![](img/space.gif) |
Climate change effects on ecosystem carbon efflux: combining field experiments and biogeophysical modelling.
|
Help
Print
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
|
![](img/print_ver.gif) |
Details of project |
|
|
Identifier |
![](img/space.gif) 115637 |
Type |
PD |
Principal investigator |
Lelleiné Kovács, Eszter |
Title in Hungarian |
A klímaváltozás hatása az ökoszisztémák szénkibocsátására: terepkísérletek és biogeofizikai modellezés |
Title in English |
Climate change effects on ecosystem carbon efflux: combining field experiments and biogeophysical modelling. |
Keywords in Hungarian |
szénforgalom, talajlégzés, sötétlégzés, bruttó primer produkció, szárazság stressz, klímaváltozás kísérlet, félszáraz homoki erdőssztyepp |
Keywords in English |
carbon cycle, soil respiration, dark respiration, gross primary production, drought stress, climate change experiment, semiarid sandy forest-steppe |
Discipline |
Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences) | 100 % | Ortelius classification: Ecology |
|
Panel |
Ecology and evolution 1 |
Department or equivalent |
Institute of Ecology and Botany, Centre for Ecological Research, Hungarian Academy of Sciences (Centre for Ecological Research) |
Starting date |
2015-12-01 |
Closing date |
2018-11-30 |
Funding (in million HUF) |
22.839 |
FTE (full time equivalent) |
3.00 |
state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A Föld légköre és az ökoszisztémák közötti intenzív széndioxid-gázcsere mértéke egy nagyságrenddel nagyobb az ipari eredetű CO2-kibocsátásnál. A fátlan ökoszisztémák jelentős kiterjedésük és klímaváltozásra való érzékenységük miatt jelentős szerepet játszhatnak a globális szénkörforgalom megváltozásában. Az ökoszisztémák nettó gázcseréjének (NEE), valamint összetevőinek (sötétlégzés, talajlégzés, bruttó primer produkció) vizsgálata feltárhatja a szénforgalom főbb környezeti tényezőkkel, illetve a talaj szervesanyag-tartalmával és növényzeti borítottságával való összefüggéseit, hosszabb távon pedig a várható klímaváltozásra adott válaszait. A kiskunsági erdőssztyeppben évek óta folynak állományszintű klímaszimulációs kezelések: egy fehér nyársarjas állományban (INCREASE) passzív éjszakai hőmérséklet-emelés és időszakos csapadékkizárás történik. Egy másik kísérletben (ExDrain), egy nyílt homoki gyepben az extrém szárazság és a hosszútávú csapadékváltozások egyedi és interaktív hatásait vizsgáljuk. Egyik célkitűzésem a fenti kísérleti területeken a nemzetközi kooperációban kifejlesztett mérési módszerek alapján az NEE és komponenseinek meghatározása, valamint hőmérséklet- és nedvességfüggésük modellezése. Célom a szénforgalom-komponensek éves menetének és éves mértékének számszerűsítése is, valamint összefüggések megállapítása a vizsgált terület talajának szervesanyag-tartalmával és a növényzet borításával. Az állományszintű gázcsere-vizsgálatok mérési adatait, valamint az empirikus modellezés eredményeit fel kívánom használni egy anyag- és energiaforgalmi biogeofizikai ökoszisztéma modell gyepekre kidolgozott változatának (Biome-BGC MuSo) kalibrálásához és validálásához.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A kiskunsági homoki erdőssztyepp formáció fehér nyár cserjés mozaikjai és nyílt homoki gyepjei igen szegények szervesanyagban (<1%), és a homok váztalaj (Calcaric arenosol, FAO) adottságaiból eredően ezek víz- és hőháztartása szélsőséges. Hogyan jellemezhető ebben a félszáraz homoki vegetációban a szénforgalom dinamikája és volumene a jelenlegi körülmények között, és hogyan fog változni a klímaváltozás során? Specifikus kérdéseim: Mi jellemzi a vizsgált állományok nettó ökoszisztéma gázcseréjének (NEE), valamint komponenseinek (sötétlégzés, talajlégzés, bruttó primer produkció) mennyiségi viszonyait, évszakos és évek közötti változásaikat? Hogyan határozzák meg a széndioxid-gázcsere különböző komponenseinek volumenét és intenzitását közvetlenül a környezeti tényezők (hőmérséklet, csapadék, talajnedvesség), illetve a talaj szervesanyag-tartalma és a növényzet? Ezek az összefüggések hogyan modellezhetők az empírikus és a biogeofizikai modellezés eszközeivel? Az elkövetkező időszakra jósolt hőmérsékleti és csapadékviszonyokban várhatóan bekövetkező változások tükrében hogyan alakul majd a szénforgalom elemeinek relatív hozzájárulása a NEE-hez?
