Summary
Den lysimeter Kuldioxid Gradient Facility skaber en 250 til 500 pi L -1 lineær kuldioxid gradient i temperaturkontrollerede kamre boliger græsarealer plantesamfund på ler, mudrede ler, og sandjord bautasten. Anlægget bruges til at bestemme, hvordan tidligere og fremtidige kuldioxid niveauer påvirker græsarealer kulstof cykling.
Abstract
Fortsatte stigninger i atmosfærens kuldioxid koncentrationer (C A) mandat teknikker til at undersøge virkninger på terrestriske økosystemer. De fleste eksperimenter undersøger kun to eller et par niveauer af C A koncentration og en enkelt jordtype, men hvis C A kan varieres som en gradient fra subambient til superambient koncentrationer på flere jord, kan vi skelne, om tidligere økosystem reaktioner kan fortsætte lineært i fremtidige og om reaktioner kan variere på tværs af landskabet. Den lysimeter Kuldioxid Gradient Facility anvender en 250 til 500 pi L -1 C A gradient til Blackland prærie plantesamfund etableret på lysimetre indeholder ler, mudrede ler og sandjord. Gradienten er skabt som fotosyntese af vegetation indesluttet i i temperaturkontrollerede kamre progressivt udtømmer kuldioxid fra luften, der strømmer retningsbestemt gennem kamrene. Opretholde en ordentlig luftmængde, passende photosynthetic kapacitet, og temperaturkontrol er afgørende for at overvinde de vigtigste begrænsninger i systemet, som er faldende fotosyntetiske satser og øget vandbelastning sommeren. Anlægget er et økonomisk alternativ til andre teknikker til C A berigelse, held discerns form af økosystemreaktioner at subambient at superambient C A berigelse, og kan tilpasses til at teste for interaktioner af kuldioxid med andre drivhusgasser såsom methan eller ozon.
Introduction
Atmosfærisk kuldioxid koncentration (C A) har for nylig øget forbi 400 pi L -1 fra ca 270 pi L -1 før den industrielle revolution. C A forventes at nå op på mindst 550 pi L -1 i 2100 1. Denne stigningstakt overgår enhver C A observerede ændringer i de sidste 500.000 år. Den hidtil usete ændring i C A nævner muligheden for ikke-lineære eller tærskel reaktioner af økosystemer til at øge C A. De fleste økosystem-skala C A berigelse eksperimenter gælder kun to behandlinger, et enkelt niveau af beriget C A og en kontrol. Disse eksperimenter har i høj grad udvidet vores forståelse af økosystemet virkninger af C A berigelse. En alternativ tilgang, der kan afsløre tilstedeværelsen af ikke-lineære økosystemreaktioner at øge C A er imidlertid at studere økosystemer på tværs af en kontinuerlig række subambient tilsuperambient C A. Subambient C A er vanskeligt at opretholde i marken, og er oftest blevet undersøgt ved hjælp af vækst kamre 2. Superambient C A er blevet undersøgt ved hjælp af vækst kamre, open-top kamre og gratis-air berigelse teknikker 3, 4.
C A berigelse sker på tværs af landskaber med mange jordtyper. Jordbund egenskaber kan stærkt påvirke økosystemets reaktioner på C A berigelse. For eksempel, jord tekstur bestemmer tilbageholdelse af vand og næringsstoffer i jorden profil 5, deres tilgængelighed for planterne 6, og mængden og kvaliteten af organisk stof 7-9. Tilgængeligheden af jordens fugtighed er en afgørende formidler af økosystem reaktioner på C A berigelse i vand begrænsede systemer, herunder de fleste overdrev 10. Tidligere felt C A berigelse eksperimenter har typisk undersøgt én jordtype, og kontrolleret test af løbende varying C A berigelse over flere jordtyper mangler. Hvis effekten af C A berigelse på økosystemets processer forskellige med jordtype, er der god grund til at forvente, rumlig variation i økosystem svar til C A berigelse og deraf følgende ændringer i klimaet 11, 12.
