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एक कं Published: November 21, 2015 doi: 10.3791/53151
Automatic Translation
1, 2, 2, 1, 1
1USDA-ARS, Grassland Soil and Water Research Laboratory, 2Department of Integrative Biology, University of Texas at Austin

Summary

Lysimeter कार्बन डाइऑक्साइड ढाल सुविधा बनाता है एक 250 मिट्टी, silty मिट्टी, और रेतीली मिट्टी monoliths पर तापमान नियंत्रित कक्षों आवास चरागाह संयंत्र समुदायों में एल -1 रैखिक कार्बन डाइऑक्साइड ढाल μl 500 करने के लिए। सुविधा अतीत और भविष्य में कार्बन डाइऑक्साइड का स्तर चरागाह कार्बन साइकिल को प्रभावित कैसे निर्धारित करने के लिए प्रयोग किया जाता है।

Abstract

स्थलीय पारिस्थितिक तंत्र पर प्रभाव डालता है की जांच के लिए वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड सांद्रता (सी ए) जनादेश तकनीक में सतत बढ़ जाती है। अधिकांश प्रयोगों केवल दो या सी एक एकाग्रता और एक भी मिट्टी के प्रकार के कुछ स्तर की जांच, लेकिन सी एक बहु मिट्टी पर सांद्रता superambient को subambient से एक ढाल के रूप में अलग किया जा सकता है, अगर हम अतीत पारिस्थितिकी तंत्र प्रतिक्रियाओं में रैखिक जारी रख सकते हैं, चाहे वह विचार कर सकते हैं भविष्य और क्या प्रतिक्रियाएं परिदृश्य में भिन्न हो सकते हैं। Lysimeter कार्बन डाइऑक्साइड ढाल सुविधा मिट्टी, silty मिट्टी, और रेतीली मिट्टी युक्त lysimeters पर स्थापित Blackland प्रेयरी संयंत्र समुदायों के लिए एक 250 μl एल 500 -1 सी एक ढाल लागू होता है। ढाल तापमान नियंत्रित कक्षों में संलग्न में वनस्पति से प्रकाश संश्लेषण के रूप में बनाया गया है उत्तरोत्तर कक्षों के माध्यम से दिशात्मक बह रही हवा से कार्बन डाइऑक्साइड को क्षीण करता। उचित हवा का प्रवाह दर को बनाए रखने, पर्याप्त photosynthetic क्षमता है, और तापमान नियंत्रण गर्मियों के दौरान संश्लेषक दरों में और वृद्धि हुई पानी तनाव गिरावट आ रही है, जो प्रणाली का मुख्य सीमाओं पर काबू पाने के लिए महत्वपूर्ण हैं। सुविधा सफलतापूर्वक सी ए संवर्धन superambient को subambient करने के पारिस्थितिकी तंत्र की प्रतिक्रियाओं के आकार discerns, और जैसे मीथेन या ओजोन के रूप में अन्य ग्रीन हाउस गैसों के साथ कार्बन डाइऑक्साइड की बातचीत के लिए परीक्षण करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता, सी ए संवर्धन के अन्य तकनीकों के लिए एक किफायती विकल्प है।

Introduction

वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड एकाग्रता (सी ए) ने हाल ही में लगभग 270 μl एल -1 औद्योगिक क्रांति के लिए पहले से पिछले 400 μl एल -1 बढ़ गया है। सी ए 2100 1 से कम से कम 550 μl एल -1 तक पहुंचने का अनुमान है। वृद्धि की यह दर पिछले 500,000 वर्षों में मनाया किसी भी सी ए परिवर्तन से बढ़कर है। सी ए में परिवर्तन की अभूतपूर्व दर सी ए में वृद्धि करने के लिए पारिस्थितिक तंत्र की गैर रेखीय या दहलीज प्रतिक्रियाओं की संभावना उठाती है। अधिकांश पारिस्थितिकी तंत्र के पैमाने पर सी ए संवर्धन प्रयोगों केवल दो उपचार, समृद्ध सी ए और एक नियंत्रण का एक ही स्तर पर लागू करें। इन प्रयोगों बहुत सी के पारिस्थितिकी तंत्र के प्रभावों एक संवर्धन के बारे में हमारी समझ का विस्तार किया है। हालांकि, सी ए बढ़ाने के लिए गैर रेखीय पारिस्थितिकी तंत्र प्रतिक्रियाओं की उपस्थिति प्रकट कर सकते हैं कि एक वैकल्पिक दृष्टिकोण subambient की एक सतत श्रृंखला के लिए भर में पारिस्थितिकी प्रणालियों का अध्ययन करने के लिए हैsuperambient सी ए। Subambient सी एक क्षेत्र में बनाए रखने के लिए मुश्किल है, और सबसे अधिक बार विकास कक्षों 2 का उपयोग कर अध्ययन किया गया है। Superambient सी ए विकास कक्षों, खुले टॉप कक्षों, और मुक्त हवा में संवर्धन तकनीक 3, 4 का उपयोग कर अध्ययन किया गया है।

