A CO<sub> 2</sub> Gradiente di concentrazione strumento per il test di CO<sub> 2</sub> Arricchimento e del suolo Effetti sulla Prateria Ecosistema Funzione
Summary
Il lisimetro Anidride carbonica gradiente strumento crea un 250-500 microlitri L -1 anidride carbonica sfumatura lineare nella comunità vegetali camere abitazioni prateria a temperatura controllata in argilla, argilla limosa, e monoliti di sabbia del suolo. L'impianto viene utilizzato per determinare come i livelli di biossido di carbonio passati e futuri influenzano ciclo del carbonio pascoli.
Abstract
I continui aumenti delle concentrazioni atmosferiche di anidride carbonica (C A) tecniche di mandato per l'esame impatti sugli ecosistemi terrestri. La maggior parte degli esperimenti di esaminare solo due o alcuni livelli di C Una concentrazione e un solo tipo di terreno, ma se C A può essere variata come un gradiente da subambient a superambient concentrazione su più terreni, siamo in grado di capire se le risposte degli ecosistemi ultimi possono continuare linearmente nel future e se le risposte possono variare attraverso il paesaggio. Il lisimetro Anidride carbonica gradiente strumento applica un 250-500 microlitri L -1 C Un gradiente di Blackland comunità vegetali prateria stabiliti lisimetri contenenti argilla, argilla limosa, e terreni sabbiosi. Il gradiente viene creato come la fotosintesi da vegetazione racchiusa in in camere a temperatura controllata esaurisce progressivamente l'anidride carbonica dall'aria che fluisce direzionale attraverso le camere. Mantenere una corretta portata d'aria, adeguato photosycapacità di nthetic, e il controllo della temperatura sono fondamentali per superare le principali limitazioni del sistema, che sono in calo i tassi fotosintetici e aumento dello stress idrico durante l'estate. La struttura è un'alternativa economica ad altre tecniche di C A arricchimento, discerne con successo la forma delle risposte degli ecosistemi a subambient a superambient C A arricchimento, e può essere adattato per testare le interazioni di anidride carbonica con altri gas serra come il metano o l'ozono.
Introduction
Concentrazione di anidride carbonica atmosferica (C A) ha recentemente aumentato passato 400 microlitri L -1 da circa 270 microlitri L -1 prima della rivoluzione industriale. C A si prevede che raggiungerà almeno 550 ml L -1 entro il 2100 1. Questo tasso di crescita supera qualsiasi modifica C A osservati nel corso degli ultimi 500.000 anni. Il tasso di cambiamento senza precedenti in C A solleva la possibilità di risposte non lineari o soglia degli ecosistemi ad accrescere C A. Più ecosistema scala C A esperimenti di arricchimento applica solo due trattamenti, un solo livello di arricchito C A e un controllo. Questi esperimenti hanno notevolmente ampliato la nostra comprensione degli impatti sugli ecosistemi di C A arricchimento. Tuttavia, un approccio alternativo che può rivelare la presenza di risposte dell'ecosistema non lineari crescenti C A è studiare ecosistemi attraverso un intervallo continuo di subambient asuperambient C A. Subambient C A è difficile da mantenere in campo, ed è stato il più delle volte studiata utilizzando camere di crescita 2. Superambient C A è stata studiata utilizzando camere di crescita, aperto-camere superiori, e le tecniche di arricchimento senza aria 3, 4.
C A arricchimento avviene attraverso paesaggi che contengono molti tipi di terreno. Suoli proprietà possono influenzare fortemente le risposte degli ecosistemi a C A arricchimento. Ad esempio, la struttura del terreno determina la ritenzione di acqua e nutrienti nel profilo del suolo 5, la loro disponibilità a piante 6, e la quantità e qualità di materia organica 7-9. La disponibilità di umidità del suolo è un mediatore cruciale della risposta degli ecosistemi alla C A di arricchimento nei sistemi idrici limitati, tra cui la maggior parte delle praterie 10. Campo Passato C A esperimenti di arricchimento sono in genere esaminato un solo tipo di terreno, e controllato prove di continuo vtipi arying C Un arricchimento su più suolo sono carenti. Se gli effetti di C A arricchimento sui processi ecosistemici differenziano il tipo di suolo, vi è una forte ragione di aspettarsi variazione spaziale nelle risposte degli ecosistemi a C Un arricchimento e cambiamenti conseguenti climatici 11, 12.
