受けましたが、粘土質土壌ではCAによる影響はわずかでした。全体的に、および亜安定条件下でのシルト質粘土土壌において、次に豊富であった種はZurich C four Midgrass BTU Lua Kerti Pendulaであった。この種は、そこでの最優占種であった。その生産性は、シルト質粘土におけるcaの影響を最も強く受け、粘土におけるcaの影響を最も受けにくかった。このビデオを視聴することで、CO2濃度勾配を調節するための実験植生の構築および維持方法について十分な理解を得るとともに、そのCO2勾配を制御するために測定が必要な重要パラメータについて理解することができます。この施設の建設には約2年を要しますが、過去および将来のCO2レベルに対する植物の反応を数十年にわたって研究できる能力を備えています。このような長期研究は、大気中のCO2上昇が草地の炭素循環に及ぼす影響を理解する上で極めて重要です。この手法は、チャンバー内に収まるあらゆる植物種に適用可能です。

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JoVE Journal

Environment

環境

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JenaTron - 草原の生態系機能に対する植物の歴史と土壌の歴史の影響を研究するための実験的アプローチ

学ぶ CO2濃度勾配法による草地生態系の生産性・水収支・炭素循環への影響評価。土壌タイプ別の生態系応答を長期的に観測し、気候変動緩和への草地の貢献可能性を解明する革新的手法です。

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