Summary
מתקן צבע דו Lysimeter פחמן יוצר 250 עד 500 μl L -1 שיפוע פחמן דו חמצני ליניארי בקהילות צמח מרעה דיור תאי טמפרטורה מבוקרת על חימר, חימר בוצי, ופסלי אדמת חולית. המתקן משמש כדי לקבוע כיצד רמות פחמן דו חמצני בעבר ובעתיד להשפיע אופניים פחמן כר דשא.
Abstract
עליות מתמשכות בריכוזי פחמן דו חמצני באטמוספרה (C) טכניקות מנדט לבחינת השפעות על מערכות אקולוגיות היבשתיות. רוב הניסויים לבחון רק שתיים או כמה רמות של C ריכוז וסוג קרקע אחת, אבל אם C יכול להיות מגוון כמו שיפוע מsubambient לsuperambient ריכוזים על קרקעות מרובות, אנו יכולים להבחין אם תגובות מערכת אקולוגית עבר עשויות להמשיך באופן ליניארי ב תגובות עתיד והאם עשויות להשתנות על פני הנוף. מתקן צבע דו Lysimeter פחמן חל 250 עד 500 L μl -1 C שיפוע לקהילות צמח הערבה Blackland הוקמו על lysimeters מכיל חימר, חימר בוצי, וקרקעות חול. השיפוע נוצר כפוטוסינתזה בצמחייה הסגורה בתאי בקרת טמפרטורה בהדרגה מכלה פחמן דו חמצני מאוויר זורם דרך directionally התאים. photosy שמירת קצב זרימת האוויר נאות, הולםקיבולת nthetic, ובקרת טמפרטורה הן קריטיים כדי להתגבר על המגבלות העיקריות של המערכת, אשר נמצאים בירידה שיעורי פוטוסינתזה ולחץ מים מוגבר במהלך הקיץ. המתקן מהווה חלופה חסכונית לטכניקות אחרות של C העשרה, מבחין בהצלחה את הצורה של תגובות למערכת אקולוגיות subambient לsuperambient C העשרה, וניתן להתאים לבדיקת אינטראקציות של פחמן דו חמצני בגזי חממה אחרים כגון מתאן או באוזון.
Introduction
ריכוז פחמן דו חמצני באטמוספרה (C) לאחרונה גדל L 400 μl עבר -1 מכ 270 L μl -1 לפני המהפכה התעשייתית. C צפוי להגיע לפחות 550 L μl -1 עד 2100 1. שיעור גידול זה עולה על כל שינויים C נצפו על פני 500,000 השנים האחרונות. השיעור חסר תקדים של השינוי ב- C מעלה את האפשרות של תגובות שאינן ליניארי או סף של מערכות אקולוגיות להגדלת C. רוב C המערכת האקולוגית בקנה מידת ניסויי העשרה יחולו רק שני טיפולים, רמה אחת של C מועשר ושליטה. ניסויים אלה התרחבו מאוד ההבנה של ההשפעות האקולוגיות של C העשרה שלנו. עם זאת, גישה חלופית שיכול לגלות את נוכחותם של תגובות מערכת אקולוגית שאינו ליניארי להגדלת C היא ללמוד מערכות אקולוגיות על פני מגוון רציף של subambient לsuperambient C. Subambient C הוא קשה לשמור בתחום, ולרוב נחקר באמצעות תאי צמיחה 2. Superambient C נחקר באמצעות תאי גידול, תאים פתוחים העליון, וטכניקות להעשרה חופשית-אוויר 3, 4.