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A légkör széndioxid-tartalma, amelynek legfontosabb forrása a szárazföldi talajok és a növényzet széndioxid-kibocsátása, Földünk éghajlatára igen jelentős hatást gyakorol. Mivel a légkör-ökoszisztéma kapcsolatrendszer ökoszisztémánként más-más képet mutat, a talaj-növényzet rendszer környezeti tényezőkkel szembeni érzékenységének vizsgálata nagy jelentőséggel bír a klímaváltozás lehetséges hatásainak becslésében. A földi ökoszisztémák mintegy 40%-át teszik ki a fátlan, valamint az átmeneti jellegű, mozaikos felépítésű ökoszisztémák. Ezek jelentősége globális szénforgalomban játszott szerepüket tekintve abban rejlik, hogy a jósolt éghajlati, valamint egyéb globális (pl. tájhasználati) változások iránt igen nagy érzékenységet mutatnak. Ezen élőhelyek az aktuális időjárástól, valamint a tájhasználattól függően nemcsak szénelnyelők lehetnek, de akár nettó szénkibocsátókká is válhatnak. A jövőbeni klímaviszonyok hatásainak vizsgálatára kiválóan alkalmasak az in situ klímaváltozás kísérletek, ahol a környezeti tényezők variabilitásának megnövelésével (hőmérséklet emelése, csapadék¬viszonyok megváltoztatása) vizsgálhatók a jósolt klímaváltozásnak a talaj-növényzeti rendszerekre gyakorolt rövidebb és hosszabb távú hatásai. Ilyen körülmények között a tervezett állományszintű gázcsere-vizsgálatok, az empírikus modellezés és a Biome-BGC MuSo biogeofizikai ökoszisztéma modell paraméterezésének és validálásának eredményei térben és időben jobban kiterjeszthetőek, valamint jó alkalmat teremtenek a klímaváltozás illetve egyéb tényezők okozta hatások elkülönítésére. Az EU FP5 és FP7 VULCAN-INCREASE pályázatok során kialakult nemzetközi együttműködés keretei között alkalmam nyílik az eredmények európai összehasonlítására, és európai klímagrádiensbe helyezett interpretálására is. Kutatásaim várhatóan elősegítik a homoki erdőssztyeppben a talajminőséggel és a légköri szén-dioxid elnyelésével kapcsolatos egyes ökoszisztéma szolgáltatások becslését.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A Föld légköre és az ökoszisztémák között intenzív széndioxid-gázcsere folyik, amelynek mértéke egy nagyságrenddel nagyobb az ipari eredetű CO2-kibocsátásnál. A klímaváltozás ökológiai rendszerekre gyakorolt hatásának vizsgálatára igen alkalmas módszer a terepi klímaváltozás kísérlet, ahol a klimatológusok által a jövőre jósolt hőmérsékleti illetve csapadékviszonyok állíthatók be kísérleti parcellákon. Esetünkben ezt csapadékkizáró, illetve hővédő tetőkkel, valamint parcellák öntözésével valósítjuk meg, amellyel a felmelegedést, illetve csapadékviszonyok változásait szimuláljuk. A kezelések a Kiskunsági Nemzeti Park természetközeli, fehér nyár cserjés, illetve nyílt gyepi állományaiban folynak, és elősegítik a jövőbeni klímaváltozással kapcsolatos ökológiai kérdések megválaszolását. Tervezett kutatásomban a fenti állományok talajának és növényzetének szénforgalmát, a szénforgalom komponenseinek nagyságát és egymáshoz viszonyított arányát kívánom meghatározni (mint a növényzet CO2 elnyelése a fotoszintézis során, a talaj CO2 kibocsátása a lebontó folyamatok és a növényi gyökerek légzése során, valamint a növényzet légzése). Vizsgálnám ezen komponensek környezeti tényezőkkel (hőmérséklet, csapadék) való kapcsolatát, így a várható klímaváltozásra adott válaszukat is. Emellett a mérési adatok alapján általános ökoszisztéma anyagforgalmi modellek futásának eredményeit is vizsgálni kívánom. Kutatásaim várhatóan elősegítik a homoki erdőssztyeppben a talajminőséggel és a légköri szén-dioxid elnyelésével kapcsolatos egyes ökoszisztéma szolgáltatások becslését.
