Shrub Effects on Carbon Dioxide and Water Vapor Fluxes Over Grasslands

Abstract

Temperate grasslands are a species-rich ecosystem that may be important in mitigating the increase in atmospheric CO 2 . The effect of shrub invasion on CO 2 fluxes in Northern Great Plains grasslands is not known. The objectives of this research were to determine CO 2 and water vapor fluxes over a grazed mixed-grass prairie (prairie site) and a mixed-grass prairie that has extensive invasion of shrubs (shrub prairie site). The Bowen ratio/energy balance (BREB) technique was used to determine CO 2 and water vapor (ET) fluxes during a 4-year period from 1 May to 17 October in 1999, 2000, 2001, and 2002. Aboveground biomass and leaf area index (LAI) were measured about every 21 days throughout the growing season. Peak biomass occurred during July to early August and averaged 1 763 kg · ha −1 for the prairie and 1 808 kg · ha −1 for herbaceous locations in the shrub prairie site. LAI of the herbaceous locations averaged 0.39 for the prairie site and 0.56 for the shrub prairie site. LAI for the shrubs in the shrub prairie site averaged 4.28. Total growing season CO 2 fluxes were similar in prairie and shrub prairie sites, averaging about 350 g CO 2 · m −2 (positive flux is CO 2 uptake). However, the presence of shrubs altered the seasonal pattern of fluxes. Carbon dioxide fluxes over the shrub prairie site were higher than over the prairie site early in the growing season in May and June, and were often lower than those of the prairie site late in the growing season in August, September, and October. Evapotranspiration rates from May to mid-October were higher in the prairie (521 mm) than the shrub prairie site (461 mm). These results suggest that shrub invasion on Northern Great Plains grasslands does not reduce the potential of grasslands to sequester atmospheric CO 2 . Los pastizales templados son ecosistemas ricos en especies que pueden ser importantes en mitigar el incremento del CO 2 atmosférico. El efecto de la invasion de arbustos en los flujos CO 2 de los Pastizales de las Grandes Planicies del Norte no es conocido. Los objetivos de esta investigación fueron determinar los flujos de CO 2 y vapor de agua en una pradera de zacates mixtos apacentada (sitio de pradera) y en una pradera de zacates mixtos con una fuerte invasión de arbustos (sitio de pradera con arbustos). Para determinar los flujos de CO 2 y vapor de agua (ET) se uso la técnica de balance de la relación Bowen/energía y el estudio se condujo durante un periodo de 4 años del 1 de Mayo al 17 de Octubre de 1999, 2000, 2001 y 2002. La biomasa aérea y el indice de área foliar (LAI) se midieron aproximadamente cada 21 días a lo largo de la estación de crecimiento. El pico de producción de biomasa ocurrió de Julio a inicios de Agosto y promedió 1 763 kg ha −1 para la pradera y 1 808 kg ha −1 para las localidades herbáceas del sitio de pradera con arbustos. El LAI de las localidades herbáceas promedio 0.39 en el sitio de pradera y 0.56 en el de pradera con arbustos. El LAI de los arbustos en el sitio de pradera con arbustos promedio 4.28. Los flujos totales de CO 2 durante la estación de crecimiento fueron similares en los sitios de pradera y de pradera con arbustos, promediando aproximadamente 350 g CO 2 m −2 (el flujo positivo es la toma de CO 2 ); sin embargo, la presencia de arbustos alteró el patrón estacional de los flujos. A inicios de la estación de crecimiento, en Mayo y Junio, los flujos de dióxido de carbono del sitio de pradera con arbustos fueron mayores que los del sitio de pradera, y a fines de la estación de crecimiento, en Agosto, Septiembre y Octubre, a menudo fueron mas bajos que los del sitio de pradera. Las tasas de evapotranspiración de Mayo a mediados de Octubre fueron mayores en la pradera (521 mm) que en el sitio de pradera con arbustos (461 mm). Estos resultados sugieren que la invasión de arbustos en los pastizales de las Grandes Planicies del Norte no reducen el potencial de los pastizales para secuestrar CO 2 atmosférico.