A CO ₂ Facility Concentração Gradiente para Teste CO ₂ Enriquecimento do solo e efeitos sobre a função da pastagem de Ecossistemas

O objetivo geral deste experimento é determinar como os aumentos passados e futuros no dióxido de carbono atmosférico afetam a produtividade do ecossistema de pastagens, o balanço hídrico e o ciclo de carbono. O estudo inclui o monitoramento do efeito do dióxido de carbono em diferentes tipos de solo. Nosso experimento pode ajudar a responder a questões ecológicas importantes sobre os impactos das mudanças climáticas nas pastagens, incluindo seu potencial para compensar os efeitos do aumento da atmosfera.

CO2 A vantagem única de nossa abordagem está em determinar os impactos do enriquecimento de CO2 desde o início da revolução industrial e em determinar como os impactos do CO2 podem mudar no futuro. Nossa abordagem para iniciar o CO2 depende do uso das plantas que estamos estudando para criar seus próprios gradientes de CO2. Essa abordagem para manipular o CO2 e os impactos nos ecossistemas de pastagens foi desenvolvida em nosso laboratório no final dos anos 1980.

O experimento documentado aqui é a terceira geração de experimentos de gradiente de CO2. Para coletar monólitos de solo, use uma caixa de aço aberta com um metro quadrado e um metro de profundidade. O aço deve ter pelo menos oito milímetros de espessura.

Uma base será posteriormente soldada. Pressione a caixa para baixo no solo desejado usando uma prensa hidráulica presa ao solo por âncoras de três metros de profundidade. Depois de pressionar a caixa no solo, escave o solo circundante com uma retroescavadeira.

Corte a base do monólito do solo abaixo e remova o monólito. Coloque um pavio de fibra de vidro contra o solo. Na base da caixa, o pavio drena para um reservatório de 10 litros preso à base da caixa de aço mostrada aqui já soldada no lugar.

O reservatório coleta água que pode drenar através do monólito durante o experimento e também fornece um meio de amostrar a água para análises químicas. Plante as espécies a serem estudadas nos monólitos em densidades apropriadas às espécies de seus estudos. Se necessário, mate a vegetação preexistente nos monólitos com um herbicida não residual como o glifosato.

Para grama alta, espécies de pradaria, 56 plantas acima do metro quadrado são adequadas. Oito mudas de sete espécies organizam as espécies em um padrão quadrado latino usando uma randomização única para cada espécie de grama monolítica usada aqui, incluindo oes laterais, vovó, pequeno caule azul, grama indiana e tritões brancos. As espécies de Forbes usadas foram jarro, Sage Canada, vara de ouro e flor de feixe de Illinois.

Uma leguminosa usada por gotejamento ou irrigação aérea para manter as plantas bem regadas durante o estabelecimento. O objetivo é minimizar o estresse hídrico enquanto as plantas estão estabelecendo água em quantidades e frequências adequadas às espécies estudadas. Após a fase de estabelecimento da planta, mantenha as plantas sob chuva ambiente até que a construção da câmara esteja completa.

As câmaras monolíticas são instaladas em trincheiras com cerca de sete metros de largura, 1,5 metro de profundidade e 60 metros de comprimento. Cada trincheira se encaixa em duas câmaras e cada câmara se encaixa em 10 seções interconectadas em cada vala. Encaixe 10 recipientes de aço pesado com um metro entre cada recipiente.

Estes formam a base de cada seção e cada um conterá quatro monólitos. Junte as seções adjacentes com dutos de chapa metálica para fornecer um caminho para o fluxo de ar. Instale uma serpentina de resfriamento dentro de cada duto.

A bobina é fornecida com água a 10 graus Celsius de uma unidade de refrigeração de 161 quilowatts. O fluxo de água gelada para cada serpentina é regulado por uma válvula de controle que responde à temperatura do ar da câmara. Coloque quatro balanças de capacidade de 4.540 kg em cada recipiente de seção de cinco metros em cada balança, coloque um monólito com plantas de pradaria estabelecidas.

Cada seção de cinco metros deve conter monólitos de dois tipos de solo em ordem aleatória dentro da seção, randomizar os pares de tipos de solo em cada seção incluem argila arenosa nos pares de todas as outras seções. Para completar a câmara, cubra cada seção com filme de estufa de 0,15 milímetro, que é comumente usado em experimentos de manipulação climática Para acessar as plantas conforme necessário. Instale aberturas com zíper com abas de vento nas tampas.

