Summary
Den lysimeter Koldioxid Gradient Facility skapar en 250 till 500 pl L -1 linjär koldioxid gradient i temperaturreglerade kamrarna bostäder gräsmark växtsamhällen på lera, finkornig lera, och sandiga jord monoliter. Anläggningen används för att bestämma hur tidigare och framtida koldioxidnivåer påverkar gräsmark kolets kretslopp.
Abstract
Fortsatta ökningar i atmosfären koldioxidhalt (C A) tekniker mandat för att undersöka påverkan på terrestra ekosystem. De flesta experimenten endast undersöka två eller ett fåtal nivåer av C En koncentration och en enda jordtyp, men om C A kan varieras som en gradient från subambient att superambient koncentrationer på flera jordar, kan vi urskilja om senaste ekosystem svar får fortsätta linjärt i framtida och om svaren kan variera över landskapet. Den lysimeter Koldioxid Gradient Facility tillämpar en 250 till 500 pl L -1 C En gradient till Black prärien växtsamhällen som är etablerade på lysimetrarna innehållande lera, finkornig lera, och sandiga jordar. Gradienten skapas som fotosyntesen av växtlighet innesluten i i temperaturreglerade kamrarna successivt utarmar koldioxid från luft som strömmar riktnings genom kamrarna. Att upprätthålla korrekt luftflöde, adekvat photosynthetic kapacitet, och temperaturkontroll är avgörande för att övervinna de viktigaste begränsningar i systemet, som sjunkande fotopriser och ökad vattenstress under sommaren. Anläggningen är ett ekonomiskt alternativ till andra metoder för C A anrikning framgångsrikt urskiljer form av ekosystem svar på subambient att superambient C A anrikning, och kan anpassas till testet för interaktioner av koldioxid med andra växthusgaser som metan eller ozon.
Introduction
Atmosfärkoldioxidkoncentration (C A) har nyligen ökat de senaste 400 pl L -1 från cirka 270 pl L -1 före den industriella revolutionen. C A beräknas uppgå till minst 550 ul L -1 år 2100 1. Denna ökningstakt överträffar alla ändringar C A observerats under de senaste 500.000 åren. Den exempellösa förändringstakten i C A ökar möjligheten till icke-linjära eller tröskel svar ekosystemens att öka C A. De flesta ekosystem skala C A anrikningsförsök gäller endast två behandlingar, en enda nivå av anrikat C A och en kontroll. Dessa experiment har kraftigt utökat vår förståelse av ekosystemeffekterna av C A anrikning. Emellertid är en alternativ metod som kan avslöja närvaron av icke-linjära ekosystem svar på ökande C A att studera ekosystemen inom ett kontinuerligt intervall av subambient tillsuperambient C A. Subambient C A är svårt att upprätthålla på fältet, och har oftast studerats med hjälp av tillväxtkammare 2. Superambient C A har studerats med hjälp av tillväxtkammare, fältkammare och gratis luft anrikning tekniker 3, 4.
C A anrikning sker över landskap som innehåller många jordarter. Jordar egenskaper kan starkt påverka ekosystem svar på C A anrikning. Till exempel, bestämmer jordart lagring av vatten och näringsämnen i markprofilen 5, deras tillgänglighet för växter 6 och mängden och kvaliteten på organiskt material 7-9. Tillgången på markfuktighet är en viktig förmedlare av ekosystem svar på C A anrikning i vatten begränsade system, inklusive de flesta gräsmarker 10. Past fält C A anrikningsförsök har vanligen undersökt endast en jordart och kontrollerade tester av kontinuerligt varying C En anrikning över flera jordarter saknas. Om effekterna av C A anrikning på ekosystemprocesser skiljer sig jordart, finns det starka skäl att förvänta sig rumslig variation i ekosystem svar på C A anrikning och påföljande klimatförändringar 11, 12.
Den lysimeter Koldioxid Gradient (LYCOG) anläggning har utformats för att ta itu med frågor om rumslig variation i icke-linjära och tröskel svar ekosystem till C A nivåer som sträcker sig från ~ 250 till 500 l L -1. LYCOG skapar den föreskrivna gradient av C A på perenna grässlätt växtsamhällen som växer på marken som representerar det breda utbudet av textur, N och C-innehåll, och hydrologiska egenskaper hos gräsmarker i södra delen av den amerikanska Central Plains. Specifika jordar serien används i anläggningen är Houston Black lera (32 monoliter), en Vertisol (Udic Haplustert) typiskt för lågländerna; Austin (32 monoliter), en hög carbonate, finkornig lera Mollisol (Udorthentic Haplustol) typiskt för höglandet; och Bastsil (16 monoliter), en alluvial sandig lerjord Alfisol (Udic Paleustalf).
