Zmienność dobowa strumieni CO2 wymienianych między atmosferą a różnymi uprawami rolniczymi

• Autorzy: Sakowska K. , Juszczak R. , Uździcka B. , Olejnik J.

Warianty tytułu

EN

Diurnal variability of CO2, fluxes exchanged between the atmosphere and various crops

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jedną z metod, służącą poznaniu mechanizmów procesów wymiany masy i energii między atmosferą a powierzchnią czynną różnych ekosystemów lądowych, jest bezpośredni pomiar strumieni gazów szklarniowych. Szczególna uwaga badaczy skupia sie na ditlenku węgla, którego koncentracja w atmosferze wzrasta w niepokojącym tempie (URBANIAK 2006). W pracy przedstawiono wyniki pomiarów wymiany ditlenku węgla przeprowadzonych w dniu 29 czerwca 2011 r. i wykonanych na trzech poletkach doświadczalnych (uprawa lucerny, pszenicy oraz ziemniaków), zlokalizowanych na terenie Rolniczej Stacji Doświadczalnej w Brodach (województwo wielkopolskie) oraz wymodelowane wielkości oddychania (R_eco), wymiany netto (NEE) i produkcji pierwotnej (GEP) ekosystemu. Pomiary przeprowadzono techniką dynamicznych komór zamkniętych. W dniu 29 czerwca 2011 r. wartości zmierzonego R_eco wahały się w granicach od 3,61 do 16,62 µmol CO₂·m-²·s-¹, natomiast wartości zmierzonego NEE od 4,22 do -24,08 µmol CO₂·m-²·s-¹. Wyniki modelowania oddychania ekosystemu (R_eco) dla poszczególnych upraw, uzyskane za pomocą modelu LLOYDA i TAYLORA (1994), nie różniły się średnio od wartości zmierzonych o wiecej niż 4%. Wyniki modelowania NEE wskazują że wybrany model (MICHAELIS, MENTEN 1913) sprawdził się dla stanowiska z uprawą lucerny i pszenicy (średni bezwzględny błąd procentowy - MAPE równał sie, odpowiednio, 25,0 i 7,3%). Prognozy NEE dla stanowiska z uprawą ziemniaka rożniły się w znacznym stopniu (MAPE równy 98,5%) od wartości pomierzonych, dlatego też przesłankę do dalszych badań stanowi poszukiwanie modelu, który uwzględniałby, oprócz PPFD, także inne czynniki środowiska kontrolujące proces fotosyntezy.

EN

One of the methods to study the exchange of mass and energy between the atmosphere and the surface of various terrestrial ecosystems is direct measurement of the fluxes of greenhouse gases. Particular attention is focussed on carbon dioxide whose concentration in the atmosphere dramatically increases (URBANIAK 2006). The paper presents results of the measurements of carbon dioxide exchange conducted on 29th of June 2011 on three experimental plots (alfalfa, winter wheat and potato crops) situated in Agricultural Experimental Station in Brody (Wielkopolskie Province) and modeled values of ecosystem respiration (R_eco), net ecosystem exchange (NEE) and gross ecosystem production (GEP). Measurements were carried out by means of closed dynamic chamber system. R_eco measured on 29th of June 2011 ranged from 3.61 to 16.62 µmol CO₂·m-² ·s-¹ and measured NEE - from 4.22 to -24.08 µmol CO₂·m-² ·s-¹. Modeled values of the ecosystem respiration (Reco) for particular crops obtained with the LLOYD and TAYLOR [1994] function did not differ from measured values by more than 4% on average. The results of NEE modeling indicate that selected model [MICHAELIS, MENTEN 1913] worked well for sites with alfalfa and winter wheat crops (mean absolute percentage error - MAPE was 25.0 and 7.3%, respectively). NEE predictions for the site with potato crop differed largely (MAPE = 98.5%) from measured values and hence there is a need for looking for a model that would consider, apart from PPFD, also other environmental factors driving photosynthesis.

Słowa kluczowe

PL

metody komorowe; oddychanie ekosystemu; produkcja pierwotna ekosystemu; strumienie CO2; wymiana netto ekosystemu

EN

chamber methods; CO2 fluxes; ecosystem respiration; net ecosystem exchange; primary ecosystem production

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 12, z. 2
• Strony: 221--244
• Opis fizyczny: Bibliogr. 53 poz., wykr.

