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. 수집 토양 모노리스 Lysimeters 무게로 사용되는 <ol><li> 깊이 1.5 미터 (8)에서 mm 두께의 강철로 개방형 강철 상자 1 × 1m 광장을 구축합니다. </li><li> 유압 프레스를 사용하여, 수직으로 토양에 개방형 상자를 눌러 깊은 토양에 3m를 드릴 나선형 앵커에 장착. </li><li> 백호 또는 이와 유사한 장비를 사용 쌌다 모노리스를 발굴. </li><li> 모노리스의 기지에서 토양과 접촉하는 섬유 유리 심지를 놓습니다. 모노리스 드레인 10 L 저류으로 강 기재 통해 심지를 통과 한 후 상자의 바닥에 강 기재 용접. </li><li> 등의 글 리포 세이트와 같은 비 잔류 제초제를 적용하여 모노리스의 기존 식물을 죽여. </li></ol> 2. 토양 모노리스에 공장 커뮤니티 구축 <ol><li> 공장 여덟 모종 사라졌고의 일곱 종의 각각 모노리스는 평방 미터 당 56 식물의 총 밀도, 잔디 및 forbs 대초원. <ol><li&gt; 공장 다음 잔디 : Bouteloua의 curtipendula (측면 귀리 미국 서부 및 서남부에서 자라는 목초), Schizachyrium의 scoparium (작은 bluestem), Sorghastrum의 nutans (Indiangrass), Tridens albescens (흰색 tridens)]. </li><li> 다음 Forbs 공장 : 샐비어 azurea (투수 세이지), Solidago canadensis에 (캐나다 조색), Desmanthus illinoensis (일리노이 bundleflower, 콩과의 식물). </li></ol></li><li> 라틴 사각형 디자인에 식물 모종, 각 모노리스에 대해 다시 무작위. </li><li> 심기 다음 약 2 개월 동안 이식 물. 목표는 초기 구축시에 물 스트레스를 최소화하는 것이다. 이러한 손의 지팡이 또는 정원 스프링클러로 편리한 방법을 사용합니다. 급수의 빈도는 지역의 기후와 날씨, 주변 강우량 특히 발생에 따라 달라집니다. </li><li> 초기 이식 설정 단계에 따라, 필요한만큼 주위 강우량에 따라 이식을 유지하면서 챔버 (제3) 구성된다. 손으로 잡초에 의해 설립 동안 모노리스에 등장 원치 않는 종을 제거합니다. </li></ol> 3. 상공 회의소 디자인 <ol><li> 각 1.2 미터, 폭 1.5 미터 높이 두 개의 챔버를 구축하고, 열 5m 긴 섹션으로 나누어 60 m 길이. 치수 5 MX 1.5 미터에 묻혀 1.6 미터 깊이 1.2 MX의 무거운 강철 섹션을 구축합니다. <ol><li> 각 섹션에 네 모노리스를 설치, 두 모노리스 임의의 순서로 토양 유형이 각각. 4,540kg의 용량 잔량 꼭대기 각 모노리스를 설치합니다. </li><li> 짝수 섹션에서 페어링에 Bastsil 모노리스를 포함합니다. </li></ol></li><li> 공기 흐름에 대한 경로를 제공하기 위해 1 m 길이 X 1m x 세로 0.3 미터 높이 시트 금속 덕트와 지상 인접한 섹션에 가입하세요. <ol><li> 각각의 덕트의 내부에 냉각 코일 161.4 kW의 냉동 장치에서 10 ℃에서 냉각제 공급. </li><li> 기타에 사용되는 등 명확한 온실 필름과 식물 (두께 0.006 &quot;/. 15mm)를 묶기후 조작 실험 23. </li><li> 샘플링 모노리스에 액세스 할 수 있도록 초안 플랩에 의해 뒷받침 지퍼 개방 각 커버를 장착한다. </li><li> 폴리에틸렌은 성장시기의 끝에 커버 제거합니다. </li></ol></li></ol> 4. 이산화탄소와 공기 온도 측정; 온도 제어 <ol><li> 두 챔버에 샘플 입구와 출구의 C superambient 및 subambient 챔버의 입구와 출구에있는 여과 된 공기 샘플 라인을 통해 매 2 분. 