| Summary Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The measure of the intensive carbon fluxes between the atmosphere and the ecosystems is one order of magnitude greater than the carbon efflux of industrial origin. Grassland ecosystems may have an important role in alteration of global carbon exchange, due to their significant extent and high sensitivity to climate change. In these ecosystems the study of net ecosystem exchange (NEE), and its processes as dark respiration, soil respiration and gross primary production, may reveal the relationships between ecosystem carbon cycle and the main environmental factors as meteorology, soil organic matter, and plant cover. It may furthermore reveal in longer term the possible responses to the anticipated climate change. In the forest-steppe vegetation of the Kiskunság we are conducting climate simulation experiments for more years. In a poplar shrubland an international experimental site has been established, where the treatments are nocturnal warming, and rain exclusion (INCREASE). The other experiment has been built in an open grassland, and here we study individual and interactive effects of an extreme drought and chronic alteration of precipitation (ExDrain). One of my objectives is, based on the methodology elaborated in international cooperation, to quantify NEE and its components, and modeling their temperature and moisture dependence. I also aim at quantifying the annual course and annual rates of the carbon exchange components, and revealing their relationships with soil organic matter and plant cover. Besides, based on these measurements and the resulted empirical models, I plan the calibration and validation of the Biome-BGC MuSo biogeophysical model for grasslands.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. The white poplar shrublands and the open grasslands of the sandy forest-steppe ecotone of Kiskunság has a coarse-textured sandy soil (Calcaric arenosol, FAO) with low organic matter content (<1%), and therefore an extreme water and heat regime. How the dynamics and volume of the carbon cycle in the semiarid sandy vegetations could be characterized under current climate regime, and how could be predicted its possible changes with climate in the future? Specific questions: What are the characteristics of the relations of the main components of the carbon cycle (net ecosystem exchange, dark respiration, soil respiration, gross primary production) and their seasonal and interannual courses in the studied stands? How the intensity and volume of the main components of the carbon cycle are affected by environmental factors as temperature, soil moisture, soil organic matter, and plant cover? How these relationships can be modelled empirically and by the biogeophysical modelling tools? In the light of the predicted changes in temperature and precipitation for the future, how relative contributions of the components of the carbon cycle to NEE will alter?
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. The carbon-dioxide efflux of terrestrial soils and vegetation are the most important sources of the atmospheric carbon having an elementary impact on the climate of the Earth. As the atmosphere-ecosystem relationships differ in different ecosystems, studies on the sensitivity of soil-vegetation system to the environmental factors are of high importance in estimations of possible impacts of climate change. Grasslands and transitional ecosystems make up around 40% of the terrestrial ecosystems. Their significance in global carbon cycle lies in their high sensitivity to predicted climate and other global (e.g. land use) changes. These habitats may be not only carbon sinks, but depending on actual weather conditions and land use they may also be net carbon sources. In situ climate change experiments are highly appropriate for investigating the impacts of future climate conditions, because the extended variability of environmental factors (enhanced temperature, altered precipitation) makes it possible to predict short-term and long-term impacts of future climate change on soil-plant systems. Under these circumstances, results of the planned stand level ecosystem exchange studies and also the results of the empirical modeling, as good as the parameterisation and validation of the Biome-BGC MuSo biogeophysical ecosystem model may be extrapolated in time and space, and present a good opportunity to make difference between impacts of climate change and other factors. In the frame of the cooperation established during the EU FP5 and FP7 VULCAN and INCREASE projects, it is possible to compare the results with other European partners, to put the results into European context, and to interpret them under the European climate gradient. My studies expectedly support the estimation of some ecosystem services, related to the soil quality and the atmospheric carbon sink in the sandy forest-steppe.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. The intensive carbon gas exchange between the atmosphere and the ecosystems has a measure one order higher than the industrial carbon efflux. For investigating the impacts of climate change on ecological systems, field-based climate change experiments offer a good opportunity. In the present case, this is executed by automatically retractable roofs above plots. In some plots we exclude precipitation, and thus simulate drought. In other plots we prevent heat reradiation, and thus simulate warming. Further plots are watered, simulating extra precipitation. Treatments have been running in the Kiskunság National Park in a seminatural, white poplar shrubland and in an open grassland, and promote responding ecological questions related to the future climate change. In the research I would execute, I plan to study the total carbon cycle, and the carbon cycle components of the soil and vegetation of the above ecosystems (sink of CO2 by the vegetation through photosynthesis, CO2 emission of the soil during decomposition processes, and root respiration of plants), quantifying their intensity and rates related to each other. I would also study the relationships of these components with environmental factors (temperature, precipitation), drawing conclusions on their responses to the predicted climate change. Furthermore, I aim at quantifying of annual course and annual rates of the carbon exchange components, and based on collected data, I plan the analysis of general ecosystem matter and energy flow models. My studies may support the estimation of ecosystem services, related to the soil quality and the atmospheric carbon sink of the sandy forest-steppe.