सी ए संवर्धन कई मिट्टी के प्रकार युक्त परिदृश्य के पार होता है। मिट्टी के गुण जोरदार सी ए संवर्धन करने के लिए पारिस्थितिकी तंत्र प्रतिक्रियाओं को प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, मिट्टी की बनावट मिट्टी प्रोफ़ाइल 5 में पानी और पोषक तत्वों की अवधारण को निर्धारित करता है, अपने संयंत्रों से 6 की उपलब्धता, और कार्बनिक पदार्थ 7-9 की राशि और गुणवत्ता। मिट्टी की नमी की उपलब्धता सेल्सियस तक पारिस्थितिकी तंत्र की प्रतिक्रियाएं सबसे घास के मैदानों 10 सहित पानी सीमित प्रणालियों में एक संवर्धन का एक महत्वपूर्ण मध्यस्थ है। विगत क्षेत्र सी ए संवर्धन प्रयोगों आम तौर पर लगातार वी के परीक्षण केवल एक ही मिट्टी के प्रकार की जांच की, और नियंत्रित हैarying सी ए संवर्धन पर कई मिट्टी के प्रकार कमी कर रहे हैं। पारिस्थितिकी तंत्र प्रक्रियाओं पर सी ए संवर्धन के प्रभाव को मिट्टी के प्रकार के साथ अलग हैं, तो स्थानिक सेल्सियस तक पारिस्थितिकी तंत्र प्रतिक्रियाओं में बदलाव के लिए एक संवर्धन और जलवायु 11, 12 में आगामी बदलाव की उम्मीद करने के लिए मजबूत कारण है।

ढाल (LYCOG) सुविधा ~ 250 से 500 μl एल -1 से लेकर सी एक स्तर को पारिस्थितिक तंत्र की गैर रेखीय और सीमा प्रतिक्रियाओं में स्थानिक विभिन्नता के सवालों को संबोधित करने के लिए डिजाइन किया गया था Lysimeter कार्बन डाइऑक्साइड। LYCOG अमेरिका केंद्रीय मैदानों के दक्षिणी हिस्से में घास के मैदानों की बनावट, और एन सी सामग्री, और जलीय गुण की व्यापक रेंज का प्रतिनिधित्व मिट्टी पर बढ़ रही बारहमासी चरागाह संयंत्र समुदायों पर सी ए की निर्धारित ढाल बनाता है। सुविधा में इस्तेमाल विशिष्ट मिट्टी श्रृंखला हॉस्टन में काली मिट्टी (32 monoliths), नीचे के देश के विशिष्ट एक Vertisol (Udic Haplustert) कर रहे हैं; ऑस्टिन (32 monoliths), एक उच्च कार्बोनैट, silty मिट्टी Mollisol (Udorthentic Haplustol) ऊपरी भूभाग के विशिष्ट; और Bastsil (16 monoliths), एक जलोढ़ रेतीली दोमट Alfisol (Udic Paleustalf)।

LYCOG में कार्यरत परिचालन सिद्धांत हवा के पार्सल संलग्न कक्षों के माध्यम से दिशात्मक ले जाया से सी ए व्यय करना पौधों की संश्लेषक क्षमता का दोहन करने के लिए है। उपचार के उद्देश्य से 500 से 250 μl एल -1 सी ए में एक स्थिर रेखीय दिन ढाल बनाए रखना है। इसे पूरा करने के LYCOG दो रैखिक कक्ष होते हैं, एल -1 सी ए μl 500 से 390 (परिवेश) के लिए ढाल के हिस्से को बनाए रखने के एक superambient चैम्बर, और के 390-250 μl एल -1 हिस्से को बनाए रखने के लिए एक subambient चैम्बर ढाल। दो कक्षों उत्तर-दक्षिण अक्ष पर उन्मुख, कंधे से कंधा मिलाकर स्थित हैं। सी एक ढाल वनस्पति संश्लेषक क्षमता पर्याप्त है जब वर्ष के भाग के दौरान बनाए रखा है; आम तौर सेनवम्बर के शुरू करने के लिए देर से अप्रैल।

कक्षों, सी एक ढाल विनियमित परिवेश मूल्यों के पास हवा का तापमान (टी ए) को नियंत्रित करने, और सभी मिट्टी के लिए वर्दी वर्षा मात्रा में लागू करने के लिए आवश्यक सेंसर और इंस्ट्रूमेंटेशन होते हैं। मिट्टी पानी बजट के सभी घटकों को निर्धारित करने के लिए instrumented hydrologically पृथक वजन lysimeters में स्थापित पास के Blackland प्रेयरी से एकत्र बरकरार monoliths हैं। जल बारिश की घटनाओं के मौसम और लगभग एक औसत वर्षा वर्ष के दौरान बराबर है कि मात्रा और समय की घटनाओं में लागू किया जाता है। इस प्रकार, LYCOG पानी और कार्बन बजट सहित चरागाह पारिस्थितिकी तंत्र समारोह पर सी ए superambient को subambient और मिट्टी के प्रकार के दीर्घकालिक प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए सक्षम है।

LYCOG यूएसडीए एआरएस ग्रासलैंड मृदा एवं जल अनुसंधान प्रयोगशाला द्वारा आयोजित सी एक ढाल प्रयोगों की तीसरी पीढ़ी है। पहली पीढ़ी के लिए एक प्रोटोटाइप subambient थाढाल दृष्टिकोण 13 की व्यवहार्यता की स्थापना की और सी एक 14-20 में भिन्नता subambient करने के लिए पौधों की पत्ती स्तरीय शारीरिक प्रतिक्रियाओं के बारे में हमारी समझ है कि उन्नत परिवेश ढाल। दूसरी पीढ़ी अवधारणा के एक क्षेत्र पैमाने पर आवेदन 200 एल -1 21 μL 550 के लिए बढ़ा दिया ढाल के साथ, सी 4 चरागाह बारहमासी करने के लिए किया गया था। इस क्षेत्र पैमाने पर प्रयोग पहला सबूत प्रदान की है कि सी के साथ चरागाह उत्पादकता बढ़ जाती है एक संवर्धन कर सकते हैं नाइट्रोजन उपलब्धता superambient सी ए 22 में संयंत्र उत्पादकता सीमित कर सकता है भाग में, क्योंकि वर्तमान परिवेश सांद्रता 20 के पास तर। LYCOG सी चरागाह समुदायों की एक प्रतिक्रिया पर मिट्टी के इंटरैक्टिव प्रभाव के लिए मजबूत परीक्षण की इजाजत दी, बनावट बदलती के दोहराया मिट्टी को शामिल करके इस दूसरी पीढ़ी प्रयोग फैली हुई है।