Twórcy

autor

Sakowska K.

autor

Juszczak R.

autor

Uździcka B.

autor

Olejnik J.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Katedra Meteorologii, ul. Piątkowska 94B, 60-649 Poznań; tel. [phone],

Bibliografia

• BALDOCCHI D., FALGE E., GU L., OLSON R., HOLLINGER D., RUNNING S., ANTHONI P., BERNHOFER CH., DAVIS K., EVANS R., FUENTES J., GOLDSTEIN A., KATUL G., LAW B., LEE X., MALHI Y., MEYERS T., MUNGER W., OECHEL W., U PAW K.T., PILEGAARD K., SCHMID H.P., VALENTINI R., VERMA S., VESALA T., WILSON K., WOFSY S. 2001. FLUXNET. A new tool to study the temporal and spatial variability of ecosystem-scale carbon dioxide, water vapor and energy flux densities. Bulletin of the American Meteorological Society. Vol. 82. No. 11. s. 2415-2434.
• BALDOCCHI D.D. 2003. Assessing the eddy covariance technique for evaluating carbon dioxide Exchange rates of ecosystems: past, present and future. Global Change Biology. Vol. 9. Iss. 4 s. 479-492.
• BELLISARIO L.M., MOORE T.R., BUBIER J.L. 1998. Net ecosystem CO2 exchange in a boreal peatland, northern Manitoba. Ecoscience. Vol. 5(4) s. 534-541.
• BLECHARCZYK A. 2002. Reakcja żyta ozimego i jęczmienia jarego na system następstwa roślin i nawożenie w doświadczeniu wieloletnim. Roczniki AR w Poznaniu. Rozprawy Naukowe. Nr 326. ISSN 0208-8436 ss. 127.
• BURBA, G.G., ANDERSON D.J. 2010. A brief practical guide to eddy covariance flux measurements: principles and workflow examples for scientific and industrial applications. Version 1.01. Lincoln, USA. LI-COR Biosciences. ISBN 0-6154-3013-9 ss. 211.
• CHOJNICKI B.H., MICHALAK M., ACOSTA M., JUSZCZAK R., AUGUSTIN J., DRÖSLER M., OLEJNIK J. 2010. Measurement of carbon dioxide fluxes by chamber method at Rzecin wetland ecosystem. Polish Journal of Environmental Studies. Vol. 19. No. 2 s. 283-291.
• COGLIATI S. 2011. Development of automatic spectrometric systems for proximal sensing of photosynthetic activity of vegetation [online]. PhD dissertation. Milan. Faculty of Mathematical, Physical and Natural Sciences, Department of Environmental Sciences, University of Milano-Bicocca. [Dostęp 20.10.2011]. Dostępny w Internecie: http://boa.unimib.it/handle/10281/19798
• DAM J.C., HUYGEN J., WESSELING J.G., FEDDES R.A., KABAT P., VAN WALSUM P.E.V., GROENENDIJK P., VAN DIEPEN C.A. 1997. Theory of SWAP version 2.0. Simulation of water flow, solute transport and plant growth in the soil-water-atmosphere-plant environment. Report 71. Wageningen, Netherlands. Department of Water Resources, Wageningen Agricultural University. ISSN 0928-0944 ss. 167.
• DAVIDSON E.A., BELK E., BOONE R.D. 2006. Soli water content and temperature as independent Or confounded factors controlling soil respiration in a temperate mixed hardwood forest. Global Change Biology. Vol. 4. Iss. 2 s. 217-227.
• DAVIDSON E.A., SAVAGE K., VERCHOT L.V., NAVARRO R. 2002. Minimizing artifacts and biases in chamber - based measurements of soil respiration. Agricultural and Forest Meteorology. Vol. 113. Iss. 1-4 s. 21-37.
• DAVIDSON E.A., VERCHOT L.V, CATTANIO J.H., ACKERMAN I.L., CARVALHO J.E.M. 2000. Effects of soil water content on soil respiration in forests and cattle pastures of eastern Amazonia. Biogeochemistry. Vol. 48. Iss. 1 s. 53-69.
• DRÖSLER M. 2005. Trace gas exchange and climatic relevance of bog ecosystem, Southern Germany [online]. PhD Dissertation. Lehrstuhl für Vegetationsökologie, Department für Ökologie, Technische Universität München. [Dostęp 20.10.2011]. Dostępny w Internecie: http://mediatum2. ub.tum.de/doc/603619/603619.pdf
• FANG C., MONCRIEFF J.B. 2001. The dependence of soil CO2 effux on temperature. Soil Biology & Biochemistry. Vol. 33. Iss. 2 s. 155-165.