Il biossido di carbonio lisimetro Gradient (LYCOG) impianto è stato progettato per rispondere alle domande di variazione spaziale nelle risposte non lineari e soglia degli ecosistemi a livelli C A che vanno da ~ 250 a 500 microlitri L -1. LYCOG crea il gradiente prescritto di C A sulle comunità vegetali praterie perenni che crescono su terreni che rappresentano la vasta gamma di texture, N e C, i contenuti e le proprietà idrologiche di praterie nella parte meridionale degli Stati Uniti Pianure Centrali. Serie terreni specifici utilizzati nella struttura sono di Houston nero argilla (32 monoliti), un Vertisol (udico Haplustert) tipico della pianura; Austin (32 monoliti), un alto carbonate, argilla limosa mollisol (Udorthentic Haplustol) tipico di altipiani; e Bastsil (16 monoliti), un alluvionali terriccio sabbioso Alfisol (udico Paleustalf).
Il principio operativo impiegato in LYCOG è quello di sfruttare la capacità fotosintetica delle piante di esaurire C A da particelle d'aria si muovevano direzionale attraverso le camere chiuse. L'obiettivo di trattamento è mantenere una pendenza costante diurna lineare C A da 500 a 250 microlitri L -1. Per fare questo, LYCOG consiste di due camere lineari, una camera superambient mantenendo la porzione del gradiente da 500 al 390 (ambiente) microlitri L -1 C A, e una camera di subambient mantenendo il 390 al 250 microlitri L -1 porzione pendenza. Le due camere sono situate una accanto all'altra, orientato su un asse nord-sud. Il C Un gradiente viene mantenuta durante la parte dell'anno quando la capacità fotosintetica vegetazione è adeguata; tipicamente dafine aprile ai primi di novembre.
Le camere contengono sensori e strumentazione necessari per regolare la C Un gradiente, il controllo della temperatura dell'aria (T A) nei pressi di valori ambientali, e applicare importi precipitazione uniforme per tutti i terreni. I suoli sono monoliti intatte raccolti dalla vicina prateria Blackland installato in lisimetri pesatura idrologicamente isolate strumentati per determinare tutte le componenti del bilancio idrico. L'acqua viene applicato a eventi di volume e tempistica che approssimano la stagionalità degli eventi di pioggia e ammonta nel corso di un anno medio di precipitazione. Così, LYCOG è in grado di valutare gli effetti a lungo termine di subambient per superambient C A e tipo di suolo sulla funzione degli ecosistemi prateria tra cui bilanci idrici e del carbonio.
LYCOG è la terza generazione di C A esperimenti gradiente condotti da USDA ARS Grassland suolo e delle acque Research Laboratory. La prima generazione era un prototipo di subambientgradiente ambientale che ha stabilito la fattibilità dell'approccio pendenza 13 e avanzato la nostra comprensione delle risposte fisiologiche a livello foglia di piante a subambient variazione C A 14-20. La seconda generazione è stato un campo di applicazione scala del concetto di perenne C 4 prati, con il gradiente esteso a 200-550 ml L -1 21. Questo esperimento campo scala fornito la prima evidenza che la produttività aumenta pascoli con C A arricchimento può saturare vicino concentrazioni nell'ambiente attuali 20, in parte perché la disponibilità di azoto può limitare la produttività degli impianti a superambient C A 22. LYCOG estende questo esperimento di seconda generazione, incorporando terreni replicate di varia consistenza, permettendo robusta prova per effetti interattivi dei suoli sul C Una risposta delle comunità prateria.
Protocol
Representative Results
Discussion
L'impianto LYCOG raggiunge il suo obiettivo operativo di mantenere un 250-500 microlitri L -1 gradiente continuo delle concentrazioni C A sulle comunità praterie sperimentali stabilite su tre tipi di suolo. La variazione C A è lineare nell'intervallo prescritto. Temperatura dell'aria aumenta all'interno di ogni sezione, ma è stato azzerato dalle spire tra sezione di raffreddamento nella maggior parte delle sezioni. Come risultato, l'obiettivo operativo di mantenere…
Divulgations
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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