이 자료는 이산화탄소 주입 및 팬 속도 제어를 알려줍니다. <ol><li> 샘플 C의 수증기 함량, 및 20 분 간격으로 각 5m 섹션의 입구와 출구에서 측정 된 공기 온도 (T A). </li><li> 제조사의 프로토콜에 따라 적외선 가스 분석기를 사용하여 실시간으로 모든 CO 2 공기 샘플과 수증기량을 측정한다. </li><li> , 항목, 중간에 T의 측정차폐 미세 와이어 열전대와 각 섹션의 D 출구. </li></ol></li><li> T 주위에 가까운 부분을 부에서 일관된 평균 (중앙부)의 T를 유지하기 위해 각 섹션의 입구에서 냉각 코일을 통한 냉매의 흐름을 조절한다. </li><li> 하늘의 탁 트인 전망을 가지고 제조 업체의 프로토콜에 따라 광합성 광자 플럭스 밀도를 측정하기 위해 양자 센서를 배치합니다. 광 레벨은 송풍기 제어 알고리즘에 입력된다. </li></ol> 5. C 치료 응용 프로그램 <ol><li> 낮 <ol><li> superambient 다리의 입구 덕트 내에 질량 유량 제어기를 사용하여, 500 μL의 L -1 C로 들어오는 주변 공기와 순수 이산화탄소 (CO 2)를 혼합한다. C 측정에 대한 자세한 내용은 4 장을 참조하십시오. </li><li> 섹션 1 입구에 송풍기를 사용하여 챔버를 통해 및 하류 섹션에 풍부한 공기를 이류. </li><li> 엠송풍기 속도를 조정함으로써, 390 μL의 L-1 (외기)의 소망의 출사 C를 aintain. <ol><li> 출구 C가 설정치 이하이면 송풍 속도를 증가시킨다. 이 높은 출구 C의 결과로, 이산화탄소의 식물 흡수를위한 시간이 덜 할 수 있습니다. </li><li> 출구 C가 설정치 이상이면 송풍기 속도를 감소시킨다. </li></ol></li><li> 250 μL의 L-1의 C의 배출을 달성하기 위해 제어 및 외기를 도입 제외 subambient 챔버 내에서 동일한 방법을 사용한다. </li></ol></li><li> 야간 <ol><li> 공기 흐름의 방향을 반전. </li><li> 530 μL의 L -1 C를 달성 superambient 챔버 낮 출구 단부에 이산화탄소를 주입하고, 제어 이류 율은 640 μL의 L을 유지할 -1 야간 출구 (낮 입구. </li><li> 야간 입구에 ~ 390 μL의 L -1 CO 2에서 대기를 소개합니다subambient 실 및 제어 이류 속도 (낮 출구) 530 μL의 L를 유지하기 위해 -1 야간 출구에서. </li></ol></li></ol> 6. 강수량 입력 <ol><li> 각 모노리스에 평균 재배 기간 중 강수량을 적용합니다. <ol><li> 점적 관수 시스템을 통해 국내 물 소스에서 각 모노리스에 물을 공급한다. 실험 위치에 대한 계절 강우 패턴에 근접하는 관개 이벤트와 응용 프로그램의 양을 예약합니다. 정확한 일정은 현지 기후에 따라 달라집니다. </li></ol></li><li> 데이터 로거와 응용 프로그램의 타이밍을 제어하고 유량계와 응용 프로그램의 볼륨을 측정합니다. </li></ol> 7. 샘플링 <ol><li> 중성자 감쇠 게이지 또는 다른 적절한 프로브, CO 2 제어 기간 체적 토양 수분 함량 (vSWC) 주간의 수직 프로파일을 측정한다. <ol><li> 추천 프로파일 씩 1 분 드에 깊이 20cm 씩 아르PTH, 그리고 1m 아래 한 50cm 증가. </li></ol></li><li> 측정 모노리스는 성장시기의 끝에 모든 서 지상 바이오 매스를 수확하여 순 일차 생산성 (ANPP)를 지상. <ol><li> 모든 지상 바이오 매스는 결과적으로 바이오 매스는 현재 주 생산을 나타냅니다 서, 매년 제거된다. </li><li> 일정한 질량에 건조 종으로 샘플링 된 바이오 매스를 정렬하고, 무게. </li><li> ANPP에 식물 종의 기여를 정량화하는 개별 종의 바이오 매스를 사용합니다. </li></ol></li></ol>

