A CO<sub> 2</sub> Fondo gradiente de concentración para las pruebas de CO<sub> 2</sub> Enriquecimiento y suelo Efectos sobre la Función de los Ecosistemas del Prado
Summary
El Fondo Degradado Dióxido de Carbono Lisímetro crea un 250 a 500 l L -1 gradiente de dióxido de carbono lineal en las comunidades de plantas de pastizales cámaras vivienda de temperatura controlada en arcilla, arcilla limosa y monolitos de suelo arenoso. La instalación se utiliza para determinar cómo los niveles de dióxido de carbono del pasado y del futuro afectan el ciclo del carbono de los pastizales.
Abstract
Continuando con los aumentos en las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico (C A) técnicas de mandato para el examen de los impactos sobre los ecosistemas terrestres. La mayoría de los experimentos examinan sólo dos o unos pocos niveles de C Una concentración y un solo tipo de suelo, pero si C A se puede variar como un gradiente de subambiente a superambient concentraciones en varios suelos, podemos discernir si las respuestas del ecosistema últimos pueden continuar linealmente en la futuros y si las respuestas pueden variar a través del paisaje. El Fondo Degradado Dióxido de Carbono Lisímetro aplica un 250 a 500 l L -1 C Un gradiente de Blackland comunidades vegetales de las praderas establecidas en lisímetros que contienen arcilla, arcilla limosa y suelos arenosos. El gradiente se crea como la fotosíntesis de vegetación cerrada en en cámaras de temperatura controlada agota progresivamente dióxido de carbono del aire que fluye a través de las cámaras direccionalmente. El mantenimiento de la tasa de flujo de aire adecuado, photosy adecuadacapacidad nthetic, y control de temperatura son críticos para superar las principales limitaciones del sistema, que están disminuyendo las tasas de fotosíntesis y un mayor estrés hídrico durante el verano. La instalación es una alternativa económica a otras técnicas de C A enriquecimiento, discierne con éxito la forma de las respuestas del ecosistema a subambiente a superambient C Un enriquecimiento, y se puede adaptar para poner a prueba para las interacciones de dióxido de carbono con otros gases de efecto invernadero, tales como metano o el ozono.
Introduction
La concentración de dióxido de carbono atmosférico (C A) ha aumentado recientemente pasado 400 l L -1 de aproximadamente 270 l -1 L antes de la Revolución Industrial. C A se prevé que alcance al menos 550 l L-1 para el año 2100 1. Esta tasa de crecimiento supera cualquier cambio C A observados en los últimos 500.000 años. La tasa de cambio sin precedentes en C Un plantea la posibilidad de respuestas no lineales o de umbral de los ecosistemas para el aumento de C A. La mayor parte de los ecosistemas a escala C A experimentos de enriquecimiento aplica sólo dos tratamientos, un solo nivel de enriquecimiento C A y un control. Estos experimentos se han ampliado enormemente nuestra comprensión de los impactos ambientales de C Un enriquecimiento. Sin embargo, un enfoque alternativo que puede revelar la presencia de las respuestas del ecosistema no lineales a la creciente C A es estudiar los ecosistemas a través de un rango continuo de subambiente asuperambient C A. Subambiente C A es difícil de mantener en el campo, y más a menudo se ha estudiado el uso de cámaras de crecimiento 2. Superambient C A se ha estudiado el uso de cámaras de crecimiento, descapotables cámaras y técnicas de enriquecimiento al aire libre 3, 4.
C Un enriquecimiento se produce a través de paisajes que contienen muchos tipos de suelo. Suelos propiedades pueden afectar fuertemente las respuestas del ecosistema a C Un enriquecimiento. Por ejemplo, la textura del suelo determina la retención de agua y nutrientes en el perfil del suelo 5, su disponibilidad para las plantas 6, y la cantidad y la calidad de la materia orgánica 7-9. La disponibilidad de la humedad del suelo es un mediador crucial de la respuesta de los ecosistemas a C Un enriquecimiento en sistemas de agua limitada, incluyendo la mayoría de los pastizales 10. Pasado campo C A experimentos de enriquecimiento han examinado típicamente sólo un tipo de suelo, y controlado de forma continua pruebas vtipos arying C Un enriquecimiento sobre varios suelos son escasas. Si los efectos de C Un enriquecimiento en los procesos del ecosistema difieren en el tipo de suelo, hay una fuerte razón para esperar que la variación espacial de las respuestas de los ecosistemas a C Un enriquecimiento y consiguientes cambios en el clima 11, 12.
