Name: a co2 concentration gradient facility for testing co2 enrichment and soil effects on grassland ecosystem function
Uploaded: 2015-11-21T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 19 s
Description: 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

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. Monólitos Coletar solo a ser usado como lisímetros de pesagem <ol><li> Construir caixas de aço abertas 1 x 1 m quadrados por 1,5 m de profundidade entre 8 mm de espessura de aço. </li><li> Pressione as caixas abertas verticalmente no solo, com prensas hidráulicas montadas em âncoras helicoidais perfurado 3 m de profundidade no solo. </li><li> Escavar o monólito envolto utilizando uma retroescavadeira ou equipamento similar. </li><li> Coloque um pavio em fibra de vidro em contacto com o solo na base do monólito. Passe o pavio por meio da base de aço para um reservatório de 10 L para drenar o monólito, e, em seguida, soldar o aço de base na parte inferior da caixa. </li><li> Matar a vegetação existente nos monolitos pela aplicação de um herbicida não-residuais, tais como o glifosato. </li></ol> 2. Estabelecer Comunidades Vegetais em monólitos de solos <ol><li> Planta os monólitos com oito mudas cada um dos sete espécies de gramíneas e Tallgrass Prairie forbs, para uma densidade total de 56 plantas por m 2. <ol><li&gt; Vegetal os seguintes: Gramas Bouteloua curtipendula (lado aveia grama), Schizachyrium scoparium (pouco bluestem), nutans Sorghastrum (Indiangrass), tridens albescens (tridens branco)]. </li><li> Plante as seguintes Forbs: azurea Salvia (pitcher sábio), Solidago canadensis (Canadá goldenrod), a flor do ilinóis (Illinois Bundleflower, uma leguminosa). </li></ol></li><li> Mudas de plantas em um quadrado latino, re-randomizados para cada monólito. </li><li> Regar os transplantes de aproximadamente 2 meses após o plantio. O objetivo é minimizar o estresse hídrico durante o estabelecimento inicial. Usar qualquer método conveniente, como uma varinha de mão ou aspersão jardim. A freqüência da rega depende do clima e do tempo local, particularmente a ocorrência de precipitação ambiente. </li><li> Após a primeira fase estabelecimento de transplante, manter os transplantes sob chuva ambiente por tanto tempo quanto necessário, enquanto câmaras (Seção3) são construídos. Retirar espécies indesejadas que emergem nos monólitos durante o estabelecimento por mão-de capina. </li></ol> 3. Câmara projeto <ol><li> Construir duas câmaras cada 1,2 m de largura, 1,5 m de altura e 60 m de comprimento, dividido em dez seções 5 m de comprimento. Construir seções de aço pesado de dimensões 5 mx 1,2 mx 1,6 m de profundidade, enterrado a 1,5 m. <ol><li> Instale quatro monólitos em cada seção, dois monolitos cada um de dois dos tipos de solo, em ordem aleatória. Instale cada monólito no topo de um equilíbrio de capacidade 4,540 kg. </li><li> Incluir monólitos Bastsil nos emparelhamentos em seções de números pares. </li></ol></li><li> Junte-se secções adjacentes acima do solo com 1 m de comprimento x 1 m de largura x 0,3 m de altura do duto de chapa para fornecer um caminho para o fluxo de ar. <ol><li> Fornecimento de líquido de arrefecimento a 10 ° C a partir de uma unidade de refrigeração 161,4 kW a uma serpentina de arrefecimento no interior de cada conduta. </li><li> Coloque a vegetação com filme claro com efeito de estufa (espessura 0,006 &quot;/. 15 mm), tal como usado na outraexperimentos de manipulação do clima 23. </li><li> Encaixe cada tampa com uma abertura com zíper apoiada por um projecto de retalho para permitir o acesso aos monolitos para a amostragem. </li><li> Remover o polietileno cobre no final da estação de crescimento. </li></ol></li></ol> 4. CO 2 e temperatura do ar Medição; Controle de temperatura <ol><li> Amostra entrada e saída C A em ambas as câmaras cada 2 minutos através de linhas de amostra de ar filtrado localizados na entrada e saída de câmaras superambientes e subambient. Estes dados informar injeção de CO 2 e ventilador