C העשרה מתרחשת על פני נופים המכילים סוגים רבים אדמה. מאפייני קרקעות יכולים מאוד להשפיע תגובות למערכת אקולוגיות C העשרה. לדוגמא, מרקם קרקע קובע את השמירה של מים וחומרים מזינים בפרופיל הקרקע 5, הזמינות שלהם לצמחים 6, ואת הכמות ואיכות של חומר אורגני 7-9. הזמינות של לחות קרקע היא מתווך מכריע של תגובות מערכת אקולוגית לC העשרה במערכות מים מוגבלים, כוללים רוב המרעה 10. C שדה העבר ניסויי העשרה יש בדרך כלל נבדקים רק בסוג קרקע אחת, ושליטה מלאה של בדיקות ברציפות נ 'סוגי arying C על פני כמה אדמת העשרה חסרות. אם השפעות של C העשרה על תהליכים אקולוגיים שונות עם סוג הקרקע, יש סיבה חזקה לצפות וריאציה המרחבית בתגובות מערכת אקולוגית לC העשרה ושינויים שהתפתחו באקלים 11, 12.
דו Lysimeter פחמן צבע מתקן (LYCOG) נועד לענות על שאלות של וריאציה המרחבית בתגובות שאינן ליניארי וסף של מערכות אקולוגיות לרמות C החל ~ 250 עד 500 -1 L μl. LYCOG יוצר שיפוע הקבוע של C על קהילות צמח מרעה רב שנתית גדלו בקרקעות המייצגות את מגוון הרחב של מרקם, תוכן N ו- C, ומאפיינים ההידרולוגיים של מרעה בחלק הדרומי של ארה"ב המישורים המרכזי. סדרת קרקעות ספציפית המשמשת במתקן היא חימר יוסטון שחור (32 פסלים), Vertisol (Udic Haplustert) אופייני לשפלה; אוסטין (32 פסלים), Carbo גבוהנייט, חימר בוצי Mollisol (Udorthentic Haplustol) אופייני לרמות גבוהות; וBastsil (16 פסלים), טיט חולי Alfisol סחף (Udic Paleustalf).
העיקרון המבצעי מועסק בLYCOG הוא לרתום את יכולת הפוטוסינתזה של צמחים לרוקן C מחבילות של אוויר עברו directionally באמצעות התאים סגורים. מטרת הטיפול היא לשמור על שיפוע יום יניארי קבוע בC 500-250 -1 L μl. כדי להשיג זאת, LYCOG מורכב משני תאים ליניארי, קאמרי superambient שמירה על החלק של השיפוע 500-390 (סביבה) μl L -1 C, ותא subambient שמירת L -1 חלק 390-250 μl של מִדרוֹן. שני תאים נמצאים זה לצד זה, אוריינטציה על ציר צפון-דרום. שיפוע C נשמר במהלך החלק מהשנה, כאשר יכולת פוטוסינתזה צמחייה היא נאותה; בדרך כלל מבסוף אפריל לתחילת נובמבר.
התאים מכילים חיישנים ומכשור דרושים כדי להסדיר את C שיפוע, לשלוט בטמפרטורת אוויר (T) ליד ערכי הסביבה, ויחול כמויות משקעים אחידות לכל הקרקעות. קרקעות הן פסלים שלמים שנאספו מערבת Blackland הסמוכה המותקנת בהידרולוגי-מבודד lysimeters משקל instrumented לקבוע את כל המרכיבים של תקציב המים. מים מיושמים באירועים של נפח ועיתוי משוער העונתיות של אירועי גשם ומסתכם בשנה ממוצעת משקעים. לפיכך, LYCOG מסוגל להעריך את ההשפעות ארוכת הטווח של subambient לsuperambient C וסוג קרקע על תפקוד מערכת אקולוגית מרעה כולל תקציבי מים ופחמן.