Den lysimeter Kuldioxid Gradient (LYCOG) facilitet er designet til at behandle spørgsmål af rumlig variation i ikke-lineære og tærskel svarene fra økosystemer til C A-niveauer, der spænder fra ~ 250 til 500 pi L -1. LYCOG skaber den foreskrevne gradient af C A på flerårige græsarealer plantesamfund vokser på jord, der repræsenterer en bred vifte af tekstur, N og C indhold og hydrologiske egenskaber af græsarealer i den sydlige del af det amerikanske Central Plains. Specifikke jord serien bruges i anlægget er Houston Black ler (32 bautasten), en Vertisol (Udic Haplustert) typisk for lavland; Austin (32 monolitter), en høj carboNate, mudrede ler Mollisol (Udorthentic Haplustol) typisk for højland; og Bastsil (16 bautasten), en alluviale sandet lerjord Alfisol (Udic Paleustalf).
Den operationelle princip ansat i LYCOG er at udnytte fotosyntetiske kapacitet af planter at nedbryder C A fra pakker af luft bevæget retningsbestemt gennem de vedlagte kamre. Formålet behandling er at opretholde en konstant lineær gradient i dagtimerne C A 500-250 pi L -1. For at opnå dette, LYCOG består af to lineære kamre, et superambient kammer opretholde den del af gradienten 500-390 (omgivende) pi L -1 C A, og en subambient kammer opretholde 390-250 pi L -1 del af gradient. De to kamre er placeret ved siden af hinanden, orienteret på en nord-syd-akse. C En gradient opretholdes under den del af året, hvor vegetationen fotosyntesekapacitet er tilstrækkelig; typisk fraslutningen af april til begyndelsen af november.
Kamrene indeholder sensorer og instrumentering er nødvendige for at regulere C En gradient, styre lufttemperatur (T A) nær omgivende værdier, og anvende ensartede nedbør beløb til alle jord. Jord er intakte monolitter indsamlet fra nærliggende Blackland prærie installeret i hydrologisk-isolerede vejer lysimetre instrumenterede at bestemme alle komponenter i vandet budget. Vand anvendes i begivenhederne i volumen og timing, der tilnærme sæsonudsving i regnhændelser og beløb under en gennemsnitlig nedbør år. Således LYCOG er i stand til at vurdere de langsigtede virkninger af subambient at superambient C A og jordtype på græsarealer økosystem funktion herunder vand og kulstof budgetter.
LYCOG er den tredje generation af C en gradient eksperimenter udført af USDA ARS Grassland jord og vand Research Laboratory. Den første generation var en prototype subambient tilomgivende forløb, der etablerede levedygtighed af gradienten tilgang 13 og avancerede vores forståelse af blade niveau fysiologiske reaktioner af planter til at subambient variation i C A 14-20. Anden generation var en felt-skala anvendelse af begrebet på flerårige C4 græsarealer, med gradienten udvidet til 200-550 pi L -1 21. Dette felt-skala eksperiment forudsat den første bevis på, at græsarealer produktivitetsstigninger med C A berigelse kan mætte nærheden nuværende koncentrationerne 20, dels fordi kvælstof tilgængelighed kan begrænse plante produktivitet på superambient C A 22. LYCOG udvider denne anden generation eksperiment ved at indarbejde replikerede jord af varierende konsistens, så robust test til interaktive effekter af jord på C Respons på græsarealer samfund.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Saml Jord Monoliths at blive brugt som Vejning lysimetre
- Konstruere tidsubegrænsede stålkasser 1 x 1 m kvadrat med 1,5 m dyb fra 8 mm tykt stål.
- Tryk den åbne kasser lodret i jorden, ved hjælp af hydrauliske presser monteret på spiralformede ankre boret 3 m dybt ned i jorden.
- Udgrave indkapslet monolit ved hjælp af en rendegraver eller lignende udstyr.
- Placer en glasfiber væge i kontakt med jord ved foden af monolitten. Passere vægen gennem stål i en 10 L reservoir til at dræne monolit, og derefter svejse stål på bunden af kassen.
- Dræbe eksisterende vegetation på de monolitter ved at anvende en ikke-residual herbicid, såsom glyphosat.
2. Etablere plantesamfund på Jord Monoliths
- Plant monolitter med otte kimplanter hver med syv arter af tallgrass præriegræs og forbs, for en samlet densitet på 56 planter pr m 2.
