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Screen-aided CO2 control (SACC): a middle ground between FACE and open-top chambers

1997; Elsevier BV; Volume: 18; Issue: 3 Linguagem: Francês

10.1016/s1146-609x(97)80007-0

1873-6238

Paul Leadley, Pascal A. Niklaus, R. Stocker, Christian Körner,

Fire effects on ecosystems

We have developed a novel CO2 exposure system for natural vegetation that is a middle ground between Free Air CO2 Enrichment (FACE) and traditional open-top chambers (OTC). Screen-Aided CO2 Control (SACC) technology uses much less CO2 per experiment and per replicate than FACE and is superior to OTCs in terms of its effects on microclimate. A SACC unit consists of a thin metal frame, a clear plastic "screen", and a pipe at the base of the screen through which CO2 enriched jets of air are directed into the unit. There is a gap between the ground and the bottom of the pipe and the screen is relatively short in comparison to the maximum height of the vegetation. Our SACC units are hexagonal and enclose a ground area of 1.27 m2. SACC works in the following way: 1) the screen breaks the wind and creates turbulent mixing within the unit, 2) the mixing of the outside air with the CO2 enriched jets of air generates relatively uniform CO2 concentrations within the screened-in vegetation, and 3) a fully automated system monitors CO2 concentrations and adjusts CO2 injection rates for each unit every ca. 10 minutes to maintain preset CO2 concentrations. Twenty-four hour means of CO2 concentrations in the middle of a unit are typically maintained within 1 μl l−1 of their set points. Spatial variation and short-term fluctuations in CO2 concentration are similar to those in OTCs and FACE. CO2 consumption at our site is 5 kg CO2 day−1 replicate−1 for a total of ca. 30 tons per year for 20 elevated CO2 SACC units. Compared to OTCs, SACC units have reduced temperature peaks at full sunlight, minimal effects on solar radiation, reduced rainfall interception by chamber walls, and freer access of small animals to experimental plots. We believe that SACC is the best method for exposing short stature vegetation to elevated CO2 when financial constraints do not allow for a properly replicated FACE experiment. Nous avons développé un nouveau système d'exposition au CO2 pour la végétation naturelle qui est à mi-chemin entre FACE (Free Air CO2 Enrichment) et les chambres non-couvertes traditionnelles (OTC). La technologie SACC (Screen-Aided CO2 Control) utilise beaucoup moins de CO2 par expérience et par réplicat que FACE et est supérieure aux OTC en termes d'effets sur le micro-climat. Une unité SACC consiste en un fin cadre de métal, un «écranå de plastique transparent et, à la base de l'écran, un tuyau à travers lequel des jets d'air enrichi en CO2 sont dirigés vers l'intérieur de l'unité. Il y a un vide entre le sol et le bas du tuyau; l'écran est relativement bas par comparaison avec la hauteur maximale de la végétation. Nos unités SACC sont hexagonales et incluent une surface de 1,27 m2. SACC fonctionne de la manière suivante: 1) l'écran brise le vent et crée un mélange turbulent à l'intérieur de l'unité; 2) le mélange de l'air extérieur avec les jets d'air enrichi en CO2 génère des concentrations en CO2 relativement uniformes dans la végétation située à l'intérieur de l'écran et 3) un système entièrement automatisé contrôle les concentrations en CO2 et ajuste les taux d'injection de CO2 pour chaque unité toutes les 10 minutes environ afin de maintenir les concentrations en CO2 prédéfinies. Les moyennes sur 24 heures des concentrations en CO2 au centre d'une unité sont typiquement maintenues à moins de 1 μl l−1 de leurs points de départ. La variation spatiale et les fluctuations à court terme de la concentration en CO2 sont similaires à celles des OTC ou de FACE. La consommation de CO2 sur notre site est de 5 kg jour−1 replicat−1 pour un total d'environ 30 tonnes par an, pour 20 unités SACC. Par comparaison avec les OTC, les unités SACC ont des pics de température réduits en plein soleil, des effets minimaux sur la radiation solaire, une interception réduite des précipitations par les murs de la chambre et un accès plus libre des petits animaux aux placettes expérimentales. Nous croyons que SACC est la meilleure méthode pour exposer une végétation basse à un enrichissement en CO2 lorsque les contraintes financières ne permettent ps de reproduire correctement une expérience avec FACE.