Den operativa princip som används i LYCOG är att utnyttja den fotosyntetiska kapacitet av växter för att tömma C A från skiften luft förflyttas riktnings genom de inneslutna kamrarna. Behandlingsmålet är att upprätthålla en konstant linjär dagtid gradient i C A 500-250 pl L -1. För att åstadkomma detta, LYCOG består av två linjära kamrar, en superambient kammare upprätthålla den del av gradienten från 500 till 390 (omgivande) il L -1 C A, och en subambient kammare bibehållande av 390 till 250 | j, l L -1 parti av lutning. De två kamrarna är belägna sida vid sida, inriktat på en nord-sydlig axel. C En gradient upprätthålls under den del av året då vegetationen fotokapaciteten är tillräcklig; typiskt frånslutet av april till början av november.
Kamrarna innehåller sensorer och instrumentering som behövs för att reglera C En gradient, kontrollera luftens temperatur (T A) nära omgivnings värden, och tillämpa enhetliga nederbörds uppgår till alla jordar. Jordar är intakta monoliter som samlats in från närliggande Black prärie installerad i hydrologiskt-isolerade vägnings lysimetrarna instrumente att bestämma alla komponenter i vattenbalansen. Vatten används i evenemang av volym och timing att närma säsongsregnhändelser och uppgår under en genomsnittlig nederbörd året. Således är LYCOG stånd att utvärdera de långsiktiga effekterna av subambient att superambient C A och jordmån på vall ekosystemens funktion inklusive vatten och kolbudgetar.
LYCOG är den tredje generationen av C A lutning experiment som utförs av USDA ARS Gräsmark Mark och Water Research Laboratory. Den första generationen var en prototyp subambient tillomgivnings lutning som fastställde lönsamhet lutning strategi 13 och avancerade vår förståelse av fysiologiska reaktioner blad nivå för växter att subambient variation i C A 14-20. Den andra generationen var ett fält skala tillämpning av begreppet att perenn C4 gräsmark, med lutning utvidgas till 200-550 mikroliter L -1 21. Detta fält skaleexperiment gav första bevis för att gräsmark produktiviteten ökar med C A anrikning kan mätta nära nuvarande koncentrationerna 20, delvis på grund kvävetillgång kan begränsa växt produktivitet superambient C A 22. LYCOG utvidgar detta andra generationens experiment genom att införliva replike jord av olika vävnad, vilket robust testning för interaktiva effekter av jordar på C Ett svar av gräsmark samhällen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Samla Jordmonoliter som skall användas som Vägnings lysimetrarna
- Konstruera öppna ändar stålboxar 1 x 1 m kvadrat med 1,5 m djup från 8 mm tjockt stål.
- Tryck de öppna lådor vertikalt i marken, med hjälp av hydrauliska pressar monterade på spiral ankare borrade 3 m djup i marken.
- Gräva ut inneslutna monoliten med hjälp av en traktorgrävare eller liknande utrustning.
- Placera en glasfiber veke i kontakt med jord vid basen av monoliten. Passera veken genom stålbasen i en 10 L reservoar att dränera monoliten, och därefter svetsa stålbasen på botten av lådan.
- Döda befintlig vegetation på monoliterna genom att tillämpa en icke-kvarvarande herbicid, såsom glyfosat.
2. Upprätta växtsamhällen på Jord Monoliths
- Växt monoliterna med åtta plantor vardera av sju arter av tallgrass präriegräs och örter, för en total densitet av 56 plantor per m 2.
- Plantera följande örter: salvia azurea (pitcher sage), Solidago canadensis (Kanada gullris), desmanthus illinoensis (Illinois bundleflower, en baljväxt).
3. Chamber Design
- Konstruera två kammare vardera 1,2 m bred, 1,5 m lång och 60 m lång, uppdelad i tio 5 m långa sektioner. Konstruera delar från tunga stål med dimensionerna 5 mx 1,2 mx 1,6 m djup, begravd till 1,5 m.