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Protocol

1. लीजिए मिट्टी Monoliths Lysimeters वजनी के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा

  1. गहरी 1.5 मीटर से 8 मिमी मोटी स्टील द्वारा ओपन एंडेड स्टील के बक्से 1 एक्स 1 मीटर वर्ग का निर्माण।
  2. हाइड्रोलिक प्रेस का उपयोग कर, खड़ी मिट्टी में ओपन एंडेड बक्से प्रेस गहरी मिट्टी में 3 मीटर drilled पेचदार एंकर पर मुहिम शुरू की।
  3. एक बेकहो या इसी तरह के उपकरणों का उपयोग कर encased केवल पत्थर का खंभा खुदाई।
  4. केवल पत्थर का खंभा के आधार पर मिट्टी के संपर्क में एक शीसे रेशा बाती रखें। केवल पत्थर का खंभा निकास के लिए एक 10 एल जलाशय में स्टील के आधार के माध्यम से बाती पास है, और फिर बॉक्स के तल पर स्टील के आधार वेल्ड।
  5. ऐसे ग्लाइफोसेट के रूप में, एक गैर अवशिष्ट शाक लगाने से monoliths पर मौजूदा वनस्पति को मार डालो।

2. मृदा Monoliths पर संयंत्र समुदायों की स्थापना करें

  1. संयंत्र आठ पौध Tallgrass के सात प्रजातियों में से प्रत्येक के साथ monoliths एम 2 प्रति 56 पौधों की कुल घनत्व के लिए, घास और Forbs प्रैरी।
      Bouteloua curtipendula (पक्ष-जई ग्राम), Schizachyrium scoparium (थोड़ा BLUESTEM), Sorghastrum न्यूटेंस (Indiangrass), Tridens albescens (सफेद tridens)]।
    1. निम्नलिखित Forbs संयंत्र: साल्विया azurea (पिचर ऋषि), Solidago canadensis (कनाडा गोल्डनरॉड), Desmanthus illinoensis (इलिनोइस bundleflower, एक फली)।
  2. एक लैटिन वर्ग डिजाइन में संयंत्र अंकुर, प्रत्येक केवल पत्थर का खंभा के लिए फिर से बेतरतीब।
  3. रोपण के बाद लगभग 2 महीने के लिए प्रत्यारोपण पानी। लक्ष्य प्रारंभिक स्थापना के दौरान पानी तनाव कम करने के लिए है। इस तरह के एक हाथ की छड़ी या बगीचे बुझाने के रूप में किसी भी सुविधाजनक विधि का प्रयोग करें। पानी की आवृत्ति स्थानीय जलवायु और मौसम, परिवेश वर्षा की विशेष रूप से घटना पर निर्भर करता है।
  4. प्रारंभिक प्रत्यारोपण स्थापना चरण के बाद, के रूप में लंबे समय के रूप में आवश्यक के लिए परिवेश वर्षा के तहत प्रत्यारोपण बनाए रखने, जबकि कक्षों (धारा3) निर्माण कर रहे हैं। हाथ से निराई द्वारा स्थापना के दौरान monoliths में उभरने कि अवांछित प्रजातियों निकालें।

3. कक्ष डिजाइन

  1. प्रत्येक 1.2 मीटर चौड़ी, 1.5 मीटर लंबा दो कक्षों का निर्माण, और दस 5 मीटर लंबे वर्गों में बांटा गया, 60 मीटर लंबा है। आयामों 5 एमएक्स 1.5 मीटर दफन 1.6 मीटर गहरा 1.2 एमएक्स, की भारी इस्पात से वर्गों का निर्माण।
    1. प्रत्येक खंड में चार monoliths स्थापित करें, दो monoliths यादृच्छिक क्रम में मिट्टी के प्रकार के दो में से प्रत्येक। एक 4540 किलो क्षमता संतुलन के ऊपर प्रत्येक केवल पत्थर का खंभा स्थापित करें।
    2. यहां तक ​​कि गिने वर्गों में pairings में Bastsil monoliths शामिल करें।
  2. Airflow के लिए एक मार्ग प्रदान करने के लिए एक एक मीटर लंबी एक्स 1 मीटर चौड़ा x 0.3 मीटर लंबा शीट मेटल वाहिनी के साथ aboveground आसन्न वर्गों में शामिल हों।
    1. प्रत्येक वाहिनी के अंदर एक ठंडा तार करने के लिए एक 161.4 किलोवाट प्रशीतन इकाई से 10 डिग्री सेल्सियस पर आपूर्ति शीतलक।
    2. अन्य में इस्तेमाल इस तरह के रूप में स्पष्ट ग्रीनहाउस फिल्म के साथ वनस्पति (मोटाई 0.006 "/। 15 मिमी), संलग्न करेंजलवायु हेरफेर प्रयोगों 23।
    3. नमूना लेने के लिए monoliths लिए उपयोग की अनुमति के लिए एक मसौदा फ्लैप द्वारा समर्थित एक zippered खोलने के साथ प्रत्येक कवर फिट बैठते हैं।
    4. पॉलीथीन बढ़ती मौसम के अंत में शामिल किया गया है निकालें।

