Relationships between the CO2 gas exchange components and reflectance properties of a grassland vegetation  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
75638
Type K
Principal investigator Nagy, Zoltán
Title in Hungarian Gyepvegetáció CO2-gázcsere komponensei és reflektancia-sajátságau közötti kapcsolatok vizsgálata
Title in English Relationships between the CO2 gas exchange components and reflectance properties of a grassland vegetation
Keywords in Hungarian gyepek, szénmérleg-alkotók, ökoszisztéma légzés, reflektamcia-sakjátságok
Keywords in English grassland, NEE components, reflectance properties
Discipline
Crop production (Council of Complex Environmental Sciences)50 %
Ortelius classification: Plant cropping systems
Plant stress biology (Council of Complex Environmental Sciences)50 %
Panel Plant and animal breeding
Department or equivalent Biológiatudományi Intézet (Hungarian University of Agriculture and Life Sciences)
Participants Balogh, János
Kristóf, Dániel
Pintér, Krisztina
Starting date 2008-10-01
Closing date 2011-12-31
Funding (in million HUF) 15.498
FTE (full time equivalent) 2.76
state closed project
Summary in Hungarian
A pályázat célja a gyepvegetáció szénmérlege egyes komponenseinek mérése és modellezése, továbbá ezen komponensek és a vegetáció nagy spektrális illetve térbeli felbontású reflektancia-spektruma összefüggésének vizsgálata. Az NEE éves egyenlegét (forrás vagy nyelő karakter) két nagy áramlás, az összes CO2 felvétel (bruttó primer produkció, GPP) és az ökoszisztéma légzés (Reco) különbsége adja. A forrás-aktivitás (éves szinten) a talaj széntartalmának csökkenését eredményezheti, ami a talaj termékenységének csökkenésével járhat együtt, illetve erősíti az üvegházhatást. A szárazság alatt is jelentkező légzési komponens azonosítása a munka egyik célja. A Reco számos komponense közül ez esetben a (heterotróf) mikrobiális légzés lehet a felelős, ennek eldöntése a tervezett munka egyik célja, amelynek érdekében az egyes légzési komponensek mérési lehetőségeinek kidolgozását és a komponensek szezonális nyomonkövetését tervezzük.
A GPP és az vegetáció reflektancia adataiból származtatott egyik mutató, az NDVI között általában jó összefüggés mutatható ki. Stresszkörülmények között (aszály), vagy az őszi regenerációs időszakban a kapcsolat inszignifikánssá válik. A vegetáció hiperspektrális reflektancia-spektrumának vizsgálata nyújthat lehetőséget arra, hogy távérzékeléssel mért adatok és a vegetáció aktivitása között kapcsolatot keressünk.
Fontos kérdés, hogy az eddy kovarianciával mért NEE reprezentatív-e a mért terület egészére. A mért áramlás forrásterülete és ugyanezen terület - reflektancia-adatokból számított - heterogenitása felvilágosítást adhat a mért szénmérleg reprezentativitásáról, érvényességéről.
Summary
The aim of the planned study is to measure the C-balance components of grassland vegetation and relate these data to hyperspectral reflectance images from the same area. In general, strong relation can be found between the gross primary production and NDVI, one of the indexes computed from the reflectance spectra of the vegetation. Under stress circumstances or during the autumn regrowth period the relation may diminish to insignificant level. Hyperspectral reflectance data are to be used to search for further relevant indicator of the vegetation activity. Representativeness of the measured fluxes is of high importance, therefore heterogeneity (in terms of vegetation reflectance-indices) of the grassland, and degree of similarity between the footprint area and the whole grassland is also planned to be investigated.
Net source activity of the grassland (in terms of net ecosystem exchange) may result in loss of the soil C-content leading to decreased fertility of the soil and increased greenhouse effect. Identifying the drought resistant (soil) respiration component is one goal of the planned study. The candidate in this respect is the heterotrophic respiration. To explore this subject, application of techniques to identify the components of different origin (rhizospheric (root+mycorrhizal)), heterotrophic) and measure the different components seasonally is planned.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Az ökoszisztéma léptékű CO2-gázcsere (NEE) alkotó folyamatainak jellemzésében elért fontos - a kutatócsoport saját fejlesztésű automata talajlégzés-mérő rendszere, illetve a grádiens módszer együttes alkalmazásával kapott - eredmény, hogy a csapadékesemények után a talajban jelentős, lefelé irányuló CO2-áramok fordulnak elő (Nagy et al. 2011). Ezek - az eddig nem leírt - áramok szignifikánsan hozzájárulnak a valós idejű ökoszisztéma-fluxusok és az örvény-kovarianciával mért fluxusok eltéréséhez, módosítják az adathiányos periódusok pótlására használt függvénykapcsolatokat, s ezzel növelik a szénmérleg becslésének bizonytalanságát. Hazánkban különösen fontos a talajok szénforgalmának vizsgálata, hiszen a talaj széntartalom csökkenése a tápanyagtartalom csökkenésével jár, illetve, ha ez a folyamat hosszú időn keresztül fennáll – aszályos évek, melegedés hatására –, sivatagosodási folyamatokkal kell számolnunk. A különböző talajtípusokon végzett CO2 forgalmi mérések alapján úgy tűnik, hogy a talajok magasabb szerves széntartalma nem jár együtt magasabb hőmérséklet-érzékenységgel (Balogh et al. 2011). A választ a fotoszintézis és a légzési aktivitások szoros kapcsolatában, illetve az erős forrásoldali meghatározottságban kereshetjük.
Results in English
Important result in the characterization of the components of net ecosystem exchange is the occurrence of significant downward CO2 fluxes after rain events which was measured by applying together the research groups self-developed automated soil respiration measuring system and the gradient method (Nagy et al. 2011). These not yet described fluxes are contributing significantly the difference between the real time ecosystem fluxes and the fluxes measured by eddy covariance technique and are modifying the functions used to fill the data gaps, so they are increasing the uncertainty in carbon balance estimations. Investigation of soil carbon dynamics is important when considering that declining nutrient status of the soil is generally linked to organic carbon content decrease. The process may well lead to desertification, if persisting for a longer period due to droughts and increased temperatures. Higher soil carbon contents seem not to coincide with larger sensitiviy of soil respiration to temperature (Balogh et al. 2011), a response probably also mediated by the strong link between ecosystem carbon uptake and soil respiration.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=75638
Decision
Yes