- Plant følgende forbs: Salvia Azurea (kande salvie), Solidago canadensis (Canada Gyldenris), Desmanthus illinoensis (Illinois bundleflower, en bælgplante).
3. Chamber Design
- Konstruere to kamre hver 1,2 m bred, 1,5 m høj, og 60 m lang, opdelt i ti 5 m lange sektioner. Konstruere sektioner af kraftig stål af dimensioner 5 mx 1,2 mx 1,6 m dyb, begravet til 1,5 m.
- Installer fire monolitter i hver sektion, to monolitter hver af to af de typer jord, i tilfældig rækkefølge. Installer hver monolit oven på en 4540 kg kapacitet balance.
- Medtag Bastsil bautasten i fodboldmesterskaber i lige nummererede sektioner.
- Deltag tilstødende sektioner over jorden med en 1 m lang x 1 m bred x 0,3 m høje metalplade kanalen til at give en vej for luftstrøm.
- Supply kølemiddel ved 10 ° C fra en 161,4 kW køleenhed til en køleflade i hver kanal.
- Omslutte vegetation med klare drivhus film (tykkelse 0,006 "/. 15 mm), såsom anvendt i andreklima manipulation forsøg 23.
- Monter hver dækslet med en lynlås åbning bakkes op af et udkast til klap til at give adgang til de monolitter til prøvetagning.
- Fjern polyethylen dækker ved slutningen af vækstsæsonen.
4. CO2 og Air temperaturmåling; Temperaturkontrol
- Prøve indrejse og udrejse C A på begge kamre hver 2 min gennem filtreret luft prøve linjer placeret ved indgangen og afgangen af superambient og subambient kamre. Disse data informerer CO2 injektion og blæserhastighed kontrol.
- Vanddampindhold Prøve C A og, og måle lufttemperatur (T A) ved ind- og udrejse af hver 5 m sektion på 20 min intervaller.
- Mål alle luftprøver for CO 2 og indhold af vanddamp i realtid ved hjælp af infrarøde gasanalysatorer ifølge producentens protokol.
- Mål T A på posten, midtpunktet, end afgangen fra hver sektion med afskærmede fin tråd termoelementer.
- Regulere strømmen af kølemiddel gennem kølespiral ved indgangen til hvert afsnit for at opretholde et ensartet gennemsnitlig (midtersektion) T A fra afsnit til afsnit nær omgivende T A.
- Placer en kvante sensor til at have en uhindret udsyn til himlen og måle fotosyntetiske foton fluxtæthed ifølge producentens protokol. Lys niveau er et input til blæseren kontrol algoritme.
5. C A behandlingsanvendelse
- Daytime
- Bland ren kuldioxid (CO 2) med indgående omgivende luft til 500 pi L -1 C A, ved hjælp af en massestrøm controller i indgangen kanal af superambient ben. Se afsnit 4 for C en måling detaljer.
- Advect den berigede luft gennem kamrene hjælp blower-fans ved indgangen til § 1 og i nedstrøms sektioner.
- Maintain den ønskede exit C A 390 pi L -1 (omgivende luft) ved at justere blæserhastigheden.
- Øg blæserhastigheden, hvis afgangen C A er under indstillingspunktet. Dette giver mindre tid til anlæg optag af CO 2, hvilket resulterer i højere afkørsel C A.
- Reducer blæserhastigheden, hvis exit C A er over setpunktet.
- Brug den samme fremgangsmåde i subambient kammer undtagen indføre omgivende luft og kontrol for at opnå exit C A på 250 pi L -1.
- Nighttime
- Vende retningen af luftstrømmen.
- Injicere CO 2 i dagtimerne udgangsenden af superambient kammeret for at opnå 530 pi L -1 C A, og kontrol advektion satser at opretholde 640 pi L -1 ved nattetid exit (dagtimerne indgang.
- Indføre fri luft ved ~ 390 pi L -1 CO 2 ind i natten indgangen(dagtimerne exit) af subambient kammeret og kontrol advektion hastighed for at opretholde 530 pi L -1 ved nattetid exit.
