Summary
Lizimetre Karbondioksit Gradient Tesisi oluşturan 250 kil, siltli kil, kumlu toprak ve yekpare üzerinde sıcaklık kontrollü odalar konut otlak bitki toplulukları L -1 doğrusal karbondioksit degrade ul 500. Tesis geçmiş ve gelecek karbondioksit düzeyleri otlak karbon bisiklet nasıl etkilediğini belirlemek için kullanılır.
Abstract
Karasal ekosistemler üzerindeki etkileri incelenmesi için atmosferik karbondioksit konsantrasyonları (C A) yetki teknikleri devam artar. Çoğu deneyler yalnızca iki veya C bir konsantrasyon ve tek bir toprak türü birkaç seviyeleri incelemek, ancak C Çoklu topraklar üzerinde konsantrasyonlarını superambient için sada düşük bir gradyan olarak değiştirilebilir, biz geçmişte ekosistem cevapları doğrusal devam edebilir edip ayırt edebilir gelecek olup olmadığı yanıtları manzara karşısında değişebilir. Lizimetre Karbondioksit Gradient Tesisi kil, siltli kil, kumlu topraklarda ve içeren lizimetereleri üzerine kurulmuş Blackland kır bitki topluluklarına 250 ul L 500 -1 C A degrade uygular. Degrade sıcaklık kontrollü odalarına içine bitki örtüsü ile fotosentez olarak oluşturulan kademeli odaları aracılığıyla yönde akan havadaki karbondioksiti tüketir. Uygun hava debisini bakımı, yeterli photosynthetic kapasite ve sıcaklık kontrol yaz aylarında fotosentetik oranları ve artan su sıkıntısı azalmaktadır sistemin ana sınırlamaları aşmak için kritik öneme sahiptir. Tesis başarıyla Cı A zenginleştirme superambient için sada düşük ekosistem tepkilerinin şeklini discerns, ve metan veya ozon gibi diğer sera gazlarının karbon dioksit etkileşimleri test etmek için adapte edilebilir, Cı bir zenginleşme diğer tekniklere ekonomik bir alternatiftir.
Introduction
Atmosferik karbondioksit konsantrasyonu (C A) son zamanlarda yaklaşık 270 ul L -1 Sanayi Devrimi'nden önce geçmiş 400 ul L -1 artmıştır. C A 2100 1 en az 550 ul L -1 ulaşması tahmin ediliyor. Bu artışın son 500.000 yılda gözlenen herhangi bir C A değişiklikleri geçti. C A değişim görülmemiş oranı C A artan ekosistemlerin doğrusal olmayan veya eşik tepkilerin olasılığını yükseltir. Çoğu ekosistem ölçekli C A zenginleştirme deneyleri sadece iki tedaviler, zenginleştirilmiş C, A ve tek bir kontrol seviyesi uygulanır. Bu deneyler büyük ölçüde C ekosistem etkilerinin bir zenginleştirme anlayışımızı genişlettik. Ancak, C A artan doğrusal olmayan ekosistem yanıtları varlığını ortaya çıkarabilir alternatif bir yaklaşım sada düşük sürekli aralığına karşısında ekosistemlerin incelemektirsuperambient C A. Sada düşük C A alanında sürdürmek zordur ve çoğu kez büyüme odaları 2 kullanılarak incelenmiştir. Superambient C A büyüme odaları, üstü açık odaları ve ücretsiz hava zenginleştirme teknikleri 3, 4 kullanılarak incelenmiştir.
C A zenginleştirme birçok toprak türlerini içeren manzara karşısında oluşur. Topraklar özellikleri şiddetle C A zenginleştirme ekosistem yanıtları etkileyebilir. Örneğin, toprak yapısı, toprak profili 5 su ve besinlerin tutma belirleyen kendi tesislerinde 6 kullanılabilirlik ve organik madde miktarı 7-9 ve kalite. Toprağın nem durumu C ekosistem tepkileri çoğu otlaklar 10 dahil olmak üzere su sınırlı sistemlerde, bir zenginleştirme önemli bir arabulucu olduğunu. Geçmiş alan C A zenginleştirme deneyleri, genellikle sürekli v testler sadece bir toprak türü incelenmiş ve kontrol etmiştirarying C A zenginleştirme üzerinde çeşitli toprak tipleri eksiktir. Ekosistem süreçlerinin C A zenginleştirme etkileri toprak tipi farklılık varsa, mekansal C ekosistem yanıtlarında varyasyonu bir zenginleşme ve iklim 11, 12 sonraki değişiklikleri beklemek güçlü bir neden yoktur.
