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. Lysimeters計量として使用する土壌モノリスを収集<ol><li>厚さ8mmの鋼から深い1.5メートルによってメートルの正方形の1×1オープンエンドスチールボックスを構築します。 </li><li>螺旋状のアンカーに取り付けられた油圧プレスを使用して押して上下に土壌へのオープンエンドボックスは、土壌への深い3メートルを掘削。 </li><li>バックホーまたは同様の装置を用いて包まれたモノリスを掘削。 </li><li>モノリスの基部に土壌に接触するガラス繊維の芯を配置します。モノリスを排出する10 Lのリザーバに鋼ベースを芯を渡し、その後、ボックスの底部に鋼製のベースを溶接。 </li><li>このようなグリホサートとして、非残留除草剤を適用することにより、モノリス上の既存の植生を殺します。 </li></ol> 2.土壌モノリス上の植物群落を確立<ol><li> 1m 2当たり56植物の総密度のためのプラント8苗トールグラス草原の草やforbsの7種のそれぞれとモノリス、。 <ol><li&gt;プラント以下草：Boutelouaのcurtipendula（サイドオート麦グラマ）、Schizachyriumのscoparium（少しウシクサ）、Sorghastrumのnutans（Indiangrass）、Tridens albescens（白tridens）]。 </li><li>次Forbs工場： サルビアazurea（ピッチャーセージ）、 セイタカアワダチソウ （カナダアキノキリンソウ）、 ハイクサネム （イリノイbundleflower、マメ科）。 </li></ol></li><li>ラテン方陣設計における植物の苗は、各モノリスのために再無作為化。 </li><li>植え付け後約2ヶ月の移植を水です。目標は、最初の確立中に水ストレスを最小限に抑えることです。このような手の杖や庭の散水などの任意の便利な方法を使用します。水やりの頻度は、地域の気候や天候、周囲の降雨の特に発生に依存しています。 </li><li>最初の移植確立フェーズに続いて、必要な限り、周囲降雨下での移植性を維持しながら室（セクション3）構成されています。手除草によって確立中にモノリスに出てくる不要な種を削除します。 </li></ol> 3.室内デザイン<ol><li>各1.2メートル、幅1.5メートル背の高い二つのチャンバーを構築し、10 5メートルの長いセクションに分かれ、60メートル長いです。寸法1.5メートルに埋められた深い5 MX 1.2 MX 1.6メートルの重い鋼からセクションを作成します。 <ol><li>ランダムな順序で各セクションの4つのモノリス、2モノリス土壌タイプの2のそれぞれを、インストールしてください。 4540キロの容量バランスの上に、各モノリスをインストールします。 </li><li>偶数番号のセクションのペアリングにBastsilモノリスを含めます。 </li></ol></li><li>空気の流れのための経路を提供するために、長さ1 m×1メートル、幅X 0.3メートル背の高いシートメタルダクトと地上隣接するセクションに参加。 <ol><li>各ダクト内部の冷却コイルへの161.4キロワットの冷凍ユニットから10℃の供給クーラント。 </li><li>他に使用されるような明確な温室フィルムと植生（厚さ0.006 &quot;/ 15 mm）を、囲み気候操作実験23。 </li><li>サンプリングのためのモノリスへのアクセスを許可するようにドラフトフラップに裏打ちされたジッパー式の開口部がそれぞれカバーを取り付けます。 </li><li>ポリエチレンは、成長期の終わりにカバーを取り外します。 </li></ol></li></ol> 4. CO 2と空気の温度測定。温度制御<ol><li>両室でのサンプルの入口と出口のC A 2分毎superambientと準大室の入口と出口に位置濾過空気サンプルラインを通して。これらのデータは、CO 2注入及びファン速度制御を知らせます。 <ol><li>サンプルC A及び水蒸気含有量、および20分間隔で各5メートル部の入口と出口の空気温度（T A）を測定します 。 </li><li>製造業者のプロトコルに従って赤外線ガス分析計を使用して、リアルタイムですべてのCO 2空気サンプル及び水蒸気含有量を測定します。 </li><li>エントリーでT A を測定し 、中間点、シールドされた細線熱電対と各セクションのD出口。 </li></ol></li><li>周囲TのA部に近い部分から一貫した平均（中間部）T Aを維持するために、各セクションの入口の冷却コイルを通して冷却液の流れを調節します。 </li><li>空の遮るもののない眺めを持っており、製造業者のプロトコルに従って、光合成光量子束密度を測定するために、量子センサーを配置します。光レベルは、ブロワ制御アルゴリズムに入力されます。 </li></ol> 5. C A治療応用<ol><li>昼間<ol><li> superambient脚の入口ダクト内にマスフローコントローラを用いて、500μlのL -1 C Aに入ってくる周囲の空気と純粋な二酸化炭素（CO 2）を混合します。 C、A測定の詳細は第4章を参照してください。 </li><li>セクション1の入り口に送風ファンを使用してチャンバーを通過して下流のセクションで濃縮空気を運びます。 </li><li> M送風機速度を調整することにより、390μlのL -1（外気）の所望の出口のC Aにaintain。 <ol><li>出口C Aがセットポイントを下回っている場合は、ブロワーの速度を上げます。これは、より高い出口C Aで、その結果、CO 2の植物の取り込みに時間が少ないことができます。 </li><li>出口C、Aはセットポイントを超えている場合は、ブロワー速度を下げます。 </li></ol></li><li> 250μlのLの出口C、Aを達成するために -1外気と制御を導入除く周囲以下室で同じアプローチを使用してください。 </li></ol></li><li>夜間<ol><li>空気の流れの方向を逆にします。 </li><li> 640μlのLを維持するために、-1夜間出口（昼間入口で530μlのL -1 C A、及び制御移流速度を達成するためにsuperambient室の昼間の出口端にCO 2を注入します 。 </li><li>夜間入り口に〜390μlのL-CO 2で外気を導入530μlのL -1夜間出口を維持するために、周囲以下室と制御移流速度の（昼間の出口）。 </li></ol></li></ol> 6.降水入力<ol><li>各モノリスに平均生育期の降雨量を適用します。 <ol><li>点滴灌漑システムを通じて国内の水源から各モノリスに水を供給してください。実験場所の季節の降雨パターンに近似するように灌漑イベントとアプリケーション量をスケジュールします。正確なスケジュールは、地域の気候に依存します。 </li></ol></li><li>データロガーを使用してアプリケーションのタイミングを制御し、流量計を使用してアプリケーションのボリュームを測定します。 </li></ol> 7.サンプリング<ol><li>中性子減衰ゲージまたは他の適切なプローブを用いて、CO 2の制御期間中に体積土壌水分量（VSWC）毎週の鉛直分布を測定します。 <ol><li>推奨プロファイル増分は1、m個のデに20センチメートルの深さの増分でありますPTH、および1メートル下の1 50センチメートル増分。 </li></ol></li><li>メジャーモノリスは、成長期の終わりにすべて立って地上部バイオマスを収穫することにより正味の一次生産（ANPP）を地上。 <ol><li>すべての地上部バイオマスは、結果として、バイオマスが現在の一次生産を表して立って、毎年削除されます。 </li><li>一定の質量に乾燥種によってサンプリングバイオマスをソートし、重量を量ります。 </li><li> ANPPの植物種の寄与を定量化するために個々の種のバイオマスを使用してください。 </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.