- Montera fyra monoliter i varje avsnitt, två monoliter vardera av två av jordtyper, i slumpmässig ordning. Installera varje monolit på toppen av en effektbalansen 4540 kg.
- Inkludera Bastsil monoliter i ligaspel i jämnt numrerade avsnitt.
- Gå med intilliggande sektioner ovan jord med en 1 m lång x 1 m bred x 0,3 m hög plåtkanal att ge en väg för luftflöde.
- Supply kylvätska vid 10 ° C från en 161,4 kW kylaggregat till ett kylbatteri inuti varje kanal.
- Bifoga vegetationen med tydlig växthusfilm (tjocklek 0,006 "/. 15 mm), som används i andraklimat manipulation experiment 23.
- Montera varje omslag med en dragkedja öppning backas upp av ett utkast till flik för att tillåta åtkomst till monoliter för provtagning.
- Ta bort polyeten täcker i slutet av växtsäsongen.
4. CO 2 och Air temperaturmätning; Temperaturkontroll
- Exempel på in- och utresa C A på båda kamrarna var 2 min genom filtrerad luft provledningar belägna vid införsel och utförsel av superambient och subambient kammare. Dessa data informera CO2 injektion och fläktstyrning.
- Prov C A och innehållet av vattenånga, och mäta lufttemperatur (T A) vid ingången och utgången av varje 5 m sektion i 20 minuters intervall.
- Mät alla luftprov för CO2 och vattenånga innehåll i realtid med hjälp av infraröda gasanalysatorer enligt tillverkarens protokoll.
- Mät T A på posten, mittpunkten, end utgången av varje avsnitt med skärmade fintrådstermoelement.
- Reglera flödet av kylmedel genom kylslingan vid ingången till varje sektion för att upprätthålla en konsekvent medelvärdet (mittsektion) T A från sektion till sektion nära den omgivande T ^.
- Placera en kvant sensor för att ha en fri sikt mot himlen och mäta fotofotonflödestäthet enligt tillverkarens protokoll. Ljusnivå är en ingång till fläktstyrningsalgoritmen.
5. C A behandling Ansökan
- Dagtid
- Blanda ren koldioxid (CO 2) med inkommande luften till 500 pl L -1 C A, med hjälp av en massflödesregulator i ingången kanal hos superambient benet. Se avsnitt 4 för C en mätning detaljer.
- Advect den berikad luft genom kamrarna med hjälp av blås fans vid ingången till punkt 1 och i avsnitt nedströms.
- Maintain önskad utgång C A 390 pl L -1 (omgivande luft) genom att justera fläkthastigheten.
- Öka fläkthastigheten om avfarten C A är under börvärdet. Detta gör att mindre tid för växtupptag av CO2, vilket resulterar i högre exit C A.
- Minska fläkthastigheten om exit C A är över börvärdet.
- Använd samma tillvägagångssätt i subambient kammaren förutom införa omgivande luft och kontroll för att uppnå exit C A 250 pl L -1.
- Nattetid
- Vända riktningen på luftflödet.
- Injicera CO 2 in dagtid utgångsänden av superambient kammaren för att uppnå 530 pl L -1 C A, och kontroll advektion hastigheter för att upprätthålla 640 pl L -1 vid dagens slut utgång (dagtid ingång.
- Införa luften vid ~ 390 pl L -1 CO 2 i den nattliga ingången(dagtid exit) av subambient kammaren och kontroll advektion hastighet för att bibehålla 530 pl L -1 vid den nattliga exit.
6. Fällnings Ingångar
- Applicera medelväxtsäsongen regn belopp till varje monolit.
- Leverera vatten till varje monolit från en varmvattenkälla genom ett droppbevattningssystem. Schemalägga bevattnings händelser och applikations uppgår till approximera säsongs nederbörden mönstret för experimentet platsen. Den exakta schemat beror på lokala klimatet.
- Styr ansökan timing med en datalogger och mäta programvolymerna med flödesmätare.
7. Provtagning
- Mät vertikala profiler av volymetriska markvattenhalten (vSWC) per vecka under perioden CO 2 kontroll, med en neutron dämpnings mätare eller annan lämplig sond.
- Steg Rekommenderade profil är 20 cm djup steg till 1 m depth, och en 50 cm ökning under en 1 meter.