Eğim (LYCOG) tesis ~ 250 500 ul L -1 arasında değişen C A seviyelere ekosistemlerin non-lineer ve eşik tepkileri mekansal değişimi soruları için tasarlanmıştır Lizimetre Karbondioksit. LYCOG ABD Orta Ovaları güney kısmında otlakların doku, N ve C içerikleri ve hidrolojik özellikleri geniş temsil topraklarda büyüyen çok yıllık mera bitki toplulukları C A öngörülen degrade oluşturur. Tesiste kullanılan özel topraklar serisi Houston Siyah kil (32 monolitler), ovalar tipik bir Vertisol (Udic Haplustert) vardır; Austin (32 monolitler), yüksek bir karboNate, siltli kil Mollisol (Udorthentic Haplustol) araziler tipik; ve Bastsil (16 monolitler), bir alüvyal kumlu tın Alfisol (Udic Paleustalf).
LYCOG istihdam operasyonel prensip hava parseli kapalı odaları aracılığıyla yönde hareket C A tüketmek için bitkilerin fotosentez kapasitesinin koşum etmektir. Tedavi amacı 500 ile 250 ul L -1 Cı A sabit bir lineer gradyanı gündüz sağlamaktır. Bunu gerçekleştirmek için, LYCOG iki doğrusal odadan oluşur, L-1 C, A ul 500 ila 390 (ortam) degrade bölümünü muhafaza eden bir superambient haznesi ve 390 ila 250 ul L-1 bir bölümünü muhafaza eden bir sada düşük odası degrade. İki oda, bir kuzey-güney ekseninde odaklı yanyana yer almaktadır. C A degrade bitki fotosentez kapasitesi yeterli yılın kısmı sırasında korunur; tipik olarakKasım ayı başlarında geç Nisan.
Odaları, Cl Bir degrade düzenleyen ortam değerlere yakın hava sıcaklığı (T) kontrol ve tüm topraklara üniforma yağış miktarları uygulamak için gerekli sensörler ve enstrümantasyon içerirler. Topraklar, su bütçesinin tüm bileşenlerini belirlemek amacıyla instrumented hidrolojik izole tartı lizimetereleri yüklü yakındaki Blackland kır toplanan sağlam yekpare vardır. Su Yağmur olayların mevsimsellik yaklaştığı ve ortalama yağış yıl boyunca miktarları hacim ve zamanlama olayları uygulanır. Böylece, LYCOG su ve karbon bütçeleri dahil otlak ekosistem işlevi C A superambient için sada düşük ve toprak tipi uzun vadeli etkilerini değerlendirmek yeteneğine sahiptir.
LYCOG USDA ARS otlak Toprak ve Su Araştırma Laboratuvarı tarafından yapılan C A degrade deneylerin üçüncü nesil. Ilk nesil bir prototip sada düşük oldugradyan yaklaşımı 13 canlılığını kurulmuş ve C A 14-20 varyasyon sada düşük bitkilerin yaprak düzeyinde fizyolojik yanıtlar anlayışımızı ileri ortam degrade. İkinci nesil kavramı saha ölçekli uygulama 200 L -1 21 uL 550 genişletilmiş gradyan ile, C 4 otlak çok yıllık oldu. Bu alan ölçekli deney ilk kanıtlar sağladığı C otlak verimlilik artışlarının bir zenginleştirme olabilir azot kullanılabilirliği superambient C A 22 bitki verimliliğini sınırlayabilir, çünkü kısmen, geçerli ortam konsantrasyonları 20 yakın doyurabilecek. LYCOG C otlak topluluklarının bir yanıt üzerindeki toprakların etkileşimli efektler için sağlam test sağlayan, doku değişen çoğaltılmış toprakları dahil ederek bu ikinci nesil deneyi uzanır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Toprak Collect Yekpare lizimetereleri Tartı olarak kullanılmak üzere
- Derin 1,5 m 8'den mm kalınlığındaki çelik ile açık uçlu çelik kutular 1 x 1 m kare oluşturun.