LYCOG הוא הדור השלישי של ניסויי שיפוע C שנערכו על ידי משרד החקלאות האמריקאי ARS קרקע כר הדשא ומעבדה לחקר מים. הדור הראשון היה subambient אב טיפוס לשיפוע הסביבה שהוקם הכדאיות של גישת שיפוע 13 וקידם את ההבנה של תגובות פיסיולוגיות ברמת העלה של צמחים שלנו לsubambient וריאציה בC 14-20. הדור השני היה יישום שדה בקנה מידה של מושג לרב שנתי C 4 עשב, עם השיפוע הוארך עד 200-550 μL L -1 21. ניסוי שדה בקנה מידה זה סיפק את ההוכחה הראשונה שמגביר את הפרודוקטיביות כר דשא עם C העשרה רשאי להרוות ליד ריכוזי הסביבה הנוכחיים 20, בין שאר משום שזמינות חנקן עלולה להגביל את תפוקת מפעל בsuperambient C 22. LYCOG משתרע ניסוי דור שני זו על ידי שילוב קרקעות המשוכפלות של משתנה מרקם, המאפשר בדיקה חזקה להשפעות אינטראקטיביות של קרקעות על C תגובה של קהילות כר דשא.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. מונוליתים קרקע אסוף כדי לשמש משקל Lysimeters
- לבנות תיבות פלדה פתוחות מרובע 1 מ 'x 1 ב -1.5 מ' עומק מ 8 מ"מ פלדה עבה.
- לחץ על התיבות הפתוחות אנכית לתוך האדמה, באמצעות מכבשים הידראוליים רכוב על עוגני סליל נקדח 3 מ 'עומק לתוך האדמה.
- לחפור מונולית עטופה באמצעות מחפרון או ציוד דומה.
- מניחים פתיל פיברגלס במגע עם קרקע בבסיס מונולית. להעביר את הפתיל דרך בסיס הפלדה למאגר 10 L לניקוז מונולית, ולאחר מכן לרתך את בסיס הפלדה על החלק התחתון של התיבה.
- הרוג צמחייה הקיימת בפסלים על ידי יישום קוטל עשבים הלא שייר, כגון גלייפוסט.
2. הקמת מפעל קהילות במונוליתים קרקע
- צמח מונוליתים עם שמונה שתילים כל אחד משבעה מינים של tallgrass ערבה עשבים וforbs, לצפיפות כוללת של 56 צמחים למטר 2.
- צמח Forbs הבא: Azurea מרווה (מרווה כד), canadensis Solidago (שבט זהב קנדה), (bundleflower אילינוי, קטניות) illinoensis Desmanthus.
3. לשכת עיצוב
- לבנות שני חדרים כל אחד 1.2 מ 'רוחב, 1.5 מ' גבוה, ו -60 מ 'אורך, מחולק לעשרה חלקים ארוכים 5 מ'. שני קטעים מפלדה כבדה של ממדים 5 MX 1.2 MX 1.6 מ 'העומק, נקבר 1.5 מ'.
- התקן ארבעה פסלים בכל קטע, שני פסלים של כל אחד משני סוגי הקרקע, בסדר אקראי. התקן כל מונולית גבי איזון קיבולת 4540 קילוגרם.
- כוללים פסלי Bastsil בזוגות בסעיפים אפילו ממוספרים.
- הצטרף לחלקים סמוכים מעל פני קרקע עם 1 מ 'אורך X 1 מ' רוחב x 0.3 מ 'צינור פח גבוה כדי לספק נתיב לזרימת אוויר.
- נוזל קירור אספקה ב 10 מעלות צלזיוס מיחידת קירור 161.4 כ"ס לסליל קירור בתוך כל צינור.
- הקף צמחייה עם סרט חממה ברור (". 15 מ"מ / עובי 0.006), כגון שימוש באחרניסויי מניפולציה האקלים 23.
- תתאים לכל כיסוי עם פתיחת רוכסן מגובה על ידי דש טיוטה כדי לאפשר גישה לפסלים לדגימה.
- הסר את פוליאתילן מכסה בסוף עונת הגידול.
4. CO 2 ומיזוג טמפרטורת מדידה; בקרת טמפרטורה
- כניסת מדגם C ויציאה משני התאים כל 2 דקות באמצעות קווי מדגם אוויר מסוננים ממוקמים בכניסה והיציאה של תאי superambient וsubambient. נתונים אלה להודיע CO 2 שליטת הזרקה ומהירות מאוורר.