LYCOG施設は3土壌型に確立された実験草原のコミュニティ上のC A濃度の250〜500μlのL -1連続的な勾配を維持し、その運用目標を達成しています。 C、Aの変化が所定の範囲にわたって直線です。気温は、各セクション内で増加したが、ほとんどのセクションで間の区間冷却コイルによってリセットされました。その結果、セクションのセクションから一貫した平均温度を?...

大気中の二酸化炭素濃度（C A）は最近、約270μlのL -1産業革命前にから過去400μlのLを-1増加しています。 C Aは 2100年1によって少なくとも550μlのLを-1に達すると予測されています。増加のこのレートは最後50万年間に観測され、任意のC Aの変更を凌駕しています。 C、Aの変化の前例のない率は、C、Aの増加に生態系の非線形または閾値応答の可能性を高めます。ほとんどの生態系規模Cが濃縮実験は2つだけの治療法、濃縮C Aと単一の制御レベルを適用します。これらの実験は、大幅にCの生態系への影響濃縮の我々の理解を拡大しています。しかし、CのAの増加に非線形生態系応答の存在を明らかにすることができる別の方法は、周囲以下の連続した範囲に渡って生態系を研究することですsuperambient C、A。準周囲C Aは、フィールドに維持することは困難であり、ほとんどの場合、成長チャンバー2を用いて研究されてきました。 Superambient C Aは、成長室、オープントップチャンバー、およびフリーエア濃縮技術3、4を用いて研究されています 。 C、Aの濃縮は、多くの土壌タイプを含む風景を横切って発生します。土壌の性質が強く、C、Aの濃縮に生態系の応答に影響を与えることができます。例えば、土壌のテクスチャは、土壌断面5内の水と栄養素の保持、植物6への可用性、有機物7-9の量と質を決定します。土壌水分の可用性は、Cへの生態系の応答最も草原10を含む水限らシステムにおける濃縮の重要なメディエーターです。濃縮実験C過去のフィールドは、一般的に唯一の土壌の種類を検討し、継続的にVのテストを制御していますarying C、Aの濃縮に比べていくつかの土壌タイプが不足しています。生態系プロセス上のC、Aの濃縮の効果は、土壌の種類と異なる場合は、空間Cに生態系の応答の変動濃縮および気候11、12におけるその後の変化を期待する強い理由があります。 ライシメータ二酸化炭素グラデーション（LYCOG）施設は〜250から500μlのLの範囲のC Aレベル -1に生態系の非線形及び閾値応答の空間的変動の問題に対処するために設計されました。 LYCOGは、米国中央平原の南の部分の草原の質感、NおよびC内容、および水文特性の広い範囲を表す土壌で成長する多年生草原植物群落上のC Aの所定の勾配を作成します。施設で使用される具体的な土壌シリーズは、低地の典型的なヒューストンブラッククレイ（32モノリス）、Vertisol（Udic Haplustert）です。オースティン（32モノリス）、高炭ネイト、高地の典型的なシルト質粘土モリソル（Udorthentic Haplustol）。そして、Bastsil（16モノリス）、沖積砂壌土アルフィゾル（Udic Paleustalf）。 LYCOGに用いられる動作原理は、空気の小包囲まれた部屋を通って一方向に移動するから、CのAを枯渇させるために植物の光合成能力を活用することです。治療目的は、500から250μlのL -1にC Aの一定の線昼間勾配を維持することです。これを達成するために、LYCOGは、2つの線形室で構成され、L-C、Aμlの500から390（周囲）へのグラデーションの部分を維持superambient室、および390〜250μlのL -1部分を維持周囲以下室勾配。二つの部屋は、南北軸上に配向、並んで配置されています。 Cは勾配が植生光合成能力が十分である年の部分の間に維持されています。典型的には、11月上旬に月下旬。 チャンバーは、C、Aの傾きを調整する周囲の値に近い空気の温度（T A）を制御し、すべての土壌に均一な降水量を適用するために必要なセンサや計測器が含まれています。土壌は、水収支のすべてのコンポーネントを決定するために、インストルメント水文学的に分離された計量lysimetersにインストール近くBlacklandの草原から収集そのままモノリスあります。水は降雨の季節に近似し、平均降水量の年の間、金額量とタイミングのイベントに適用されます。したがって、LYCOGは水と炭素収支などの草原生態系の機能上のC、Aを superambientする準大気と土壌の種類の長期的な影響を評価することが可能です。 LYCOGはUSDA ARS草原の土壌と水研究所が実施し、C、A勾配実験の第三世代です。第一世代はにプロトタイプの周囲以下でした勾配法13の実行可能性を確立し、C、A 14-20の変化を周囲以下する植物のリーフレベルの生理学的応答の我々の理解を進めて周囲勾配。第二世代は、コンセプトのフィールドスケールのアプリケーションは200 L -1 21μL550にまで延長勾配で、C 4草地を多年生することでした。このフィールドスケールの実験は、最初の証拠を提供し、そのCと草地の生産性が上昇濃縮よいです窒素可用性がsuperambient C A 22で植物の生産性を制限する可能性があるため、部分的には、現在の周囲濃度20付近で飽和します。 LYCOGは草原のコミュニティのC、A応答の土壌の相互作用効果のための堅牢なテストを可能にする、様々なテクスチャの複製された土壌を組み込むことにより、この第二世代の実験を拡張します。