• FLANAGAN L.B., JOHNSON B.G. 2005. Interacting effects of temperature, soil moisture and plant biomass production on ecosystem respiration in a northern temperate grassland. Agricultural and Forest Meteorology. Vol. 130. Iss. 3-4 s. 237-253.
• FROLKING S. E., BUBIER J. L., MOORE T. R., BALL T., BELLISARIO L. M., BHARDWAJ A., CARROLL P., CRILL P. M., LAFTLEUR P. M., MCCAUGHEY J. H., ROULET N. T., SUYKER A. E., VERMA S. B., WADDINGTON J. M., WHITING G. J. 1998. Relationship between ecosystem productivity and photosynthetically active radiation for northern peatlands. Global Biogeochemical Cycles. Vol. 12. No. 1 s. 115-126.
• FUENTES D.A., GAMON J.A., CHENG Y., CLAUDIO H.C., QIU H., MAO Z., SIMS D.A., RAHMAN A.F., OECHEL W.C., HONGYAN L. 2006. Mapping carbon and water vapor fluxes in a chaparral ekosystem using vegetation indices derived from AVIRIS. Remote Sensing of Environment. Vol. 103. Iss. 3 s. 312-323.
• GAMON J.A., RAHMAN A.F., DUNGAN J.L., SCHILDHAUER M., HUEMMRICH K.F. 2006. Spectral Network ((SpecNet) - what is it and why do we need it? Remote Sensing of Environment. Vol. 103. Iss. 3 s. 227-235.
• GIFFORD R.M. 2003. Plant respiration in productivity models: conceptualisation, representation and issues for global terrestrial carbon-cycle research. Functional Plant Biology. Vol. 30(2) s. 171-186.
• GITELSON A.A., VIÑA A., MASEK J.G., VERMA S.B., SUYKER A.E. 2008. Synoptic monitoring of Gross primary productivity of maize using Landsat data. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. Vol. 5. No. 2 s. 133-137.
• HEJCMAN M., SMRŽ Z. 2010. Cropmarks in stands of cereals, legumes and winter rape indicate subsoil archeological features in the agricultural landscape of Central Europe. Agriculture, Ecosystems and Environment. Vol. 138. Iss. 3-4 s. 348-354.
• HUTCHINSON G.L., LIVINGSTON G.P. 2001. Vents and seals in non-steady state chambers used for measuring gas exchange between soil and the atmosphere. European Journal of Soil Science. Vol. 52 s. 675-682.
• JASSAL R.S., BLACK T.A., NOVAK M. D., GUAY G., NESIC Z. 2008. Effect of soil water stress on soil respiration and its temperature sensitivity in an 18-year-old temperate Douglas-fir stand. Global Change Biology. Vol. 14. Iss. 6 s. 1305-1318.
• JIN X., WANG S., ZHOU Y. 2008. Microbial CO2 production from surface and subsurface soil as affected by temperature, moisture, and nitrogen fertilization. Australian Journal of Soil Research. Vol. 46. No 3 s. 273-280.
• JUSZCZAK R., ACOSTA M., MICHALAK M., CHOJNICKI B.H., URBANIAK M., DRÖSLER M., AUGUSTIN J., OLEJNIK J. 2010. Night-time CO2 chamber measurements in peatland ecosystem in Poland. Acta Agrophysica. Vol. 179(2) s. 113-131.
• JUSZCZAK R., ACOSTA M., OLEJNIK J. 2012. Comparison of daytime and nighttime ecosystem respiration measured by the closed chamber technique on a temperate bog in Poland. Polish Journal of Environmental Studies. Vol. 21. No. 3 s. 643-658.
• KEELING C.D., WHORF T.P. 1994. Atmospheric CO2 records from sites in the SIO air sampling network. W: Trends ‘93: a compendium of data on global change [online]. Pr. zbior. Red. T.A. Boden. ORNL/CDIAC-65. Tennessee. Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory. [Dostęp 20.10.2011]. Dostępny w Internecie: http://www.osti.gov/bridge/ product.biblio.jsp?osti_id=10106351
• KETTUNEN R. 2007. N2O, CH4 and CO2 fluxes from agricultural organic and mineral soils grown with Phleum pretense and mixed Trifolium pratense/P. pretense under elevated CO2 concentration [online]. PhD Dissertations. Joensuu. University of Joensuu. [Dostęp 20.10.2011]. Dostępny w Internecie: http://epublications.uef.fi/pub/urn_isbn_978-952-219-007-9/urn_isbn_978-952-219-007-9.pdf.
