CO<sub> 2</sub테스트 주식에 대한> 농도 구배 시설<sub> 2</sub초원 생태계 기능에> 농축 및 토양 효과
Summary
모형 매립 이산화탄소 그라데이션 시설은 생성하는 250 점토, 실트 질 점토, 모래 토양 모노리스에 온도 조절 챔버 하우징 초원 식물 사회에서 L -1 선형 이산화탄소 구배 μL 500. 이 시설은 과거와 미래의 이산화탄소 수준이 초원의 탄소 순환에 영향을 미치는 방법을 결정하는 데 사용됩니다.
Abstract
육상 생태계에 미치는 영향을 조사하기위한 대기의 이산화탄소 농도 (C) 위임 기술에서 계속 증가한다. 대부분의 실험은 두 개 또는 C 농도 및 단일 토양 유형의 몇 레벨 검사하지만 C가 여러 토양 농도 superambient하기 subambient에서 그라데이션으로 변화 될 수 있다면, 우리는 과거 에코 응답의 선형 적으로 계속 될 수 있는지 여부를 식별 할 수있다 미래 여부 응답은 풍경을 가로 질러 다를 수 있습니다. 모형 매립 이산화탄소 그라데이션 시설은 점토, 실트 질 점토, 모래 토양을 포함 lysimeters 설립 Blackland 대초원 공장 지역에 250 μL의 L 500 -1 C 그라데이션을 적용합니다. 그라데이션은 온도 조절 챔버에 묶여 식물에 의해 광합성으로 생성되어 점진적으로 챔버를 통해 방향성 흐르는 공기로부터 이산화탄소를 소모. 적절한 공기 유속을 유지하는 충분한 photosynthetic 용량 및 온도 제어 여름철 광합성 속도와 증가 된 물 스트레스를 감소하고 시스템의 주요 제한을 극복하는 것이 중요하다. 설비 성공적 C를 농축 superambient하는 subambient하는 에코 응답의 형상을 분별하고, 메탄 또는 오존과 같은 다른 온실 가스와 이산화탄소의 상호 작용을 테스트하도록 구성 될 수 있으며, C 농축 다른 기술에 경제적 인 대안이다.
Introduction
대기 중 이산화탄소 농도 (C)는 최근 약 270 μL의 L -1 산업 혁명 이전부터 과거 400 μL의 L -1 증가했다. C는 2100 1 적어도 550 μL의 L -1에 도달 할 전망이다. 증가의이 비율은 지난 500,000년 관측 어떤 C의 변화를 능가한다. C의 변화 속도는 전례 C의 증가로 생태계 비선형 또는 임계 반응의 가능성을 제기한다. 대부분의 생태계 규모의 C는 농축 실험은 두 치료, 풍부한 C 및 단일 제어 수준을 적용합니다. 이 실험은 크게 C의 생태계에 미치는 영향 농축에 대한 우리의 이해를 확장했다. 그러나 C의 증가에 비선형 생태계 반응의 존재를 밝힐 수있는 다른 방법은 subambient의 연속적인 범위에 걸쳐 생태계를 연구하는 것입니다superambient C. Subambient C는 필드에서 유지하기 곤란하고, 대부분의 성장 챔버 (2)를 이용하여 연구되었다. Superambient C는 성장 챔버, 열린 정상 챔버, 무료 공기 농축 기술 3, 4를 사용하여 연구되어왔다.
C 농축 많은 토양 유형을 포함하는 풍경을 가로 질러 발생합니다. 토양의 특성이 강하게 C 농축에 대한 생태계의 반응에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 토양 질감 토양 프로필 (5) 내의 물과 영양분의 보존을 결정 그들의 식물 6 가용성 유기물 7-9의 양과 품질. 토양 수분의 가용성은 C에 대한 생태계의 반응 대부분의 초원 (10)를 포함하는 물 제한 시스템에 농축의 중요한 매개체이다. 과거 필드 C가 농축 실험은 전형적으로 연속적으로 V의 테스트를 하나의 토양 유형을 조사하고, 제어 한arying C 농축을 통해 여러 종류의 토양이 부족하다. 생태계 과정에 C 농축의 효과는 토양 유형과 다른 경우, 공간 C에 대한 생태계 반응의 변화 농축과 기후 (11), (12)의 계속되는 변화를 기대하는 강력한 이유가있다.