4. सीओ 2 और हवा के तापमान मापन; तापमान नियंत्रण

  1. दोनों कक्षों पर नमूना प्रवेश और निकास सी ए superambient और subambient कक्षों के प्रवेश और बाहर निकलने पर स्थित फ़िल्टर्ड हवा नमूना लाइनों के माध्यम से हर 2 मिनट। इन आंकड़ों से सीओ 2 इंजेक्शन और पंखे की गति नियंत्रण को सूचित करें।
    1. नमूना सी ए और जल वाष्प सामग्री, और 20 मिनट के अंतराल पर प्रत्येक 5 मीटर अनुभाग के प्रवेश और बाहर निकलने पर उपाय हवा के तापमान (टी ए)।
    2. निर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार अवरक्त गैस एनालाइजर का उपयोग वास्तविक समय में सभी सीओ 2 के लिए हवा के नमूने और जल वाष्प सामग्री को मापने।
    3. , प्रवेश, मध्य में टी एक उपाय एकपरिरक्षित ठीक तार thermocouples के साथ प्रत्येक अनुभाग के डी से बाहर निकलें।
  2. परिवेश टी ए के पास अनुभाग के लिए अनुभाग से लगातार मतलब (मध्य भाग) टी ए बनाए रखने के लिए प्रत्येक अनुभाग के प्रवेश द्वार पर ठंडा तार के माध्यम से शीतलक के प्रवाह को नियंत्रित।
  3. आकाश के एक unobstructed दृष्टि से देखते हैं और निर्माता प्रोटोकॉल के अनुसार संश्लेषक फोटॉन प्रवाह घनत्व को मापने के लिए एक क्वांटम सेंसर स्थिति। प्रकाश स्तर धौंकनी नियंत्रण एल्गोरिथ्म के लिए एक निवेश है।

5. सी ए उपचार आवेदन

  1. दिन का समय
    1. Superambient पैर के प्रवेश द्वार वाहिनी में एक जन प्रवाह नियंत्रक का उपयोग, 500 μl एल -1 सी ए को भेजे गए परिवेशी वायु के साथ शुद्ध कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ 2) मिलाएं। सी ए माप जानकारी के लिए धारा 4 देखें।
    2. धारा 1 के द्वार पर ब्लोअर प्रशंसक का उपयोग कर कक्षों के माध्यम से और नीचे की ओर वर्गों में समृद्ध हवा Advect।
    3. एमधौंकनी गति का समायोजन करके 390 μl एल -1 (परिवेशी वायु) के वांछित बाहर निकलने के सी ए aintain।
      1. बाहर निकलने के सी एक सेट बिंदु से नीचे है, तो धौंकनी गति बढ़ाएँ। इस उच्च बाहर निकलने के सी ए में है, जिसके परिणामस्वरूप सीओ 2 के संयंत्र तेज के लिए कम समय की अनुमति देता है।
      2. बाहर निकलने के सी एक सेट बिंदु से ऊपर है, तो धौंकनी गति कम होती है।
    4. 250 μl एल -1 के बाहर निकलने सी ए को प्राप्त करने के लिए परिवेशी वायु और नियंत्रण परिचय छोड़कर subambient कक्ष में एक ही दृष्टिकोण का प्रयोग करें।
  2. रात
    1. हवा के प्रवाह की दिशा रिवर्स।
    2. 530 μl एल -1 सी ए को प्राप्त करने के superambient चैम्बर के दिन बाहर निकलने के अंत में सीओ 2 इंजेक्षन, और नियंत्रण advection दरों 640 μl एल बनाए रखने के लिए -1 रात बाहर निकलें (दिन के समय प्रवेश द्वार पर।
    3. रात प्रवेश द्वार में ~ 390 μl एल -1 सीओ 2 में परिवेशी वायु का परिचयSubambient कक्ष और नियंत्रण advection दर से (दिन के समय बाहर निकलने के) 530 μl एल बनाए रखने के लिए -1 रात बाहर निकलने पर।

6. वर्षा आदानों

  1. प्रत्येक केवल पत्थर का खंभा मतलब बढ़ती मौसम वर्षा राशि लागू करें।
    1. एक ड्रिप सिंचाई प्रणाली के माध्यम से एक घरेलू पानी के स्रोत से प्रत्येक केवल पत्थर का खंभा करने के लिए पानी की आपूर्ति। प्रयोग के स्थान के लिए मौसमी वर्षा के पैटर्न लगभग करने के लिए सिंचाई की घटनाओं और आवेदन मात्रा अनुसूची। सटीक अनुसूची स्थानीय जलवायु पर निर्भर करता है।
  2. एक डेटा लकड़हारा के साथ आवेदन समय नियंत्रण और flowmeters के साथ आवेदन की मात्रा को मापने।