- Hidrolik presler kullanarak, dikey toprağa açık uçlu kutuları basın toprağın derinliklerine 3 m delinmiş sarmal ankraj üzerine monte edilmiş.
- Bir kazıcı veya benzeri bir ekipman kullanılarak kaplı monolith kazı.
- Yekpare tabanında toprak ile temasta olan bir cam elyafı fitil yerleştirin. Monolith boşaltmak için 10 L rezervuar içine çelik tabanı üzerinden fitili geçirin ve sonra kutunun altındaki üzerine çelik tabanı kaynak.
- Örneğin glifosat gibi olmayan bir kalıntı herbisit uygulayarak yekpare mevcut bitki örtüsünü öldürür.
2. Toprak Anıtlarının Bitki Toplulukları kurulması
- Bitki sekiz fide Tallgrass yedi türlerin biri ile yekpare m2 başına 56 bitki toplam yoğunluğu için, ot ve forb'u çayır.
- Aşağıdaki forb'un Tesisi: Salvia azurea (sürahi adaçayı), Solidago canadensis (Kanada altın başak), Desmanthus illinoensis (Illinois bundleflower, bir baklagil).
3. Odası Tasarımı
- Her 1,2 m genişliğinde, 1,5 m boyunda iki odaları Construct, on 5 m uzunluğunda bölüme ayrılmıştır, 60 m uzunluğunda. Boyutları 5 mx 1.5 m gömülü 1,6 m derinliğinde 1.2 mx, ağır çelik bölümleri oluşturun.
- Her bölümde dört yekpare yükleme, iki yekpare rasgele sırayla toprak tiplerinin iki her biri. Bir 4540 kg kapasiteli denge üstüne her monolith yükleyin.
- Hatta sayılı bölümlerde eşleşmeleri de Bastsil yekpare ekleyin.
- Hava akımı için bir yol sağlamak için 1 m uzunluğunda x 1 m genişliğinde x 0.3 m boyunda sac kanal ile yerin altı yerin bitişik bölümleri katılın.
- Her kanal içinde bir soğutma bobini bir 161,4 kW soğutma ünitesinden 10 ° C'de Tedarik soğutucu.
- Diğer kullanılan gibi net sera film ile bitki örtüsü (kalınlık 0.006 "/. 15 mm), sarmalarİklim manipülasyon deneyleri 23.
- Örnekleme için yekpare erişime izin vermek için bir taslak flep tarafından desteklenen bir fermuarlı açılışı ile her kapağı takınız.
- Polietilen büyüme mevsiminin sonunda kapaklarını çıkarın.
4. CO 2 ve Hava Sıcaklık Ölçümü; Sıcaklık kontrolü
- Her iki odalarına örnek giriş ve çıkış C A superambient ve sada düşük odalarının giriş ve çıkışında bulunan filtreli hava numune hatları ile her 2 dk. Bu veriler CO 2 enjeksiyon ve fan hızı kontrolü bilgilendirmek.
- Örnek C A ve su buharı içeriği ve 20 dakika aralıklarla her 5 m bölümün giriş ve çıkışında önlem hava sıcaklığı (T).
- Üreticinin protokolüne göre, kızıl ötesi gaz analizörler kullanılarak gerçek zamanlı olarak tüm CO2 için hava örnekleri ve su buharı içeriği ölçülür.
- Giriş, orta T A ölçün birkalkanlı ince tel termokupl ile her bölümün d çıkın.
- Ortam T A yakınlarındaki bölümden bölüme tutarlı bir ortalama (orta bölüm) T A korumak için her bölümün girişinde soğutma bobini vasıtasıyla soğutucu akışını düzenler.
- Gökyüzünün engelsiz bir görünüm var ve üreticinin protokolüne göre fotosentez foton akı yoğunluğunu ölçmek için bir kuantum sensörü yerleştirin. Işık seviyesi fan kontrol algoritmasına bir girdidir.
5. C A Tedavi Uygulaması
- Gündüz
- Superambient bacak giriş kanalında bir kütle akış kontrol cihazı kullanılarak, 500 ul L -1 Cı A gelen çevre havasıyla saf karbon dioksit (CO2) karıştırın. C A ölçüm detayları için Bölüm 4'e bakın.
- Bölüm 1 girişindeki fan fanlar kullanarak odaları aracılığıyla ve aşağı bölümlerde zenginleştirilmiş hava Advect.
