Summary
Den Lysimeter Carbon Dioxide Gradient Facility skaper en 250 til 500 mL L -1 lineær karbondioksid gradient i temperaturkontrollerte kamre boliger Grovfôr plantesamfunn på leire, siltig leire og sandjordbautasteiner. Anlegget brukes til å bestemme hvordan tidligere og fremtidige karbondioksidnivået påvirker Grovfôr karbon sykling.
Abstract
Løpende økning i atmosfærisk karbondioksid konsentrasjoner (C A) mandat teknikker for å undersøke effekter på terrestriske økosystemer. De fleste forsøk undersøker bare to eller noen få nivåer av C-A konsentrasjon og en enkelt jordtype, men hvis C A kan varieres som en gradient fra subambient til superambient konsentrasjoner på flere jord, kan vi skjelne om siste økosystemet reaksjoner kan fortsette lineært i fremtidige og om svarene kan variere over landskapet. Den Lysimeter Carbon Dioxide Gradient Facility gjelder en 250 til 500 mL L -1 C En gradient til Blackland prærien plantesamfunn etablert på lysimeters inneholder leire, siltig leire og sandbunn. Stigningen er opprettet som fotosyntese av vegetasjon omsluttet i temperaturkontrollerte kamre gradvis tapper karbondioksid fra luften strømmer retnings gjennom kamrene. Opprettholde riktig luftmengde, tilstrekkelig photosynthetic kapasitet, og temperaturkontroll er avgjørende for å overvinne de viktigste begrensningene i systemet, som er fallende fotopriser og økt vannmangel i løpet av sommeren. Anlegget er et økonomisk alternativ til andre teknikker for C A berikelse, med hell skjelner form av økosystem responser til subambient til superambient C A berikelse, og kan tilpasses til å teste for interaksjoner av karbondioksid med andre drivhusgasser, slik som metan eller ozon.
Introduction
Atmosfærisk karbondioksid konsentrasjon (C A) har nylig økt siste 400 mL L -1 fra ca 270 mL L -1 før den industrielle revolusjon. C A er ventet å nå minst 550 ul L -1 av 2100 en. Denne økningen overgår eventuelle C A observerte endringene i løpet av de siste 500.000 årene. Den enestående hastigheten av endring i C A øker muligheten for ikke-lineære eller terskel responsene fra økosystemer til å øke C-A. De fleste økosystem skala C A berikelse eksperimenter gjelder bare to behandlinger, et enkelt nivå av beriket C A og en kontroll. Disse eksperimentene har sterkt utvidet vår forståelse av økosystem konsekvensene av C En berikelse. Men en alternativ tilnærming som kan avsløre tilstedeværelsen av ikke-lineære økosystem responser til å øke C-A er å studere økosystemer på tvers av en sammenhengende rekke av subambient tilsuperambient C A. Subambient C A er vanskelig å opprettholde i felt, og har oftest blitt undersøkt ved hjelp av vekstkamrene 2. Superambient C A har blitt undersøkt ved hjelp av vekstkamrene, open-top kamre, og fri-luft berikelse teknikker 3, 4.
C En berikelse oppstår over landskapene som inneholder mange jordtyper. Jordsmonn egenskaper kan sterkt påvirke økosystem svar på C En berikelse. For eksempel bestemmer jord tekstur oppbevaring av vann og næringsstoffer i jordsmonnet 5, deres tilgjengelighet til anlegg 6, og mengden og kvaliteten av organisk materiale 7-9. Tilgjengeligheten av jordfuktighet er en viktig formidler av økosystem svar på C En berikelse i vann begrenset systemer, inkludert de fleste gressletter 10. Past felt C A berikelse eksperimenter har vanligvis undersøkt bare en jordtype, og kontrollerte tester av kontinuerlig vtyper arying C En berikelse over flere jord mangler. Hvis effekten av C En berikelse på økosystemprosesser varierer med jordtype, det er sterk grunn til å forvente romlig variasjon i økosystem svar på C En berikelse og påfølgende klimaendringer 11, 12.
Den Lysimeter Carbon Dioxide Gradient (LYCOG) anlegget er designet for å ta opp spørsmål om romlig variasjon i ikke-lineære og terskelresponser av økosystemer til C A nivåer som spenner fra ~ 250 til 500 mL L -1. LYCOG skaper den fastsatte gradient av C A på flerårige grasmark plantesamfunn vokser på jord som representerer det brede spekter av tekstur, N og C innhold, og hydrologiske egenskaper av gressletter i den sørlige delen av USA Central Plains. Spesifikk jord serien brukes i anlegget er Houston svart leire (32 monolitter), en Vertisol (Udic Haplustert) typisk for lavlandet; Austin (32 monolitter), et høyt carboNate, siltig leire Mollisol (Udorthentic Haplustol) typisk for høylandet; og Bastsil (16 bautasteiner), en alluvial sandete leirjord Alfisol (Udic Paleustalf).
