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Land Use Influences Carbon Fluxes in Northern Kazakhstan

2010; Elsevier BV; Volume: 63; Issue: 1 Linguagem: Espanhol

10.2111/08-106.1

1551-5028

Jorge F. Pérez‐Quezada, Nicanor Z. Saliendra, Kanat Akshalov, Douglas A. Johnson, Emilio A. Laca,

Climate variability and models

A mobile, closed-chamber system (CC) was used to measure carbon and water fluxes on four land-use types common in the Kazakh steppe ecoregion. Land uses represented crop (wheat or barley, WB), abandoned land (AL), crested wheatgrass (CW), and virgin land (VL). Measurements were conducted during the growing season of 2002 in northern Kazakhstan at three locations (blocks) 15–20 km apart. The CC allowed the measurement of the carbon flux components of net ecosystem exchange (NEE), ecosystem respiration (RE) and soil respiration (RS), together with evapotranspiration (ET). Nonlinear regression analyses were used to model gross primary production (GPP) and ET as a function of photosynthetically active radiation (Q); RE and RS were modeled based on air (Tair) and soil (Ts) temperature, respectively. GPP, RE, RS, and ET were estimated for the entire year with the use of continuous 20-min means of Q, Tair, and Ts. Annual NEE indicated that AL gained 536 g CO2 · m−2, WB lost - 191 g CO2 · m−2, CW was near equilibrium (− 14 g CO2 · m−2), and VL exhibited considerable carbon accumulation (153 g CO2 · m−2). The lower GPP values of the land-use types dominated by native species (CW and VL) compared to WB and AL were compensated by positive NEE values that were maintained during a longer growing season. As expected, VL and CW allocated a larger proportion of their carbon assimilates belowground. Non–growing-season RE accounted for about 19% of annual RE in all land-use types. The results of this landscape-level study suggest that carbon lost by cultivation of VLs is partially being restored when fields are left uncultivated, and that VLs are net sinks of carbon. Estimations of carbon balances have important management implications, such as estimation of ecosystem productivity and carbon credit certification. Un sistema de cámara cerrada móvil (CC) se utilizó para medir los flujos de carbono y agua en cuatro tipos comunes de uso de suelo en la ecorregión de la estepa de Kazajstán. Los usos de suelo representaron un cultivo (trigo o cebada, WB), tierras abandonadas (AL), triguillo crestado (CW) y tierras vírgenes (VL). Las mediciones se llevaron a cabo durante la estación de crecimiento del año 2002 en el norte de Kazajstán en tres sitios (bloques) distantes 15–20 km entre si. La CC permitió medir los componentes del flujo de carbono de intercambio neto del ecosistema (NEE), la respiración ecosistémica (RE) y la respiración de suelo (RS), junto con la evapotranspiración (ET). Se utilizó análisis de regresión no-lineal para modelar la producción primaria bruta (GPP) y ET en función de la radiación fotosintéticamente activa (Q); RE y RS se modelaron a partir de la temperatura del aire (Tair) y del suelo (Ts), respectivamente. Los GPP, RE, RS, y ET fueron estimados para el año completo usando los promedios continuos de 20 minutos de Q, Tair y Ts. El NEE anual mostró que AL ganó 536 g CO2 · m−2, mientras que el WB emitió − 191 g CO2 · m−2, el CW estaba cerca del equilibrio (− 14 g CO2 · m−2), y la VL exhibió una acumulación de carbono considerable (153 g CO2 · m−2). Los valores de GPP más bajos de los tipos de uso de suelos dominados por especies nativas (CW y VL) comparados con WB y AL fueron compensados por valores positivos de NEE, los cuales se mantuvieron durante una estación de crecimiento más prolongada. Tal como se esperaba, VL y CW destinaron una mayor proporción de sus carbonos asimilados debajo de la superficie del suelo. La RE de la estación de receso representó un 19% de la RE anual en todos los usos de suelo. Los resultados de este estudio a nivel de paisaje sugieren que el carbono perdido al momento de cultivar las tierras vírgenes está siendo parcialmente restaurado cuando los campos se dejan sin cultivar, y esas tierras vírgenes son sumideros netos de carbono. Las estimaciones de los balances de carbono tienen implicaciones importantes de manejo, tales como la estimación de la productividad del ecosistema y la certificación de crédito de carbono.