|
![](img/space.gif)
|
|
|
![](img/shadow_right_up.gif)
|
![](img/shadow_left_bottom.gif)
|
![](img/shadow_right_bottom.gif)
|
![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
![](img/space.gif)
|
![](img/print_ver.gif) |
List of publications |
|
|
Estiarte M, Vicca S, Peñuelas J, Bahn M, Beier C, Emmett B A, Fay P A, Hanson P J, Hasibeder R, Kigel J, Kröel-Dulay G, Larsen K S, Lellei-Kovács E, Limousin J M, Ogaya R, Ourcival J M, Reinsch S, Sala O E, Schmidt I K, Sternberg M, Tielbörger K, Tietema A, Janssens I A: Few multi-year precipitation-reduction experiments find a shift in the productivity-precipitation relationship, GLOBAL CHANGE BIOL 22: (7) 2570-2581, 2016 | Lellei-Kovács Eszter, Botta-Dukát Zoltán, de Dato Giovanbattista, Estiarte Marc, Guidolotti Gabriele, Kopittke Gillian R, Kovács-Láng Edit, Kröel-Dulay György, Larsen Klaus Steenberg, Peñuelas Josep, Smith Andrew R, Sowerby Alwyn, Tietema Albert, Schmidt Inger Kappel: Temperature Dependence of Soil Respiration Modulated by Thresholds in Soil Water Availability Across European Shrubland Ecosystems, ECOSYSTEMS 19: 1460-1477, 2016 | Reinsch Sabine, Koller Eva, Sowerby Alwyn, de Dato Giovanbattista, Estiarte Marc, Guidolotti Gabriele, Kovács-Láng Edit, Kröel-Dulay György, Lellei-Kovács Eszter, Larsen Klaus S, Liberati Dario, Penuelas Josep, Ransijn Johannes, Schmidt Inger K, Smith Andrew R, Tietema Albert, Dukes Jeffrey S, Emmett Bridget A: Contrasting responses of shrubland carbon gain and soil carbon efflux to drought and warming across a European climate gradient, In: Geophysical Research Abstracts : European Geosciences Union (EGU) General Assembly Proceedings . Vienna, Ausztria, 2016.04.17-2016.04.22. Kiadvány: Bécs: European Geosciences Union (EGU), 2016. Paper EGU2016-16183. 18, 2016 | Renáta Sándor, Zoltán Barcza, M Acutis, L Doro, Dóra Hidy, Martin Köchy, J Minet, Eszter Lellei-Kovács, Shaoxiu Ma, A Perego, S Rolinski, F Ruget, M Sanna, G Seddaiu, L Wu, Gianni Bellocchi: Multi-model simulation of soil temperature, soil water content and biomass in Euro-Mediterranean grasslands: Uncertainties and ensemble performance, EUR J AGRON onlinefirst: , 2016 | Sándor R, Barcza Z, Hidy D, Lellei-Kovács E, Ma S, Bellocchi G: Modelling of grassland fluxes in Europe: Evaluation of two biogeochemical models, AGR ECOSYST ENVIRON 215: 1-19, 2016 | Eszter Lellei-Kovács, Zoltán Barcza, Dóra Hidy, Ferenc Horváth, Roland Hollós, Gábor Ónodi, Miklós Kertész: Carbon and water cycle in grassland ecosystems of diverse water availability – Modelling with Biome-BGCMuSo, In: sn (szerk.) (szerk.) 1st International Conference of Community Ecology: Book of Abstracts. Budapest: Akadémiai Kiadó, 2017. pp. 87., 2017 | Lellei-Kovács Eszter, Barcza Zoltán, Hidy Dóra, Horváth Ferenc, Ónodi Gábor, Kertész Miklós: Modelling of carbon cycle in grassland ecosystems of diverse water availability using Biome-BGCMuSo., In: MACSUR Science Conference, Book of Abstracts . Berlin, Németország, 2017.05.22-2017.05.24. Kiadvány: Berlin-Adlershof: 2017. pp. &, 2017 | Sabine Reinsch, Eva Koller, Alwyn Sowerby, Giovanbattista de Dato, Marc Estiarte, Gabriele Guidolotti, Edit Kovács-Láng, György Kröel-Dulay, Eszter Lellei-Kovács, Klaus S Larsen, Dario Liberati, Josep Peñuelas, Johannes Ransijn, David A Robinson, Inger K Schmidt, Andrew R Smith, Albert Tietema, Jeffrey S Dukes, Claus Beier, Bridget A Emmett: Shrubland primary production and soil respiration diverge along European climate gradient., SCI REP 