- Mät monolit ovan jord nettoprimärproduktion (ANPP) genom att skörda alla ständiga ovan jord biomassa i slutet av växtsäsongen.
- Alla ovan jord biomassa bort varje år, därför står biomassa representerar nuvarande primärproduktion.
- Sortera samplade biomassa per art, torka till konstant vikt och väger.
- Använd biomassa enskilda arter att kvantifiera växtarter bidrag till ANPP.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De superambient och subambient partier av gradienten bibehålls i separata kammare (Figur 1). Men under sju års verksamhet (2007 - 2013), kamrarna upprätthållit en linjär gradient i C En koncentration 500-250 pl L -1 (Figur 2) med endast en liten diskontinuitet i C A mellan utförsel av anrikade kamrarna (Monolith 40) och ingången till subambient delen av gradienten (Monolith 41).
Lufttemperatur och ångtryck underskott förblev konstant från avsnitt till avsnitt i både superambient och subambient kammare, med undantag för 10 § i superambient kammaren och avsnitt 19 och 20 i subambient kammaren, där lufttemperaturen genomsnitt ~ 3 ° C varmare än andra sektioner (Figur 2). Men det kan uttalas temperaturökning på 5-7 ° C i varje avsnitt, och corresponding ökar i ångtryck underskott.
Genomsnitt under de 2007 - 2013 växtsäsonger, vSWC varierade linjärt längs C En gradient på två av de tre jordar (Figur 3). vSWC i topp 20 cm markprofilen ökade med 3,1% per 100 ^ L -1 ökning av C A på sandig lerjord (Bastsil serien) jord (R 2 = 0,34, p = 0,01), och med 1,7% per 100 il L -1 C A på lerjord (Houston-serien). Det var dock ingen förändring i 0-20 vSWC i finkornig lera (Austin-serien) jord (p = 0,13).
Anläggningens produktivitet varierade också linjärt med från C A, och storleken av C en respons skilde bland jordar. ANPP (figur 4A) av monoliter med Black prärien växtsamhällen hade den minsta respons på C A på lerjord och ökade med 59 g -2 per 100 | il L -1 ökning av C A(R 2 = 0,22, p = 0,02). Den ANPP svar på C A anrikning var mellan på finkornig lerjord, en ökning med 76 gm -2 per 100 ^ L -1 CO 2 (R 2 = 0,22, p = 0,02), och störst på den sandiga lerjord, där ANPP fick 131 g -2 per 100 | il L -1 CO 2 (R 2 = 0,55, p <0,001).
Dessa jord specifika svar från ANPP till C A motsvarade nära till markspecifika svar en frisk C 4 Tallgrass, sorghastrum nutans, de vanligast förekommande gräsarter i de experimentella växtsamhällen. Ovan jord biomassa S. nutans ökade starkast med ökad C A på sandig lerjord, få mer än 200 gm -2 för varje 100 ^ L -1 ökning av C A (R 2 = 0,40, p = 0,005). Däremot S. nutans fick endast 100 g -1 per 100 | al L -1 ökning av C A på finkornig lerjord (R 2 = 0,50, p <0,0001), medan S. nutans reagerade marginellt till C A på lerjord (R 2 = 0,12, p = 0,07; figur 4B).
Jorden specifika ökning av ANPP med C A anrikning inträffade trots minskningar i produktivitet på de två mer lyhörda jordar av xeric C4 mitten av gräs bouteloua curtipendula (Figur 4C). B. curtipendula var det näst vanligaste arterna i de experimentella samhällen. På siltig-lerjord, B. curtipendula var den dominerande gräset på subambient C A-koncentrationer men minskade starkast med C A anrikning på finkornig lerjord (69 gm -2, per 100 ^ L -1 ökning av C A, R 2 = 0,36, p <0,008), minskade mindre kraftigt på sandig lerjord (44 gm -2 -1 ökning av C A; R 2 = 0,36, p = 0,008), och inte varierar med C A anrikning på lerjord (p = 0,46).
Figur 1. Placering av kamrarna och mark. De två linjära sekvenser av kamrarna innehåller gräsbevuxna växer på intakta jordmonoliter (foto), och schematisk bild av fördelningen av de tre jordarter längs CO2 lutning. Tomtnummer 1-40 ligger längs 500-380 il L -1 del av gradienten, och tal 41-80 på 380-250 il L -1 del. Foto: Philip Fay.
