CO

이 실험의 전반적인 목표는 과거 및 미래의 대기 중 이산화탄소 증가가 초지 생태계의 생산성, 수지 및 탄소 순환에 어떠한 영향을 미치는지 확인하는 것입니다. 본 연구에는 다양한 토양 유형에 따른 이산화탄소의 영향을 모니터링하는 과정이 포함됩니다. 우리의 실험은 대기 중 이산화탄소 상승의 영향을 상쇄하는 초지의 잠재력을 포함하여, 기후 변화가 초지에 미치는 영향에 관한 핵심적인 생태학적 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.

CO2 본 접근법의 독특한 장점은 산업 혁명 시작 이후의 CO2 농축 영향을 결정하고, 미래에 CO2의 영향이 어떻게 변화할지 판단하는 데 있습니다. CO2를 시작하기 위한 당사의 접근 방식은 연구 대상 식물이 스스로 CO2 기울기를 생성하도록 하는 것에 의존합니다. CO2를 조절하고 초지 생태계에 미치는 영향을 분석하는 이 접근법은 1980년대 후반 당사 연구실에서 개발되었습니다.

여기에 기록된 실험은 CO2 구배 실험의 3세대 연구입니다. 토양 단면체를 수집하려면, 가로 세로 1m, 깊이 1m의 개방형 강철 박스를 사용하십시오. 강철의 두께는 최소 8mm여야 합니다.

이후에 베이스를 용접하여 부착합니다. 3m 깊이의 헬레 앵커(hele anchor)로 토양에 고정한 유압 프레스를 사용하여 박스를 원하는 토양 속으로 압입합니다. 박스를 토양에 압입한 후, 백호(backhoe)를 사용하여 주변 토양을 굴착합니다.

모놀리스 하단을 토양에서 분리하여 모놀리스를 제거하십시오. 유리섬유 심지를 토양에 밀착시켜 배치합니다. 상자 하단에서 심지는 여기에 이미 용접되어 부착된 것으로 표시된 스틸 상자 바닥의 10 liter 저장소로 배수됩니다.

저수조는 실험 중에 모놀리스를 통해 배수될 수 있는 물을 수집하며, 화학 분석을 위해 물을 샘플링하는 수단이 됩니다. 연구 대상 종을 연구 종에 적합한 밀도로 모놀리스에 식재하십시오. 필요한 경우, 글리포세이트와 같은 잔류성이 없는 제초제로 모놀리스에 기존에 있던 식생을 제거하십시오.

키가 큰 풀과 프레이리 종의 경우, 제곱미터당 56개체의 식물이 적당합니다. 7개 종의 묘목을 각각 8개씩 사용하여, 여기에 사용된 각 단일 모놀리스 그라스 종에 대해 고유한 무작위 배정을 적용한 라틴 방격법 패턴으로 배치합니다. 사용된 그라스 종에는 side oes, grandma, little blue stem, Indian grass, white Tritons가 포함됩니다. 사용된 포브 종으로는 pitcher, Sage Canada, golden rod, Illinois bundle flower가 있었습니다.

정착 기간 동안 식물에 충분한 수분을 공급하기 위해 콩과 식물에 점적 관수 또는 살수 관수를 실시합니다. 목표는 연구 대상 종에 적합한 양과 빈도로 수분을 공급하여 식물이 정착하는 동안 수분 스트레스를 최소화하는 것입니다. 식물 정착 단계가 끝난 후에는 챔버 구축이 완료될 때까지 자연 강우 상태에서 식물을 유지하십시오.

모놀리스 챔버는 폭 약 7m, 깊이 1.5m, 길이 60m의 트렌치에 설치됩니다. 각 트렌치에는 두 개의 챔버가 들어가며, 각 챔버는 트렌치 내에서 서로 연결된 10개의 섹션으로 구성됩니다. 각 컨테이너 사이의 간격을 1m로 유지하여 중강철로 제작된 컨테이너 10개를 배치하십시오.

이들은 각 섹션의 기초를 형성하며, 각 섹션은 4개의 모놀리스를 수용합니다. 인접한 섹션들을 판금 덕트로 연결하여 공기 흐름을 위한 경로를 제공하십시오. 각 덕트 내부에 냉각 코일을 설치하십시오.

코일에는 161 kilowatt 냉각 장치로부터 10 °C의 물이 공급됩니다. 각 코일로 흐르는 냉각수의 유량은 챔버 공기 온도에 반응하는 제어 밸브에 의해 조절됩니다. 4, 540 kg 용량의 저울 4개를 5m 간격으로 배치하고, 각 저울 위에 기존 초원 식물이 식재된 모노리스를 놓습니다.

각 5미터 구간에는 두 가지 토양 유형의 모놀리스가 무작위 순서로 포함되어야 하며, 각 구간 내의 토양 유형 쌍을 무작위로 지정하십시오. 두 구간마다 한 번씩 쌍에 사질양토를 포함하십시오. 챔버를 완성하려면 기후 조절 실험에서 흔히 사용되는 0.15mm 온실 필름으로 각 구간을 덮으십시오. 필요 시 식물에 접근할 수 있도록 커버에 드래프트 플랩이 달린 지퍼형 개구부를 설치하십시오.

샘플링이나 유지보수가 필요할 때 커버를 제거할 수 있습니다. 식생의 광합성 능력이 CO2 농도 기울기를 유지하기에 충분한 동안에는 성장 시즌 내내 식생을 커버로 덮어 두십시오. 20분마다 각 챔버의 입구와 출구에서 공기를 샘플링하십시오.