그라데이션 (LYCOG) 설비가 ~ 250에서 500 μL의 L-1에 이르기까지 C 수준으로 생태계 비선형 및 임계 값 응답에 공간 변화의 문제를 해결하기 위해 설계되었다 모형 매립 이산화탄소. LYCOG는 미국 중앙 평야의 남쪽 부분에있는 초원의 질감, N과 C 내용 및 수 문학적 특성의 넓은 범위를 나타내는 토양에서 성장하는 다년생 초원 식물 커뮤니티에 C A의 소정의 기울기를 만듭니다. 시설에서 사용되는 특정 토양 시리즈는 휴스턴 검은 색 점토 (32 모노리스), 저지대의 전형적인 Vertisol (Udic Haplustert)이다; 오스틴 (32 모노리스), 높은 탄질네이트, 실트 질 점토 Mollisol (Udorthentic Haplustol) 고지의 전형적인; 및 Bastsil (16 모노리스), 충적 사양토 Alfisol (Udic Paleustalf).
LYCOG에 사용 된 동작 원리는 공기의 소포는 밀폐 된 챔버를 통해 방향성 이동에서의 C를 고갈 식물의 광합성 능력을 활용하는 것입니다. 치료의 목적은 500 내지 250 μL의 L-1에 C A의 일정한 선 낮 구배를 유지하는 것이다. 이를 위해 LYCOG 두 선형 챔버로 구성되어, L -1 C μL 500 내지 390 (주변)에 그라데이션 부를 유지 superambient 챔버와의 390-250 μL의 L -1 부를 유지 subambient 챔버 구배. 두 개의 챔버는 남북 축 중심의, 나란히 위치하고 있습니다. C 경사는 식물의 광합성 능력이 적절한 올해의 부분에서 유지되고; 전형적으로11 월 초에 월 하순.
챔버는 C에게 기울기를 조절하는 주변 값에 가까운 공기 온도 (T)를 제어하고, 모든 토양에 균일 한 강수량을 적용하기 위해 필요한 센서 및 계측이 포함되어 있습니다. 토양은 물 예산의 모든 구성 요소를 결정하기 위해 계측 문학적으로 격리 무게 lysimeters에 설치 근처 Blackland 대초원에서 수집 그대로 모노리스 있습니다. 물은 비 이벤트의 계절에 근접하고 평균 강수량 년 동안 금액 볼륨과 타이밍의 행사에 적용된다. 따라서 LYCOG 물과 탄소 예산 포함 초원 생태 기능에 C를 superambient하기 subambient 및 토양 종류의 장기적인 효과를 평가할 수있다.
LYCOG는 USDA ARS 초원 토양과 물 연구소가 실시한 C 구배 실험의 제 3 세대입니다. 1 세대에 대한 프로토 타입 subambient했다그라데이션 방법 (13)의 가능성을 설립 C 14-20의 변화를 subambient 식물의 잎 수준의 생리적 반응에 대한 우리의 이해를 전진 주변 그라데이션. 두 번째 세대 개념의 필드 규모의 응용 프로그램이 200 L -1 21 μL 550까지 확장 그라데이션, C 4 초원을 다년생하는 것이 었습니다.이 필드 규모의 실험은 첫 번째 증거를 제공하는 C와 초원의 생산성 증가 농축 할 수있다 질소 가용성 superambient C (22)에서 식물의 생산성을 제한 할 수 있기 때문에 부분적으로, 현재 대기 농도 20 근처 포화. LYCOG는 C 초원 지역 사회의 반응에 토양의 상호 작용 효과에 대한 강력한 테스트를 허용, 질감을 변화의 복제 된 토양을 통합하여이 2 세대 실험을 확장합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
LYCOG 시설은 세 가지 종류의 토양에 설립 실험 초원 지역 사회에 C 농도의 250 L -1 μL (500)에 연속 구배를 유지 자사의 운영 목표를 달성 할 수있다. C의 변화는 소정의 범위에서 선형이다. 공기 온도가 각 섹션 내에서 증가하지만, 대부분의 섹션에 섹션 사이의 냉각 코일에 의해 리셋되었다. 그 결과, 섹션에 섹션에서 일관된 평균 온도를 유지하는 동작의 목표는 그라데이션의 대부분…
Disclosures
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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