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

Google

Research

JoVE Journal

Environment

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

11.3K 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

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 ...

Design and Construction of an Urban Runoff Research Facility

As the urban population increases, so does the area of irrigated urban landscape. Summer water use in urban areas can be 2-3x winter base line water use due to increased demand for landscape irrigation. Improper irrigation practices and large rainfall events can result in runoff from urban landscapes which has potential to carry nutrients and sediments into local streams and lakes where they may contribute to eutrophication. A 1,000 m2 facility was constructed which consists of 24 individual 33.6 m2 field plots, each equipped for measuring total runoff volumes with time and collection of runoff subsamples at selected intervals for quantification of chemical constituents in the runoff water from simulated urban landscapes. Runoff volumes from the first and second trials had coefficient of variability (CV) values of 38.2 and 28.7%, respectively. CV values for runoff pH, EC, and Na concentration for both trials were all under 10%. Concentrations of DOC, TDN, DON, PO4-P, K+, Mg2+, and Ca2+ had CV values less than 50% in both trials. Overall, the results of testing performed after sod installation at the facility indicated good uniformity between plots for runoff volumes and chemical constituents. The large plot size is sufficient to include much of the natural variability and therefore provides better simulation of urban landscape ecosystems.

This paper describes the design, construction, and function of a 1,000 m2 facility containing 24 individual 33.6 m2 field plots equipped for measuring total runoff volumes with time and collection of runoff subsamples at selected intervals for quantification of chemical constituents in the runoff water from simulated home lawns.

עיצוב ובנייה של מתקן מחקר ניגר עירוני

As the urban population increases, so does the area of irrigated urban landscape. Summer water use in urban areas can be 2-3x winter base line water use ...

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 ...

A Protocol for Collecting and Constructing Soil Core Lysimeters

Leaching of nutrients from land applied fertilizers and manure used in agriculture can lead to accelerated eutrophication of surface water. Because the landscape has complex and varied soil morphology, an accompanying disparity in flow paths for leachate through the soil macropore and matrix structure is present. The rate of flow through these paths is further affected by antecedent soil moisture. Lysimeters are used to quantify flow rate, volume of water and concentration of nutrients leaching downward through soils. While many lysimeter designs exist, accurately determining the volume of water and mass balance of nutrients is best accomplished with bounded lysimeters that leave the natural soil structure intact. 
Here we present a detailed method for the extraction and construction of soil core lysimeters equipped with soil moisture sensors at 5 cm and 25 cm depths. Lysimeters from four different Coastal Plain soils (Bojac, Evesboro, Quindocqua and Sassafras) were collected on the Delmarva Peninsula and moved to an indoor climate controlled facility. Soils were irrigated once weekly with the equivalent of 2 cm of rainfall to draw down soil nitrate-N concentrations. At the end of the draw down period, poultry litter was applied (162 kg TN ha-1) and leaching was resumed for an additional five weeks. Total recovery of applied irrigation water varied from 71% to 85%. Nitrate-N concentration varied over the course of the study from an average of 27.1 mg L-1 before litter application to 40.3 mg L-1 following litter application. While greatest flux of nutrients was measured in soils dominated by coarse sand (Sassafras) the greatest immediate flux occurred from the finest textured soil with pronounced macropore development (Quindocqua).

A detailed method for extraction and assembly of intact soil core lysimeters and their use for study of leachate and associated loss of nutrients from surface applied poultry litter is demonstrated.

פרוטוקול Lysimeters Core קרקע איסוף הבנייה

Leaching of nutrients from land applied fertilizers and manure used in agriculture can lead to accelerated eutrophication of surface water. Because the ...

Soil Lysimeter Excavation for Coupled Hydrological, Geochemical, and Microbiological Investigations

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled Earth-system processes. Such knowledge is imperative in improving predictions of hydro-biogeochemical cycles, especially under climate change scenarios. We present an experimental method, designed to capture sub-surface heterogeneity of an initially homogeneous soil system. This method is based on destructive sampling of a soil lysimeter designed to simulate a small-scale hillslope. A weighing lysimeter of one cubic meter capacity was divided into sections (voxels) and was excavated layer-by-layer, with sub samples being collected from each voxel. The excavation procedure was aimed at detecting the incipient heterogeneity of the system by focusing on the spatial assessment of hydrological, geochemical, and microbiological properties of the soil. Representative results of a few physicochemical variables tested show the development of heterogeneity. Additional work to test interactions between hydrological, geochemical, and microbiological signatures is planned to interpret the observed patterns. Our study also demonstrates the possibility of carrying out similar excavations in order to observe and quantify different aspects of soil-development under varying environmental conditions and scale.