7. नमूना

  1. एक न्यूट्रॉन क्षीणन गेज या अन्य उपयुक्त जांच के साथ, सीओ 2 नियंत्रण की अवधि के दौरान बड़ा मिट्टी पानी की मात्रा (vSWC) साप्ताहिक खड़ी प्रोफाइल उपाय।
    1. अनुशंसित प्रोफ़ाइल वेतन वृद्धि 1 एम डी करने के लिए 20 सेमी गहराई वेतन वृद्धि कर रहे हैंPTH, और एक एक मीटर नीचे एक 50 सेमी वेतन वृद्धि।
  2. उपाय केवल पत्थर का खंभा बढ़ती मौसम के अंत में सभी खड़े aboveground बायोमास फसल कटाई से शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता (ANPP) aboveground।
    1. सभी aboveground बायोमास फलस्वरूप बायोमास वर्तमान प्राथमिक उत्पादन का प्रतिनिधित्व करता है खड़े, हर साल निकाल दिया जाता है।
    2. लगातार बड़े पैमाने पर करने के लिए सूखी प्रजातियों, द्वारा जांचा बायोमास तरह है, और वजन।
    3. ANPP करने के लिए पौधों की प्रजातियों योगदान यों की अलग-अलग प्रजातियों के बायोमास का प्रयोग करें।

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Representative Results

ढाल के superambient और subambient भागों अलग कक्षों (चित्रा 1) में रखा जाता है। हालांकि, ऑपरेशन (2007 - 2013) के सात साल से अधिक है, कक्षों समृद्ध कक्षों के बाहर निकलने के बीच सी ए में केवल एक छोटे से अलगाव के साथ 500 से 250 μl एल -1 (चित्रा 2) के लिए सी में एक रेखीय ढाल एक एकाग्रता बनाए रखा (केवल पत्थर का खंभा 40) और ढाल के subambient भाग के प्रवेश द्वार (केवल पत्थर का खंभा 41)।

हवा के तापमान और वाष्प दबाव घाटा वर्गों 19 और हवा के तापमान ~ 3 डिग्री सेल्सियस गर्म अन्य की तुलना में औसतन जहां subambient कक्ष, 20 superambient चैम्बर की धारा 10 में छोड़कर दोनों superambient और subambient कक्षों में अनुभाग, अनुभाग से लगातार बने रहे, और वर्गों (चित्रा 2)। प्रत्येक अनुभाग के भीतर 7 डिग्री सेल्सियस, और correspondi - हालांकि वहाँ 5 का तापमान बढ़ता स्पष्ट किया जा सकताएनजी वाष्प दबाव घाटे में बढ़ जाती है।

2007 से अधिक औसत - 2013 बढ़ती मौसम, vSWC सी-साथ रैखिक (चित्रा 3) तीन मिट्टी में से दो पर एक ढाल विविध। मिट्टी प्रोफ़ाइल के शीर्ष 20 सेमी में vSWC रेतीली दोमट पर सी ए में 100 μl एल -1 बढ़कर 3.1% की वृद्धि हुई (Bastsil श्रृंखला) मिट्टी (2 आर = 0.34, पी = 0.01), और 100 प्रति 1.7% से मिट्टी मिट्टी (ह्यूस्टन श्रृंखला) पर μl एल -1 सी ए। हालांकि silty मिट्टी में 0-20 vSWC में कोई परिवर्तन (ऑस्टिन श्रृंखला) मिट्टी (पी = 0.13) नहीं था।

संयंत्र उत्पादकता भी सी ए से के साथ रैखिक विविध, और सी ए की भयावहता मिट्टी के बीच मतभेद की प्रतिक्रिया। Blackland प्रेयरी संयंत्र समुदायों के साथ monoliths के ANPP (चित्रा 4 ए) 59 ग्राम से बढ़ -2 100 μl एल -1 बढ़ोतरी सी ए में, मिट्टी की धरती पर सी ए करने के लिए छोटी से छोटी प्रतिक्रिया थी(2 आर = 0.22, पी = 0.02)। सी के लिए ANPP प्रतिक्रिया एक संवर्धन 76 ग्राम से बढ़ -2 100 μl एल सीओ 2 का -1 (आर 2 = 0.22, पी = 0.02) के अनुसार, silty मिट्टी की धरती पर मध्यवर्ती था, और रेतीली दोमट मिट्टी, जहां पर सबसे बड़ा ANPP 131 ग्राम -2 100 μl एल सीओ 2 का -1 प्रति (2 आर = 0.55, पी <0.001) प्राप्त की।

सी ए को ANPP की ये मिट्टी-विशिष्ट प्रतिक्रियाओं एक mesic सी 4 Tallgrass की मिट्टी-विशिष्ट प्रतिक्रियाओं को बारीकी से पत्राचार किया, Sorghastrum न्यूटेंस, प्रायोगिक संयंत्र समुदायों में सबसे प्रचुर मात्रा में घास की प्रजातियों। एस के aboveground बायोमास न्यूटेंस 200 ग्राम से अधिक फायदा हो रहा -2 सी ए में हर 100 μl एल -1 वृद्धि (आर 2 = 0.40, पी = 0.005) के लिए, रेतीली दोमट मिट्टी पर बढ़ा सी एक साथ सबसे जोरदार वृद्धि हुई है। इसके विपरीत, एस न्यूटेंस केवल 100 ग्राम प्राप्त की -1 1 प्रतिSilty मिट्टी मिट्टी पर सी ए में 00 μl एल -1 वृद्धि (आर 2 = 0.50, पी <0.0001), एस, जबकि न्यूटेंस मिट्टी मिट्टी (चित्रा 4 बी आर 2 = 0.12, पी = 0.07) पर सी ए मामूली प्रतिक्रिया व्यक्त की।