de controle de velocidade. <ol><li> Teor de vapor de água C ​​Amostra A e, e temperatura do ar medida (T A) na entrada e saída de cada seção 5 m em intervalos de 20 min. </li><li> Meça todas as amostras de ar para CO2 e teor de vapor de água em tempo real usando analisadores de gás infravermelho de acordo com o protocolo do fabricante. </li><li> Meça T A na entrada, ponto médio, umd saída de cada seção com termopares de fios finos blindados. </li></ol></li><li> Regular o fluxo de fluido de arrefecimento através da serpentina de refrigeração na entrada de cada secção para manter uma média consistente (mid) T A secção para secção de perto o ambiente T A. </li><li> Posicione um sensor de quantum para ter uma visão desobstruída do céu e medir fótons fotossintéticos densidade de fluxo de acordo com o protocolo do fabricante. Nível de luz é uma entrada para o algoritmo de controle do ventilador. </li></ol> 5. C A aplicação dos tratamentos <ol><li> Dia <ol><li> Misturar puro de dióxido de carbono (CO 2) com ar ambiente com 500 ul de entrada L -1 C A, usando um controlador de fluxo de massa no canal de entrada da perna superambientes. Ver Seção 4 para C A medida mais detalhes. </li><li> Advect o ar enriquecido através das câmaras utilizando ventoinhas à entrada da secção 1 e nas seções a jusante. </li><li> Manter a saída C A 390 ul de L-1 (ar ambiente) desejado, ajustando a velocidade do ventilador. <ol><li> Aumente a velocidade do ventilador, se a saída C A estiver abaixo do ponto de ajuste. Isto permite que menos tempo para absorção pelas plantas de CO 2, resultando em maior saída C A. </li><li> Diminuir a velocidade do ventilador, se a saída C Um está acima do ponto de ajuste. </li></ol></li><li> Use a mesma abordagem na câmara subambient exceto introduzir ar ambiente e controle para alcançar a saída C Um de 250 mL L -1. </li></ol></li><li> Nighttime <ol><li> Inverter o sentido do fluxo de ar. </li><li> Injetar CO 2 na extremidade de saída da câmara de dia superambientes para atingir 530 mL L -1 C A, e as taxas de controle advecção de manter 640 mL L -1 na saída noite (entrada dia. </li><li> Introduzir ar ambiente em ~ 390 mL L -1 de CO 2 para a entrada noturna(saída dia) da velocidade do controlo e advection câmara para manter subambient 530 ul L-1 na saída noite. </li></ol></li></ol> 6. Entradas de precipitação <ol><li> Aplique a quantidade média de chuva estação de crescimento para cada monólito. <ol><li> Abastecimento de água para cada monólito de uma fonte de água para uso doméstico através de um sistema de irrigação por gotejamento. Agendar os eventos de irrigação e as quantidades de aplicação para aproximar o padrão sazonal de chuva para a localização experimento. O horário exato depende do clima local. </li></ol></li><li> Controle de tempo de aplicação com um registrador de dados e medir volumes de aplicativos com medidores de vazão. </li></ol> 7. Amostragem <ol><li> Medir perfis verticais de volumétrico de água no solo (vSWC) semanalmente durante o período de CO 2 de controle, com um medidor de atenuação ou outra sonda de nêutrons apropriado. <ol><li> Incrementos perfil recomendadas são incrementos de profundidade de 20 cm a 1 m dePTH, e um incremento de 50 cm abaixo de 1 m. </li></ol></li><li> Medida monólito biomassa aérea da produtividade primária líquida (ANPP) colhendo tudo biomassa acima do solo de pé no final da estação de crescimento. <ol><li> Todos biomassa acima do solo é removido a cada ano, em consequência de pé biomassa representa a produção primária atual. </li><li> Classificar a biomassa recolhidos por meio de espécies e seco para massa constante, e pesar. </li><li> Use biomassa de espécies individuais para quantificar espécies de plantas contribuições para ANPP. </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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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. 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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.