6. Nedbør indgange
- Påfør den gennemsnitlige vækstsæsonen nedbørsmængde til hver monolit.
- Levere vand til hver monolit fra en indenlandsk vandkilde gennem et drop vandingsanlæg. Planlægge kunstvanding begivenheder og anvendelsesområder udgør tilnærme den sæsonmæssige nedbør mønster for eksperimentet placering. Den nøjagtige tidsplan afhænger af lokale klima.
- Styr ansøgning timing med en datalogger og måle ansøgning mængder med flowmålere.
7. Sampling
- Mål lodrette profiler af volumetrisk indhold jordvand (vSWC) ugentligt i løbet af CO 2 kontrol med en neutron dæmpning gauge eller anden passende sonde.
- Intervaller Anbefalet profil er intervaller 20 cm dybde til 1 m dePTH, og en 50 cm tilvækst under en 1 m.
- Mål monolit over jorden netto primære produktivitet (ANPP) ved at høste alle stående overjordiske biomasse i slutningen af vækstsæsonen.
- Alle overjordiske biomasse fjernes hvert år dermed stående biomasse repræsenterer løbende primære produktion.
- Sortere samplet biomasse efter art, tør til konstant masse, og vejes.
- Brug biomassen af de enkelte arter at kvantificere plantearter bidrag til ANPP.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De superambient og subambient dele af gradienten holdes i separate kamre (figur 1). Men over syv års drift (2007 - 2013), kamrene opretholdt en lineær gradient i C En koncentration 500-250 pi L -1 (Figur 2) med kun en lille diskontinuitet i C A mellem udgangen af de berigede kamre (Monolith 40) og indgangen til subambient del af gradienten (Monolith 41).
Lufttemperatur og damptryk underskud forblev konstant fra afsnit til afsnit i både superambient og subambient kamre, undtagen i § 10 i superambient kammer, og §§ 19 og 20 i subambient kammer, hvor lufttemperaturen gennemsnit ~ 3 ° C varmere end andre sektioner (figur 2). Men der kan udtales temperaturstigninger af 5 - 7 ° C inden for hvert afsnit, og tilsvarenng stigninger i damptryk underskud.
I gennemsnit over de 2007 - 2013 vækstsæsoner, vSWC varierede lineært langs C A gradient på to af de tre jordtyper (figur 3). vSWC i top 20 cm af jordprofilen steget med 3,1% pr 100 pi L -1 stigning i C A på sandet lerjord (Bastsil serien) jord (R 2 = 0,34, p = 0,01), og med 1,7% pr 100 pi L -1 C A på lerjord (Houston-serien). Men der var ingen ændring i 0-20 vSWC i mudrede ler (Austin-serien) jord (p = 0,13).
Planteproduktivitet også varieres lineært med ved C A, og størrelsen af C en reaktion blandt de forskellige jordtyper. ANPP (figur 4A) af monolitter med Blackland prærie plantesamfund havde den mindste respons til C A på lerjord, øget med 59 gm -2 pr 100 pi L -1 stigning i C A(R2 = 0,22, p = 0,02). Den ANPP respons på C A berigelse var mellemliggende på mudrede lerjord, øget med 76 gm -2 pr 100 pi L -1 CO 2 (R2 = 0,22, p = 0,02), og største på sandet lerjord, hvor ANPP vundet 131 gm-2 pr 100 pi L -1 CO 2 (R2 = 0,55, p <0,001).
Disse jord-specifikke reaktioner ANPP til C A nøje svarede til jorden-specifikke reaktioner en Mesic C 4 tallgrass, Sorghastrum nutans, de mest udbredte græs arter i de eksperimentelle plantesamfund. Overjordiske biomasse S. nutans øget stærkest med øget C A på sandet lerjord, vinder over 200 gm -2 for hver 100 pi L -1 stigning i C A (R2 = 0,40, p = 0,005). I modsætning hertil, S. nutans fik kun 100 g -1 pr 100 pi L -1 stigning i C A på mudrede lerjord (R2 = 0,50, p <0,0001), mens S. nutans reagerede marginalt til C A på lerjord (R2 = 0,12, p = 0,07; figur 4B).