एक संवर्धन xeric सी 4 मध्य घास Bouteloua curtipendula (चित्रा 4C) द्वारा दो अधिक उत्तरदायी मिट्टी पर उत्पादकता में घटने के बावजूद हुआ सी के साथ ANPP में मिट्टी-विशेष वृद्धि हुई है। बी curtipendula प्रयोगात्मक समुदायों में दूसरा सबसे प्रचुर प्रजातियों था। Silty-मिट्टी मिट्टी, बी पर curtipendula subambient सी ए सांद्रता में प्रमुख घास था लेकिन silty मिट्टी मिट्टी पर सी के साथ सबसे अधिक दृढ़ता से एक संवर्धन में कमी आई (सी ए में 100 μl एल -1 वृद्धि, प्रति 69 ग्राम -2, आर 2 = 0.36, पी <0.008) (रेतीली दोमट मिट्टी पर कम दृढ़ता की कमी हुई 44 ग्राम -2 -1 सी ए में वृद्धि; आर 2 = 0.36, पी = 0.008), और सी के साथ मिट्टी मिट्टी (पी = 0.46) पर एक संवर्धन भिन्न नहीं था।

चित्र 1
चित्रा कक्षों और मिट्टी के 1. व्यवस्था। चरागाह बरकरार मिट्टी monoliths (फोटो) पर बढ़ती वनस्पति, और सीओ 2 ढाल के साथ तीन मिट्टी के प्रकार के वितरण के योजनाबद्ध युक्त कक्षों में से दो रैखिक दृश्यों। प्लॉट संख्या 1 - 250 μl एल -1 भाग - 380 पर 41-80 ढाल के 380 μl एल -1 भाग, और संख्या - 40 500 के किनारे स्थित हैं। फोटो: फिलिप फे।

चित्र 2
सी ए-साथ चित्रा 2. microclimate ढाल। समृद्ध और subambient कक्षों में 80 monoliths के लिए दिन के समय बढ़ती मौसम कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ 2) एकाग्रता, हवा के तापमान, और वाष्प दबाव घाटा। मूल्यों प्रत्येक अनुभाग की हवा प्रवेश और निकास पर मापा जाता है, और अन्य पदों के लिए रेखीय प्रक्षेप से अनुमान लगाया जाता है। डेटा बिंदुओं 2007 2013 के माध्यम से बढ़ मौसम के लिए साधन का प्रतिनिधित्व करते हैं। स्पष्टता के लिए छोड़े गए त्रुटि सलाखों; इसका मतलब यह मानक त्रुटियों वाष्प दबाव घाटे के लिए सीओ 2, हवा के तापमान के लिए 0.82, 0.18 और 3.5 थे।

चित्र तीन
सीओ 2 ढाल के साथ प्रत्येक प्रकार की मिट्टी पर चित्रा 3. मृदा नमी 0 के लिए बढ़ती मौसम बड़ा मिट्टी पानी सामग्री (vSWC।) - सीओ 2 एकाग्रता gradien साथ स्थिति से साजिश रची प्रत्येक मिट्टी के प्रकार के लिए मिट्टी प्रोफ़ाइल में 20 सेमी,टी। रेखीय प्रतिगमन 2 एकाग्रता सीओ vSWC के महत्वपूर्ण रिश्तों के साथ मिट्टी के लिए योजना बनाई है। डेटा बिंदुओं 2013 से बढ़ सत्रों के माध्यम से 2007 के साधन प्रतिनिधित्व करते हैं। स्पष्टता के लिए छोड़े गए त्रुटि सलाखों; 0.74-0.99 लेकर तीन मिट्टी पर मानक त्रुटियों मतलब है।

चित्रा 4
सीओ 2 ढाल के साथ प्रत्येक प्रकार की मिट्टी पर चित्रा 4. संयंत्र उत्पादकता। (ए) मतलब शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता (ANPP), Blackland प्रेयरी संयंत्र समुदायों के साथ 60 monoliths में सभी प्रजातियों के मौजूदा साल बायोमास का योग aboveground; और (बी) mesic सी 4 Tallgrass, Sorghastrum न्यूटेंस, और (सी) Bouteloua सीओ 2 एकाग्रता ढाल के साथ स्थिति से साजिश रची curtipendula xeric सी 4 midgrass के चालू वर्ष बायोमास।रेखीय प्रतिगमन 2 एकाग्रता सीओ ANPP या प्रजातियों बायोमास के महत्वपूर्ण रिश्तों के साथ मिट्टी के लिए योजना बनाई है। डेटा बिंदुओं 2013 से बढ़ सत्रों के माध्यम से 2007 के साधन प्रतिनिधित्व करते हैं। स्पष्टता के लिए छोड़े गए त्रुटि सलाखों; तीन मिट्टी पर इसका मतलब यह मानक त्रुटियों एस के लिए 34.4 के लिए, ANPP के लिए 34.9-42.5 21.8 लेकर न्यूटेंस, और 7.4-24.8 बी के लिए curtipendula।

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Discussion

LYCOG सुविधा तीन मिट्टी के प्रकार पर स्थापित प्रयोगात्मक चरागाह समुदायों पर सी ए सांद्रता के एक 250 एल -1 μl 500 करने के लिए निरंतर ढाल बनाए रखने की अपनी परिचालन लक्ष्य को प्राप्त होता है। सी ए में परिवर्तन निर्धारित सीमा से अधिक रैखिक है। एयर तापमान प्रत्येक अनुभाग के भीतर वृद्धि हुई है, लेकिन ज्यादातर वर्गों में बीच-खंड ठंडा कॉयल द्वारा रीसेट किया गया था। नतीजतन, अनुभाग के लिए अनुभाग से लगातार मतलब तापमान को बनाए रखने का परिचालन लक्ष्य ढाल के अधिकांश हिस्से में मुलाकात की थी। मिट्टी की नमी अपेक्षाकृत अधिक है और पौधों अपने उच्चतम संश्लेषक क्षमता पर कर रहे हैं जब तापमान और सी एक नियंत्रण आसानी से वसंत और गर्मियों की शुरुआत के दौरान रखा जाता है।