• KIRSCHBAUM M.U.F., EAMUS D., GIFFORD R.M., ROXBURGH S.H., SANDS P.J. 2001. Definitions of some ecological terms commonly used in carbon accounting. In: Net Ecosystem Exchange [online]. Pr. zbior. Red. M.U.F Kirschbaum, R. Mueller. Canberra, Australia. Cooperative Research Centre for Greenhouse Accounting. [Dostęp 20.10.2011]. Dostępny w Internecie: http://www. kirschbaum.id.au/definitions.pdf.
• KOZŁOWSKA M. (red.) 2007. Fizjologia roślin. Wyd. I. Poznań. PWRiL. ISBN 978-83-09-01023-4 ss. 544.
• LAW B.E., FALGE E., GU L., BALDOCCHI D.D., BAKWIN P., BERBIGIER P., DAVIS K., DOLMAN A.J., FALK M., FUENTES J.D., GOLDSTEIN A., GRANIER A., GRELLE A., HOLLINGER D., JANSSENS I.A., JARVIS P., JENSEN N.O., KATUL G., MAHLI Y., MATTEUCCI G., MEYERS T., MONSON R., MUNGER W., OECHEL W., OLSON R., PILEGAARD K., PAW U K.T., THORGEIRSSON H., VALENTINI R., VERMA S., VESALA T., WILSON K., WOFSY S. 2002. Environmental controls over carbon dioxide and water vapor exchange of terrestrial vegetation. Agricultural and Forest Meteorology. Vol. 113. Iss. 1-4 s. 97-120.
• LIVINGSTON G.P., HUTCHINSON G.L. 1995. Enclosure-based measurement of trace gas exchange: applications and sources of error. W: Methods in ecology. Biogenic trace gases: measuring emissions from soil and water. Pr. zbior. Red. P.A. Matson, R.C. Harris. Wyd. 1. Cambridge. Blackwell Science s. 14-51.
• LLOYD J., TAYLOR J.A. 1994. On the Temperature dependence of soil respiration. Functional Ecology. Vol. 8. No. 3 s. 315-323.
• LOVETT G.M., COLE J.J., PACE M.L. 2006. Is net ecosystem production equal to ecosystem carbon accumulation? Ecosystems. Vol. 9. Iss. 1 s. 152-155.
• MAYEUX H., DUGAS W.A., SVEJCAR T., JOHNSON D., FRANK A., ANGELL A., MORGAN J., SIMS P., EMMERICH B., HAFERKAMP M. 2002. Rangeland CO2 fluxes: implications of results from the USDAARS FLUX NETWORK [online]. 25th Conference on Agricultural and Forest Meteorology. American Meteorological Society [Dostęp 20.10.2011]. Dostępny w Internecie: http://www. tucson.ars.ag.gov/unit/publications/PDFfiles/1546.pdf
• MICHAELIS L., MENTEN M.L. 1913. Die Kinetik der Invertinwirkung. Biochemistry Zeitung. Vol. 49 s. 333-369.
• MICHALAK M., JUSZCZAK R., ACOSTA M., CHOJNICKI B.H., AUGUSTIN J., DRÖSLER M., OLEJNIK J. 2010. Comparison of observed and modeled daily ecosystem respiration (Reco) and net ecosystem exchange (NEE). Acta Agrophysica. Vol. 179(2) s. 41-70.
• MICHALAK-GALCZEWSKA M. 2011. Dobowa i sezonowa zmienność strumieni CO2 torfowiska w Rzecinie. Praca doktorska. Poznań. Katedra Meteorologii, Wydział Melioracji i Inżynierii Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu. Maszynopis ss. 112.
• MOCEK A., DRZYMAŁA S., MASZNER P. 2010. Geneza, analiza i klasyfikacja gleb. Wyd. 5. Poznań. Wydaw. AR. ISBN 978-8-3716-0586-4 ss. 418.
• MÜNCHMEYER U. 2000. Zur N-Umsetzung in degradierten Niedermoorböden Nordostdeutschlands unter besonderer Berücksichtigung der N-Mineralisierung und des Austrages gasförmiger N-Verbindungen. Dissertation. Universitüt Greifswald. Verlag Grauer. ISBN 3-86186-394-4 ss.118.
• NORMAN J.M., KUCHARIK C.J., GOWER S.T., BALDOCCHI D.D., CRILL P.M., RAYMENT M., SAVAGE K., STRIEGL R.G. 1997. A comparison of six methods for measuring soil-surface carbon dioxide fluxes. Journal of Geophysical Research. Vol. 102. No. D24. s. 28,771-28,777.
