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).

1. מונוליתים קרקע אסוף כדי לשמש משקל Lysimeters <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות תיבות פלדה פתוחות מרובע 1 מ &#39;x 1 ב -1.5 מ&#39; עומק מ 8 מ&quot;מ פלדה עבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על התיבות הפתוחות אנכית לתוך האדמה, באמצעות מכבשים הידראוליים רכוב על עוגני סליל נקדח 3 מ &#39;עומק לתוך האדמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחפור מונולית עטופה באמצעות מחפרון או ציוד דומה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרוג צמחייה הקיימת בפסלים על ידי יישום קוטל עשבים הלא שייר, כגון גלייפוסט. </li></ol> 2. הקמת מפעל קהילות במונוליתים קרקע <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צמח מונוליתים עם שמונה שתילים כל אחד משבעה מינים של tallgrass ערבה עשבים וforbs, לצפיפות כוללת של 56 צמחים למטר 2. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li&gt; צמח העשבים הבאים: curtipendula Bouteloua (grama צד-שיבולת שועל), scoparium Schizachyrium (חול- קטן), nutans Sorghastrum (Indiangrass), Tridens albescens (tridens הלבן)]. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צמח Forbs הבא: Azurea מרווה (מרווה כד), canadensis Solidago (שבט זהב קנדה), (bundleflower אילינוי, קטניות) illinoensis Desmanthus. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שתילי צמח בעיצוב כיכר לטיני, מחדש באופן אקראי לכל מונולית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשקות את ההשתלות לכ 2 חודשים הבאים שתילה. המטרה היא למזער את לחץ מים בהקמה ראשונית. להשתמש בכל שיטה נוחה כגון יד או שרביט ממטרת בגינה. תדירות ההשקיה תלויה באקלים מקומי ומזג אוויר, במיוחד את המופע של גשמים סביבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר שלב הקמת השתלה הראשוני, לשמור על ההשתלות תחת גשמים סביבה לכל זמן שיידרש תוך תאים (סעיף3) בנויים. הסר מינים לא רצויים שמופיעים בפסלים בהקמה ביד-לנכש. </li></ol> 3. לשכת עיצוב <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות שני חדרים כל אחד 1.2 מ &#39;רוחב, 1.5 מ&#39; גבוה, ו -60 מ &#39;אורך, מחולק לעשרה חלקים ארוכים 5 מ&#39;. שני קטעים מפלדה כבדה של ממדים 5 MX 1.2 MX 1.6 מ &#39;העומק, נקבר 1.5 מ&#39;. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן ארבעה פסלים בכל קטע, שני פסלים של כל אחד משני סוגי הקרקע, בסדר אקראי. התקן כל מונולית גבי איזון קיבולת 4540 קילוגרם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כוללים פסלי Bastsil בזוגות בסעיפים אפילו ממוספרים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצטרף לחלקים סמוכים מעל פני קרקע עם 1 מ &#39;אורך X 1 מ&#39; רוחב x 0.3 מ &#39;צינור פח גבוה כדי לספק נתיב לזרימת אוויר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נוזל קירור אספקה ​​ב 10 מעלות צלזיוס מיחידת קירור 161.4 כ&quot;ס לסליל קירור בתוך כל צינור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקף צמחייה עם סרט חממה ברור (&quot;. 15 מ&quot;מ / עובי 0.006), כגון שימוש באחרניסויי מניפולציה האקלים 23. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תתאים לכל כיסוי עם פתיחת רוכסן מגובה על ידי דש טיוטה כדי לאפשר גישה לפסלים לדגימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את פוליאתילן מכסה בסוף עונת הגידול. </li></ol></li></ol> 4. CO 2 ומיזוג טמפרטורת מדידה; בקרת טמפרטורה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> C מדגם ותוכן אדי מים, וטמפרטורת אוויר מדד (T) בכניסה והיציאה של כל סעיף 5 מ &#39;ב 20 דקות במרווחים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד את כל דגימות האוויר לCO 2 ותוכן אדי מים בזמן אמת באמצעות מנתחי גז אינפרא אדום על פי הפרוטוקול של היצרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד T בכניסה, נקודת האמצע,יציאת ד של כל קטע עם צמדים תרמיים חוט דקים מוגנים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li></ol> 5. C טיפול יישום <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שְׁעוֹת הַיוֹם <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Advect האוויר המועשר בתאים באמצעות מפוח אוהדים בכניסה לסעיף 1 ובסעיפים במורד הזרם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Maintain C יציאה הרצויה של 390 L μl -1 (אוויר סביבה) על ידי התאמת מהירות המפוח. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להקטין את מפוח המהירות אם יציאת C הוא מעל נקודת הסט. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש באותה הגישה בתא subambient מלבד להציג את האוויר ובקרת סביבה כדי להשיג C יציאה של -1 L 250 μl. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שְׁעַת לַיְלָה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפוך את הכיוון של זרימת אוויר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li></ol></li></ol> 6. תשומות רטיבות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל כמות הגשמים עונת גידול הממוצעת לכל מונולית. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשלוט עיתוי יישום עם נתונים לוגר ולמדוד היקפי יישום עם מדידת זרימה. </li></ol> 7. דגימה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד פרופילים אנכיים של שבועון נפח תכולת מים בקרקע (vSWC) בתקופה של CO 2 שליטה, עם מד הנחתה ניטרונים או בדיקה מתאימה אחרת. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מרווחי פרופיל מומלצים הם מרווחי עומק 20 סנטימטרים לדה מ &#39;1PTH, ותוספת של 50 סנטימטר אחד מתחת 1 מ &#39;. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מונולית מדד מעל פני קרקע פריון נטו עיקרי (ANPP) על ידי איסוף כל ביומסה עילית עומדת בסוף עונת הגידול. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כל ביומסה עילית מוסרת בכל שנה, וכתוצאה מכך עומד ביומסה מייצגת ייצור עיקרי הנוכחי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מיין את ביומסה נדגמו על ידי מינים, יבשים למסה קבועה, ולשקול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש ביומסה של מינים בודדים לכמת תרומות מיני צמחים לANPP. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contribution+of+Working+Group+I+to+the+Fifth+Assessment+Report+of+the+Intergovernmental+Panel+on+Climate+Change.">Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.</a> Climate Change 2013: The Physical Science Basis. , 1535 (2013).</li><li>Gerhart, L. M., Ward, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant+responses+to+low+CO2+of+the+past.">Plant responses to low CO2 of the past.</a> New Phytol. 188 (3), 674-695 (2010).</li><li>Kimball, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cost+comparisons+among+free-air+CO2+enrichment,+open-top+chamber,+and+sunlit+controlled-environment+chamber+methods+of+CO2+exposure.">Cost comparisons among free-air CO2 enrichment, open-top chamber, and sunlit controlled-environment chamber methods of CO2 exposure.</a> Crit. Rev. Plant Sci. 11 (2-3), 265-270 (1992).</li><li>Hendrey, G. R., Lewin, K. F., Nagy, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Free+Air+Carbon+Dioxide+Enrichment:+DevelopmentProgress,+Results.">Free Air Carbon Dioxide Enrichment: DevelopmentProgress, Results.</a> Vegetatio. 104/105 (1), 16-31 (1993).</li><li>Weng, E., Luo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soil+hydrological+properties+regulate+grassland+ecosystem+responses+to+multifactor+global+change:+A+modeling+analysis.">Soil hydrological properties regulate grassland ecosystem responses to multifactor global change: A modeling analysis.</a> J. Geophys. Res. 113 (G3), G03003 (2008).</li><li>Brady, N. C., Weil, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Nature and Properties of Soils. , 960 (2002).</li><li>Jenkinson, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> J. Soil Sci. 28 (3), 424-434 (1977).</li><li>Hassink, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preservation+of+plant+residues+in+soils+differing+in+unsaturated+protective+capacity.">Preservation of plant residues in soils differing in unsaturated protective capacity.</a> Soil Sci. Soc. Am. J. 60 (2), 487-491 (1996).</li><li>Oades, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+retention+of+organic+matter+in+soils.">The retention of organic matter in soils.</a> Biogeochemistry. 5 (1), 35-70 (1988).</li><li>Knapp, A. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Consequences+of+more+extreme+precipitation+regimes+for+terrestrial+ecosystems.">Consequences of more extreme precipitation regimes for terrestrial ecosystems.</a> BioScience. 58 (9), 811-821 (2008).</li><li>Ainsworth, E. A., Long, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> New Phytol. 165 (2), 351-372 (2005).</li><li>Rogers, A., Ainsworth, E. A., Kammann, C. F. A. C. E., Nosberger, J., Long, S. P., Norby, R. J., Stitt, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch+24:+Value:+Perspectives+on+the+Future+of+Free-Air+CO2+Enrichment+Studies.">Ch 24: Value: Perspectives on the Future of Free-Air CO2 Enrichment Studies.