Jorden-specifikke stigning i ANPP med C A berigelse fandt sted på trods af fald i produktiviteten på de to mere lydhøre jord ved xeric C4 medio græs Bouteloua curtipendula (figur 4C). B. curtipendula var den anden mest udbredte arter i de eksperimentelle samfund. På mudrede-lerjord, B. curtipendula var den dominerende græs ved subambient C A-koncentrationer, men faldt stærkest med C A berigelse på mudrede lerjord (69 g -2, pr 100 pi L -1 stigning i C A; R2 = 0,36, p <0,008), faldt mindre stærkt på sandet lerjord (44 gm -2 -1 stigning i C A; R2 = 0,36, p = 0,008) og ikke variere med C A berigelse på lerjord (p = 0,46).
Figur 1. Placering af kamre og jord. De to lineære sekvenser af kamre, der indeholder græsarealer vegetation vokser på intakte jord bautasten (foto), og skematisk af fordelingen af de tre jordtyper langs CO 2 gradient. Plot numrene 1-40 er placeret langs 500-380 pi L -1 del af gradienten, og numrene 41-80 på 380-250 pi L -1 del. Foto: Philip Fay.
Figur 2. mikroklimaet langs C A gradient. Daytime vækstsæson kuldioxid (CO 2) koncentration, lufttemperatur, og damptryk underskud for de 80 monolitter i berigede og subambient kamre. Værdi måles ved indgangen luft og afgangen fra hvert afsnit, og estimeret ud fra lineær interpolation til andre positioner. Datapunkter repræsenterer midler til 2007 gennem 2013 vækstsæsoner. Fejlsøjler udeladt for klarhed; betyder standardafvigelser var 3.5 for CO 2, 0,82 for lufttemperatur, og 0,18 for damptryk underskud.
Figur 3. Jordfugtighed på hver jordtype langs CO 2 gradient vækstsæson volumetriske jord vandindhold (vSWC) for 0 -. 20 cm i jorden profil for hver jordtype, afbildet ved position langs CO 2 koncentrationen gradient. Lineær regressionsanalyse er plottet til jord med betydelige relationer vSWC til CO 2 koncentration. Datapunkter repræsenterer hjælp af 2007 gennem 2013 vækstsæsoner. Fejlsøjler udeladt for klarhed; betyder standardfejl på de tre jord varierede fra 0,74 til 0,99.
Figur 4. Plant produktivitet på hver jordtype langs CO 2 gradient. (A) Mean over jorden netto primære produktivitet (ANPP), summen af det nuværende års biomasse af alle arter i de 60 monolitter med Blackland Prairie plantesamfund; og det indeværende år biomasse (B) Mesic C 4 tallgrass, Sorghastrum nutans, og (C) den xeric C4 midgrass Bouteloua curtipendula plottet ved position langs CO 2 koncentrationsgradient.Lineær regressionsanalyse er plottet til jord med betydelige relationer ANPP eller art biomasse til CO2 koncentration. Datapunkter repræsenterer hjælp af 2007 gennem 2013 vækstsæsoner. Fejlsøjler udeladt for klarhed; betyder standardfejl på de tre jordtyper varierede fra 34,9 til 42,5 for ANPP, 21,8-34,4 for S. nutans og 7,4 - 24.8 for B. curtipendula.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den LYCOG facilitet opnår sin operationelle mål om at opretholde en 250 til 500 pi L -1 kontinuerlig gradient af C A-koncentrationer på eksperimentelle græsarealer samfund etableret på tre jordtyper. Ændringen i C A er lineær i det foreskrevne område. Lufttemperatur steget inden for hvert afsnit, men blev nulstillet af mellem-sektion køleflader i de fleste afsnit. Som følge heraf blev den operationelle mål om at bevare en ensartet middeltemperatur fra afsnit til afsnit opfyldt over det meste af gradienten. Temperatur og C A-kontrol er let at vedligeholde i løbet af foråret og forsommeren, når jordens fugtighed er relativt høj og planter er på deres højeste fotosyntetiske kapacitet.
