एक कं<sub> 2</subपरीक्षण सीओ के लिए> एकाग्रता ढाल सुविधा<sub> 2</subग्रासलैंड पारिस्थितिकी तंत्र समारोह पर> संवर्धन और मिट्टी प्रभाव
Summary
Lysimeter कार्बन डाइऑक्साइड ढाल सुविधा बनाता है एक 250 मिट्टी, silty मिट्टी, और रेतीली मिट्टी monoliths पर तापमान नियंत्रित कक्षों आवास चरागाह संयंत्र समुदायों में एल -1 रैखिक कार्बन डाइऑक्साइड ढाल μl 500 करने के लिए। सुविधा अतीत और भविष्य में कार्बन डाइऑक्साइड का स्तर चरागाह कार्बन साइकिल को प्रभावित कैसे निर्धारित करने के लिए प्रयोग किया जाता है।
Abstract
स्थलीय पारिस्थितिक तंत्र पर प्रभाव डालता है की जांच के लिए वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड सांद्रता (सी ए) जनादेश तकनीक में सतत बढ़ जाती है। अधिकांश प्रयोगों केवल दो या सी एक एकाग्रता और एक भी मिट्टी के प्रकार के कुछ स्तर की जांच, लेकिन सी एक बहु मिट्टी पर सांद्रता superambient को subambient से एक ढाल के रूप में अलग किया जा सकता है, अगर हम अतीत पारिस्थितिकी तंत्र प्रतिक्रियाओं में रैखिक जारी रख सकते हैं, चाहे वह विचार कर सकते हैं भविष्य और क्या प्रतिक्रियाएं परिदृश्य में भिन्न हो सकते हैं। Lysimeter कार्बन डाइऑक्साइड ढाल सुविधा मिट्टी, silty मिट्टी, और रेतीली मिट्टी युक्त lysimeters पर स्थापित Blackland प्रेयरी संयंत्र समुदायों के लिए एक 250 μl एल 500 -1 सी एक ढाल लागू होता है। ढाल तापमान नियंत्रित कक्षों में संलग्न में वनस्पति से प्रकाश संश्लेषण के रूप में बनाया गया है उत्तरोत्तर कक्षों के माध्यम से दिशात्मक बह रही हवा से कार्बन डाइऑक्साइड को क्षीण करता। उचित हवा का प्रवाह दर को बनाए रखने, पर्याप्त photosynthetic क्षमता है, और तापमान नियंत्रण गर्मियों के दौरान संश्लेषक दरों में और वृद्धि हुई पानी तनाव गिरावट आ रही है, जो प्रणाली का मुख्य सीमाओं पर काबू पाने के लिए महत्वपूर्ण हैं। सुविधा सफलतापूर्वक सी ए संवर्धन superambient को subambient करने के पारिस्थितिकी तंत्र की प्रतिक्रियाओं के आकार discerns, और जैसे मीथेन या ओजोन के रूप में अन्य ग्रीन हाउस गैसों के साथ कार्बन डाइऑक्साइड की बातचीत के लिए परीक्षण करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता, सी ए संवर्धन के अन्य तकनीकों के लिए एक किफायती विकल्प है।
Introduction
वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड एकाग्रता (सी ए) ने हाल ही में लगभग 270 μl एल -1 औद्योगिक क्रांति के लिए पहले से पिछले 400 μl एल -1 बढ़ गया है। सी ए 2100 1 से कम से कम 550 μl एल -1 तक पहुंचने का अनुमान है। वृद्धि की यह दर पिछले 500,000 वर्षों में मनाया किसी भी सी ए परिवर्तन से बढ़कर है। सी ए में परिवर्तन की अभूतपूर्व दर सी ए में वृद्धि करने के लिए पारिस्थितिक तंत्र की गैर रेखीय या दहलीज प्रतिक्रियाओं की संभावना उठाती है। अधिकांश पारिस्थितिकी तंत्र के पैमाने पर सी ए संवर्धन प्रयोगों केवल दो उपचार, समृद्ध सी ए और एक नियंत्रण का एक ही स्तर पर लागू करें। इन प्रयोगों बहुत सी के पारिस्थितिकी तंत्र के प्रभावों एक संवर्धन के बारे में हमारी समझ का विस्तार किया है। हालांकि, सी ए बढ़ाने के लिए गैर रेखीय पारिस्थितिकी तंत्र प्रतिक्रियाओं की उपस्थिति प्रकट कर सकते हैं कि एक वैकल्पिक दृष्टिकोण subambient की एक सतत श्रृंखला के लिए भर में पारिस्थितिकी प्रणालियों का अध्ययन करने के लिए हैsuperambient सी ए। Subambient सी एक क्षेत्र में बनाए रखने के लिए मुश्किल है, और सबसे अधिक बार विकास कक्षों 2 का उपयोग कर अध्ययन किया गया है। Superambient सी ए विकास कक्षों, खुले टॉप कक्षों, और मुक्त हवा में संवर्धन तकनीक 3, 4 का उपयोग कर अध्ययन किया गया है।