A tampa pode ser removida quando necessário para amostragem ou manutenção. Mantenha a vegetação coberta durante toda a estação de crescimento, desde que a capacidade fotossintética da vegetação seja suficiente para manter o gradiente de CO2. Colher o ar à entrada e à saída de cada câmara de 20 em 20 minutos.

Encaminhe o ar através de linhas aéreas filtradas para analisadores de gás infravermelhos, que medem imediatamente a concentração de CO2. Da mesma forma, meça o vapor de água a cada 20 minutos. Além disso, para cada seção, use pares térmicos de fio fino blindado para medir a temperatura ambiente a cada 20 minutos na entrada de ar, no ponto médio da seção e na saída de ar.

Usando os dados de temperatura da amostra, regule as serpentinas de resfriamento para manter uma temperatura do ar ambiente consistente no meio da seção que seja consistente entre as seções. Por fim, meça a densidade de fluxo de fótons fotossintéticos incidente na câmara. Usando um sensor quântico, o ar ambiente é puxado para dentro da câmara super ambiente pelos ventiladores na entrada da câmara.

Use um controlador de fluxo de massa para injetar CO2 puro na câmara e manter a concentração em 500 microlitros por litro de ar. Regule também a velocidade dos ventiladores para atingir um nível de CO2 de 390 microlitros por litro de ar que sai da câmara. Use o CO2 em medições de densidade de fluxo de fótons fotossintéticos.

Para manter este parâmetro, o controle de velocidade mais baixa é o aspecto mais crítico da manutenção do gradiente de CO2 prescrito. Para a câmara subambiente, introduza ar ambiente e regule a velocidade do ventilador para atingir um nível de CO2 de saída de 250 microlitros por litro durante a noite. Inverta o fluxo de ar através de ambas as câmaras e defina a injeção de gás e os ventiladores para atender aos seguintes parâmetros na câmara super ambiente.

Enriqueça o ar que entra a 530 microlitros de CO2 por litro e regule o fluxo para que o ar saia a 640. Microlitros de CO2 por litro na câmara subambiente, ajuste o ar, de modo que os níveis de CO2 sejam 390 microlitros por litro na entrada e 530 microlitros por litro na saída para precipitação. Aplique a estação média de crescimento.

Precipitação para cada monólito. Use um sistema de irrigação por gotejamento de uma fonte de água local para aproximar o padrão sazonal de chuva. Meça as aplicações de água usando um medidor de vazão digital.

É extremamente importante que as plantas do monólito sejam regadas bem o suficiente para evitar estresse hídrico severo. Dessa forma, suas taxas fotossintéticas permanecem altas o suficiente para criar e manter o gradiente de CO2. Isso pode ser ajudado se alguns monólitos forem plantados com uma planta de pia com uma alta taxa fotossintética.

Ao longo de sete anos de operação, as câmaras de monólitos de gramíneas da pradaria foram mantidas em uma concentração atmosférica linear de CO2 ou ca com apenas pequenas descontinuidades. Além de uma seção, o déficit de temperatura e pressão de vapor também permaneceu constante medido nos 20 centímetros superiores do solo. O teor volumétrico de água no solo variou linearmente ao longo do gradiente CA em dois dos três solos do estudo, apenas no solo argiloso siltoso estava lá.

Nenhuma alteração neste parâmetro. A produtividade da planta foi medida usando a métrica de produtividade primária líquida acima do solo. Isso variou linearmente com CA em todos os solos.

A menor resposta ao AC ocorreu com o solo argiloso e a maior resposta foi observada com o solo franco-arenoso. O Mesic C four Tallgrass Sarga Newan foi a planta mais abundante no experimento. Foi mais fortemente afetado pelo AC no solo franco-arenoso e apenas marginalmente afetado pelo AC no solo argiloso.

O Zurich C four Midgrass BTU Lua Kerti Pendula foi a próxima espécie mais abundante em geral, e em solo argiloso siltoso em ca. Era o mais abundante. Sua produtividade foi mais afetada pelo ca em argila siltosa e menos afetada por ca em argila.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como estabelecer e manter a vegetação experimental para regular um gradiente de concentração de CO2 e entender os parâmetros críticos que precisam ser medidos para controlar esse gradiente de CO2. Esta instalação requer cerca de dois anos para ser construída, mas oferece a capacidade de estudos de décadas sobre as respostas das plantas aos níveis de CO2 passados e futuros. Esses estudos de longo prazo são essenciais para ajudar a entender os efeitos do aumento do CO2 atmosférico no ciclo de carbono das pastagens.

Essa abordagem pode ser aplicada a qualquer espécie de planta que caiba na câmara.