- C מדגם ותוכן אדי מים, וטמפרטורת אוויר מדד (T) בכניסה והיציאה של כל סעיף 5 מ 'ב 20 דקות במרווחים.
- למדוד את כל דגימות האוויר לCO 2 ותוכן אדי מים בזמן אמת באמצעות מנתחי גז אינפרא אדום על פי הפרוטוקול של היצרן.
- למדוד T בכניסה, נקודת האמצע,יציאת ד של כל קטע עם צמדים תרמיים חוט דקים מוגנים.
- לווסת את זרימת נוזל הקירור דרך סליל הקירור בכניסה של כל קטע כדי לשמור על ממוצע עקבי (אמצע קטע) T מסעיף לסעיף בקרבת T הסביבה.
- מקם חיישן קוונטים יש להציג בלא הפרעה של השמים ולמדוד צפיפות שטף פוטון פוטוסינתזה על פי הפרוטוקול של היצרן. רמת אור היא קלט לאלגוריתם מפוח השליטה.
5. C טיפול יישום
- שְׁעוֹת הַיוֹם
- מערבבים דו תחמוצת פחמן טהורה (CO 2) עם אוויר סביבה הנכנס 500 L μl -1 C, באמצעות זרימת בקר המוני בצינור הכניסה של רגל superambient. ראה סעיף 4 לפרטים מדידת C.
- Advect האוויר המועשר בתאים באמצעות מפוח אוהדים בכניסה לסעיף 1 ובסעיפים במורד הזרם.
- Maintain C יציאה הרצויה של 390 L μl -1 (אוויר סביבה) על ידי התאמת מהירות המפוח.
- להגדיל את מהירות המפוח אם היציאה C היא מתחת לנקודת הסט. זה מאפשר פחות זמן לספיגה מפעל של CO 2, וכתוצאה מכך יציאה גבוהה C.
- להקטין את מפוח המהירות אם יציאת C הוא מעל נקודת הסט.
- השתמש באותה הגישה בתא subambient מלבד להציג את האוויר ובקרת סביבה כדי להשיג C יציאה של -1 L 250 μl.
- שְׁעַת לַיְלָה
- להפוך את הכיוון של זרימת אוויר.
- הזרק CO 2 לסוף היציאה בשעות היום של חדר superambient להשיג 530 L μl -1 C, ושיעורי Advection השליטה לשמור על 640 L μl -1 ביציאה הלילית (הכניסה בשעות היום.
- להציג את אוויר סביבה ב~ L 390 μl -1 CO 2 לכניסת הלילה(יציאה בשעות היום) של שיעור Advection קאמרי subambient ושליטה כדי לשמור על 530 L μl -1 ביציאה הלילית.
6. תשומות רטיבות
- החל כמות הגשמים עונת גידול הממוצעת לכל מונולית.
- אספקת מים לכל מונולית ממקור מים מקומי באמצעות מערכת השקיה בטפטוף. לתזמן את אירועי ההשקיה וכמויות יישום משוער דפוס גשמים העונתי למיקום הניסוי. לוח הזמנים המדויקים תלוי באקלים מקומי.
- לשלוט עיתוי יישום עם נתונים לוגר ולמדוד היקפי יישום עם מדידת זרימה.
7. דגימה
- למדוד פרופילים אנכיים של שבועון נפח תכולת מים בקרקע (vSWC) בתקופה של CO 2 שליטה, עם מד הנחתה ניטרונים או בדיקה מתאימה אחרת.
- מרווחי פרופיל מומלצים הם מרווחי עומק 20 סנטימטרים לדה מ '1PTH, ותוספת של 50 סנטימטר אחד מתחת 1 מ '.
- מונולית מדד מעל פני קרקע פריון נטו עיקרי (ANPP) על ידי איסוף כל ביומסה עילית עומדת בסוף עונת הגידול.