Figur 2. mikroklimat längs C A gradient. Dagtid växtsäsongen koldioxid (CO 2) koncentration, lufttemperatur och ångtryck underskott för 80 monoliter i de anrikade och subambient kammare. Värden värderas till luft införsel och utförsel av varje avsnitt, och beräknas från linjär interpolation för andra positioner. Datapunkter representerar medelvärden för 2007 genom 2013 växtsäsonger. Felstaplar utelämnade för tydlighets skull; innebär standardfel var 3,5 för CO 2, 0,82 för lufttemperatur, och 0,18 för ångtryck underskott.
Figur 3. Mark fukt på varje jordtyp längs CO2 gradient växtsäsongen volyminnehåll markvatten (vSWC) för 0 -. 20 cm i markprofilen för varje jordtyp, plottade efter position längs CO 2 koncentrationen gradient. Linjära regressioner ritas för jordar med betydande relationer vSWC till CO2 koncentration. Datapunkter representerar medel för 2007 till 2013 växtsäsonger. Felstaplar utelämnade för tydlighets skull; menar standardfel på de tre jordar varierade från 0,74 till 0,99.
Figur 4. Växt produktivitet på varje jordtyp längs CO 2 lutning. (A) Mean ovan jord nettoprimärproduktion (ANPP), summan av innevarande år biomassa av alla arter i 60 monoliter med Black Prairie växtsamhällen; och innevarande år biomassa av (B) den frisk C4 tallgrass, sorghastrum nutans, och (C) den xeric C 4 midgrass bouteloua curtipendula plottas med position längs CO 2 koncentrationsgradient.Linjära regressioner ritas för jordar med betydande relationer ANPP eller art biomassa CO2 koncentration. Datapunkter representerar medel för 2007 till 2013 växtsäsonger. Felstaplar utelämnade för tydlighets skull; innebär standardfel på de tre jordar varierade från 34,9 till 42,5 för ANPP, 21,8-34,4 för S. nutans, och 7,4-24,8 för B. curtipendula.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den LYCOG anläggningen når sitt operativa mål att upprätthålla en 250 till 500 pl L -1 kontinuerlig gradient av C A-koncentrationer på experimentella gräsmark samhällen etablerade på tre jordtyper. Förändringen i C A är linjär över det föreskrivna intervall. Lufttemperaturen ökade inom varje avsnitt, men återställdes av mellan-sektionen kylslingor i de flesta delar. Som ett resultat, var det operativa målet att upprätthålla en konsekvent medeltemperaturen från avsnitt till avsnitt träffade över större delen av gradienten. Temperatur och C En kontroll lättskött under våren och försommaren när markfuktighet är relativt hög och växter är på sin högsta fotokapacitet.
Kritiska steg i protokollet
Styrning av fläkthastigheten är den mest kritiska aspekten av att upprätthålla den föreskrivna CO 2-gradient. Kontroll bygger på en kombinationfeedback och foder framåt tekniker för att matcha luftflödet till upptag vegetationen kol. Den återkopplingsteknik justerar fläkthastigheten baserat på skillnaden mellan uppmätta och mål exit CO 2 koncentration. Feed-forward kontroll förutser förändringar i foto hastighet och snabbt (5 sek svarstid) justerar fläkthastigheten, som baseras på förändringar i photosynthetically aktiv strålning mäts med kvantsensorn. Feed-forward kontroll avsevärt förbättrar kontrollen över den som uppnås enbart genom återkopplingsstyrning. Den maximala luftflöde genom kamrarna är i storleksordningen 1 m sek -1, eller cirka 3,6 km h -1, som är på low-end av vindhastigheter dessa växter ser i området. Således är det osannolikt att påverka växtsvar varierande fläkthastighet.
En annan kritisk aspekt att upprätthålla CO 2 gradienten är närvaro av lämpliga fotosyntetiska kapacitet. Ju brantare gradienten är, desto större canopy fotosyntetiska kapacitet rekrävas för att dra ned CO2-halten. Arter eller samhällen med mer bladyta högre fotopriser, eller längre kammarlängden alla öka CO2 neddragnings som kan uppnås. Man bör också tas monoliten volym och djup väljs för att ge en realistisk böka volym för de etablerade växtsamhällen. De arter som används här har böka djup 1-1,5 m, men andra arter kan vara grundare eller djupare, och monolit volymen bör justeras därefter. Den sista kritiska aspekten är vikten av att på ett tillförlitligt sätt leverera och styra flödet av kylt vatten till kylslingor mellan varje sektion, för att matcha kammartemperaturer utanför dygns och säsongsvariationer i utanför omgivningstemperatur.
