Carbon Fluxes on North American Rangelands

Abstract

Rangelands account for almost half of the earth’s land surface and may play an important role in the global carbon (C) cycle. We studied net ecosystem exchange (NEE) of C on eight North American rangeland sites over a 6-yr period. Management practices and disturbance regimes can influence NEE; for consistency, we compared ungrazed and undisturbed rangelands including four Great Plains sites from Texas to North Dakota, two Southwestern hot desert sites in New Mexico and Arizona, and two Northwestern sagebrush steppe sites in Idaho and Oregon. We used the Bowen ratio-energy balance system for continuous measurements of energy, water vapor, and carbon dioxide (CO2) fluxes at each study site during the measurement period (1996 to 2001 for most sites). Data were processed and screened using standardized procedures, which facilitated across-location comparisons. Although almost any site could be either a sink or source for C depending on yearly weather patterns, five of the eight native rangelands typically were sinks for atmospheric CO2 during the study period. Both sagebrush steppe sites were sinks and three of four Great Plains grasslands were sinks, but the two Southwest hot desert sites were sources of C on an annual basis. Most rangelands were characterized by short periods of high C uptake (2 mo to 3 mo) and long periods of C balance or small respiratory losses of C. Weather patterns during the measurement period strongly influenced conclusions about NEE on any given rangeland site. Droughts tended to limit periods of high C uptake and thus cause even the most productive sites to become sources of C on an annual basis. Our results show that native rangelands are a potentially important terrestrial sink for atmospheric CO2, and maintaining the period of active C uptake will be critical if we are to manage rangelands for C sequestration. Los pastizales nativos constituyen casi la mitad de la superficie terrestre y pueden desempeñar un papel importante en el ciclo global del carbón (C). El objetivo de esta investigación fue estudiar el intercambio neto de carbono dentro del ecosistema (NEE) en ocho sitios de pastizales de Norteamérica durante un período de seis años. Las prácticas de manejo y grados de disturbio pueden influenciar el NEE, pero para consistencia, se compararon pastizales con y sin pastoreo. Se usaron cuatro sitios de las Grandes Planicies desde Texas a Dakota del Norte, dos sitios del desierto al sudoeste de New México y Arizona y dos sitios del noroeste del desierto de arbustivas en Idaho y Oregon. Se utilizo el sistema proporción-energía de Bowen para las medidas continuas de energía, de vapor de agua y de los flujos del CO2 en cada sitio (1996 a 2001 para la mayoría de los sitios). Se examinaron los datos usando procedimientos estandarizados que facilitaron comparaciones entre sitios. Aunque casi cualquier sitio podría actuar como reservorio o fuente de C dependiendo de los patrones anuales. Cinco de los ocho pastizales nativos típicamente demandaron CO2 atmosférico durante el período del estudio. Ambos sitios del desierto arbustivo y tres de cuatro sitios de las Grandes Planicies demandaron CO2. En contraste, los dos sitios secos del desierto del sudoeste fueron fuentes del carbón anualmente. La mayoría de los pastizales se caracterizaron por períodos cortos de alta absorción de C (2 a 3 meses) y largos periodos del balance de C o bien pequeñas pérdidas por respiración. Las condiciones ambientales durante el período de evaluación influenciaron fuertemente las conclusiones sobre NEE en todos los sitios evaluados. Las sequías limitaron períodos de alta absorción de C y la productividad de los sitios para convertirse anualmente en fuentes de C. Estos resultados demostraron que los pastizales nativos son potencialmente un reservorio terrestre para el CO2 atmosférico y el mantenimiento del período de absorción de C activo será crítico si se manejan los pastizales para el secuestro de C.