A instalação LYCOG atinge seu objetivo operacional de manutenção de um 250 a 500 mL L -1 gradiente contínuo das concentrações de C A em comunidades experimentais de pastagens estabelecidas em três tipos de solo. A mudança de C A é linear dentro do intervalo prescrito. Temperatura do ar aumentou dentro de cada seção, mas foi reposta pelas bobinas entre-seção de arrefecimento na maioria dos setores. Como resultado, o objectivo operacional de manter a temperatura média consis...

Atmosférica concentração de dióxido de carbono (C A) aumentou recentemente passado de 400 mL L -1 de cerca de 270 mL L -1 antes da Revolução Industrial. C A previsão é de atingir pelo menos 550 mL L -1 em 2100 1. Esta taxa de aumento supera quaisquer alterações C Um observadas ao longo dos últimos 500.000 anos. A taxa sem precedentes de mudança na C Um levanta a possibilidade de respostas não-lineares ou limiar de ecossistemas para aumentar Um C. A maioria ecossistema escala C Um experimentos de enriquecimento de aplicar apenas dois tratamentos, um único nível de C enriquecido A e um controle. Estas experiências têm expandido nossa compreensão sobre os impactos nos ecossistemas de C Um enriquecimento. No entanto, uma abordagem alternativa que pode revelar a presença de respostas não lineares dos ecossistemas para aumentar C A é para estudar ecossistemas através de uma gama contínua de a subambientUm superambientes C. Subambient C Um é difícil de manter no campo, e tem sido mais estudados utilizando câmaras de crescimento 2. A superambientes C foi estudada usando câmaras de crescimento, câmaras de topo aberto, e técnicas de enriquecimento livre de ar 3, 4. C Um enriquecimento ocorre através das paisagens que contêm muitos tipos de solo. Propriedades solos pode afetar fortemente as respostas dos ecossistemas para C Um enriquecimento. Por exemplo, a textura do solo determina a retenção de água e nutrientes no perfil do solo 5, a sua disponibilidade para as plantas 6, e da quantidade e qualidade da matéria orgânica 7-9. A disponibilidade de umidade do solo é um mediador crucial das respostas do ecossistema para C Um enriquecimento em sistemas de água, limitadas, incluindo a maioria das pradarias 10. Campo passado C Um experimentos de enriquecimento de ter examinado normalmente apenas um tipo de solo e testes de v continuamente controladatipos arying C Um enriquecimento do solo ao longo de vários faltam. Se os efeitos de C Um enriquecimento nos processos do ecossistema diferem com o tipo de solo, há uma forte razão para esperar variação espacial nas respostas do ecossistema para C Um enriquecimento e consequentes alterações climáticas 11, 12. O Dióxido de Carbono Lysimeter Gradiente (LYCOG) instalação foi projetado para tratar de questões de variação espacial nas respostas não lineares e limiar de ecossistemas para níveis que vão de A C ~ 250 a 500 mL L -1. LYCOG cria o gradiente prescrita de C Um em comunidades perenes pastagem de plantas que crescem em solos que representam a ampla gama de textura, teores de N e C, e propriedades hidrológicas de pastagens na porção sul da Central Plains dos Estados Unidos. Série solos específico utilizado na instalação são Houston Preto argila (32 monólitos), um Vertisol (údico Haplustert) típico de planícies; Austin (32 monolitos), uma alta carbonate, argila siltosa Mollisol (Udorthentic Haplustol) típico de terras altas; e Bastsil (16 monólitos), um aluvial arenoso Alfisol (údico Paleustalf). O princípio operacional empregado em LYCOG é aproveitar a capacidade fotossintética das plantas para esgotar C A partir de parcelas de ar movido direcionalmente através das câmaras fechadas. O objectivo do tratamento consiste em manter um gradiente linear constante durante o dia em C A a partir de 500 a 250 ul de L-1. Para alcançar este objetivo, LYCOG consiste de duas câmaras lineares, uma câmara superambientes manter a porção do gradiente de 500 para 390 (ambiente) -1 ul L C A, e uma câmara de manutenção a subambient L -1 porção 390 para 250 ul do gradiente. As duas câmaras estão localizados lado a lado, orientado sobre um eixo norte-sul. O gradiente C A é mantido durante a parte do ano, quando a capacidade fotossintética vegetação é adequado; tipicamente desdefinal de abril a início de novembro. As câmaras contêm sensores e instrumentação necessárias para regular o C Um gradiente, controlar a temperatura do ar (T A) para valores próximos dos ambientes, e aplicar quantidades de precipitação uniformes para todos os solos. Os solos são monólitos intactas recolhidas de pradaria Blackland nas proximidades lisímetros de pesagem instalados em hidrologicamente isoladas instrumentados para determinar todos os componentes do balanço hídrico. A água é aplicada em eventos de volume e calendário que aproximar a sazonalidade dos eventos de chuva e de montantes durante um ano médio de precipitação. Assim, LYCOG é capaz de avaliar os efeitos a longo prazo da subambient para superambientes C A e tipo de solo em função do ecossistema pastagem, incluindo água e carbono orçamentos. LYCOG é a terceira geração de C Um gradiente experimentos conduzidos por USDA ARS Pastagem Laboratório de Solo e Água Research. A primeira geração era um protótipo para subambientgradiente ambiente que estabeleceu a viabilidade da abordagem gradiente de 13 e avanço do entendimento das respostas fisiológicas de nível folha de plantas para subambient variação em C Um 14-20. A segunda geração foi uma aplicação no campo escala do conceito de perene C 4 pastagem, com o gradiente estendido para 200-550 mL L -1 21. Este experimento de campo escala forneceu a primeira evidência de que a produtividade da pastagem aumenta com C Um enriquecimento pode saturar perto concentrações atuais ambientes de 20, em parte porque a disponibilidade de nitrogênio podem limitar a produtividade da planta em superambientes C A 22. LYCOG estende esta segunda experiência geração, incorporando solos replicados de diferentes textura, permitindo o teste robusto para efeitos interativos de solos no C Uma resposta das comunidades de pastagem.