</a> Managed Ecosystems and CO2: Case Studies, Processes, and Perspectives. Ecological Studies. 187, 431-449 (2006).</li><li>Mayeux, H. S., Johnson, H. B., Polley, H. W., Dumesnil, M. J., Spanel, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+controlled+environment+chamber+for+growing+plants+across+a+subambient+CO2+gradient.">A controlled environment chamber for growing plants across a subambient CO2 gradient.</a> Funct Ecol. 7 (1), 125-133 (1993).</li><li>Polley, H. W., Johnson, H. B., Mayeux, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+dioxide+and+water+fluxes+of+C3+annuals+and+C4+perennials+at+subambient+CO2+concentrations.">Carbon dioxide and water fluxes of C3 annuals and C4 perennials at subambient CO2 concentrations.</a> Funct Ecol. 6 (6), 693-703 (1992).</li><li>Polley, H. W., Johnson, H. B., Mayeux, H. S., Malone, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiology+and+growth+of+wheat+across+a+subambient+carbon+dioxide+gradient.">Physiology and growth of wheat across a subambient carbon dioxide gradient.</a> Ann. Bot. 71 (4), 347-356 (1993).</li><li>Polley, H. W., Johnson, H. B., Marino, B. D., Mayeux, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increase+in+C3+plant+water-use+efficiency+and+biomass+over+glacial+to+present+CO2+concentrations.">Increase in C3 plant water-use efficiency and biomass over glacial to present CO2 concentrations.</a> Nature. 361 (6407), 61-64 (1993).</li><li>Polley, H. W., Johnson, H. B., Mayeux, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increasing+CO2:+comparative+responses+of+the+C4+grass+Schizachyrium.+and+grassland+invader+Prosopis.">Increasing CO2: comparative responses of the C4 grass Schizachyrium. and grassland invader Prosopis.</a> Ecology. 75 (4), 976-988 (1994).</li><li>Polley, H. W., Johnson, H. B., Mayeux, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitrogen+and+water+requirements+of+C3+plants+grown+at+glacial+to+present+carbon+dioxide+concentrations.">Nitrogen and water requirements of C3 plants grown at glacial to present carbon dioxide concentrations.</a> Funct. Ecol. 9 (1), 86-96 (1995).</li><li>Polley, H. W., Johnson, H. B., Mayeux, H. S., Brown, D. A., White, J. W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Leaf+and+plant+water+use+efficiency+of+C4+species+grown+at+glacial+to+elevated+CO2+concentrations.">Leaf and plant water use efficiency of C4 species grown at glacial to elevated CO2 concentrations.</a> Int. J. Plant Sci. 157 (2), 164-170 (2012).</li><li>Polley, H. W., Johnson, H. B., Derner, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increasing+CO2+from+subambient+to+superambient+concentrations+alters+species+composition+and+increases+above-ground+biomass+in+a+C3/C4+grassland.">Increasing CO2 from subambient to superambient concentrations alters species composition and increases above-ground biomass in a C3/C4 grassland.</a> New Phytol. 160 (2), 319-327 (2003).</li><li>Johnson, H. B., Polley, H. W., Whitis, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elongated+chambers+for+field+studies+across+atmospheric+CO2+gradients.">Elongated chambers for field studies across atmospheric CO2 gradients.</a> Funct. Ecol. 14 (3), 388-396 (2000).</li><li>Gill, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonlinear+grassland+responses+to+past+and+future+atmospheric+CO2.">Nonlinear grassland responses to past and future atmospheric CO2.</a> Nature. 417 (6886), 279-282 (2002).</li><li>Fay, P. A., Carlisle, J. D., Knapp, A. K., Blair, J. M., Collins, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Productivity+responses+to+altered+rainfall+patterns+in+a+C4-dominated+grassland.">Productivity responses to altered rainfall patterns in a C4-dominated grassland.</a> Oecologia. 137 (2), 245-251 (2003).</li><li>Miglietta, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+and+temporal+performance+of+the+miniface+(free+air+CO2+enrichment)+system+on+bog+ecosystems+in+northern+and+central+Europe.">Spatial and temporal performance of the miniface (free air CO2 enrichment) system on bog ecosystems in northern and central Europe.</a> Environmental Monitoring and Assessment. 66 (2), 107-127 (2001).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