Kritiske trin i protokollen
Kontrol af blæserhastighed er den mest kritiske aspekt af at opretholde den foreskrevne CO 2 gradient. Kontrol er baseret på en kombinationaf feedback og fremadkoblingssektioner teknikker til at matche luftstrømmen til vegetationen kulstofoptag. Den feedback teknik justerer blæserhastigheden baseret på forskellen mellem målte og mål exit CO2 koncentration. Feed-forward kontrol foregriber ændringer i fotosyntetiske sats og hurtigt (5 sek responstid) justerer blæserhastighed, baseret på ændringer i fotosyntetisk aktiv stråling målt med kvante-sensoren. Feed-forward kontrol betydeligt forbedrer kontrollen over den, der opnås ved feedback-kontrol alene. Den maksimale luftmængde gennem kamrene er i størrelsesordenen på 1 m sek-1, eller ca. 3,6 km h-1, hvilket er i den lave ende af vindhastigheder disse planter se på området. Således varierende blæserhastighed er usandsynligt at påvirke plante- svar.
Et andet kritisk aspekt af opretholdelse af CO 2 gradienten er tilstedeværelse af tilstrækkelige fotosyntesekapacitet. Jo stejlere gradient, jo større baldakinen fotosyntesekapacitet rePÅKRÆVET at trække CO 2 koncentrationen ned. Arter eller samfund med mere bladareal, højere fotosyntetiske satser eller længere længde kammer alle øge lodtrækningen-down, der kan opnås CO2. Man skal også tages monolit volumen og dybde er valgt for at give et realistisk rode lydstyrken for de etablerede plantesamfund. De her anvendte arter har rodnet dybder 1 - 1,5 m, men andre arter kan være fladere eller dybere, og monolit volumen skal justeres i overensstemmelse hermed. Den endelige kritiske aspekt er betydningen af pålidelig levering og styring af strømmen af afkølet vand til køleflader mellem hver sektion, med henblik på at matche kammer temperaturer uden daglige og sæsonmæssige variation i uden omgivelsestemperatur.
Ændringer af Teknik
Den første driftsår afslørede, at prærien vegetationen var marginalt i stand til tilstrækkelig CO2 prærie-hirse. Præriegræs er en yderst produktiv indfødt tallgrass, og er godt vandes hele vækstsæsonen, der forsikrer tilstrækkelig C optagelse kapacitet langs gradienten selv i de varme sommermåneder. Det første år viste også større end forventet aerodynamiske modstand i kamrene, som nedbrydes flowhastigheder i downstream kamre, hvilket fører til overophedning. Dette spørgsmål blev afhjulpet ved installation af yderligere downstream blower fans til at sætte skub i flow. Vi anbefaler at installere nye polyethylen dækker hver vækstsæson for at opretholde maksimal lysgennemgang.
Begrænsninger af teknikken
Systemet stiller visse operationelle spørgsmål, som skaber både muligheder og begrænsninger på forskningsspørgsmål faciliteten kan støtte. ConTROL af gradienten bliver vanskeligere fra midten af sommeren til slutningen af vækstsæsonen, fordi højere sommertemperaturer lavere jordens fugtighed, stigende plante vand stress og sænke fotosyntetiske kapacitet. Dette kræver til gengæld langsommere luftmængder at opnå C A trække ned er nødvendig for at opfylde de mål C A-koncentrationer, der igen yderligere rejser temperaturer. Denne dynamik illustrerer den begrænsede evne dette system til studier af tørke interaktioner med CO 2 koncentration. Temperaturstigninger inden for hver 5 meter sektion er uundgåelige på grund af den lineære flow design af forsøget. Langbølget energi ophobes i hvert kammer, indtil luften passerer gennem kølespiral og indtaste det næste kammer. Inden-sektion temperaturstigninger er af samme størrelsesorden til nogle af de højere skøn for fremtidige temperaturstigninger forventes med nogle klimaændringsscenarier. Således inden-sektionen temperaturvariation Represents en mulighed for at analysere græsarealer svar på interaktioner mellem C A og opvarmning. Endelig dimensionerne af kammeret begrænser vegetationen til en maksimal højde på omkring en meter, og monolitten området begrænser vegetationen urteagtige arter med mindre basale områder. Anvendelsen af træarter, for eksempel for at studere woody indhug i græsarealer, ville være upraktisk uden for kimplantestadiet.