<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

Contínuo aumento nas concentrações atmosféricas de dióxido de carbono (C) Um mandato técnicas de análise dos impactos sobre os ecossistemas terrestres. A maioria das experiências examinam apenas dois ou alguns níveis de C Uma concentração e um único tipo de solo, mas se a relação C A pode ser variado como um gradiente a partir de subambient para superambientes concentrações em vários solos, pode-se discernir se as respostas dos ecossistemas últimos podem continuar linearmente no futuro e se as respostas podem variar em toda a paisagem. O Lysimeter Dióxido de Carbono Gradiente Facility aplica um 250 a 500 mL L -1 C Um inclinação para Blackland comunidades pradaria plantas estabelecidas em lisímetros contendo argila, argila siltosa, e solos arenosos. O gradiente é criado como fotossíntese por vegetação fechada em em câmaras com temperatura controlada esgota progressivamente o dióxido de carbono do ar que flui direcionalmente através das câmaras. Manter taxa de fluxo de ar adequado, photosy adequadacapacidade nthetic, e controle de temperatura são fundamentais para superar as principais limitações do sistema, que são decrescentes taxas de fotossíntese e aumento do estresse de água durante o verão. A instalação é uma alternativa econômica para outras técnicas de C Um enriquecimento, discerne com sucesso a forma de respostas do ecossistema para subambient para superambientes C Um enriquecimento, e pode ser adaptado para testar interações de dióxido de carbono com outros gases de efeito estufa, como o metano ou ozônio.