<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

陸上生態系への影響を調べるための大気中の二酸化炭素濃度（C A）委任技術の継続的な増加。ほとんどの実験は2つだけまたはC濃度とシングル土壌の種類のいくつかのレベルを調べるが、C Aは 、複数の土壌の濃度をsuperambientする周囲以下の勾配として変化させることができるならば、我々は過去の生態系の応答が直線的に継続することができるかどうかを見分けることができます未来と応答が風景全体で変化してもよいかどうか。ライシメータ二酸化炭素グラデーション施設は、250〜500μlのL -1勾配C粘土、シルト質粘土、および砂質土を含むlysimetersに設立Blackland草原の植物群落に適用されます。勾配は温度制御室にで囲まれた植物により光合成として作成され、次第に室を通って一方向に流れる空気から二酸化炭素を枯渇させます。適切な空気流量を維持し、十分なphotosynthetic容量、および温度制御は、夏の間、光合成速度と水ストレスの増加を減少しているシステムの主な限界を克服するために重要です。施設は、C、Aの濃縮の他の技術への経済的な代替である、成功したC濃縮をsuperambientする周囲以下にする生態系の応答の形を見分ける、およびメタンやオゾンなどの他の温室効果ガスと二酸化炭素の相互作用をテストするために適合させることができます。

勾配のsuperambientと準大部分は、別個のチャンバ（ 図1）に維持されています。しかし、操作の7年間（2007 - 2013）の上に、チャンバは、濃縮室の出口との間に、C Aの唯一の小さな不連続とCに250μlのL -1（ 図2）への500の濃度を直線勾配を維持しました（モノリス40）と勾配の準大部分の入り口（モノリス41）。 気温と蒸気圧赤字はsuper...

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

ライシメータ二酸化炭素グラデーション施設は、250〜500μlのL -1粘土、シルト質粘土、および砂質土壌モノリスの温度制御室ハウジング草原植物群落における線形二酸化炭素勾配を作成します。施設は、過去と未来の二酸化炭素濃度は、草原の炭素循環にどのように影響するかを決定するために使用されます。

CO<sub&gt; 2</subテスト用のCO&gt;濃度勾配施設<sub&gt; 2</sub&gt;濃縮および草地生態系の機能に及ぼす土壌の影響

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

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Environment

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

11.4K ビュー.  Grassland Soil and Water Research Laboratory. ライシメータ二酸化炭素グラデーション施設は、250〜500μlのL -1粘土、シルト質粘土、および砂質土壌モノリスの温度制御室ハウジング草原植物群落における線形二酸化炭素勾配を作成します。施設は、過去と未来の二酸化炭素濃度は、草原の炭素循環にどのように影響するかを決定するために使用されます。 

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

High-throughput Fluorometric Measurement of Potential Soil Extracellular Enzyme Activities

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

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

潜在的な土壌菌体外酵素の活動のハイスループット蛍光測定

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

環境学

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.

連続の設計および動作<sup&gt; 13</sup&gt; Cと<sup&gt; 15</sup均一または差動、代謝および構造·&gt; N標識化会議所、工場同位体ラベル化

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

Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers

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

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

静的チャンバを用いて農用地の土壌からの温室効果ガスフラックスの測定

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

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

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

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

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

複合COを用いたカーボンベースの汚染鉱化作用を測定します<sub&gt; 2</sub&gt;フラックスと放射性炭素分析

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

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

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

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

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

非理想の渦共分散部位におけるCO2フラックスの測定

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

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

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

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

発電所からの炭素回収と微細藻類栽培用の半自動オープンレースウェイ池の結合

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

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

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

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

農業土壌における改正珪酸塩鉱物の風化による、ペド原性無機炭素蓄積のモニタリング

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

<meta charset="utf8"></head><body>メタン栄養生物ニッチのモデリング – グラジエントシリンジモデルエコシステム

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

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

<meta charset="utf8"></head><body>著者スポットライト:実験室でメタン酸化細菌を増殖させるためのシンプルで安価な技術の設計

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

メタン-酸素カウンターグラジエントにおけるメタン栄養生物の培養のためのアガロースベースモデル生態系

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

CO

要約

さらに動画を探す

この動画の章

潜在的な土壌菌体外酵素の活動のハイスループット蛍光測定

連続の設計および動作

静的チャンバを用いて農用地の土壌からの温室効果ガスフラックスの測定

複合COを用いたカーボンベースの汚染鉱化作用を測定します

非理想の渦共分散部位におけるCO2フラックスの測定

発電所からの炭素回収と微細藻類栽培用の半自動オープンレースウェイ池の結合

農業土壌における改正珪酸塩鉱物の風化による、ペド原性無機炭素蓄積のモニタリング

メタン-酸素カウンターグラジエントにおけるメタン栄養生物の培養のためのアガロースベースモデル生態系

メタン-酸素カウンターグラジエントにおけるメタン栄養生物の培養のためのアガロースベースモデル生態系

メタン-酸素カウンターグラジエントにおけるメタン栄養生物の培養のためのアガロースベースモデル生態系