प्रोटोकॉल में महत्वपूर्ण कदम

धौंकनी गति का नियंत्रण निर्धारित सीओ 2 ढाल बनाए रखने का सबसे महत्वपूर्ण पहलू है। नियंत्रण एक संयोजन पर आधारित हैप्रतिक्रिया और फ़ीड आगे तकनीकों की वनस्पति कार्बन तेज करने के लिए हवा का प्रवाह मैच के लिए। प्रतिक्रिया तकनीक मापा और लक्ष्य बाहर निकलने के सीओ 2 एकाग्रता के बीच अंतर के आधार पर पंखे की गति समायोजित कर देता है। फ़ीड आगे नियंत्रण क्वांटम सेंसर के साथ मापा photosynthetically सक्रिय विकिरण में परिवर्तन के आधार पर तेजी से संश्लेषक दर में परिवर्तन और (5 सेकंड प्रतिक्रिया समय) पंखे की गति समायोजित कर देता है, आशंका है। फ़ीड आगे नियंत्रण काफी अकेले प्रतिक्रिया नियंत्रण द्वारा हासिल की है कि अधिक नियंत्रण में सुधार। कक्षों के माध्यम से अधिकतम airflow दर हवा के कम अंत पर है, जो 1 मीटर सेकंड -1, या लगभग 3.6 किमी घंटा -1, के आदेश पर इन पौधों क्षेत्र में देखने गति। इस प्रकार, पंखे की गति बदलती संयंत्र प्रतिक्रियाओं को प्रभावित करने की संभावना नहीं है।

सीओ 2 ढाल बनाए रखने का एक अन्य महत्वपूर्ण पहलू पर्याप्त संश्लेषक क्षमता की उपस्थिति है। ढाल steeper, अधिक से अधिक चंदवा संश्लेषक क्षमता फिर सेकरनी सीओ 2 एकाग्रता नीचे आकर्षित करने के लिए। अधिक पत्ती क्षेत्र, उच्च संश्लेषक दरों, या लंबे समय तक चैम्बर लंबाई सभी के साथ प्रजाति या समुदायों प्राप्त किया जा सकता है कि सीओ 2 ड्रा डाउन वृद्धि हुई है। ख्याल भी केवल पत्थर का खंभा मात्रा में लिया जाना चाहिए और गहराई स्थापित संयंत्र समुदायों के लिए एक यथार्थवादी पक्ष मात्रा उपलब्ध कराने के लिए चुना जाता है। यहां इस्तेमाल किया प्रजातियों 1 के पक्ष गहराई है - 1.5 मीटर है, लेकिन अन्य प्रजातियों उथले या गहरी हो सकता है, और केवल पत्थर का खंभा मात्रा के हिसाब से समायोजित किया जाना चाहिए। अंतिम महत्वपूर्ण पहलू मज़बूती से आपूर्ति और बाहर के परिवेश के तापमान में बाहर प्रतिदिन और मौसमी बदलाव के लिए चैम्बर तापमान मैच के लिए आदेश में, प्रत्येक अनुभाग के बीच कूलिंग कॉयल के लिए ठंडा पानी के प्रवाह को नियंत्रित करने का महत्व है।

तकनीक के लिए संशोधन

आपरेशन के पहले वर्ष प्रेयरी वनस्पति पर्याप्त सीओ की मामूली सक्षम था कि पता चला 2 panicum virgatum करने के लिए ह्यूस्टन और ऑस्टिन मिट्टी श्रृंखला में से चुना 20 monoliths की कुल परिवर्तित करके remedied किया गया था। Switchgrass एक उच्च उत्पादक मूल निवासी Tallgrass है, और यहां तक ​​कि गर्म गर्मी के महीनों के दौरान ढाल के साथ पर्याप्त सी तेज क्षमता को सुनिश्चित करता है, जो बढ़ती मौसम भर में अच्छी तरह से पानी पिलाया जाता है। पहले साल भी overheating के प्रमुख, नीचे की ओर कक्षों में प्रवाह दरों अपमानित जो कक्षों में प्रत्याशित वायुगतिकीय प्रतिरोध से अधिक का पता चला। यह समस्या प्रवाह दर को बढ़ावा देने के लिए अतिरिक्त बहाव के धौंकनी प्रशंसकों की स्थापना द्वारा remedied किया गया था। हम नए पॉलीथीन स्थापित करने अधिकतम प्रकाश संप्रेषण बनाए रखने के लिए प्रत्येक बढ़ती मौसम को शामिल किया गया सलाह देते हैं।