Signifikans sammenlignet med andre teknikker
LYCOG er betydeligt mere økonomisk at operere i forhold til teknikker såsom ansigt og OTC. LYCOG bruger cirka 3.700 L per måned CO 2, som er større end CO 2 brug i MiniFACE systemer 24, men meget mindre end den CO 2 forbruget af FACE og OTC nærmer 3, 12. Den største udgift til vedligeholdelse forsøget kommer fra temperaturkontrol, som koster ca $ 30.000 om året, sammenlignelighedble til estimater af CO 2 udgift til åben top kammer C-omkostninger berigelse men stadig meget mindre end den CO 2 bekostning af Free Air CO 2 Berigelse systemer 3. De økonomiske fordele kommer udover den unikke evne til at støtte undersøgelser på subambient CO 2 og langs en kontinuerlig CO 2 gradient.
Nuværende og fremtidige applikationer
Aktuel forskning undersøger andre end ANPP økosystem reaktioner, herunder CO jord 2 udstrømning, og evapotranspiration, hvilket vil udvide vores forståelse af jord-specifikke variation i C A effekter på græsarealer kulstof og vand cykling. Fremtidige muligheder for forskning omfatter kombinere temperatur og CO 2 behandlinger, for eksempel ved at betjene begge kamre som superambient men at opretholde et kammer ved en varmere temperatur forskellen i forhold til den omgivende. Aktuel vegetation kan let udskiftes med andre arter eller samfund til at undersøge, hvordan variation i lokalsamfundet struktur påvirker CO 2 effekter på økosystemet funktion. Andre økologisk vigtige atmosfæriske bestanddele, såsom metan eller ozon kunne tilføjes at teste for interaktioner med CO 2.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dataloggers, multiplexers | Campell Scientific, Logan, UT, USA | CR-7, CR-10, CR-21X, SDM-A04, SDM-CD16AC, AM25T | |
| Thermocouples: Copper-constantan | Omega Engineering, Inc., Stamford, CT, USA | TT-T-40-SLE, TT-T-24-SLE | |
| Quantum sensor | Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE, USA | LI-190SB | |
| CO2/H2O analyzer | Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE, USA | LI-7000 | |
| Lysimeter scales | Avery Weigh-Tronix, Houston, TX, USA | DSL-3636-10 | |
| Air sampling pump | Grace Air Components, Houston, TX, USA | VP 0660 | |
| Dew-point generator | Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE, USA | LI-610 | |
| Cold water chiller | AEC Application Engineering, Wood Dale, IL, USA | CCOA-50 | |
| Chilled water flow control values | Belimo Air Controls, Danbury, CT, USA | LRB24-SR | |
| Chilled-water cooling coils | Coil Company, Paoli, PA, USA | WC12-C14-329-SCA-R | |
| Carbon dioxide refrigerated liquid | Temple Welding Supply, Temple, TX, USA | UN2187 | |
| Polyethylene film | AT Plastics, Toronto, ON, Canada | Dura-film Super Dura 4 | |
| Blower motor/controller | Dayton Electric, Lake Forest, IL, USA | 2M168C/4Z829 | |
| Solenoids | Industrial Automation, Cornelius, NC, USA | U8256B046V-12/DC | |
| Leachate collection pump | Gast Manufacturing, Benton Harbor, MI, USA | 0523-V191Q-G588DX |
References
- Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. , Cambridge University Press. 1535 (2013).
- Gerhart, L. M., Ward, J. K. Plant responses to low CO2 of the past. New Phytol. 188 (3), 674-695 (2010).
- Kimball, B. A. Cost comparisons among free-air CO2 enrichment, open-top chamber, and sunlit controlled-environment chamber methods of CO2 exposure. Crit. Rev. Plant Sci. 11 (2-3), 265-270 (1992).
- Hendrey, G. R., Lewin, K. F., Nagy, J. Free Air Carbon Dioxide Enrichment: DevelopmentProgress, Results. Vegetatio. 104/105 (1), 16-31 (1993).
- Weng, E., Luo, Y. Soil hydrological properties regulate grassland ecosystem responses to multifactor global change: A modeling analysis. J. Geophys. Res. 113 (G3), G03003 (2008).