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 &#39;-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 &#39;, 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 </sub&gt; משיכה. זו נפתרה על ידי המרה כוללת של 20 פסלים שנבחרו מתוך סדרת אדמת יוסטון ואוסטין לmonocultures של קליפות, 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.

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 &#39;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&quot;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.

<table><tbody><tr><td>Dataloggers, multiplexers</td><td>Campell Scientific, Logan, UT, USA</td><td>CR-7, CR-10, CR-21X, SDM-A04, SDM-CD16AC, AM25T</td><td></td></tr><tr><td>Thermocouples: Copper-constantan</td><td>Omega Engineering, Inc., Stamford, CT, USA</td><td>TT-T-40-SLE, TT-T-24-SLE</td><td></td></tr><tr><td>Quantum sensor</td><td>Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE, USA</td><td>LI-190SB</td><td></td></tr><tr><td>CO2/H2O analyzer</td><td>Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE, USA</td><td>LI-7000</td><td></td></tr><tr><td>Lysimeter scales</td><td>Avery Weigh-Tronix, Houston, TX, USA</td><td>DSL-3636-10</td><td></td></tr><tr><td>Air sampling pump</td><td>Grace Air Components, Houston, TX, USA</td><td>VP 0660</td><td></td></tr><tr><td>Dew-point generator</td><td>Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE, USA</td><td>LI-610</td><td></td></tr><tr><td>Cold water chiller</td><td>AEC Application Engineering, Wood Dale, IL, USA</td><td>CCOA-50</td><td></td></tr><tr><td>Chilled water flow control values</td><td>Belimo Air Controls, Danbury, CT, USA</td><td>LRB24-SR</td><td></td></tr><tr><td>Chilled-water cooling coils</td><td>Coil Company, Paoli, PA, USA</td><td>WC12-C14-329-SCA-R</td><td></td></tr><tr><td>Carbon dioxide refrigerated liquid</td><td>Temple Welding Supply, Temple, TX, USA</td><td>UN2187</td><td></td></tr><tr><td>Polyethylene film</td><td>AT Plastics, Toronto, ON, Canada</td><td>Dura-film Super Dura 4</td><td></td></tr><tr><td>Blower motor/controller</td><td>Dayton Electric, Lake Forest, IL, USA</td><td>2M168C/4Z829</td><td></td></tr><tr><td>Solenoids</td><td>Industrial Automation, Cornelius, NC, USA</td><td>U8256B046V-12/DC</td><td></td></tr><tr><td>Leachate collection pump</td><td>Gast Manufacturing, Benton Harbor, MI, USA</td><td>0523-V191Q-G588DX</td><td></td></tr></tbody></table>

a co2 concentration gradient facility for testing co2 enrichment and soil effects on grassland ecosystem function

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.

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 &#39;-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 &#39;לכל 100 -2 μl L -1 של CO 2 (R 2 = 0.55, p &lt;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 &#39;-2 לכל 100 μl L -1 עלייה בC (R 2 = 0.40, p = 0.005). לעומת זאת, ס &#39; nutans צבר רק 100 גרם -1 לכל 100 μl L -1 עלייה בC על אדמת החרסית הבוצית (R 2 = 0.50, p &lt;0.0001), בעוד ש &#39; 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 &#39; curtipendula היה הדשא הדומיננטי בריכוזים C subambient אבל ירד חזק ביותר עם ​​C העשרה על אדמת החרסית הבוצית (69 -2 גר &#39;, לכל 100 ליטר μl -1 עלייה בC; R 2 = 0.36, p &lt;0.008), ירד פחות חזק על אדמת החמרה החולית (44 -2 גר &#39; </sup&gt;, לכל 100 ליטר μl -1 העלייה בC; R 2 = 0.36, p = 0.008), ולא להשתנות עם C העשרה על אדמת החרסית (p = 0.46). <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53151/53151fig1.jpg" /> 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. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53151/53151fig2.jpg" /> איור 2. מיקרו לאורך C </stRong&gt; 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. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53151/53151fig3.jpg" /> 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. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53151/53151fig4.jpg" /> 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.

Watch this Scientific Journal Video about A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function at JoVE.com

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

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.

