J 2018

What actually controls the minute to hour changes in soil carbon dioxide concentrations?

FAIMON, Jiří a Marek LANG

Základní údaje

Originální název

What actually controls the minute to hour changes in soil carbon dioxide concentrations?

Název česky

Co skutečně řídí minutové až hodinové změny v půdních koncentracích oxidu uhličitého?

Autoři

FAIMON, Jiří (203 Česká republika, garant, domácí) a Marek LANG (203 Česká republika, domácí)

Vydání

Geoderma, Amsterdam, Elsevier, 2018, 0016-7061

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10505 Geology

Stát vydavatele

Nizozemské království

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Impakt faktor

Impact factor: 4.336

Kód RIV

RIV/00216224:14310/18:00102469

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

DOI

UT WoS

000430780600006

Klíčová slova česky

Antropogenní půda; Diurnální variace; Hystereze teplota-CO2; Koncentrace CO2; Obsah vody; Teplota

Klíčová slova anglicky

Anthrosol; CO2 concentration; Diurnal variation; Temperature; Temperature-CO2 hysteresis; Water content

Štítky

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 23. 4. 2024 11:11, Mgr. Michal Petr

Anotace

ORIG CZ

V originále

The monitoring of carbon dioxide (CO2) in anthrosol showed CO2 concentrations ([CO2]) up to 10,000 ppmv in dependence on external conditions. During dry season, [CO2] oscillated in a diurnal cycle with mean amplitude about 1520 ppmv. [CO2] was strongly positively correlated with soil temperature, T(soil), (correlation coefficient r~0.92). However, T(soil) lagged behind [CO2] by 55 min. Due to the phase shift, the [CO2]/T(soil) dependence showed typical hysteresis loop with a counterclockwise rotation. A simple model of two oscillating signals indicates that this direction of rotation would mean violation of causality. The lag of T(soil) behind [CO2] would be conceivable if heat and CO2 were transported to the point of measuring from soil top layer and the CO2 transport was faster than heat transport. An effect of photosynthesis on [CO2] via root respiration is not too probable at dry season because it works on a longer time scale. Nevertheless, the correlation of [CO2] with the illumination (IL) in spectral range of 380–720 nm did not rule out such possibility (correlation coefficient r=0.63 at 4-hour lag of [CO2] behind IL). Wet season was simulated by artificial soil sprinkling: adding water to soil induced the strong/immediate increase of [CO2] which was attributed to enhanced heterotrophic respiration. The dependence [CO2]=f(WEx) where WEx is water excess in L m-2 was almost linear, but its slope increases exponentially with temperature. Based on this finding, the relation SH(z)=b1×exp(b2×T(soil)(z) / T0)×(&(z) / PHI)+b3 (where SH(z) is heterotrophic respiration [mol m-3 s-1], T(soil)(z) is soil temperature [K], T0 is standard temperature [K], THETA(z) is moisture [m3 m-3], PHI is soil total porosity [m3 m-3], z is vertical coordinate, b1, b2, b3 are parameters) was proposed. A participation of root respiration on immediate fluctuation of [CO2] is less probable. This would be possible only in case of pressure propagation through plant xylem/phloem system.

Česky

Monitoring oxidu uhličitého (CO2) v antropogenních půdách ukázal koncentrace CO2 ([CO2]) až 10000 ppmv v závislosti na okolních podmínkách. V období sucha [CO2] osciluje v rámci diurnálního cyklu s průměrnou amplitudou kolem 1520 ppmv. [CO2] silně pozitivně korelovalo s půdní teplotou, T(soil), (korelační koeficient r ~ 0,92). Avšak, T(soil) byla posunuta vzhledem k [CO2] o přibližně 55 minut. Kvůli fázovému posunu ukázala závislost [CO2]/T(soil) typickou hysterezi proti směru pohybu hodinových ručiček. Jednoduchý model dvou oscilujících signálů indikuje, že tento směr pohybu by znamenal porušení kauzality. Posun T(soil) proti [CO2] by byl možný pokud by teplo a CO2 byly transportovány do místa měření ze svrchní vrstvy půdy a transport CO2 by byl rychlejší než transport tepla. Efekt fotosyntézy na [CO2] respirací kořenů není během období sucha příliš pravděpodobný, protože působí po delší časové období. Nicméně korelace [CO2] s osvitem (IL) ve spektrálním rozsahu 380-720 nm nevyloučila tuto možnost (korelační koeficient r= 0,629 při posunu LI za [CO2]) 4 hodiny. Období deště bylo simulováno umělým skrápěním půdy: přidávání vody do půdy indukovalo střední až silný nárůst [CO2], který odpovídal zvýšené heterotrofní respiraci. Závislost [CO2]=f(WEx), kde WEx je přídavek vody v L/m2, byla téměř lineární, ale její směrnice se zvyšovala exponenciálně s teplotou. Na základě této závislosti byl odvozen vztah SH(z)=b1×exp(b2×T(soil)(z) / T0)×(THÉTA(z) / FÍ)+b3 (where SH(z) (kde SH(z) je heterotrofní respirace [mol m-3 s-1], z je vertikální koordináta, Ts(z) je teplota [K], T0 je standartní teplota [K], THÉTA(z) je vlhkost [m3 m-3], FÍ je celková porozita půdy [m3 m-3], b1, b2, b3 jsou parametry). Participace respirace kořenů na střední fluktuace [CO2] je méně pravděpodobná. To by bylo možné pouze v případě šíření tlaku přes rostlinný xylém/floém.