Den operasjonelle prinsippet ansatt i LYCOG er å utnytte fotokapasitet på planter å utarme C A fra pakker av luft flyttet retnings gjennom lukkede kamre. Hensikten med behandlingen er å opprettholde en konstant lineær gradient på dagtid i C A fra 500 til 250 pl L-1. For å oppnå dette, består av to lineære LYCOG kammere, et kammer superambient opprett den del av gradienten 500-390 (omgivende) il L -1 C A, og en subambient kammer opprettholde 390-250 ul L -1 parti av gradient. De to kamrene er plassert ved siden av hverandre, orientert i en nord-syd akse. C En gradient opprettholdes under den del av året når vegetasjonen foto kapasitet er tilstrekkelig; typisk fraslutten av april til begynnelsen av november.
Kamrene inneholder sensorer og instrumentering for å regulere C En gradient, kontrollere lufttemperatur (T A) nær omgivende verdier, og anvende ensartede nedbørsmengder til all jord. Jordsmonnet er intakte monolitter samlet inn fra nærliggende Blackland prærien installert i hydrologically isolerte veier lysimeters instrument å bestemme alle komponenter i vann budsjett. Vann er brukt i hendelsene i volum og timing som omtrentsesongvariasjoner i regn hendelser og utgjør under en gjennomsnittlig nedbør år. Dermed er LYCOG stand til å vurdere de langsiktige effektene av subambient til superambient C A og jordtype på grass økosystem funksjon inkludert vann og karbon budsjetter.
LYCOG er tredje generasjon av C en gradient eksperimenter utført av USDA ARS Grass jord og vann Research Laboratory. Den første generasjonen var en prototype subambient tilambient gradient som etablerte levedyktighet av gradient tilnærming 13 og utvidet vår forståelse av blad-nivå fysiologiske responser av planter til subambient variasjon i C A 14-20. Den andre generasjonen var et felt-skala anvendelse av konseptet til staude C 4 grasmark, med gradient utvidet til 200-550 mL L -1 21. Dette feltet stilt eksperiment ga den første bevis for at grasmark produktiviteten øker med C En berikelse kan mette nær dagens normale konsentrasjoner 20, delvis fordi nitrogen tilgjengelighet kan begrense planteproduktivitet på superambient C A 22. LYCOG utvider denne andre generasjon eksperiment ved å innlemme replikert løsmasser av varierende tekstur, slik robust testing for interaktive effekter av jordsmonn på C Et svar fra gras lokalsamfunn.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Samle Jord Monoliths skal brukes som Veiing lysimeters
- Konstruer open-ended stålbokser 1 x 1 m kvadratfot med 1,5 m dyp fra 8 mm tykt stål.
- Trykk på åpent bokser vertikalt ned i jorden, ved hjelp av hydrauliske presser montert på spiralformede ankere boret 3 m dyp i jorda.
- Grave ut innkapslet monolitten ved hjelp av en traktor eller lignende utstyr.
- Plasser en glassfiber veke i kontakt med jord i bunnen av monolitten. Passere veken gjennom stål-basismaterialet i et 10 reservoar l for å tømme monolitt, og deretter sveise stål-basismaterialet på bunnen av boksen.
- Drepe eksisterende vegetasjon på monolitter ved å bruke et ikke-residual ugressmiddel, slik som glyfosat.
2. Etablere plantesamfunn på Jord Monoliths
- Plant bautasteiner med åtte frøplanter hver av sju arter av Grass Prairie gress og forbs, for en total tetthet på 56 planter per m 2.
- Plant følgende Forbs: Salvia azurea (pitcher salvie), kanadagullris (Canada oker), Desmanthus illinoensis (Illinois bundleflower, en belgfrukt).
3. Chamber Design
- Konstruer to kamre hver 1,2 m bred, 1,5 m høy, og 60 m lang, delt inn i ti 5 m lange seksjoner. Konstruer seksjoner fra tunge stål av dimensjoner 5 mx 1,2 mx 1,6 m dyp, begravet til 1,5 m.