- Mfan hızını ayarlayarak 390 ul L -1 (Ortam havası) istenen çıkış C A AINTAIN.
- Çıkış C kümesi noktasının altında ise fan hızını artırın. Bu yüksek çıkış C, A sonuçlanan CO 2 bitki alımı için daha az zaman izin verir.
- Çıkış C kümesi noktasının üzerinde ise fan hızını düşürün.
- 250 ul L -1 çıkış C A ulaşmak için ortam havasının ve kontrol tanıtmak hariç sada düşük odasında aynı yaklaşımı kullanın.
- Gece vakti
- Hava akış yönünü tersine.
- 530 ul L -1 C A ulaşmak için superambient odasının gündüz çıkış ucuna CO 2 enjekte ve kontrol adveksiyon oranları 640 ul L korumak için -1 Gece çıkmak (gündüz girişinde.
- Gece girişine ~ 390 ul L -1 CO 2 ortam havasını tanıtınsada düşük odası ve kontrol adveksiyon oranı (gündüz çıkış) 530 ul L korumak için -1 gece çıkışında.
6. Yağış Girişler
- Her monolit için ortalama büyüme mevsimi yağış miktarı uygulayın.
- Bir damla sulama sistemi ile bir yerli su kaynağından her bir monolit için su kaynağı. Deney konumu için mevsimsel yağış desen yaklaştığı sulama olayları ve uygulama miktarları programlayın. Kesin programı, yerel iklim bağlıdır.
- Bir veri kaydedici ile uygulama zamanını kontrol ve harcama ölçme ile uygulama hacimleri ölçmek.
7. Örnekleme
- Bir nötron zayıflatma göstergesi ya da başka uygun prob ile CO 2 kontrol döneminde hacimsel toprak su içeriği (vSWC) haftalık dikey profillerini ölçün.
- Tavsiye edilen profil artışlarla 1 m de 20 cm derinlik artışlarla vardırPTH ve 1 m altında bir 50 cm artış.
- Tedbir monolit büyüme mevsiminin sonunda tüm ayakta yerüstü biyokütle hasat net birincil üretkenlik (ANPP) yerüstü.
- Tüm yerüstü biyokütle dolayısıyla biyokütle geçerli birincil üretim temsil ayakta, her yıl kaldırılır.
- Sabit kütleye kuru türler tarafından örneklenen biyokütle sıralamak ve tartın.
- ANPP bitki türlerinin katkıları ölçmek için bireysel türlerin biyokütlesini kullanın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Degrade superambient ve sada düşük bölümlerini ayrı ayrı odalarına (Şekil 1) tutulur. Ancak, operasyon (2007 - 2013) yedi yıldır, odalar zenginleştirilmiş odaları çıkışı arasındaki C, A sadece küçük bir süreksizlik ile 500 ila 250 ul L -1 (Şekil 2) C lineer degrade konsantrasyon muhafaza (Monolith 40) ve gradyan sada düşük kısmının girişi (Monolith 41).
Hava sıcaklığı ve buhar basıncı açığı bölümleri 19 ve hava sıcaklığı ~ 3 ° C daha sıcak diğerinden daha ortalama sada düşük odasının, 20 superambient odasının bölüm 10 hariç hem superambient ve sada düşük odaları bölümünde için bölümünden sabit kalmıştır ve bölümler (Şekil 2). Her bölümde 7 ° C, ve correspondi - Ancak orada 5 sıcaklık artışları telaffuz edilebilirng buhar basıncı açığı artar.
2007 üzerinden ortalama - 2013 yetiştirme mevsim, vSWC C boyunca doğrusal (Şekil 3) üç topraklarda ikisi A degrade değişiyordu. Toprak profilinin en üst 20 cm vSWC kumlu tın C A 100 ul L -1 artış başına% 3.1 artarak (Bastsil serisi) Toprak (R2 = 0.34, p = 0.01) ve 100 başına% 1.7 killi toprak (Houston serisi) üzerine ul L -1 C A. Ancak siltli kil 0-20 vSWC değişiklik (Austin serisi) Toprak (p = 0.13) oldu.