This study presents an excavation method for investigating subsurface hydrological, geochemical, and microbiological heterogeneity of a soil lysimeter. The lysimeter simulates an artificial hillslope which was initially under homogeneous condition and had been subjected to approximately 5,000 mm of water over eight cycles of irrigation in an 18-month period.

חפירה באדמה Lysimeter עבור ההידרולוגי מצמידים, גיאוכימיות, וחקירות מיקרוביולוגיות

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled ...

Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions

A rheometer system to measure the rheology of crude oil in equilibrium with carbon dioxide (CO2) at high temperatures and pressures is described. The system comprises a high-pressure rheometer which is connected to a circulation loop. The rheometer has a rotational flow-through measurement cell with two alternative geometries: coaxial cylinder and double gap. The circulation loop contains a mixer, to bring the crude oil sample into equilibrium with CO2, and a gear pump that transports the mixture from the mixer to the rheometer and recycles it back to the mixer. The CO2 and crude oil are brought to equilibrium by stirring and circulation and the rheology of the saturated mixture is measured by the rheometer. The system is used to measure the rheological properties of Zuata crude oil (and its toluene dilution) in equilibrium with CO2 at elevated pressures up to 220 bar and a temperature of 50 &#176;C. The results show that CO2 addition changes the oil rheology significantly, initially reducing the viscosity as the CO2 pressure is increased and then increasing the viscosity above a threshold pressure. The non-Newtonian response of the crude is also seen to change with the addition of CO2.

Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions

A method for measuring the rheology of crude oil in equilibrium with carbon dioxide at reservoir conditions is presented.

מדידה של ראולוגיה של נפט גולמי שיווי משקל עם CO<sub&gt; 2</sub&gt; בתנאים מאגר

A rheometer system to measure the rheology of crude oil in equilibrium with carbon dioxide (CO2) at high temperatures and pressures is described. The ...

Measuring and Mapping Patterns of Soil Erosion and Deposition Related to Soil Carbonate Concentrations Under Agricultural Management

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes in elevation are related to changes in near-surface soil carbonate (CaCO3) profiles. The objective is to describe a simple conceptual model and detailed protocol for repeatable field and laboratory measurements of these quantities. Here, accurate elevation is measured using a ground-based differential global positioning system (GPS); other data acquisition methods could be applied to the same basic method. Soil samples are collected from prescribed depth intervals and analyzed in the lab using an efficient and precise modified pressure-calcimeter method for quantitative analysis of inorganic carbon concentration. Standard statistical methods are applied to point data, and representative results show significant correlations between changes in soil surface layer CaCO3 and changes in elevation consistent with the conceptual model; CaCO3 generally decreased in depositional areas and increased in erosional areas. Maps are derived from point measurements of elevation and soil CaCO3 to aid analyses. A map of erosional and depositional patterns at the study site, a rain-fed winter wheat field cropped in alternating wheat-fallow strips, shows the interacting effects of water and wind erosion affected by management and topography. Alternative sampling methods and depth intervals are discussed and recommended for future work relating soil erosion and deposition to soil CaCO3.

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes in elevation are related to changes in near-surface soil carbonates. Repeatable methods for field and laboratory measurements of these quantities and data analysis methods are described here.

מדידה ומיפוי דפוסים של סחף אדמה ומשקעים הקשורים אדמה ריכוזים קרבונט תחת ניהול חקלאיים

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes ...

Wastewater Irrigation Impacts on Soil Hydraulic Conductivity: Coupled Field Sampling and Laboratory Determination of Saturated Hydraulic Conductivity

Since the early 1960s, an alternative wastewater discharge practice at The Pennsylvania State University has been researched and its impacts monitored. Rather than discharging treated wastewater to a stream, and thereby directly impacting the stream quality, the effluent is applied to forested and cropped land managed by the University. Concerns related to reductions in soil hydraulic conductivity occur when considering wastewater reuse. The methodology described in this manuscript, matching soil sample size with the size of the laboratory-based hydraulic conductivity measurement apparatus, provides the benefits of a relatively rapid collection of samples with the benefits of controlled laboratory boundary conditions. The results suggest that there may have been some impact of wastewater reuse on the soil&#39;s ability to transmit water at deeper depths in the depressional areas of the site. Most of the reductions in the soil hydraulic conductivity in the depressions appear to be related to the depth from which the sample was collected, and by inference, associated with the soil structural and textural differences.