El Dióxido de Carbono Lisímetro Gradiente (LYCOG) instalación fue diseñada para hacer frente a las cuestiones de la variación espacial en las respuestas no lineales y de umbral de los ecosistemas a los niveles C A que van desde ~ 250 a 500 l L -1. LYCOG crea el gradiente prescrito de C A en las comunidades de plantas de pastizales perennes que crecen en suelos que representan a la amplia gama de textura, contenido de N y C, y las propiedades hidrológicas de pastizales en la parte sur de los EE.UU. Llanos Centrales. Series de suelos específicos utilizados en la instalación son de arcilla Houston Negro (32 monolitos), un Vertisol (Udic Haplustert) típico de las tierras bajas; Austin (32 monolitos), un alto carbonate, arcilla limosa Mollisol (Udorthentic Haplustol) típica de las tierras altas; y Bastsil (16 monolitos), un aluvión franco arenoso Alfisol (Udic paleustalf).
El principio operativo empleado en LYCOG es aprovechar la capacidad fotosintética de las plantas a agotar C A partir de parcelas de aire se movían direccionalmente a través de las cámaras cerradas. El objetivo del tratamiento es mantener un gradiente lineal constante durante el día en C A desde 500 a 250 l L -1. Para lograr esto, LYCOG consta de dos cámaras lineales, una cámara de superambient el mantenimiento de la porción de la gradiente desde 500 a 390 (ambiente) l L -1 C A, y una cámara de mantenimiento de la subambiente 390 a 250 l L -1 porción de la gradiente. Las dos cámaras están ubicadas al lado del otro, orientado sobre un eje norte-sur. El gradiente C A se mantiene durante la parte del año en la capacidad fotosintética vegetación es adecuada; típicamente desdefinales de abril hasta principios de noviembre.
Las cámaras contienen sensores e instrumentación necesarias para regular el C Un gradiente, controlar la temperatura del aire (TA), cerca de los valores ambientales, y aplicar cantidades de precipitación uniformes para todos los suelos. Los suelos son monolitos intactas recogidos desde la cercana pradera Blackland instalada en lisímetros de pesada aislados hidrológicamente-instrumentados para determinar todos los componentes del balance hídrico. El agua se aplica en eventos de volumen y el momento de que la aproximación de la estacionalidad de las lluvias y asciende durante un año promedio precipitación. Por lo tanto, LYCOG es capaz de evaluar los efectos a largo plazo de subambiente a superambient C A y el tipo de suelo en función de los ecosistemas de pastizales, incluyendo los presupuestos de agua y carbono.
LYCOG es la tercera generación de C un gradiente de experimentos llevados a cabo por el USDA ARS Pastizales del suelo y el Laboratorio de Investigación del Agua. La primera generación fue un prototipo para subambientegradiente ambiente que estableció la viabilidad del enfoque gradiente de 13 y se hace avanzar nuestra comprensión de las respuestas fisiológicas de nivel de hoja de las plantas para subambiente variación en C A de 14-20. La segunda generación fue una aplicación de campo a gran escala del concepto de perenne C 4 pastizales, con el gradiente extendido a 200-550 l L-1 21. Este experimento de campo a gran escala proporcionó la primera evidencia de que el aumento de la productividad de pastizales con C Un enriquecimiento de mayo saturar cerca de las concentraciones ambientales actuales 20, en parte debido a la disponibilidad de nitrógeno puede limitar la productividad vegetal en superambient C A 22. LYCOG extiende este segundo experimento generación incorporando suelos replicados de diferente textura, lo que permite la prueba robusta para efectos interactivos de los suelos en la C Una respuesta de las comunidades de pastizales.
Protocol
Representative Results
Discussion
La instalación LYCOG logra su objetivo operacional del mantenimiento de un 250 a 500 l L -1 gradiente continuo de las concentraciones de C A en las comunidades de pastizales experimentales establecidas en tres tipos de suelo. El cambio en C A es lineal en el intervalo prescrito. La temperatura del aire aumenta dentro de cada sección, pero se restableció por los serpentines de enfriamiento entre la sección en la mayoría de las secciones. Como resultado de ello, el objetivo operaciona…
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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