सी ए संवर्धन कई मिट्टी के प्रकार युक्त परिदृश्य के पार होता है। मिट्टी के गुण जोरदार सी ए संवर्धन करने के लिए पारिस्थितिकी तंत्र प्रतिक्रियाओं को प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, मिट्टी की बनावट मिट्टी प्रोफ़ाइल 5 में पानी और पोषक तत्वों की अवधारण को निर्धारित करता है, अपने संयंत्रों से 6 की उपलब्धता, और कार्बनिक पदार्थ 7-9 की राशि और गुणवत्ता। मिट्टी की नमी की उपलब्धता सेल्सियस तक पारिस्थितिकी तंत्र की प्रतिक्रियाएं सबसे घास के मैदानों 10 सहित पानी सीमित प्रणालियों में एक संवर्धन का एक महत्वपूर्ण मध्यस्थ है। विगत क्षेत्र सी ए संवर्धन प्रयोगों आम तौर पर लगातार वी के परीक्षण केवल एक ही मिट्टी के प्रकार की जांच की, और नियंत्रित हैarying सी ए संवर्धन पर कई मिट्टी के प्रकार कमी कर रहे हैं। पारिस्थितिकी तंत्र प्रक्रियाओं पर सी ए संवर्धन के प्रभाव को मिट्टी के प्रकार के साथ अलग हैं, तो स्थानिक सेल्सियस तक पारिस्थितिकी तंत्र प्रतिक्रियाओं में बदलाव के लिए एक संवर्धन और जलवायु 11, 12 में आगामी बदलाव की उम्मीद करने के लिए मजबूत कारण है।
ढाल (LYCOG) सुविधा ~ 250 से 500 μl एल -1 से लेकर सी एक स्तर को पारिस्थितिक तंत्र की गैर रेखीय और सीमा प्रतिक्रियाओं में स्थानिक विभिन्नता के सवालों को संबोधित करने के लिए डिजाइन किया गया था Lysimeter कार्बन डाइऑक्साइड। LYCOG अमेरिका केंद्रीय मैदानों के दक्षिणी हिस्से में घास के मैदानों की बनावट, और एन सी सामग्री, और जलीय गुण की व्यापक रेंज का प्रतिनिधित्व मिट्टी पर बढ़ रही बारहमासी चरागाह संयंत्र समुदायों पर सी ए की निर्धारित ढाल बनाता है। सुविधा में इस्तेमाल विशिष्ट मिट्टी श्रृंखला हॉस्टन में काली मिट्टी (32 monoliths), नीचे के देश के विशिष्ट एक Vertisol (Udic Haplustert) कर रहे हैं; ऑस्टिन (32 monoliths), एक उच्च कार्बोनैट, silty मिट्टी Mollisol (Udorthentic Haplustol) ऊपरी भूभाग के विशिष्ट; और Bastsil (16 monoliths), एक जलोढ़ रेतीली दोमट Alfisol (Udic Paleustalf)।
LYCOG में कार्यरत परिचालन सिद्धांत हवा के पार्सल संलग्न कक्षों के माध्यम से दिशात्मक ले जाया से सी ए व्यय करना पौधों की संश्लेषक क्षमता का दोहन करने के लिए है। उपचार के उद्देश्य से 500 से 250 μl एल -1 सी ए में एक स्थिर रेखीय दिन ढाल बनाए रखना है। इसे पूरा करने के LYCOG दो रैखिक कक्ष होते हैं, एल -1 सी ए μl 500 से 390 (परिवेश) के लिए ढाल के हिस्से को बनाए रखने के एक superambient चैम्बर, और के 390-250 μl एल -1 हिस्से को बनाए रखने के लिए एक subambient चैम्बर ढाल। दो कक्षों उत्तर-दक्षिण अक्ष पर उन्मुख, कंधे से कंधा मिलाकर स्थित हैं। सी एक ढाल वनस्पति संश्लेषक क्षमता पर्याप्त है जब वर्ष के भाग के दौरान बनाए रखा है; आम तौर सेनवम्बर के शुरू करने के लिए देर से अप्रैल।
कक्षों, सी एक ढाल विनियमित परिवेश मूल्यों के पास हवा का तापमान (टी ए) को नियंत्रित करने, और सभी मिट्टी के लिए वर्दी वर्षा मात्रा में लागू करने के लिए आवश्यक सेंसर और इंस्ट्रूमेंटेशन होते हैं। मिट्टी पानी बजट के सभी घटकों को निर्धारित करने के लिए instrumented hydrologically पृथक वजन lysimeters में स्थापित पास के Blackland प्रेयरी से एकत्र बरकरार monoliths हैं। जल बारिश की घटनाओं के मौसम और लगभग एक औसत वर्षा वर्ष के दौरान बराबर है कि मात्रा और समय की घटनाओं में लागू किया जाता है। इस प्रकार, LYCOG पानी और कार्बन बजट सहित चरागाह पारिस्थितिकी तंत्र समारोह पर सी ए superambient को subambient और मिट्टी के प्रकार के दीर्घकालिक प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए सक्षम है।