필터링된 공기 라인을 통해 공기를 적외선 가스 분석기로 보내 CO2 농도를 즉시 측정합니다. 마찬가지로, 20분마다 수증기량을 측정합니다. 또한, 각 섹션의 공기 유입구, 섹션 중간 지점 및 공기 배출구에서 20분마다 주변 온도를 측정하기 위해 차폐된 미세 와이어 열전대를 사용합니다.

샘플 온도 데이터를 사용하여, 구역 간에 일정한 중간 부분 주변 공기 온도가 유지되도록 냉각 코일을 조절하십시오. 마지막으로, 챔버에 입사되는 광합성 유효 방사 조밀도를 측정하십시오. 퀀텀 센서를 사용하여, 팬을 통해 챔버 입구의 주변 공기를 초고온 챔버 내부로 끌어들입니다.

질량 유량 제어기를 사용하여 챔버 내로 순수 CO2를 주입하고, 농도를 공기 1리터당 500 microliters로 유지하십시오. 또한 팬의 속도를 조절하여 챔버를 빠져나가는 CO2 수치가 공기 1리터당 390 microliters가 되도록 하십시오. 광합성 광양자 밀도 측정 시 이 CO2를 사용하십시오.

이 매개변수를 유지하기 위해서는 낮은 속도의 제어가 규정된 CO2 농도 구배를 유지하는 데 가장 중요한 요소입니다. 하위 주변 온도 챔버(sub ambient chamber)의 경우, 주변 공기를 주입하고 팬 속도를 조절하여 야간 시간 동안 배출되는 CO2 수치가 250 microliters per liter가 되도록 합니다. 두 챔버의 공기 흐름을 반대로 전환하고, 상위 주변 온도 챔버(super ambient chamber)에서 다음 매개변수를 충족하도록 가스 주입 및 팬을 설정하십시오.

유입 공기를 리터당 530 µL의 CO2로 농축하고, 아-주변(sub ambient) 챔버에서 공기가 리터당 640 µL의 CO2로 배출되도록 유량을 조절하십시오. 침전을 위해 유입구에서는 리터당 390 µL, 배출구에서는 리터당 530 µL의 CO2 수준이 되도록 공기를 조정하십시오. 평균 생육 기간을 적용하십시오.

각 모놀리스에 강우를 처리합니다. 지역 수원에서 공급되는 점적 관수 시스템을 사용하여 계절별 강우 패턴과 유사하게 구현하십시오. 디지털 유량계를 사용하여 관수량을 측정합니다.

모노리스 내의 식물들이 심각한 가뭄 스트레스를 겪지 않도록 충분히 관수하는 것이 매우 중요합니다. 이를 통해 식물의 광합성 속도를 충분히 높게 유지하여 CO2 농도 기울기를 형성하고 유지할 수 있습니다. 일부 모노리스에 광합성 속도가 높은 싱크 식물(sink plant)을 함께 심으면 이 과정에 도움이 될 수 있습니다.

7년의 운영 기간 동안, 프레리 그라스 모노리스 챔버들은 약간의 불연속성만을 제외하고는 선형적인 대기 CO2 농도 또는 ca 상태로 유지되었습니다. 한 섹션을 제외하고, 토양 상단 20 centimeters에서 측정된 온도와 증기압 결손 또한 일정하게 유지되었습니다. 연구 대상이 된 세 가지 토양 중 두 가지 토양에서는 체적 토양 함수율이 CA 구배를 따라 선형적으로 변화하였으며, 실트질 점토 토양에서만 변화가 있었습니다.

이 매개변수에는 변화가 없었습니다. 식물 생산성은 지상부 순 일차 생산성 지표를 사용하여 측정되었습니다. 이는 모든 토양에서 CA에 따라 선형적으로 변했습니다.

CA에 대한 반응은 점토질 토양에서 가장 낮게 나타났으며, 사양토에서 가장 큰 반응이 관찰되었습니다. Mesic C four Tallgrass Sarga Newan은 실험에서 가장 풍부한 식물이었습니다. 이 식물은 사양토에서 CA에 의해 가장 강한 영향을 받았으며, 점토질 토양에서는 CA에 의해 아주 적게 영향을 받았습니다.

Zurich C four Midgrass BTU Lua Kerti Pendula는 전반적으로 다음으로 가장 풍부한 종이었으며, 하위 주변 온도(sub ambient ca)의 실트질 점토 토양에서 가장 풍부했습니다. 이 종의 생산성은 실트질 점토에서의 ca에 의해 가장 큰 영향을 받았고, 점토(Clay)에서의 ca에 의해 가장 적은 영향을 받았습니다.

이 영상을 시청한 후, CO2 농도 구배를 조절하기 위한 실험용 식생을 조성하고 유지하는 방법과 해당 CO2 구배를 제어하기 위해 측정해야 하는 주요 매개변수에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다. 이 시설을 구축하는 데는 약 2년이 소요되지만, 과거 및 미래의 CO2 수준에 따른 식물 반응을 수십 년간 연구할 수 있는 역량을 제공합니다. 이러한 장기 연구는 대기 중 CO2 상승이 초지 탄소 순환에 미치는 영향을 이해하는 데 매우 중요합니다.

이 방법은 챔버 내에 들어갈 수 있는 모든 식물 종에 적용 가능합니다.