- כל ביומסה עילית מוסרת בכל שנה, וכתוצאה מכך עומד ביומסה מייצגת ייצור עיקרי הנוכחי.
- מיין את ביומסה נדגמו על ידי מינים, יבשים למסה קבועה, ולשקול.
- השתמש ביומסה של מינים בודדים לכמת תרומות מיני צמחים לANPP.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
חלקי superambient וsubambient של השיפוע נשמרים בתאים נפרדים (איור 1). עם זאת, בשבע שנות הפעילות (2007 - 2013), התאים נשמרו שיפוע ליניארית ב- C ריכוז 500-250 L μl -1 (איור 2) עם המשכיות קטנה רק ב- C בין היציאה של התאים המועשר (מונולית 40) והכניסה של חלק subambient של השיפוע (מונולית 41).
טמפרטורת אוויר וגירעון לחץ אדים נשארו קבועים מסעיף לסעיף בשני תאי superambient וsubambient, למעט בסעיף 10 לתא superambient, וסעיפים 19 ו -20 של חדר subambient, שבו טמפרטורת אוויר בממוצע ~ 3 מעלות צלזיוס חמה יותר מאשר אחר סעיפים (איור 2). עם זאת יש יכול להיות מבוטא עליות טמפרטורה של 5 - C ° 7 בתוך כל סעיף, וcorresponding מגדיל בגירעון לחץ אדים.
בממוצע לכל 2007 - העונות 2013 גדלו, vSWC מגוון באופן ליניארי לאורך C שיפוע בשניים משלוש הקרקעות (איור 3). (סדרת Bastsil) vSWC ב -20 סנטימטרים העליונים של פרופיל האדמה עלתה ב -3.1% לL -1 גידול של 100 μl בC בטיט חול אדמה (R 2 = 0.34, p = 0.01), ושל 1.7% לכל 100 C μl -1 L על אדמת חרסית (סדרת יוסטון). עם זאת, לא חל שינוי ב0-20 vSWC בחימר הבוצי (סדרת אוסטין) אדמה (p = 0.13).
פריון מפעל מגוון גם באופן ליניארי עם על ידי C, ואת הגודל של C התגובה היה שונה בין קרקעות. ANPP (איור 4 א) של פסלים עם קהילות צמח הערבה Blackland היה התגובה הקטנה ל- C על אדמת החרסית, הגדלת ב -59 GM -2 לL -1 גידול של 100 μl בC(R 2 = 0.22, p = 0.02). תגובת ANPP לC העשרה הייתה ביניים על אדמת החרסית הבוצית, עלה ב 76 גר '-2 לL μl 100 -1 של CO 2 (R 2 = 0.22, p = 0.02), וגדולה ביותר על אדמת החמרה החולית, בי ANPP צבר 131 גר 'לכל 100 -2 μl L -1 של CO 2 (R 2 = 0.55, p <0.001).
תגובות אדמה ספציפית אלה של ANPP לC תואם באופן הדוק לתגובות האדמה הספציפית של 4 tallgrass C מסיק, Sorghastrum nutans, מיני דשא הנפוצים ביותר בקהילות המפעל הניסיוניות. ביומסה עילית של ס nutans עלה חזק ביותר עם C גדל על אדמת החמרה החולית, צובר מעל 200 גר '-2 לכל 100 μl L -1 עלייה בC (R 2 = 0.40, p = 0.005). לעומת זאת, ס ' nutans צבר רק 100 גרם -1 לכל 100 μl L -1 עלייה בC על אדמת החרסית הבוצית (R 2 = 0.50, p <0.0001), בעוד ש ' nutans הגיב באופן שולי ל- C על אדמת החרסית (R 2 = 0.12, p = 0.07; איור 4).