LYCOG यूएसडीए एआरएस ग्रासलैंड मृदा एवं जल अनुसंधान प्रयोगशाला द्वारा आयोजित सी एक ढाल प्रयोगों की तीसरी पीढ़ी है। पहली पीढ़ी के लिए एक प्रोटोटाइप subambient थाढाल दृष्टिकोण 13 की व्यवहार्यता की स्थापना की और सी एक 14-20 में भिन्नता subambient करने के लिए पौधों की पत्ती स्तरीय शारीरिक प्रतिक्रियाओं के बारे में हमारी समझ है कि उन्नत परिवेश ढाल। दूसरी पीढ़ी अवधारणा के एक क्षेत्र पैमाने पर आवेदन 200 एल -1 21 μL 550 के लिए बढ़ा दिया ढाल के साथ, सी 4 चरागाह बारहमासी करने के लिए किया गया था। इस क्षेत्र पैमाने पर प्रयोग पहला सबूत प्रदान की है कि सी के साथ चरागाह उत्पादकता बढ़ जाती है एक संवर्धन कर सकते हैं नाइट्रोजन उपलब्धता superambient सी ए 22 में संयंत्र उत्पादकता सीमित कर सकता है भाग में, क्योंकि वर्तमान परिवेश सांद्रता 20 के पास तर। LYCOG सी चरागाह समुदायों की एक प्रतिक्रिया पर मिट्टी के इंटरैक्टिव प्रभाव के लिए मजबूत परीक्षण की इजाजत दी, बनावट बदलती के दोहराया मिट्टी को शामिल करके इस दूसरी पीढ़ी प्रयोग फैली हुई है।
Protocol
Representative Results
Discussion
LYCOG सुविधा तीन मिट्टी के प्रकार पर स्थापित प्रयोगात्मक चरागाह समुदायों पर सी ए सांद्रता के एक 250 एल -1 μl 500 करने के लिए निरंतर ढाल बनाए रखने की अपनी परिचालन लक्ष्य को प्राप्त होता है। सी ए में पर?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Anne Gibson, Katherine Jones, Chris Kolodziejczyk, Alicia Naranjo, Kyle Tiner, and numerous students and temporary technicians for operating the LYCOG facility, conducting sampling, and data processing. L.G.R. acknowledges USDA-NIFA (2010-65615-20632).
Materials
| Dataloggers, multiplexers | Campell Scientific, Logan, UT, USA | CR-7, CR-10, CR-21X, SDM-A04, SDM-CD16AC, AM25T | |
| Thermocouples: Copper-constantan | Omega Engineering, Inc., Stamford, CT, USA | TT-T-40-SLE, TT-T-24-SLE | |
| Quantum sensor | Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE, USA | LI-190SB | |
| CO2/H2O analyzer | Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE, USA | LI-7000 | |
| Lysimeter scales | Avery Weigh-Tronix, Houston, TX, USA | DSL-3636-10 | |
| Air sampling pump | Grace Air Components, Houston, TX, USA | VP 0660 | |
| Dew-point generator | Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE, USA | LI-610 | |
| Cold water chiller | AEC Application Engineering, Wood Dale, IL, USA | CCOA-50 | |
| Chilled water flow control values | Belimo Air Controls, Danbury, CT, USA | LRB24-SR | |
| Chilled-water cooling coils | Coil Company, Paoli, PA, USA | WC12-C14-329-SCA-R | |
| Carbon dioxide refrigerated liquid | Temple Welding Supply, Temple, TX, USA | UN2187 | |
| Polyethylene film | AT Plastics, Toronto, ON, Canada | Dura-film Super Dura 4 | |
| Blower motor/controller | Dayton Electric, Lake Forest, IL, USA | 2M168C/4Z829 | |
| Solenoids | Industrial Automation, Cornelius, NC, USA | U8256B046V-12/DC | |
| Leachate collection pump | Gast Manufacturing, Benton Harbor, MI, USA | 0523-V191Q-G588DX |
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