• PUMPANEN J., KOLARI P., ILVESNIEMI H., MINKKINEN K., VESALA T., NIINISTÖS., LOHILA A., LARMOLA T., MORERO M., PHILATIE M., JANSSENS I., YUSTE J. C., GRÜNZWEIG J.M., RETH S., SUBKE J., SAVAGE K., KUTSCH W., ØSTRENG G., ZIEGLER W., ANTHONI P., LINDROTH A., HARI P. 2004. Comparison of different chamber techniques for measuring soil CO2 efflux. Agricultural and Forest Meteorology. Vol. 123. Iss. 3-4 s. 159-176.
• ROCHETTE P., HUTCHINSON G.L. 2005. Measurement of soil respiration in situ: chamber techniques. Micrometeorology in Agricultural Systems. Agronomy Monograph. No. 47 s. 247-286.
• ROGIERS N. 2006. Impact of site history and land-management on CO2 fluxes at a grassland in the Swiss Pre-Alps [online]. PhD dissertation. Bern, Switzerland. Institute of Geography, University of Bern. [Dostęp 20.10.2011]. Dostępny w Internecie: http://www.psi.ch/lac/ProjectDetailEu CarbomontEN/Diss_RogiersNele.pdf
• SIMS D.A., HONGYAN L., HASTINGS S., OECHEL W.C., RAHMAN A.F., GAMON J.A. 2006. Parallel adjustments in vegetation greenness and ecosystem CO2 exchange inresponse to drought in a Southern California chaparral ecosystem. Remote Sensing of Environment. Vol. 103. Iss. 3 s. 289-303.
• SMITH W.N., ROCHETTE P., MONREAL C., DESJARDINS R.L., PATTEY E., JAQUES A. 1997. The rate of carbon change in agricultural soils in Canada at the landscape level. Canadian Journal of Soil Science. Vol. 77(2) s. 219-229.
• SMITH P., MARTINO D., CAI Z., GWARY D., JANZEN H., KUMAR P., MCCARL B., OGLE S., O’MARA F., RICE C., SCHOLES B., SIROTENKO O. 2007. Agriculture [online]. W: Climate change 2007: mitigation. Contribution of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Pr. zbior. Red. B. Metz, O.R. Davidson, P.R. Bosch, R. Dave, L.A. Meyer. Cambridge. New York. Cambridge University Press. [Dostęp 20.10.2011]. Dostępny w Internecie: http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg3/ar4-wg3-chapter8.pdf.
• TAYLOR S.A., ASHCROFT G.M. 1972. Physical edaphology: the physics of irrigated and non-irrigated soils. San Francisco. W.H. Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-0818-6 ss. 533.
• TEBRÜGGE F., EPPERLEIN J. 2011. Position paper: the importance of the conservation agriculture within the framework of the climate discussion [online]. Brussels. ECAF. [Dostęp 20.10.2011]. Dostępny w Internecie: http://www.ecaf.org/docs/ecaf/positionpaperco2ecaf.pdf
• URBANIAK M. 2006. Ocena sezonowej zmienności strumieni dwutlenku węgla i pary wodnej na terenach podmokłych metodą kowariancji wirów. Praca doktorska. Poznań. Katedra Agrometeorologii, Wydział Melioracji i Inżynierii Środowiska, AR. Maszynopis ss. 103.
• WEISKE A. 2007. Potential for carbon sequestration in european agriculture [online]. Specific targeted research project n°SSPE-CT-2004-503604. Impact of environmental agreements on the common agricultural policy. MEACAP WP3 D10a appendix. [Dostęp 20.10.2011]. Dostępny w Internecie: http://www.ieep.eu/assets/311/D10a_appendix_carbon_sequestration.pdf
• WHITING G.J. 1994. CO2 exchange in the Hudson Bay lowlands: community characteristics and multispectral reflectance properties. Journal of Geophysical Research, Atmospheres. Vol. 99. No. D1 s. 1519-1528.
• YUAN W., LIU S., ZHOU G., ZHOU G., TIESZEN L.L., BALDOCCHI D., BERNHOFER CH., GHOLZ H., GOLDSTEIN A.H., GOULDEN M.L., HOLLINGER D. Y., HU Y., LAW B.E., STOY P.C., VESALA T., WOFSY S.C. 2007. Deriving a light use efficiency model from eddy covariance flux data for predicting daily gross primary production across biomes. Agricultural and Forest Meteorology. Vol. 143. Iss. 3-4 s. 189-207.
• ZHOU X., WAN S., LOU Y. 2007. Source components and interannual variability of soil CO2 efflux under experimental warming and clipping in a grassland ecosystem, Global Change Biology. Vol. 13. Iss. 4 s. 761-775.