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	<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. 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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. 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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.

LYCOG 시설은 세 가지 종류의 토양에 설립 실험 초원 지역 사회에 C 농도의 250 L -1 μL (500)에 연속 구배를 유지 자사의 운영 목표를 달성 할 수있다. C의 변화는 소정의 범위에서 선형이다. 공기 온도가 각 섹션 내에서 증가하지만, 대부분의 섹션에 섹션 사이의 냉각 코일에 의해 리셋되었다. 그 결과, 섹션에 섹션에서 일관된 평균 온도를 유지하는 동작의 목표는 그라데이션의 대부분...

대기 중 이산화탄소 농도 (C)는 최근 약 270 μL의 L -1 산업 혁명 이전부터 과거 400 μL의 L -1 증가했다. C는 2100 1 적어도 550 μL의 L -1에 도달 할 전망이다. 증가의이 비율은 지난 500,000년 관측 어떤 C의 변화를 능가한다. C의 변화 속도는 전례 C의 증가로 생태계 비선형 또는 임계 반응의 가능성을 제기한다. 대부분의 생태계 규모의 C는 농축 실험은 두 치료, 풍부한 C 및 단일 제어 수준을 적용합니다. 이 실험은 크게 C의 생태계에 미치는 영향 농축에 대한 우리의 이해를 확장했다. 그러나 C의 증가에 비선형 생태계 반응의 존재를 밝힐 수있는 다른 방법은 subambient의 연속적인 범위에 걸쳐 생태계를 연구하는 것입니다superambient C. Subambient C는 필드에서 유지하기 곤란하고, 대부분의 성장 챔버 (2)를 이용하여 연구되었다. Superambient C는 성장 챔버, 열린 정상 챔버, 무료 공기 농축 기술 3, 4를 사용하여 연구되어왔다. C 농축 많은 토양 유형을 포함하는 풍경을 가로 질러 발생합니다. 토양의 특성이 강하게 C 농축에 대한 생태계의 반응에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 토양 질감 토양 프로필 (5) 내의 물과 영양분의 보존을 결정 그들의 식물 6 가용성 유기물 7-9의 양과 품질. 토양 수분의 가용성은 C에 대한 생태계의 반응 대부분의 초원 (10)를 포함하는 물 제한 시스템에 농축의 중요한 매개체이다. 과거 필드 C가 농축 실험은 전형적으로 연속적으로 V의 테스트를 하나의 토양 유형을 조사하고, 제어 한arying C 농축을 통해 여러 종류의 토양이 부족하다. 생태계 과정에 C 농축의 효과는 토양 유형과 다른 경우, 공간 C에 대한 생태계 반응의 변화 농축과 기후 (11), (12)의 계속되는 변화를 기대하는 강력한 이유가있다. 