- Installer fire bautasteiner i hver seksjon, to bautasteiner hver på to av jordtyper, i tilfeldig rekkefølge. Installere hver monolitt på toppen av en 4540 kg kapasitet balanse.
- Inkluder Bastsil bautasteiner i motstandere i partalls seksjoner.
- Bli med tilstøtende seksjoner over bakken med en 1 m lang x 1 m bred x 0,3 m høy platekanal å gi en vei for luftstrømmen.
- Tilførsel kjølemiddel ved 10 ° C fra en 161,4 kW kjøleenhet til en kjølespiral inne i hver kanal.
- Vedlegge vegetasjon med klare drivhus film (tykkelse 0,006 "/. 15 mm), slik som anvendt i annetklimamanipulering eksperimenter 23.
- Monter hvert cover med en glidelås åpning støttet av et utkast klaff for å gi tilgang til de bautasteiner for prøvetaking.
- Fjerne polyetylen dekker på slutten av vekstsesongen.
4. CO 2 og Air temperaturmåling; Temperaturstyring
- Eksempel innreise og utreise C A på begge kamre hvert 2 min gjennom filtrert luft prøveledninger som ligger ved innreise og utreise av superambient og subambient kamre. Disse data informere CO 2 injeksjon og viftehastighetskontroll.
- Eksempel C A og vanndampinnhold, og måle lufttemperaturen (T A) ved inngangen og utgangen av hver 5 m seksjon 20 min intervaller.
- Måle alle luftprøver for CO 2 og vanndampinnhold i sanntid ved hjelp av infrarød gass analysatorer i henhold til produsentens protokoll.
- Mål T A ved inngangen, midtpunkt, end utgangen av hver seksjon med skjermede fine trådtermo.
- Regulere strømmen av kjølemiddel gjennom kjøleslangen ved inngangen av hver seksjon for å opprettholde en konsistent midlere (midtseksjon) T A fra seksjon til seksjon i nærheten av omgivelses T A.
- Plasser et kvantesprang sensor å ha fri sikt mot himmelen og måle fotosyntese foton flux tetthet i henhold til produsentens protokoll. Lysnivå er en inngang til viften reguleringsalgoritme.
5. C A Treatment Application
- Dagtid
- Bland ren karbondioksyd (CO 2) med innkommende luft fra omgivelsene til 500 ul L -1 C A, ved anvendelse av en massestrømningsregulator i inngangskanal superambient benet. Se avsnitt 4 for C en måling detaljer.
- Advect den beriket luft gjennom kamrene bruker blåser fans ved inngangen til § 1 og i nedstrøms seksjoner.
- Maintain den ønskede utgang C A av 390 ul L-1 (omgivende luft) ved å regulere viftehastigheten.
- Øke viftehastigheten hvis exit C A er under innstilt. Dette gir mindre tid for anleggs opptak av CO 2, noe som resulterer i høyere exit C A.
- Redusere viftehastigheten om exit C A er over settpunktet.
- Bruk samme tilnærming i subambient kammeret bortsett introdusere luften og kontroll for å oppnå exit C A på 250 ul L -1.
- Nighttime
- Reversere retningen av luftstrømmen.
- Injisere CO 2 inn på dagtid utgangsenden av superambient kammeret for å oppnå 530 ul L -1 C A, og kontroll adveksjon priser for å opprettholde 640 ul L -1 ved nattetid exit (dagtid inngang.
- Introdusere uteluft på ~ 390 mL L -1 CO 2 inn i natta inngangen(dagtid exit) av subambient kammeret og kontroll adveksjon rate å opprettholde 530 mL L -1 på natta exit.
6. Nedbør Innganger
- Påfør den gjennomsnittlige vekstsesongen nedbør beløp til hver monolitt.
- Levere vann til hver monolitt fra en innenlandsk vannkilde gjennom et drypp vanning systemet. Planlegge vannings hendelser og søknadsbeløp til tilnærmet sesong nedbør mønster for forsøket plassering. Den nøyaktige tidsplanen avhenger av lokalt klima.
- Styr søknad timing med en datalogger og måle søknad volumer med mengdemålere.
7. Prøvetaking
- Mål vertikale profiler av volumetrisk jord vanninnhold (vSWC) ukentlig i løpet av CO 2 kontroll, med en nøytron dempning måler eller annen egnet probe.
- Anbefalte profilerte trinn er 20 cm dybde øker til 1 m dePTH, og en 50 cm inkrement under et 1 m.