- Brady, N. C., Weil, R. R. The Nature and Properties of Soils. , 13th edn, Prentice Hall. 960 (2002).
- Jenkinson, D. A. Studies on the decomposition of plant material in soil. V. The effects of plant cover and soil type opn the logg of carbon from 14C labelled ryegrass decomposing under field conditions. J. Soil Sci. 28 (3), 424-434 (1977).
- Hassink, J. Preservation of plant residues in soils differing in unsaturated protective capacity. Soil Sci. Soc. Am. J. 60 (2), 487-491 (1996).
- Oades, J. M. The retention of organic matter in soils. Biogeochemistry. 5 (1), 35-70 (1988).
- Knapp, A. K., et al. Consequences of more extreme precipitation regimes for terrestrial ecosystems. BioScience. 58 (9), 811-821 (2008).
- Ainsworth, E. A., Long, S. P. What have we learned from 15 years of free-air CO2 enrichment (FACE)? A meta-analytic review of the responses of photosynthesis, canopy properties and plant production to rising CO2. New Phytol. 165 (2), 351-372 (2005).
- Rogers, A., Ainsworth, E. A., Kammann, C. F. A. C. E. Ch 24: Value: Perspectives on the Future of Free-Air CO2 Enrichment Studies. Managed Ecosystems and CO2: Case Studies, Processes, and Perspectives. Ecological Studies. Nosberger, J., Long, S. P., Norby, R. J., Stitt, M. 187, Springer. 431-449 (2006).
- Mayeux, H. S., Johnson, H. B., Polley, H. W., Dumesnil, M. J., Spanel, G. A. A controlled environment chamber for growing plants across a subambient CO2 gradient. Funct Ecol. 7 (1), 125-133 (1993).
- Polley, H. W., Johnson, H. B., Mayeux, H. S. Carbon dioxide and water fluxes of C3 annuals and C4 perennials at subambient CO2 concentrations. Funct Ecol. 6 (6), 693-703 (1992).
- Polley, H. W., Johnson, H. B., Mayeux, H. S., Malone, S. R. Physiology and growth of wheat across a subambient carbon dioxide gradient. Ann. Bot. 71 (4), 347-356 (1993).
- Polley, H. W., Johnson, H. B., Marino, B. D., Mayeux, H. S. Increase in C3 plant water-use efficiency and biomass over glacial to present CO2 concentrations. Nature. 361 (6407), 61-64 (1993).
- Polley, H. W., Johnson, H. B., Mayeux, H. S. Increasing CO2: comparative responses of the C4 grass Schizachyrium. and grassland invader Prosopis. Ecology. 75 (4), 976-988 (1994).
- Polley, H. W., Johnson, H. B., Mayeux, H. S. Nitrogen and water requirements of C3 plants grown at glacial to present carbon dioxide concentrations. Funct. Ecol. 9 (1), 86-96 (1995).
- Polley, H. W., Johnson, H. B., Mayeux, H. S., Brown, D. A., White, J. W. C. Leaf and plant water use efficiency of C4 species grown at glacial to elevated CO2 concentrations. Int. J. Plant Sci. 157 (2), 164-170 (2012).
- Polley, H. W., Johnson, H. B., Derner, J. D. Increasing CO2 from subambient to superambient concentrations alters species composition and increases above-ground biomass in a C3/C4 grassland. New Phytol. 160 (2), 319-327 (2003).
- Johnson, H. B., Polley, H. W., Whitis, R. P. Elongated chambers for field studies across atmospheric CO2 gradients. Funct. Ecol. 14 (3), 388-396 (2000).
- Gill, R. A., et al. Nonlinear grassland responses to past and future atmospheric CO2. Nature. 417 (6886), 279-282 (2002).
- Fay, P. A., Carlisle, J. D., Knapp, A. K., Blair, J. M., Collins, S. L. Productivity responses to altered rainfall patterns in a C4-dominated grassland. Oecologia. 137 (2), 245-251 (2003).
- Miglietta, F., et al. Spatial and temporal performance of the miniface (free air CO2 enrichment) system on bog ecosystems in northern and central Europe. Environmental Monitoring and Assessment. 66 (2), 107-127 (2001).