그라데이션 (LYCOG) 설비가 ~ 250에서 500 μL의 L-1에 이르기까지 C 수준으로 생태계 비선형 및 임계 값 응답에 공간 변화의 문제를 해결하기 위해 설계되었다 모형 매립 이산화탄소. LYCOG는 미국 중앙 평야의 남쪽 부분에있는 초원의 질감, N과 C 내용 및 수 문학적 특성의 넓은 범위를 나타내는 토양에서 성장하는 다년생 초원 식물 커뮤니티에 C A의 소정의 기울기를 만듭니다. 시설에서 사용되는 특정 토양 시리즈는 휴스턴 검은 색 점토 (32 모노리스), 저지대의 전형적인 Vertisol (Udic Haplustert)이다; 오스틴 (32 모노리스), 높은 탄질네이트, 실트 질 점토 Mollisol (Udorthentic Haplustol) 고지의 전형적인; 및 Bastsil (16 모노리스), 충적 사양토 Alfisol (Udic Paleustalf). LYCOG에 사용 된 동작 원리는 공기의 소포는 밀폐 된 챔버를 통해 방향성 이동에서의 C를 고갈 식물의 광합성 능력을 활용하는 것입니다. 치료의 목적은 500 내지 250 μL의 L-1에 C A의 일정한 선 낮 구배를 유지하는 것이다. 이를 위해 LYCOG 두 선형 챔버로 구성되어, L -1 C μL 500 내지 390 (주변)에 그라데이션 부를 유지 superambient 챔버와의 390-250 μL의 L -1 부를 유지 subambient 챔버 구배. 두 개의 챔버는 남북 축 중심의, 나란히 위치하고 있습니다. C 경사는 식물의 광합성 능력이 적절한 올해의 부분에서 유지되고; 전형적으로11 월 초에 월 하순. 챔버는 C에게 기울기를 조절하는 주변 값에 가까운 공기 온도 (T)를 제어하고, 모든 토양에 균일 한 강수량을 적용하기 위해 필요한 센서 및 계측이 포함되어 있습니다. 토양은 물 예산의 모든 구성 요소를 결정하기 위해 계측 문학적으로 격리 무게 lys​​imeters에 설치 근처 Blackland 대초원에서 수집 그대로 모노리스 있습니다. 물은 비 이벤트의 계절에 근접하고 평균 강수량 년 동안 금액 볼륨과 타이밍의 행사에 적용된다. 따라서 LYCOG 물과 탄소 예산 포함 초원 생태 기능에 C를 superambient하기 subambient 및 토양 종류의 장기적인 효과를 평가할 수있다. LYCOG는 USDA ARS 초원 토양과 물 연구소가 실시한 C 구배 실험의 제 3 세대입니다. 1 세대에 대한 프로토 타입 subambient했다그라데이션 방법 (13)의 가능성을 설립 C 14-20의 변화를 subambient 식물의 잎 수준의 생리적 반응에 대한 우리의 이해를 전진 주변 그라데이션. 두 번째 세대 개념의 필드 규모의 응용 프로그램이 200 L -1 21 μL 550까지 확장 그라데이션, C 4 초원을 다년생하는 것이 었습니다.이 필드 규모의 실험은 첫 번째 증거를 제공하는 C와 초원의 생산성 증가 농축 할 수있다 질소 가용성 superambient C (22)에서 식물의 생산성을 제한 할 수 있기 때문에 부분적으로, 현재 대기 농도 20 근처 포화. LYCOG는 C 초원 지역 사회의 반응에 토양의 상호 작용 효과에 대한 강력한 테스트를 허용, 질감을 변화의 복제 된 토양을 통합하여이 2 세대 실험을 확장합니다.