- Mål Monolitten Aboveground netto ansvarlig produktivitet (ANPP) ved å høste alle stående aboveground biomasse på slutten av vekstsesongen.
- All aboveground biomasse fjernes hvert år, dermed stående biomasse representerer dagens primærproduksjon.
- Sortere samplet biomasse av arter, tørre til konstant masse, og veie.
- Bruk biomasse av enkelte arter å kvantifisere plantearter bidrag til ANPP.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De superambient og subambient partier av gradienten blir opprettholdt i separate kamre (figur 1). Imidlertid, over syv års drift (2007 - 2013), kammerne opprettholdes en lineær gradient i C A konsentrasjon 500-250 ul L-1 (figur 2) med bare en liten diskontinuitet i C A mellom utløpet av den anrikede kamrene (Monolith 40) og inngangen til subambient del av gradient (Monolitten 41).
Lufttemperatur og damptrykk underskudd vært konstant fra seksjon til seksjon i både superambient og subambient kamre, unntatt i § 10 superambient kammeret, og §§ 19 og 20 i subambient kammeret, der lufttemperaturen i gjennomsnitt ~ 3 ° C varmere enn andre seksjoner (figur 2). Men det kan uttales temperaturøkninger på 5-7 ° C i hver seksjon, og tilsvarende krng øker i damptrykk underskudd.
Midlet over 2007 - 2013 vekstsesonger, vSWC varieres lineært langs C En stigning på to av de tre jordsmonn (figur 3). vSWC i de øverste 20 cm av jordprofilet økte med 3,1% per 100 mL L -1 økning i C A på sandholdig leirjord (Bastsil serien) jord (R 2 = 0,34, p = 0,01), og med 1,7% per 100 ul L -1 C A på leirjord (Houston-serien). Men det var ingen endring i 0-20 vSWC i siltig leire (Austin serien) jord (p = 0,13).
Plant produktivitet også varieres lineært med A ved C, og størrelsen av C en respons varierte mellom jord. ANPP (Figur 4A) av bautasteiner med Blackland prærien plantesamfunn hadde den minste reaksjon på C A på leirjord, en økning på 59 gm -2 per 100 mL L -1 økning i C A(R2 = 0,22, p = 0,02). Den ANPP respons på C En berikelse var middels på siltig leirjord, en økning på 76 gm -2 per 100 mL L -1 av CO 2 (R2 = 0,22, p = 0,02), og størst på sandholdig leirjord, der ANPP fikk 131 gm -2 per 100 ul L -1 CO 2 (R2 = 0,55, p <0,001).
Disse jordspesifikke reaksjoner fra ANPP til C A tilsvarer tett til jord spesifikke tiltak av en Mesic C 4 Grass, Sorghastrum nutans, de mest tallrike grasarter i de eksperimentelle plantesamfunn. Aboveground biomasse av S. nutans økt sterkest med økt C A på sandholdig leirjord, få over 200 gm -2 for hver 100 ul L -1 økning i C A (R 2 = 0,40, p = 0,005). I motsetning til dette, S. nutans tjente bare 100 g -1 per 100 ul L -1 økning i C A på silty leirjord (R2 = 0,50, p <0,0001), mens S. nutans reagert marginalt til C A på leirjord (R2 = 0,12, p = 0,07, figur 4B).
Jordsmonnet spesifikke økning i ANPP med C En berikelse skjedde til tross for nedgang i produktiviteten på de to mer responsive jord ved xeric C 4 mid-gress Bouteloua curtipendula (Figur 4C). B. curtipendula var den nest mest tallrike arter i de eksperimentelle lokalsamfunn. På siltig-leirjord, B. curtipendula var den dominerende gress på subambient C A konsentrasjoner men redusert sterkest med C En berikelse på siltig leirjord (69 gm -2, per 100 mL L -1 økning i C A, R 2 = 0,36, p <0,008), redusert mindre sterkt på sandholdig leirjord (44 gm -2 -1 økning i C A; R2 = 0,36, p = 0,008), og varierte ikke med C A berikelse på leirjord (p = 0,46).
Figur 1. Plassering av kamre og jordsmonn. De to lineære sekvenser av kamre som inneholder Grovfôr vegetasjon vokser på intakte jord monolitter (bildet), og skjematisk av fordelingen av de tre jordtyper langs CO 2 gradient. Plott 1 - 40 er plassert langs 500-380 mL L -1 del av gradient, og tallene 41-80 på 380-250 mL L -1 porsjon. Foto: Philip Fay.