Here we present a methodology which matches a soil sample size and a hydraulic conductivity measurement device to prevent the so-called wall flow along the inside of the soil container from being erroneously included in water flow measurements. Its use is demonstrated with samples collected from a wastewater irrigation site.

שפכים השפעות השקיה על אדמת מוליכות הידראולית: מצמידים שדה דגימה ונחישות מעבדה של רוויה מוליכות הידראולית

Since the early 1960s, an alternative wastewater discharge practice at The Pennsylvania State University has been researched and its impacts monitored. ...

Evaluating Dryocosmus Kuriphilus-induced Damage on Castanea Sativa

Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu has become a major pest for Castaneasativa since its arrival in Europe. Its galling activity results in the formation of different gall types and prevents the development of normal shoots. Repeated and uncontrolled attacks cause, besides the production of galls and the attendant gall-related reduction in leaf area, progressive corruption of the branch architecture, including the death of branch parts, and an increase in dormant bud activation. Thus far, there have been few attempts to quantify branch architecture damage. Further, the different methods for assessing infestation degree (MAID) that have been developed focus only on the galls' presence and abundance.
Using the leaf area to sapwood area relationship as a green biomass indicator, we developed in a previous study a damage composite index (DCI) that takes into account the most important branch architectural features, allowing for realistic damage assessment during the entire epidemic process. 
The aim of this study is to present this novel method and highlight differences in the damage description with respect to other broadly used indices. Results show how the DCI depicts branch damage better, especially during the epidemic peak, compared to MAID, which tend to underestimate it. We conclude by suggesting how to properly evaluate the overall impact of the pest by means of our composite damage index, the infestation degree using classic methods, and crown transparency evaluations.

Evaluating Dryocosmus Kuriphilus-induced Damage on Castanea Sativa

It is common practice to assess the damage caused by Dryocosmus kuriphilus by considering the abundance of galls alone rather than by also taking related branch corruption into consideration. We propose a composite damage index that takes into account the most important branch features, thus enabling more realistic damage assessment.

הערכת Dryocosmus Kuriphilus-induced נזק על ערמון

Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu has become a major pest for Castaneasativa since its arrival in Europe. Its galling activity results in the formation of ...

A Uniaxial Compression Experiment with CO2-Bearing Coal Using a Visualized and Constant-Volume Gas-Solid Coupling Test System

Injecting carbon dioxide (CO2) into a deep coal seam is of great significance for reducing the concentration of greenhouse gases in the atmosphere and increasing the recovery of coalbed methane. A visualized and constant-volume gas-solid coupling system is introduced here to investigate the influence of CO2 sorption on the physical and mechanical properties of coal. Being able to keep a constant volume and monitor the sample using a camera, this system offers the potential to improve instrument accuracy and analyze fracture evolution with a fractal geometry method. This paper provides all steps to perform a uniaxial compression experiment with a briquette sample in different CO2 pressures with the gas-solid coupling test system. A briquette, cold-pressed by raw coal and sodium humate cement, is loaded in high-pressure CO2, and its surface is monitored in real-time using a camera. However, the similarity between the briquette and the raw coal still needs improvement, and a flammable gas such as methane (CH4) cannot be injected for the test. The results show that CO2 sorption leads to peak strength and elastic modulus reduction of the briquette, and the fracture evolution of the briquette in a failure state indicates fractal characteristics. The strength, elastic modulus, and fractal dimension are all correlated with CO2 pressure but not with a linear correlation. The visualized and constant-volume gas-solid coupling test system can serve as a platform for experimental research about rock mechanics considering the multifield coupling effect.

A Uniaxial Compression Experiment with CO2-Bearing Coal Using a Visualized and Constant-Volume Gas-Solid Coupling Test System

This protocol demonstrates how to prepare a briquette sample and conduct a uniaxial compression experiment with a briquette in different CO2 pressures using a visualized and constant-volume gas-solid coupling test system. It also aims to investigate changes in terms of coal&#8217;s physical and mechanical properties induced by CO2 adsorption.

הניסוי דחיסה Uniaxial עם שיתוף2-הנושאת פחם באמצעות דמיינו ובאופן קבוע נפח גז-מוצק צימוד מערכת בדיקה

Injecting carbon dioxide (CO2) into a deep coal seam is of great significance for reducing the concentration of greenhouse gases in the atmosphere and ...