<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

육상 생태계에 미치는 영향을 조사하기위한 대기의 이산화탄소 농도 (C) 위임 기술에서 계속 증가한다. 대부분의 실험은 두 개 또는 C 농도 및 단일 토양 유형의 몇 레벨 검사하지만 C가 여러 토양 농도 superambient하기 subambient에서 그라데이션으로 변화 될 수 있다면, 우리는 과거 에코 응답의 선형 적으로 계속 될 수 있는지 여부를 식별 할 수있다 미래 여부 응답은 풍경을 가로 질러 다를 수 있습니다. 모형 매립 이산화탄소 그라데이션 시설은 점토, 실트 질 점토, 모래 토양을 포함 lysimeters 설립 Blackland 대초원 공장 지역에 250 μL의 L 500 -1 C 그라데이션을 적용합니다. 그라데이션은 온도 조절 챔버에 묶여 식물에 의해 광합성으로 생성되어 점진적으로 챔버를 통해 방향성 흐르는 공기로부터 이산화탄소를 소모. 적절한 공기 유속을 유지하는 충분한 photosynthetic 용량 및 온도 제어 여름철 광합성 속도와 증가 된 물 스트레스를 감소하고 시스템의 주요 제한을 극복하는 것이 중요하다. 설비 성공적 C를 농축 superambient하는 subambient하는 에코 응답의 형상을 분별하고, 메탄 또는 오존과 같은 다른 온실 가스와 이산화탄소의 상호 작용을 테스트하도록 구성 될 수 있으며, C 농축 다른 기술에 경제적 인 대안이다.

그라데이션의 superambient과 subambient 부분은 별도의 챔버 (그림 1)에서 유지된다. 그러나 작업 (2,007에서 2,013 사이)의 칠년 동안, 챔버 농축 챔버의 출구 사이의 C에 단지 작은 불연속 500에서 250 μL의 L-1 (그림 2)에 C에서 선형 그라데이션에게 농도를 유지 (모노리스 40)과 그라디언트의 subambient 부분의 입구 (모노리스 41). 공기 온도와 증기압 적자?...

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

모형 매립 이산화탄소 그라데이션 시설은 생성하는 250 점토, 실트 질 점토, 모래 토양 모노리스에 온도 조절 챔버 하우징 초원 식물 사회에서 L -1 선형 이산화탄소 구배 μL 500. 이 시설은 과거와 미래의 이산화탄소 수준이 초원의 탄소 순환에 영향을 미치는 방법을 결정하는 데 사용됩니다.

CO<sub&gt; 2</sub테스트 주식에 대한&gt; 농도 구배 시설<sub&gt; 2</sub초원 생태계 기능에&gt; 농축 및 토양 효과

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

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Research

JoVE Journal

Environment

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

11.3K 조회수.  Grassland Soil and Water Research Laboratory.  모형 매립 이산화탄소 그라데이션 시설은 생성하는 250 점토, 실트 질 점토, 모래 토양 모노리스에 온도 조절 챔버 하우징 초원 식물 사회에서 L -1 선형 이산화탄소 구배 μL 500. 이 시설은 과거와 미래의 이산화탄소 수준이 초원의 탄소 순환에 영향을 미치는 방법을 결정하는 데 사용됩니다. 

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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.

연속의 설계 및 운영<sup&gt; 13</sup&gt; C 및<sup&gt; 15</sup통일 또는 차등을위한&gt; N 레이블 상공 회의소, 대사 및 구조, 식물 동위 원소 라벨링

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

연구

환경과학

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.

도시 유출의 연구 시설의 설계 및 건설

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.

측정 탄소 기반의 오염 물질 무기화 결합 된 CO를 사용하여<sub&gt; 2</sub&gt; 플럭스 및 방사성 탄소 분석

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.

토양 코어 Lysimeters를 수집 및 구축을위한 프로토콜

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.

결합 문학, 지구 화학 및 미생물 조사를위한 토양 모형 매립 발굴

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.

CO와 평형 상태에있는 원유의 레올로 지의 측정<sub&gt; 2</sub&gt; 저수지 조건

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.

측정 및 토양 침식과 토양 탄산 농도 농업 관리에 관련 된 증 착 패턴 매핑

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.

토양의 유압 전도도에 폐수 관개 영향: 필드 샘플링 고 포화 된 유압 전도도의 실험실 결정

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.

Dryocosmus Kuriphilus를 평가- Castanea Sativa 에 손상 유발

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.

시각화되고 일정한 부피의가스 고체 커플링 테스트 시스템을 사용하여 CO 2-베어링 석탄을 사용한 축축한 압축 실험

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