Os superambientes e subambient porções do gradiente são mantidos em câmaras separadas (Figura 1). No entanto, ao longo de sete anos de operação (2007 - 2013), as câmaras mantido um gradiente linear em C numa concentração de 500 para 250 ul L-1 (Figura 2), com apenas uma pequena descontinuidade em C A entre a saída das câmaras enriquecidos (Monolith 40) e a entrada da porção de subambient do gradiente (Monolith 41). <p class="jove_content...

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

O Lysimeter Dióxido de Carbono Gradiente Facility cria um 250 a 500 mL L -1 gradiente linear de dióxido de carbono em comunidades pastagem câmaras de habitação de plantas com temperatura controlada em argila, argila siltosa, e monólitos de solo arenoso. A facilidade é usada para determinar como os níveis de dióxido de carbono passadas e futuras afetar ciclismo pastagem de carbono.

A CO<sub&gt; 2</sub&gt; Facility Concentração Gradiente para Teste CO<sub&gt; 2</sub&gt; Enriquecimento do solo e efeitos sobre a função da pastagem de Ecossistemas

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 visualizações.  Grassland Soil and Water Research Laboratory.  O Lysimeter Dióxido de Carbono Gradiente Facility cria um 250 a 500 mL L -1 gradiente linear de dióxido de carbono em comunidades pastagem câmaras de habitação de plantas com temperatura controlada em argila, argila siltosa, e monólitos de solo arenoso. A facilidade é usada para determinar como os níveis de dióxido de carbono passadas e futuras afetar ciclismo pastagem de carbono. 

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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.

De alta capacidade Fluorometric Medição do Potencial dos Solos extracelulares atividades enzimáticas

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

Ambiente

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.

Projeto e operação de uma contínua<sup&gt; 13</sup&gt; C e<sup&gt; 15</sup&gt; N Labeling Câmara de uniforme ou Diferencial, metabólica e estrutural, Fábrica de Marcação por Isótopo

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.

Medição do fluxo de gases com efeito de Solos Agrícolas Usando Chambers estáticos

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.

Medindo-carbono com base Contaminant Mineralização Usando Combinada CO<sub&gt; 2</sub&gt; fluxo e de radiocarbono Análises

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.

Medidas de CO2 fluxes em locais de covariância não-ideal Eddy

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.

Acoplamento da captura de carbono de uma usina com lagoas abertas semi-automatizadas para cultivo de microalgas

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.

Monitoramento do acúmulo de carbono inorgânico pedogênico devido ao intemperismo de minerais de silicato alterados em solos agrícolas.

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>Modelagem de nichos metanotróficos - o ecossistema de modelos de seringas gradientes

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>Autor em destaque: projetando técnicas simples e baratas para cultivar bactérias oxidantes de metano em laboratório

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.

Ecossistema modelo baseado em agarose para cultivo de metanotróficos em um gradiente de contador de metano-oxigênio

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

A CO

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De alta capacidade Fluorometric Medição do Potencial dos Solos extracelulares atividades enzimáticas

Projeto e operação de uma contínua

Medição do fluxo de gases com efeito de Solos Agrícolas Usando Chambers estáticos

Medindo-carbono com base Contaminant Mineralização Usando Combinada CO

Medidas de CO₂ fluxes em locais de covariância não-ideal Eddy

Acoplamento da captura de carbono de uma usina com lagoas abertas semi-automatizadas para cultivo de microalgas

Monitoramento do acúmulo de carbono inorgânico pedogênico devido ao intemperismo de minerais de silicato alterados em solos agrícolas.

Ecossistema modelo baseado em agarose para cultivo de metanotróficos em um gradiente de contador de metano-oxigênio

Ecossistema modelo baseado em agarose para cultivo de metanotróficos em um gradiente de contador de metano-oxigênio

Ecossistema modelo baseado em agarose para cultivo de metanotróficos em um gradiente de contador de metano-oxigênio