Bitki verimliliği de C A ile lineer farklılık ve C A'nın büyüklüğü topraklar arasında farklılık yanıt. Blackland kır bitki toplulukları ile yekpare ANPP (Şekil 4A) 59 gr artarak -2 100 ul L -1 artış başına C A, killi toprakta C A'ya küçük yanıtı vardı(R 2 = 0.22, p = 0.02). C ANPP tepkisi bir zenginleştirme 76 gr artarak -2 100 ul L CO 2 -1 (R 2 = 0.22, p = 0.02) başına, siltli kil toprak üzerinde ara oldu ve balçıklı toprağa, üzerinde en büyük ANPP 131 gm-2 100 ul L CO, 2 -1 başı (R2 = 0.55, p <0.001) elde etti.
C A ANPP Bu toprak özgü tepkiler bir mesiç C 4 Tallgrass toprak özgü yanıtlara yakından karşılık, Sorghastrum nutans, deneysel bitki topluluklarının en bol ot türleri. S. Yerüstü biyokütle nutans 200 g üzerinde kazanma -2 C, A her 100 ul L-1 bir artış (R 2 = 0.40, p = 0.005) için, kumlu, çamurlu toprakla artan Cı A en güçlü artmıştır. Bunun aksine, S. nutans sadece 100 gram kazandım -1 başına 1Siltli kil toprak C A 00 ul L -1 artış (R2 = 0.50, p <0.0001), S. ise nutans kil toprak (Şekil 4B R2 = 0.12, p = 0.07) C A marjinal yanıt verdi.
Bir zenginleştirme kurakçıl C 4 orta çim Bouteloua curtipendula (Şekil 4C) tarafından iki daha duyarlı topraklarda verimlilik düşüşlere rağmen meydana gelen C ANPP toprak özgü bir artış. B. curtipendula deneysel toplumlarda ikinci en yaygın tür oldu. Siltli-killi toprak, B. curtipendula sada düşük C A konsantrasyonlarda baskın çim oldu ama siltli kil toprak üzerinde C'li en güçlü bir zenginleşme azalmış (C A 100 ul L -1 artış başına 69 gr -2, R 2 = 0.36, p <0.008), (balçıklı toprağa daha az kuvvetle azaldı 44 gm -2 -1 C A artış; R2 = 0.36, p = 0.008) ve C kil toprak (p = 0.46), A zenginleştirme farklılık yoktu.
Şekil odaları ve toprakların 1. düzenlenmesi. Otlak bozulmamış toprak yekpare (fotoğrafın) üzerinde büyüyen bitkilerin ve CO 2 degrade boyunca üç toprak tiplerinin dağılımı şemasını içeren odaları iki doğrusal diziler. Plot numaraları 1-250 ul L -1 bölümü - 380 80 - 41 degrade 380 ul L -1 kısmı ve numaraları - 40 500 boyunca yer almaktadır. Fotoğraf: Philip Fay.
C A boyunca Şekil 2. Mikroklima degrade. zenginleştirilmiş ve sada düşük odalarında 80 yekpare için Gündüz büyüme mevsimi karbondioksit (CO 2) konsantrasyonu, hava sıcaklığı ve buhar basıncı açığı. Değerler her bölümün hava giriş ve çıkışta ölçülen ve diğer pozisyonlar için doğrusal interpolasyon tahmin edilmektedir. Veri noktaları 2007 2013 ile büyüyen sezondur araçları temsil etmektedir. Açıklık amacıyla çıkarılmıştır Hata çubukları; Yani standart hatalar buhar basıncı açığı için CO 2, hava sıcaklığı 0.82 ve 0.18 için 3.5 idi.
CO 2 degrade boyunca her toprak tipine Şekil 3. Toprak nemi 0 Büyüyen sezon hacimsel toprak su içeriği (vSWC) - CO. 2 konsantrasyon gradyan boyunca konuma göre çizilen her toprak türü için toprak profilinde 20 cm,t. Lineer regresyon 2 konsantrasyonu CO vSWC önemli ilişkiler topraklar için çizilmiştir. Veri noktaları 2013 büyüme mevsim 2007 araçlarını temsil etmektedir. Açıklık amacıyla çıkarılmıştır Hata çubukları; 0.74 ile 0.99 arasında değişmektedir üç topraklar üzerinde standart hataları anlamına gelir.