Figur 2. Mikroklima langs C A gradient. Dagtid vekstsesongen karbondioksid (CO 2) konsentrasjon, lufttemperatur, og damptrykk underskudd for 80 bautasteiner i de beriket og subambient kamre. Verdiene er målt ved luft innreise og utreise av hver seksjon, og beregnes ut fra lineær interpolasjon for andre stillinger. Datapunkter representerer midler for 2007 gjennom 2 013 vekstsesonger. Feilfelt utelatt for klarhet; mener standardfeil var 3,5 for CO 2, 0,82 for lufttemperatur, og 0,18 for damptrykk underskudd.
Figur 3. Jord fuktighet på hver jordtype langs CO 2 gradient vekstsesongen volumetriske jord vanninnhold (vSWC) for 0 -. 20 cm i jorda profil for hver jordtype, plottede av posisjon langs CO 2 -konsentrasjonen gradient. Lineære regresjoner er plottet for jord med signifikante sammenhenger av vSWC til CO 2 konsentrasjonen. Datapunkter representerer hjelp av 2007 gjennom 2013 vekstsesonger. Feilfelt utelatt for klarhet; mener standardfeil på de tre jord varierte 0,74 til 0,99.
Figur 4. Plant produktiviteten på hver jordtype langs CO 2 gradient. (A) Mean Aboveground netto ansvarlig produktivitet (ANPP), summen av gjeldende år biomasse av alle arter i 60 bautasteiner med Blackland Prairie plantesamfunn; og inneværende år biomasse (B) Mesic C 4 Grass, Sorghastrum nutans, og (C) xeric C 4 midgrass Bouteloua curtipendula plottet av posisjon langs CO 2 konsentrasjonen gradient.Lineære regresjoner er plottet for jord med signifikante sammenhenger av ANPP eller arter biomasse til CO 2 konsentrasjonen. Datapunkter representerer hjelp av 2007 gjennom 2013 vekstsesonger. Feilfelt utelatt for klarhet; mener standardfeil på de tre jord varierte 34,9 til 42,5 for ANPP, 21,8 til 34,4 for S. nutans, og 7,4 - 24,8 for B. curtipendula.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den LYCOG anlegget oppnår sin operative målet om å opprettholde en 250 til 500 mL L -1 kontinuerlig gradient av C A konsentrasjoner på eksperimentelle grassamfunn etablert på tre jordtyper. Endringen i C A er lineært over skrevet rekkevidde. Lufttemperatur økt i hver seksjon, men ble tilbakestilt av mellom-seksjonen kjølebatterier i de fleste deler. Som et resultat ble det operative målet om å opprettholde en jevn midlere temperatur fra seksjon til seksjon oppfylt over det meste av gradienten. Temperatur og C A-kontroll er enkelt vedlikeholdes i løpet av våren og forsommeren når jordfuktighet er relativt høy, og plantene er på sitt høyeste fotosyntesekapasitet.
Kritiske trinn i protokollen
Kontroll av viftehastigheten er den mest kritiske aspektet av å opprettholde den foreskrevne CO 2-gradient. Kontroll er basert på en kombinasjonav tilbakemeldinger og fôr-forward teknikker for å matche luftstrømmen til vegetasjonen karbonopptak. Tilbakemeldingene teknikken justerer viftehastigheten basert på forskjellen mellom målte og målet exit CO 2 konsentrasjonen. Feed-forward kontroll forventer endringer i fotosyntesehastighet og raskt (5 sek responstid) justerer viftehastighet, basert på endringer i photosynthetically aktiv stråling målt med kvante-sensor. Feed-forward kontroll betraktelig bedre kontroll over det som oppnås med tilbakemeldinger kontroll alene. Den maksimale lufthastighet gjennom kamrene er i størrelsesorden 1 m sek -1, eller omtrent 3,6 km t -1, som ligger på den lave ende av vindhastigheter disse plantene se på området. Dermed varierende viftehastigheten er neppe påvirke plante svar.
Et annet viktig aspekt av å opprettholde CO 2 gradienten er nærvær av tilstrekkelig foto kapasitet. Jo brattere gradient, jo større kalesjen fotosyntesekapasitet revendig å trekke ned CO 2 konsentrasjonen. Arter eller samfunn med mer bladareal, høyere foto priser, eller lengre kammer lengde all øke CO 2 draw-down som kan oppnås. Forsiktighet bør også tas monolitten volum og dybde er valgt for å gi en realistisk rooting volum for de etablerte plantesamfunn. Artene som brukes her har rooting dypet av 1 - 1,5 m, men andre arter kan være grunnere eller dypere, og monovolum bør justeres tilsvarende. Den siste kritiske aspektet er betydningen av en pålitelig tilførsel og styring av strømmen av kaldt vann til kjølebatterier mellom hver seksjon, for å samsvare med kammertemperatur til utsiden diurnal og sesongmessige variasjoner i utvendig temperatur.