CO<sub&gt; 2</sub&gt; מתקן מפל ריכוזים לבדיקה CO<sub&gt; 2</sub&gt; העשרה וקרקע השפעות על תפקוד המערכת האקולוגית גראסלאנד

Continuing increases in atmospheric carbon dioxide concentrations (CA) mandate techniques for examining impacts on terrestrial ecosystems. Most ...

a-co2-concentration-gradient-facility-for-testing-co2-enrichment-soil

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Environment

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

11.4K Views.  Grassland Soil and Water Research Laboratory.  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. 

Video: A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

High-throughput Fluorometric Measurement of Potential Soil Extracellular Enzyme Activities

Microbes in soils and other environments produce extracellular enzymes to depolymerize and hydrolyze organic macromolecules so that they can be assimilated for energy and nutrients. Measuring soil microbial enzyme activity is crucial in understanding soil ecosystem functional dynamics. The general concept of the fluorescence enzyme assay is that synthetic C-, N-, or P-rich substrates bound with a fluorescent dye are added to soil samples. When intact, the labeled substrates do not fluoresce. Enzyme activity is measured as the increase in fluorescence as the fluorescent dyes are cleaved from their substrates, which allows them to fluoresce. Enzyme measurements can be expressed in units of molarity or activity. To perform this assay, soil slurries are prepared by combining soil with a pH buffer. The pH buffer (typically a 50 mM sodium acetate or 50 mM Tris buffer), is chosen for the buffer&#39;s particular acid dissociation constant (pKa) to best match the soil sample pH. The soil slurries are inoculated with a nonlimiting amount of fluorescently labeled (i.e. C-, N-, or P-rich) substrate. Using soil slurries in the assay serves to minimize limitations on enzyme and substrate diffusion. Therefore, this assay controls for differences in substrate limitation, diffusion rates, and soil pH conditions; thus detecting potential enzyme activity rates as a function of the difference in enzyme concentrations (per sample).
Fluorescence enzyme assays are typically more sensitive than spectrophotometric (i.e. colorimetric) assays,&#160;but can suffer from interference caused by impurities and the instability of many fluorescent compounds when exposed to light; so caution is required when handling fluorescent substrates. Likewise, this method only assesses potential enzyme activities under laboratory conditions when substrates are not limiting. Caution should be used when interpreting the data representing cross-site comparisons with differing temperatures or soil types, as in situ soil type and temperature can influence enzyme kinetics.

To measure potential rates of soil extracellular enzyme activities, synthetic substrates that are bound to a fluorescent dye are added to soil samples. Enzyme activity is measured as the fluorescent dye is released from the substrate by an enzyme-catalyzed reaction, where higher fluorescence indicates more substrate degradation.

תפוקה גבוהה fluorometric מדידה של קרקע פוטנציאלית פעילויות אנזים תאיות

Microbes in soils and other environments produce extracellular enzymes to depolymerize and hydrolyze organic macromolecules so that they can be ...

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes and soil organic matter formation to small-scale stable-isotope biomarker probing. Coupling multiple stable isotopes such as 13C with 15N, 18O or&#160;2H has the potential to reveal even more information about complex stoichiometric relationships during biogeochemical transformations. Isotope labeled plant material has been used in various studies of litter decomposition and soil organic matter formation1-4. From these and other studies, however, it has become apparent that structural components of plant material behave differently than metabolic components (i.e. leachable low molecular weight compounds) in terms of microbial utilization and long-term carbon storage5-7. The ability to study structural and metabolic components separately provides a powerful new tool for advancing the forefront of ecosystem biogeochemical studies. Here we describe a method for producing 13C and 15N labeled plant material that is either uniformly labeled throughout the plant or differentially labeled in structural and metabolic plant components.
Here, we present the construction and operation of a continuous 13C and 15N labeling chamber that can be modified to meet various research needs. Uniformly labeled plant material is produced by continuous labeling from seedling to harvest, while differential labeling is achieved by removing the growing plants from the chamber weeks prior to harvest. Representative results from growing Andropogon gerardii Kaw demonstrate the system&#39;s ability to efficiently label plant material at the targeted levels. Through this method we have produced plant material with a 4.4 atom%13C and 6.7 atom%15N uniform plant label, or material that is differentially labeled by up to 1.29 atom%13C and 0.56 atom%15N in its metabolic and structural components (hot water extractable and hot water residual components, respectively). Challenges lie in maintaining proper temperature, humidity, CO2 concentration,&#160;and light levels in an airtight 13C-CO2 atmosphere for successful plant production. This chamber description represents a useful research tool to effectively produce uniformly or differentially multi-isotope labeled plant material for use in experiments on ecosystem biogeochemical cycling.