CO 2 degrade boyunca her toprak tipine Şekil 4. Bitki verimlilik. (A) Ortalama net birincil üretkenlik (ANPP), Blackland Prairie bitki toplulukları ile 60 yekpare tüm türlerin cari yıl biyokütle toplamı yerin altı yerin; ve (B) mesic Cı 4 tallgrass, Sorghastrum nutans, ve (C) Bouteloua CO2 konsantrasyon derecesi boyunca konuma göre çizilen curtipendula kurakçıl Cı 4 midgrass cari yıl biyokütle.Lineer regresyon 2 konsantrasyonu CO ANPP veya türlerin biyokütle önemli ilişkiler topraklar için çizilmiştir. Veri noktaları 2013 büyüme mevsim 2007 araçlarını temsil etmektedir. Açıklık amacıyla çıkarılmıştır Hata çubukları; Üç topraklarda ortalama standart hatalar S. 34,4 ile, ANPP için 42.5 kadar 34.9 21.8 arasında değişmektedir nutans ve 7,4-24,8 B. curtipendula.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
LYCOG tesis üç toprak tipleri üzerinde kurulmuş deneysel otlak topluluklar C A konsantrasyonlarının 250 L -1 ul 500 sürekli degrade sürdürmek operasyonel hedefe ulaşır. C, A değişim belirlenmiş aralığında doğrusaldır. Hava sıcaklığı her bölümünde artmış, ancak çoğu bölümlerde arası bölüm soğutma bobinleri tarafından sıfırlandı. Bunun bir sonucu olarak, bölümden bölüme tutarlı ortalama sıcaklık muhafaza operasyonel amacı gradyanı çoğu üzerinde karşılandı. Toprak nemi nispeten yüksektir ve bitkiler en yüksek fotosentez kapasite olduğunda Sıcaklık ve C bir kontrol kolayca ilkbahar ve erken yaz aylarında korunur.
Protokolde Kritik Adımlar
Blower hız kontrolü reçete CO 2 degrade sürdürmenin en önemli yönüdür. Kontrol, bir kombinasyonuna dayanırgeribildirim ve ileri beslemeli tekniklerin bitki karbon alımı hava akışını eşleşecek. Geribildirim tekniği ölçülen ve hedef çıkış CO 2 konsantrasyonu arasındaki farka dayalı fan hızını ayarlar. Ileri beslemeli kontrol kuantum sensörü ile ölçülen fotosentez açısından aktif radyasyon değişikliklere dayalı hızla fotosentez hızı değişiklikleri ve (5 sn tepki süresi) fan hızını ayarlar, öngörmektedir. Ileri beslemeli kontrol ölçüde yalnız geribesleme kontrolü ile elde edilenin üzerinde kontrolünü geliştirir. Odaları aracılığıyla maksimum hava akımı hızı rüzgarın düşük ucunda 1 m sn -1 veya yaklaşık 3,6 km saat -1, sırasına üzerinde bu bitkiler alanında gördüğünüz hızlandırır. Böylece, fan hızı değişen bitki yanıtları etkilemesi olası değildir.
CO 2 degrade sürdürmenin başka bir kritik bir yönü yeterli fotosentez kapasitesinin varlığıdır. Degrade dik, büyük gölgelik fotosentez kapasitesi yenidenquired CO 2 konsantrasyonu aşağı çekmek için. Daha fazla yaprak alanı, yüksek fotosentetik oranları, ya da daha uzun bölme uzunluğu tüm Türler veya topluluklar elde edilebilir CO 2 beraberlik aşağı artırın. Bakım ayrıca monolit hacmi alınmalı ve derinlik kurulmuş bitki toplulukları için gerçekçi bir köklenme hacmi sağlamak üzere seçilir. Burada kullanılan türler, 1 köklenme derinlikleri - 1,5 m, ama diğer türler daha sığ ve daha derin olabilir ve monolit birim buna göre ayarlanmalıdır. Nihai kritik yönü güvenilir tedarik ve dış ortam sıcaklığı dışında günlük ve mevsimsel değişimine odası sıcaklıkları maç için, her bölüm arasında soğutma bobinleri soğutulmuş suyun akışını kontrol önemidir.