7: , 2017 | Sándor R, Barcza Z, Acutis M, Doro L, Hidy D, Köchy M, Minet J, Lellei-Kovács E, Ma S, Perego A, Rolinski S, Ruget F, Sanna M, Seddaiu G, Wu L, Bellocchi G: Multi-model simulation of soil temperature, soil water content and biomass in Euro-Mediterranean grasslands: Uncertainties and ensemble performance, EUR J AGRON 88: 22-40, 2017 | Estiarte M, Vicca S, Peñuelas J, Bahn M, Beier C, Emmett B A, Fay P A, Hanson P J, Hasibeder R, Kigel J, Kröel-Dulay G, Larsen K S, Lellei-Kovács E, Limousin J M, Ogaya R, Ourcival J M, Reinsch S, Sala O E, Schmidt I K, Sternberg M, Tielbörger K, Tietema A, Janssens I A: Few multi-year precipitation-reduction experiments find a shift in the productivity-precipitation relationship, GLOBAL CHANGE BIOL 22: (7) 2570-2581, 2016 | Lellei-Kovács Eszter, Botta-Dukát Zoltán, de Dato Giovanbattista, Estiarte Marc, Guidolotti Gabriele, Kopittke Gillian R, Kovács-Láng Edit, Kröel-Dulay György, Larsen Klaus Steenberg, Peñuelas Josep, Smith Andrew R, Sowerby Alwyn, Tietema Albert, Schmidt Inger Kappel: Temperature Dependence of Soil Respiration Modulated by Thresholds in Soil Water Availability Across European Shrubland Ecosystems, ECOSYSTEMS 19: (8) 1460-1477, 2016 | Reinsch Sabine, Koller Eva, Sowerby Alwyn, de Dato Giovanbattista, Estiarte Marc, Guidolotti Gabriele, Kovács-Láng Edit, Kröel-Dulay György, Lellei-Kovács Eszter, Larsen Klaus S, Liberati Dario, Penuelas Josep, Ransijn Johannes, Schmidt Inger K, Smith Andrew R, Tietema Albert, Dukes Jeffrey S, Emmett Bridget A: Contrasting responses of shrubland carbon gain and soil carbon efflux to drought and warming across a European climate gradient, In: European Geosciences Union (EGU) General Assembly Proceedings . Vienna, Ausztria, 2016.04.17-2016.04.22. Kiadvány: Vienna: European Geosciences Union (EGU), 2016. Paper EGU2016-16183. (Geophysical Research Abstracts; 18.), 2016 | Sándor R, Barcza Z, Hidy D, Lellei-Kovács E, Ma S, Bellocchi G: Modelling of grassland fluxes in Europe: Evaluation of two biogeochemical models, AGR ECOSYST ENVIRON 215: 1-19, 2016 | Estiarte M, Vicca S, Peñuelas J, Bahn M, Beier C, Emmett B A, Fay P A, Hanson P J, Hasibeder R, Kigel J, Kröel-Dulay G, Larsen K S, Lellei-Kovács E, Limousin J M, Ogaya R, Ourcival J M, Reinsch S, Sala O E, Schmidt I K, Sternberg M, Tielbörger K, Tietema A, Janssens I A: Few multi-year precipitation-reduction experiments find a shift in the productivity-precipitation relationship, GLOBAL CHANGE BIOL 22: (7) 2570-2581, 2016 | Isabel Nogues, Mauro Medori, Alessio Fortunati, Eszter Lellei-Kovács, György Kröel-Dulay, Carlo Calfapietra: Leaf gas exchange and isoprene emission in poplar in response to long-term experimental night-time warming and summer drought in a forest-steppe ecosystem, Environmental and Experimental Botany 152, 60–67. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2018.04.005, 2018 | Estiarte M, Vicca S, Peñuelas J, Bahn M, Beier C, Emmett B A, Fay P A, Hanson P J, Hasibeder R, Kigel J, Kröel-Dulay G, Larsen K S, Lellei-Kovács E, Limousin J M, Ogaya R, Ourcival J M, Reinsch S, Sala O E, Schmidt I K, Sternberg M, Tielbörger K, Tietema A, Janssens I A: Few multi-year precipitation-reduction experiments find a shift in the productivity-precipitation relationship, GLOBAL CHANGE BIOL 22: (7) 2570-2581, 2016 |
![](img/space.gif)
|
|
|
![](img/shadow_right_up.gif)
|
![](img/shadow_left_bottom.gif)
|
![](img/shadow_right_bottom.gif)
|
![](img/space.gif) Back »
|
![](img/space.gif) |
|