तकनीक की सीमाएं

सिस्टम की सुविधा का समर्थन कर सकते अनुसंधान के सवालों पर दोनों अवसरों और सीमाओं बनाने निश्चित है कि परिचालन के मुद्दों बन गया है। चोरउच्च गर्मियों में तापमान कम मिट्टी की नमी, संयंत्र पानी तनाव बढ़ रही है और संश्लेषक क्षमता को कम करने की वजह से ढाल की trol, बढ़ती मौसम के अंत के माध्यम से मध्य गर्मियों से अधिक मुश्किल हो जाता है। यह बदले में बारी में आगे तापमान बढ़ जाता है, जो लक्ष्य सी ए सांद्रता, पूरा करने की आवश्यकता सी एक ड्रॉ से नीचे प्राप्त करने के लिए धीमी गति से हवा के प्रवाह की दर की आवश्यकता है। इस गतिशील सीओ 2 एकाग्रता के साथ सूखे बातचीत के अध्ययन के लिए इस प्रणाली की सीमित क्षमता को दिखाता है। प्रत्येक 5 मीटर अनुभाग के भीतर का तापमान बढ़ता है, क्योंकि प्रयोग के रैखिक प्रवाह डिजाइन की अपरिहार्य हैं। हवा ठंडा तार के माध्यम से गुजरता है और अगले कक्ष में प्रवेश जब तक लंबी तरंग ऊर्जा प्रत्येक कक्ष के भीतर जम जाता है। भीतर-खंड तापमान बढ़ता कुछ जलवायु परिवर्तन परिदृश्यों के साथ उम्मीद भविष्य तापमान वृद्धि के लिए उच्च अनुमानों से कुछ के लिए इसी तरह के परिमाण के हैं। इस प्रकार, भीतर-खंड तापमान परिवर्तन रेपरसी ए और वार्मिंग के बीच बातचीत के लिए चरागाह प्रतिक्रियाओं का विश्लेषण करने के लिए एक अवसर के esents। अंत में, चैम्बर के आयामों के बारे में एक मीटर की अधिकतम ऊंचाई तक वनस्पति सीमा है, और केवल पत्थर का खंभा क्षेत्र में छोटे बेसल क्षेत्रों के साथ फूलों की प्रजातियों के पेड़-पौधों को सीमित करता है। प्रजातियों के पेड़ का उपयोग करते हैं, चरागाह में वुडी अतिक्रमण अध्ययन करने के लिए उदाहरण के लिए, अंकुर मंच से परे अव्यावहारिक होगा।

अन्य तकनीकों की तुलना में महत्व

LYCOG ऐसे चेहरे और ओटीसी के रूप में तकनीक की तुलना में संचालित करने के लिए काफी अधिक किफायती है। LYCOG MiniFACE सिस्टम 24 में सीओ 2 का प्रयोग अधिक से अधिक है, लेकिन चेहरे के सीओ 2 की खपत की तुलना में काफी कम है जो सीओ 2, की प्रति माह लगभग 3,700 एल का उपयोग करता है और ओटीसी, 3 12 दृष्टिकोण। प्रयोग को बनाए रखने से आता है की बड़ी कीमत साल, compara के अनुसार लगभग 30,000 $ लागत जो तापमान नियंत्रण,खुले शीर्ष चैम्बर सी ए संवर्धन लागत, लेकिन अभी भी फ्री एयर सीओ 2 संवर्धन सिस्टम 3 के सीओ 2 के खर्च की तुलना में बहुत कम समय के लिए सीओ 2 के खर्च के अनुमान के ble। आर्थिक लाभ subambient सीओ 2 पर समर्थन के अध्ययन की अद्वितीय क्षमता के अलावा और एक सतत सीओ 2 ढाल के साथ आते हैं।

वर्तमान और भविष्य के अनुप्रयोगों

वर्तमान शोध चरागाह कार्बन और पानी साइकिल पर सी ए प्रभाव में मिट्टी-विशिष्ट भिन्नता के बारे में हमारी समझ का विस्तार होगा, जो मिट्टी सीओ 2 तपका, और evapotranspiration, सहित ANPP के अलावा अन्य पारिस्थितिकी तंत्र की प्रतिक्रियाएं, जांच कर रही है। अनुसंधान के लिए भविष्य की संभावनाओं superambient के रूप में दोनों कक्षों ऑपरेटिंग लेकिन परिवेश के लिए सम्मान के साथ एक गर्म तापमान अंतर पर एक कक्ष बनाए रखने के द्वारा, उदाहरण के लिए, तापमान और सीओ 2 उपचार के संयोजन में शामिल हैं। वर्तमान vegetatआयन आसानी से समुदाय की संरचना में बदलाव के सीओ पारिस्थितिकी तंत्र समारोह पर 2 प्रभाव को कैसे प्रभावित अध्ययन करने के लिए अन्य प्रजातियों या समुदायों के साथ बदला जा सकता है। ऐसे मीथेन या ओजोन के रूप में अन्य महत्वपूर्ण पारिस्थितिकी वायुमंडलीय घटक सीओ 2 के साथ बातचीत के लिए परीक्षण करने के लिए जोड़ा जा सकता है।

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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

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References

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पर्यावरण विज्ञान अंक 105 Tallgrass Prairie जलवायु परिवर्तन कार्बन चक्र जल विज्ञान शुद्ध प्राथमिक उत्पादकता मिट्टी की नमी समुदाय,
एक कं<sub&gt; 2</subपरीक्षण सीओ के लिए&gt; एकाग्रता ढाल सुविधा<sub&gt; 2</subग्रासलैंड पारिस्थितिकी तंत्र समारोह पर&gt; संवर्धन और मिट्टी प्रभाव
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Fay, P. A., Reichmann, L. G.,… More

Fay, P. A., Reichmann, L. G., Aspinwall, M. J., Khasanova, A. R., Polley, H. W. A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function. J. Vis. Exp. (105), e53151, doi:10.3791/53151 (2015).

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