Tekniği Değişiklikler
Operasyonun ilk yıl kır bitki yeterli CO marjinal yetenekli olduğunu ortaya çıkardı 2 dallı darı Houston ve Austin toprak serilerinin seçilen 20 yekpare toplam dönüştürerek giderildiği. Switchgrass son derece üretken yerli tallgrass ve hatta sıcak yaz aylarında degrade boyunca yeterli C alımı kapasitesini sigortalanır büyüme mevsimi boyunca iyi sulanan. İlk yıl da aşırı ısınmaya yol açan, aşağı odalarında debileri bozulmuş odaları, öngörülenden aerodinamik direnç daha fazla saptandı. Bu sorun debileri artırmak için ek fandan taraftarların yüklemesi tarafından giderildiği. Yeni polietilen yükleyerek maksimum ışık geçirgenliği sağlamak için her büyüyen sezonu kapsar öneririz.
Tekniği Sınırlamalar
Sistem tesisi destekleyebilir araştırma sorularına hem fırsatlar ve sınırlamalar yaratmak bazı operasyonel sorunların ortaya çıkarmaktadır. Aleyhteyüksek yaz sıcaklıkları düşük toprak nemi, bitki su stresi artırarak ve fotosentez kapasitesinin düşürülmesi nedeniyle degrade trol, büyüme mevsiminin sonuna kadar yaz ortasında daha zor olur. Bu da sırayla daha sıcaklıkları yükseltir hedef C A konsantrasyonları, karşılamak için gerekli C A çizmek aşağı ulaşmak için yavaş hava debilerini gerektirir. Bu dinamik CO2 konsantrasyonu ile kuraklık etkileşimleri çalışmalar için bu sistemin sınırlı bir yeteneği göstermektedir. Her 5 metrelik bölümünde sıcaklık artışları nedeniyle deney doğrusal akım tasarımının kaçınılmazdır. Hava soğutma bobin geçer ve bir sonraki odasına girmeden kadar uzun dalga enerjisi her odanın içinde birikir. Içinde kesit sıcaklık artışları bazı iklim değişikliği senaryoları ile gelecekte beklenen sıcaklık artışları için daha yüksek tahminler bazı benzer büyüklüktedir. Bu durumda, içi bölümünde sıcaklık değişimi ReprC, A ve ısınma arasındaki etkileşimleri çayır yanıtları analiz etme fırsatı esents. Son olarak, odasının boyutları yaklaşık bir metre yüksekliğe kadar bitki örtüsü sınırlamak ve monolit alanı küçük bazal alanları ile otsu türlere bitki sınırlar. Ağaç türlerinin kullanılması, otlak haline odunsu tecavüzüne incelemek için, örneğin, fide aşamasının ötesine pratik olacaktır.
Diğer Teknikleri karşılaştırıldığında Önemi
LYCOG gibi YÜZ ve OTC olarak tekniklere kıyasla çalışmasına çok daha ekonomiktir. LYCOG MiniFACE sistemlerinde 24 CO 2 kullanımından daha fazla ama FACE CO 2 tüketimi çok daha azdır CO 2, ayda yaklaşık 3.700 L kullanır ve OTC, 3 12 yaklaşır. Deney muhafaza gelen büyük gideri Yıl, compara başına yaklaşık $ 30,000 maliyeti sıcaklık kontrolü,Üstü açık kamara C Bir zenginleştirme maliyetleri ama hala Serbest Hava CO 2 Zenginleştirme sistemlerinin 3 CO 2 gideri çok daha az CO 2 gider tahminlerine ble. Ekonomik avantajlar sada düşük CO 2 at destekleyici çalışmaların eşsiz yeteneğine ek olarak ve sürekli bir CO 2 gradyan gel.
Güncel ve Gelecek Uygulamaları
Mevcut araştırma otlak karbon ve su döngüsü C A etkileri toprak özgü varyasyon anlayışımızı genişletecek toprak CO 2 efflux ve evapotranspirasyon dahil olmak üzere ANPP dışındaki ekosistem yanıtları, inceliyor. Araştırma için gelecekteki olasılıklar superambient olarak iki bölmeyi yapan fakat çevre ile ilgili olarak sıcak bir sıcaklık farkına azından bir bölmeyi muhafaza ederek, örneğin, sıcaklık ve CO2 tedaviler birleştirerek içerir. Güncel vegetatiyon kolayca toplum yapısında değişim CO ekosistem fonksiyonları üzerine etkileri 2 nasıl etkilediğini incelemek için başka türler veya topluluklar ile değiştirilebilir. Örneğin metan veya ozon gibi diğer ekolojik açıdan önemli atmosfer bileşenler CO2 ile etkileşimleri test etmek için ilave edilebilir.
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).