עליית האדמה ספציפית בANPP עם C העשרה התרחשה למרות ירידה בפריון בשתי קרקעות תגובה יעילה יותר על ידי 4 אמצע הדשא-curtipendula C xeric Bouteloua (איור 4C). ב curtipendula היה המין השני בשכיחותו בקהילות הניסיוניות. על האדמה הבוצית החימר, ב ' curtipendula היה הדשא הדומיננטי בריכוזים C subambient אבל ירד חזק ביותר עם C העשרה על אדמת החרסית הבוצית (69 -2 גר ', לכל 100 ליטר μl -1 עלייה בC; R 2 = 0.36, p <0.008), ירד פחות חזק על אדמת החמרה החולית (44 -2 גר ' -1 העלייה בC; R 2 = 0.36, p = 0.008), ולא להשתנות עם C העשרה על אדמת החרסית (p = 0.46).
איור 1. הסדר של תאים וקרקעות. שני רצפי יניארי של תאים המכילים צמחיית מרעה גדלה על פסלי אדמה שלמים (צילום), וסכמטי של ההפצה של שלושה סוגי הקרקע לאורך שיפוע CO 2. מספרי עלילה 1-40 ממוקמים לאורך 500 - L -1 חלק 380 μl של השיפוע, ומספרים 41-80 ב380 - L -1 חלק 250 μl. תמונה: פיליפ פיי.
איור 2. מיקרו לאורך C שיפוע. ריכוז פחמן דו חמצני בשעות היום עונת גידול (CO 2), טמפרטורת אוויר, וגירעון לחץ אדים במשך 80 הפסלים בתאים מועשרים וsubambient. ערכים נמדדים בכניסת האוויר והיציאה של כל קטע, ומוערך מאינטרפולציה ליניארית לתפקידים אחרים. נקודות הנתונים מייצגות אמצעי לשנת 2007 עד 2013 גידול היבולים. ברים שגיאה מושמטים לבהירות; סטיות התקן היו אומר 3.5 לCO 2, 0.82 לטמפרטורת אוויר, ו0.18 לגירעון לחץ אדים.
איור 3. לחות קרקע על כל סוג קרקע לאורך שיפוע CO 2 תוכן עונת גידול נפח מים בקרקע (vSWC) ל0 -. 20 סנטימטרים בפרופיל הקרקע לכל סוג קרקע, זממו על ידי עמדה לאורך gradien ריכוז CO 2לא. רגרסיות ליניארי הם זממו לקרקעות במערכות יחסים משמעותיות של vSWC ל- CO 2 ריכוז. נקודות הנתונים מייצגות אמצעים של 2007 עד 2013 גידול יבולים. ברים שגיאה מושמטים לבהירות; אומר שגיאות סטנדרטית בשלוש הקרקעות נעו 0.74-0.99.
איור 4. פריון צמח בכל סוג קרקע לאורך שיפוע CO 2. () הממוצע מעל פני קרקע פריון נטו עיקרי (ANPP), הסכום של ביומסה השנה הנוכחית של כל המינים בפסלים 60 עם קהילות צמח Blackland ערבה; וביומסה השנה הנוכחית של C המסיק 4 tallgrass, Sorghastrum nutans, וmidgrass C 4 xeric Bouteloua curtipendula זמם על ידי עמדה לאורך שיפוע ריכוז CO 2 (ג) (ב).רגרסיות ליניארי הם זממו לקרקעות במערכות יחסים משמעותיות של ביומסה ANPP או מינים ל- CO 2 ריכוז. נקודות הנתונים מייצגות אמצעים של 2007 עד 2013 גידול יבולים. ברים שגיאה מושמטים לבהירות; סטיות התקן אומר על שלוש הקרקעות נעו 34.9-42.5 לANPP, 21.8-34.4 לס nutans, ו7.4-24.8 לב curtipendula.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
מתקן LYCOG משיג את מטרתו המבצעית של שמירת 250 עד 500 μl L -1 שיפוע רציף של ריכוזי C בקהילות מרעה ניסיוניים שהוקמו על שלושה סוגי קרקע. השינוי ב- C הוא ליניארי על פני הטווח שנקבע. טמפרטורת אוויר מוגברת בתוך כל סעיף, אך לאפס על ידי סלילי הקירור בין-סעיף ברוב הסעיפים. כתוצאה מכך, היעד המבצעי של שמירה על טמפרטורה ממוצעת עולה בקנה אחד מסעיף לסעיף פגש ברוב של השיפוע. טמפרטורה והשליטה C נשמרות בקלות באביב ובתחילת הקיץ, כאשר לחות קרקע היא גבוהה יחסית וצמחים הם ביכולת הפוטוסינתזה הגבוהה ביותר שלהם.