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

This method explains how to build and operate a continuous 13C and 15N isotope labeling chamber for uniform or differential plant tissue labeling. Representative results from metabolic and structural labeling of Andropogon gerardii are discussed.

עיצוב והפעלה של רציף<sup&gt; 13</sup&gt; C ו<sup&gt; 15</sup&gt; N תיוג הלשכה לאחיד או דיפרנציאלי, מטבולית ומבנית, צמח איזוטופ תיוג

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers

Measurement of greenhouse gas (GHG) fluxes between the soil and the atmosphere, in both managed and unmanaged ecosystems, is critical to understanding the biogeochemical drivers of climate change and to the development and evaluation of GHG mitigation strategies based on modulation of landscape management practices. The static chamber-based method described here is based on trapping gases emitted from the soil surface within a chamber and collecting samples from the chamber headspace at regular intervals for analysis by gas chromatography. Change in gas concentration over time is used to calculate flux. This method can be utilized to measure landscape-based flux of carbon dioxide, nitrous oxide, and methane, and to estimate differences between treatments or explore system dynamics over seasons or years. Infrastructure requirements are modest, but a comprehensive experimental design is essential. This method is easily deployed in the field, conforms to established guidelines, and produces data suitable to large-scale GHG emissions studies.

This article showcases the static chamber-based method for measurement of greenhouse gas flux from soil systems. With relatively modest infrastructure investments, measurements may be obtained from multiple treatments/locations and over timeframes ranging from hours to years.

מדידה של שטף גזי חממה מקרקעות חקלאיות באמצעות לשכות סטטי

Measurement of greenhouse gas (GHG) fluxes between the soil and the atmosphere, in both managed and unmanaged ecosystems, is critical to understanding the ...

Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses

A method is described which uses the absence of radiocarbon in industrial chemicals and fuels made from petroleum feedstocks which frequently contaminate the environment. This radiocarbon signal &#8212; or rather the absence of signal &#8212; is evenly distributed throughout a contaminant source pool (unlike an added tracer) and is not impacted by biological, chemical or physical processes (e.g., the 14C radioactive decay rate is immutable). If the fossil-derived contaminant is fully degraded to CO2, a harmless end-product, that CO2 will contain no radiocarbon. CO2 derived from natural organic matter (NOM) degradation will reflect the NOM radiocarbon content (usually &#60;30,000 years old). Given a known radiocarbon content for NOM (a site background), a two end-member mixing model can be used to determine the CO2 derived from a fossil source in a given soil gas or groundwater sample. Coupling the percent CO2 derived from the contaminant with the CO2 respiration rate provides an estimate for the total amount of contaminant degraded per unit time. Finally, determining a zone of influence (ZOI) representing the volume from which site CO2 is collected allows determining the contaminant degradation per unit time and volume. Along with estimates for total contaminant mass, this can ultimately be used to calculate time-to-remediate or otherwise used by site managers for decision-making.

Measuring Carbon-based Contaminant Mineralization Using Combined CO2 Flux and Radiocarbon Analyses

A protocol is described wherein CO2 mineralized from organic contaminant (derived from petroleum feedstocks) biodegradation is trapped, quantified, and analyzed for 14C content. A model is developed to determine CO2 capture zone's spatial extent. Spatial and temporal measurements allow integrating contaminant mineralization rates for predicting remediation extent and time.

פחמן מבוסס מדידת מינרליזציה מזהם שימוש המשולב CO<sub&gt; 2</sub&gt; ניתוח שטף ו פחמן רדיואקטיבי

A method is described which uses the absence of radiocarbon in industrial chemicals and fuels made from petroleum feedstocks which frequently contaminate ...