Ändringar av teknik
Det första verksamhetsåret visade att prärien vegetationen var marginellt kan tillräcklig CO2 Panicum virgatum. Switch är en mycket produktiv infödd tallgrass, och är väl vattnade hela växtsäsongen, som försäkrar tillräcklig C upptagningsförmåga längs lutning även under de varma sommarmånaderna. Det första året visade också större än väntat aerodynamiskt motstånd i kamrarna, som degraderade flöden i kammare nedströms, vilket leder till överhettning. Denna fråga åtgärdades genom installation av ytterligare nedströms fläkt fans att öka flödeshastigheter. Vi rekommenderar installation av nya polyeten täcker varje växtsäsong för att upprätthålla maximal ljusgenomsläpp.
Begränsningar av tekniken
Systemet medför vissa operativa frågor som skapar både möjligheter och begränsningar på forskningsfrågor anläggningen kan stödja. Lurakontroll av gradienten blir svårare från mitten av sommaren till slutet av växtsäsongen, eftersom högre sommartemperaturer lägre markfuktighet, ökad växt vatten stress och sänka fotosyntetiska kapacitet. Detta kräver i sin tur långsammare luftflöden för att uppnå C A dra-ner som krävs för att uppfylla målet C A-koncentrationer, vilket i sin tur höjer temperaturen ytterligare. Denna dynamik visar den begränsade förmågan hos detta system för studier av torka interaktioner med CO 2 koncentration. Temperaturen ökar inom varje 5 meters sektion är oundvikliga på grund av den linjära flödes utformningen av experimentet. Långvågig energi ackumuleras i varje kammare tills luft passerar genom kylbatteriet och ange nästa kammaren. Inom sektion temperaturökningar är av samma storleksordning som en del av de högre uppskattningar för framtida temperaturökningar förväntas med några klimatscenarier. Således inom snittet temperaturvariation represents en möjlighet att analysera gräsmarks svar på interaktioner mellan C A och uppvärmning. Slutligen, dimensioner kammaren begränsa vegetationen till en maximal höjd på ungefär en meter, och monoliten området begränsar vegetationen att örtartade arter med mindre basala områden. Användningen av trädslag, till exempel för att studera woody intrång i gräsmark, skulle vara opraktiskt bortom plantstadiet.
Betydelse jämfört med andra tekniker
LYCOG är avsevärt mer ekonomisk i drift jämfört med tekniker såsom FACE och OTC. LYCOG använder cirka 3700 L per månad CO2, som är större än CO 2 användning i MiniFACE system 24, men mycket mindre än CO 2 konsumtionen av FACE och OTC närmar sig 3, 12. Den största kostnaden för att upprätthålla experimentet kommer från temperaturkontroll, som kostar ungefär $ 30,000 per år, jämförbarhetble uppskattningar av CO2 kostnad för öppen övre kammare C A anrikningskostnader, men fortfarande mycket mindre än den för CO2 bekostnad av Free Air CO 2 berikning system 3. De ekonomiska fördelarna kommer i tillägg till den unika förmågan av stödjande studier vid subambient CO 2 och längs en kontinuerlig CO 2-gradient.
Nuvarande och framtida tillämpningar
Pågående forskning undersöker ekosystemsvar andra än ANPP, inklusive mark CO2 utflöde och evapotranspiration, vilket kommer att öka vår förståelse av jord specifik variation i C A effekter på gräsmark kol och vatten cykling. Framtida möjligheter för forskning bland annat kombinerar temperatur och CO 2 behandlingar, till exempel genom att driva båda kamrarna som superambient men bibehålla en kammare vid en varmare temperatur differensen till omgivningen. Aktuell vegetatjon kan enkelt bytas ut mot andra arter eller samhällen för att studera hur variation i samhällsstrukturen påverkar CO 2 effekter på ekosystemens funktion. Andra ekologiskt viktiga atmosfär beståndsdelar såsom metan eller ozon kan tillsättas till testet för 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).