שלבים קריטיים בפרוטוקול
שליטה של מפוח מהירות היא ההיבט הקריטי ביותר של שמירה על CO 2 השיפוע שנקבע. הבקרה מבוססת על שילובמשוב וטכניקות הזנה-קדימה כדי להתאים את זרימת אוויר לספיגת פחמן צמחייה. טכניקת המשוב מתאימה מהירות מאוורר מבוססת על ההבדל בין CO המדוד ויציאת יעד 2 ריכוז. הזנה-קדימה שליטה צופה שינויים בשיעור פוטוסינתזה ומהירות (זמן תגובה 5 שניות) מתאים את מהירות מאוורר, המבוססים על שינויים בקרינה פעילה photosynthetically נמדדו עם חיישן הקוונטים. הזנה-קדימה שליטה משמעותית משפרת את השליטה על שהושג על ידי בקרת משוב לבד. שיעור זרימת האוויר המקסימאלי באמצעות התאים הוא בסדר הגודל של 1 שניות מ '-1, או כ -3.6 קילומטר לשעה -1, אשר על הקצה הנמוך של רוח במהירויות צמחים אלה רואים בתחום. כך, משתנה מהירות מאוורר סביר להשפיע תגובות צמח.
עוד היבט קריטי של שמירה על שיפוע CO 2 הוא הנוכחות של יכולת פוטוסינתזה נאותה. השיפוע תלול יותר, כך גדל יכולת פוטוסינתזה חופה מחדשנתונים נדרשים כדי למשוך את ריכוז CO 2. מינים או קהילות עם יותר שטח עלה, שיעורי פוטוסינתזה גבוהים יותר, או אורך תא כבר כל להגדיל את CO 2 תיקו למטה שניתן להשיג. גם יש להיזהר מונולית הנפח והעומק נבחר לספק השתרשות נפח מציאותי לקהילות המפעל הוקמו. יש מינים המשמשים כאן מעמקי השתרשות של 1 - 1.5 מ ', אבל מינים אחרים עשויים להיות רדודים או עמוקים יותר, ומונולית נפח צריך להיות בהתאם. ההיבט הקריטי הסופי הוא את החשיבות של אמינות אספקה ושליטה על זרימת מים צוננים לסלילי קירור בין כל קטע, כדי להתאים טמפרטורות תא לוריאציה יומית ועונתית בחוץ בטמפרטורת הסביבה חיצונית.
שינויים בטכניקה
השנה הראשונה של מבצע עולה כי צמחיית הערבה הייתה מסוגל CO נאות שולי 2 virgatum Panicum. קליפות היא tallgrass ילידים יעיל ביותר, והוא השקה היטב לאורך כל עונת הגידול, אשר מבטחת את יכולת ספיגת C נאותה לאורך השיפוע אפילו בחודשי הקיץ החמים. השנה הראשונה גם גילתה יותר מאשר התנגדות האווירודינמית צפויה בתאים, שמושפלים ספיקות בתאים במורד הזרם, שמובילה להתחממות יתר. בעיה זו נפתרה על ידי התקנה של אוהדי מפוח במורד הזרם נוספים כדי להגביר את קצב הזרימה. אנו ממליצים להתקין פוליאתילן החדש מכסה כל עונת גידול לשמור העברת אור המרבית.