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

This protocol is an example of utilizing the eddy covariance (EC) technique to investigate spatially and temporally averaged net CO2 fluxes (net ecosystem production, NEP), in non-typical ecosystems, on a currently reforested windthrow area in Poland. After a tornado event, a relatively narrow &#8220;corridor&#8221; was created within surviving forest stands, which complicates such kind of experiments. The application of other measuring techniques, such as the chamber method, is even more difficult under these circumstances, because especially at the beginning, fallen trees and in general great heterogeneity of the site provide a challenging platform to perform flux measurements and then to properly upscale obtained results. In comparison with standard EC measurements carried out in untouched forests, the case of windthrow areas requires special consideration when it comes to the site location and data analysis in order to ensure their representativeness. Therefore, here we present a protocol of real-time, continuous CO2 flux measurements at a dynamically changing, non-ideal EC site, which includes (1) site location and instrumentation setup, (2) flux computation, (3) rigorous data filtering and quality control, and (4) gap filling and net fluxes partitioning into CO2 respiration and absorption. The main advantage of the described methodology is that it provides a detailed description of the experimental setup and measurement performance from scratch, which can be applied to other spatially limited ecosystems. It can also be viewed as a list of recommendations on how to deal with unconventional site operation, providing a description for non-specialists. Obtained quality-checked, gap filled, half-hour values of net CO2, as well as absorption and respiration fluxes, can be finally aggregated into daily, monthly, seasonal or annual totals.

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

The presented protocol uses the eddy covariance method at non-typical locations, applicable to all types of short-canopy ecosystems with limited area, on a currently reforested windthrow site in Poland. Details of measuring site setup rules, flux calculations and quality control, and final result analysis, are described.

מדידות של CO2 פלוסים באתרים לא אידיאליים של אדי השונות המשותפת

This protocol is an example of utilizing the eddy covariance (EC) technique to investigate spatially and temporally averaged net CO2 fluxes (net ecosystem ...

Coupling Carbon Capture from a Power Plant with Semi-automated Open Raceway Ponds for Microalgae Cultivation

In the United States, 35% of the total carbon dioxide (CO2) emissions come from the electrical power industry, of which 30% represent natural gas electricity generation. Microalgae can biofix CO2 10 to 15 times faster than plants and convert algal biomass to products of interest, such as biofuels. Thus, this study presents a protocol that demonstrates the potential synergies of microalgae cultivation with a natural gas power plant situated in the southwestern United States in a hot semi-arid climate. State-of-the-art technologies are used to enhance carbon capture and utilization via the green algal species Chlorella sorokiniana, which can be further processed into biofuel. We describe a protocol involving a semi-automated open raceway pond and discuss the results of its performance when it was tested at the Tucson Electric Power plant, in Tucson, Arizona. Flue gas was used as the main carbon source to control pH, and Chlorella sorokiniana was cultivated. An optimized medium was used to grow the algae. The amount of CO2 added to the system as a function of time was closely monitored. Additionally, other physicochemical factors affecting algal growth rate, biomass productivity, and carbon fixation were monitored, including optical density, dissolved oxygen (DO), electroconductivity (EC), and air and pond temperatures. The results indicate that a microalgae yield of up to 0.385 g/L ash-free dry weight is attainable, with a lipid content of 24%. Leveraging synergistic opportunities between CO2 emitters and algal farmers can provide the resources required to increase carbon capture while supporting the sustainable production of algal biofuels and bioproducts.

A protocol is described to utilize the carbon dioxide in natural gas power plant flue gas to cultivate microalgae in open raceway ponds. Flue gas injection is controlled with a pH sensor, and microalgae growth is monitored with real time measurements of optical density.

צימוד לכידת פחמן מתחנת כוח עם בריכות מסלול מרוץ פתוחות אוטומטיות למחצה לגידול מיקרו-אצות

In the United States, 35% of the total carbon dioxide (CO2) emissions come from the electrical power industry, of which 30% represent natural gas ...

Monitoring Pedogenic Inorganic Carbon Accumulation Due to Weathering of Amended Silicate Minerals in Agricultural Soils.

The present study aims to demonstrate a systematic procedure for monitoring inorganic carbon induced by enhanced weathering of comminuted rocks in agricultural soils. To this end, the core soil samples taken at different depth (including 0-15 cm, 15-30 cm, and 30-60 cm profiles) are collected from an agriculture field, the topsoil of which has already been enriched with an alkaline earth metal silicate containing mineral (such as wollastonite). After transporting to the laboratory, the soil samples are air-dried and sieved. Then, the inorganic carbon content of the samples is determined by a volumetric method called calcimetry. The representative results presented herein showed five folded increments of inorganic carbon content in the soils amended with the Ca-silicate compared to control soils. This compositional change was accompanied by more than 1 unit of pH increase in the amended soils, implying high dissolution of the silicate. Mineralogical and morphological analyses, as well as elemental composition, further corroborate the increase in the inorganic carbon content of silicate-amended soils. The sampling and analysis methods presented in this study can be adopted by researchers and professionals looking to trace pedogenic inorganic carbon changes in soils and subsoils, including those amended with other suitable silicate rocks such as basalt and olivine. These methods can also be exploited as tools for verifying soil inorganic carbon sequestration by private and governmental entities to certify and award carbon credits.