Modifikasjoner på Technique
Det første driftsåret viste at prærien vegetasjonen var marginalt i stand til å tilstrekkelig CO 2 Panicum virgatum. Switchgrass er en svært produktiv innfødt tallgrass, og er godt vannes gjennom hele vekstsesongen, som sikrer tilstrekkelig C opptakskapasiteten langs gradient selv under de varme sommermånedene. Det første året avslørte også større enn forventet aerodynamisk motstand i kamrene, som degradert strømningsrater i nedstrøms kamre, som fører til overoppheting. Dette problemet ble utbedret ved installasjon av ekstra nedstrøms blåser fans å øke strømningsrater. Vi anbefaler å installere ny polyetylen dekker hver vekstsesongen for å opprettholde maksimal lystransmisjon.
Begrensninger av teknikken
Systemet stiller visse driftsmessige forhold som skaper både muligheter og begrensninger på forskningsspørsmål anlegget kan støtte. Conkontroll av gradienten blir mer vanskelig fra midten av sommeren til slutten av vekstsesongen, fordi høyere sommertemperaturer lavere jordfuktighet, for å øke plantevannstress og senking fotosyntese kapasitet. Dette igjen krever lavere luftmengder for å oppnå C A trekke ned for å møte målet C A konsentrasjoner, som i sin tur ytterligere hever temperaturer. Denne dynamikken illustrerer den begrensede evne til dette systemet for studier av tørke interaksjoner med CO 2 konsentrasjonen. Temperaturøkninger i hver 5 meter seksjonen er uunngåelig på grunn av den lineære strømnings utformingen av forsøket. Langbølgeenergi akkumuleres i hvert kammer inntil luften passerer gjennom kjølebatteriet og kommer inn i neste kammer. Innen-seksjonen temperaturøkninger er av samme størrelsesorden som noen av de høyere anslag for fremtidige temperaturøkninger som forventes med noen klimaendringsscenarier. Dermed innen seksjon temperaturvariasjon represents en mulighet til å analysere gras svar på interaksjoner mellom C A og oppvarming. Endelig dimensjonene av kammeret begrenser vegetasjonen til en maksimal høyde på omkring en meter, og monolitten området begrenser vegetasjon til urteaktige arter med mindre basalområder. Bruken av treslag, for eksempel for å studere woody inngrep i grasmark, ville være upraktisk utover frøplante scenen.
Betydning i forhold til andre teknikker
LYCOG er betydelig mer økonomisk å operere i forhold til teknikker som FACE og OTC. LYCOG bruker ca 3700 L per måned av CO 2, som er større enn CO 2 bruk i MiniFACE systemer 24, men mye mindre enn CO 2 forbruket av FACE og OTC tilnærminger 3, 12. Den store bekostning av å opprettholde forsøket kommer fra temperaturkontroll, som koster ca $ 30 000 per år, forholdold til beregninger av CO 2 bekostning for åpne øverste kammer C A berikelse kostnader, men fortsatt mye mindre enn for CO 2 bekostning av Free Air CO 2 Enrichment systemer 3. De økonomiske fordeler kommer i tillegg til den unike evne til å støtte studier ved subambient CO 2 og langs en kontinuerlig CO 2-gradient.
Nåværende og fremtidige søknader
Aktuell forskning er å undersøke økosystemresponser enn ANPP, inkludert jord CO 2 utstrømning, og fordampning, som vil utvide vår forståelse av jord spesifikk variasjon i C A virkninger på gressletter karbon og vann sykling. Framtidige muligheter for forskning omfatter å kombinere temperatur og CO2-behandling, for eksempel ved å operere begge kamre som superambient men opprettholde et kammer ved en varmere temperaturforskjell i forhold til omgivelsenes temperatur. Nåværende vegetation kan lett byttes ut med andre arter eller samfunn for å studere hvordan variasjon i samfunnet struktur påvirker CO 2 effekter på økosystemet funksjon. Andre økologisk viktige atmosfæriske bestanddeler slik som metan eller ozon kunne tilsettes for å teste for interaksjoner 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).