מגבלות של הטכניקה
המערכת מהווה נושאים תפעוליים מסוימים שיוצרים שני הזדמנויות ומגבלות על שאלות מחקר המתקן יכול לתמוך. קוןTrol של השיפוע הופך להיות קשה יותר מאמצע הקיץ עד סוף עונת הגידול, בגלל טמפרטורות גבוהות בקיץ נמוך יותר לחות קרקע, הגדלת לחץ מים צמח והפחתת יכולת פוטוסינתזה. זה בתורו דורש שיעורי זרימת האוויר איטיים יותר כדי להשיג את C לצייר למטה צריך לעמוד בריכוזי C היעד, אשר בתורו מעלה נוספים בטמפרטורות. דינמיקה זו ממחישה את היכולת המוגבלת של מערכת זו ללימודים של אינטראקציות הבצורת עם ריכוז CO 2. עליית טמפרטורה בתוך כל סעיף 5 מטר הם בלתי נמנעות בגלל זרימת התכנון ליניארי של הניסוי. אנרגיית גל ארוך מצטברת בתוך כל תא עד האוויר עובר דרך סליל הקירור ונכנס לחדר הבא. בתוך סעיף עלייה בחום גודל דומה לחלק מההערכות גבוהות יותר לעליית טמפרטורה בעתיד צפויה עם כמה תרחישי שינוי האקלים. לפיכך, repr הווריאציה טמפרטורת הסעיף בתוך-esents הזדמנות לנתח תגובות מרעה לאינטראקציות בין C וההתחממות. לבסוף, את הממדים של החדר להגביל את הצמחייה לגובה מרבי של מטר אחד בערך, ואזור מונולית מגביל את הצמחייה למינים עשבוניים עם אזורים קטנים יותר בסיסיים. השימוש במיני עצים, למשל ללמוד הסגת גבול וודי לכר דשא, יהיו זה מעשי מעבר לשלב השתיל.
משמעות בהשוואה לטכניקות אחרות
LYCOG הוא הרבה יותר חסכוני לפעול בהשוואה לטכניקות כגון פנים וOTC. LYCOG משתמש כ 3,700 ליטר לחודש של CO 2, שהוא גדול יותר מהשימוש CO 2 במערכות MiniFACE 24, אבל הרבה פחות מצריכת CO 2 של פנים וOTC גישות 3, 12. ההוצאה העיקרית של השמירה על הניסוי מגיעה מ בקרת טמפרטורה, שעולה כ 30,000 $ לשנה, comparable הערכות של חשבון CO 2 לג תא העליון הפתוח עלויות העשרה אבל עדיין הרבה פחות מזה של חשבון CO 2 של מערכות 2 העשרה חינם מיזוג CO 3. היתרונות הכלכליים יבואו בנוסף ליכולת הייחודית של מחקרים התומכים בsubambient CO 2 ולאורך CO 2 שיפוע רציף.
יישומים נוכחיים ועתידיים
מחקר נוכחי בוחן את תגובות מערכת אקולוגית אחרות מאשר ANPP, כולל CO 2 אדמה בזרימת, ואידוי, שירחיב את ההבנה של שונות אדמה ספציפית בC השפעות על פחמן כר דשא ורכיבה על אופניים במים שלנו. אפשרויות עתידיות למחקר כוללות שילוב טמפרטורה ו- CO 2 טיפולים, לדוגמא על ידי הפעלת שני התאים כsuperambient אבל שמירה על תא אחד בהפרש טמפרטורה חם יותר ביחס לסביבה. vegetat הנוכחיבקלות ניתן להחליף יון עם מינים או קהילות אחרים כדי ללמוד איך וריאציה במבנה קהילה משפיעה CO 2 השפעות על תפקוד מערכת אקולוגית. מרכיבי אטמוספרה חשובים מבחינה אקולוגית אחרים כגון מתאן או אוזון ניתן להוסיף לבדיקת אינטראקציות עם 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).