The verification method described here is adaptable for monitoring pedogenic inorganic carbon sequestration in various agricultural soils amended with alkaline earth metal silicate-containing rocks, such as wollastonite, basalt, and olivine. This type of validation is essential for carbon credit programs, which can benefit farmers that sequester carbon in their fields.

ניטור הצטברות פחמן אנאורגנית פדוגנית עקב בליה של מינרלים סיליקט מתוקן בקרקעות חקלאיות.

The present study aims to demonstrate a systematic procedure for monitoring inorganic carbon induced by enhanced weathering of comminuted rocks in ...

<meta charset="utf8"></head><body>מידול נישות מתאנוטרופ – המערכת האקולוגית של מודל מזרקי השיפוע

Agarose-Based Model Ecosystem for Cultivating Methanotrophs in a Methane-Oxygen Counter Gradient

Aerobic methane-oxidizing bacteria, known as methanotrophs, serve important roles in biogeochemical cycling. Methanotrophs occupy a specific environmental niche within methane-oxygen counter gradients found in soils and sediments, which influences their behavior on an individual and community level. However, conventional methods to study the physiology of these greenhouse gas-mitigating microorganisms often use homogeneous planktonic cultures, which do not accurately represent the spatial and chemical gradients found in the environment. This hinders scientists' understanding of how these bacteria behave in situ. Here, a simple, inexpensive model ecosystem called the gradient syringe is described, which uses semi-solid agarose to recreate the steep methane-oxygen counter gradients characteristic of methanotrophs' natural habitats. The gradient syringe allows for the cultivation of methanotrophic strains and the enrichment of mixed methane-oxidizing consortia from environmental samples, revealing phenotypes only visible in this spatially resolved context. This protocol also reports various biochemical assays that have been modified to be compatible with the semi-solid agarose matrix, which may be valuable to researchers culturing microorganisms within other agarose-based systems.

<meta charset="utf8"></head><body>מחבר זרקור: תכנון טכניקות פשוטות וזולות לגידול חיידקים מחמצני מתאן במעבדה

A protocol is described for preparing a simple model ecosystem that recreates the methane-oxygen counter gradient found in the natural habitat of aerobic methane-oxidizing bacteria, enabling the study of their physiology in a spatially resolved context. Modifications to common biochemical assays for use with the agarose-based model ecosystem are also described.

מודל אקולוגי מבוסס אגרוז לטיפוח מתאנוטרופים בשיפוע מונה מתאן-חמצן

Aerobic methane-oxidizing bacteria, known as methanotrophs, serve important roles in biogeochemical cycling. Methanotrophs occupy a specific environmental ...

CO

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

תפוקה גבוהה fluorometric מדידה של קרקע פוטנציאלית פעילויות אנזים תאיות

עיצוב והפעלה של רציף

מדידה של שטף גזי חממה מקרקעות חקלאיות באמצעות לשכות סטטי

פחמן מבוסס מדידת מינרליזציה מזהם שימוש המשולב CO

מדידות של CO₂ פלוסים באתרים לא אידיאליים של אדי השונות המשותפת

צימוד לכידת פחמן מתחנת כוח עם בריכות מסלול מרוץ פתוחות אוטומטיות למחצה לגידול מיקרו-אצות

ניטור הצטברות פחמן אנאורגנית פדוגנית עקב בליה של מינרלים סיליקט מתוקן בקרקעות חקלאיות.

מודל אקולוגי מבוסס אגרוז לטיפוח מתאנוטרופים בשיפוע מונה מתאן-חמצן

מודל אקולוגי מבוסס אגרוז לטיפוח מתאנוטרופים בשיפוע מונה מתאן-חמצן

מודל אקולוגי מבוסס אגרוז לטיפוח מתאנוטרופים בשיפוע מונה מתאן-חמצן