 

List of publications

  
Z Nagy, K Pintér, M Pavelka, E Darenová, J Balogh: Carbon balance of surfaces vs. ecosystems: advantages of measuring eddy covariance and soil respiration simultaneously in dry grassland ecosystems., BIOGEOSCIENCES 8: pp. 2523-2534., 2011
Balogh J, Pintér K, Fóti Sz, Papp M, Cserhalmi D, Nagy Z: Dependence of soil respiration on soil moisture, clay content, soil organic matter and CO2 uptake in dry grasslands., SOIL BIOLOGY & BIOCHEMISTRY 43: 1006-1013., 2011
Pintér K, Balogh J, Nagy Z: Ecosystem scale carbon dioxide balance of two grasslands in Hungary under different weather conditions., ACTA BIOLOGICA HUNGARICA 61: pp. 150-155., 2010
Nagy, Z., Barcza, Z., Horváth, L., Balogh, J., Hagyó, A., Káposztás, N., Grosz, B., Machon, A., Pintér, K.,: Measurements and estimations of biosphere- atmosphere exchange of greenhouse gases - Grasslands. In: Atmospheric Greenhouse Gases: The Hungarian Perspective (Ed.: Haszpra, Springer, 2010
Hidy D, Barcza Z Haszpra L, Churkina G, Pintér K, Nagy Z: Development of the Biome-BGC model for simulation of managed herbaceous ecosystems., ECOLOGICAL MODELLING 226: 99-119., 2012
D. HIDY, L. HASZPRA, Z. BARCZA, A. VERMEULEN4, Z. TUBA, Z. NAGY: Modeling of carbon isotope discrimination by vegetation, Photosynthetica, 2009
Thum T, Räisänen P, Sevanto S, Tuomi M, Reick C, Vesala T, Raddatz T, Aalto T, Järvinen H, Altimir N, Pilegaard K, Nagy Z, Rambal S, J Liski: Soil carbon model alternatives for ECHAM5/JSBACH climate model: evaluation and impacts on global carbon cycle estimates., JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH 116: Paper G02028., 2011
Balogh, J., Papp, M., Pintér, K.,Cserhalmi, D., Fóti, Sz., Nagy, Z.: A talajlégzés alkotóinak vizsgálata száraz homoki legelőn. In: Botanikai, növényélettani és ökológiai kutatások. (Szerk: Nagy, Z., Bartha, S.), pp. 17-27, Növénytani és Ökofiziológiai Intézet, Gödöllő, ISBN 978-963-269-200-5, 2010
Pintér, K., Nagy, Z., Balogh, J., Barcza, Z., Tuba, Z.: Ökoszisztéma léptékű szén-dioxid csere mérések a Kiskunságban és a Mátrában. In: Botanikai, növényélettani és ökológiai kutatások. (Szerk: Nagy, Z., Bartha, S.), pp. 111-, Növénytani és Ökofiziológiai Intézet, Gödöllő, ISBN 978-963-269-200-5, 2010
Gilmanov TG, Aires L, Barcza Z, et al. (Nagy, Z., Pintér, K.): . Productivity, Respiration, and Light-Response Parameters of World Grassland and Agroecosystems Derived From Flux-Tower Measurements, Rangeland Ecology & Management, 63, 16-39., 2010
Horváth, L., Grosz, B., Machon, A.,Tuba, Z., Nagy, Z., Czóbel, Sz., Balogh, J., Péli, E., Fóti, Sz., Weidinger, T., Pintér, K., Führer, E.: Estimation of nitrous oxide emission from Hungarian semi-arid sandy and loess grasslands; effect of soil parameters, grazing, irrigation and use of fertilizer, Agriculture, Ecosystems and Environment 139, 255–263., 2010
Yi, C.X., Ricciuto, D., Li, R., et al. (Nagy, Z., Pintér, K., Tuba, Z.): Climate control of terrestrial carbon exchange across biomes and continents., Environmental Research Letters, 5, Art. No. 034007, 2010
Hidy, D., Machon, A., Haszpra, L., Nagy, Z., Pintér, K., Churkina, G., Grosz, B., Horváth L., Barcza, Z.: Modeling of biosphere-atmosphere exchange of greenhouse gases - Grasslands. In: Atmospheric Greenhouse Gases: The Hungarian Perspective (Ed.: Haszpra, L.), pp. 229-251., Springer, 2010
Farkas, Cs., Alberti, G., Balogh, J., Barcza, Z., Birkás, M., Czóbel, Sz., Davis, K. J., Führer, E., Gelybó, Gy., Grosz, B., Kljun, N., Koós, S., Machon, A., Marjanović, H., Nagy Z., Peresotti, A., Pintér, K., Tóth, E., Horváth, L.: . Measurements and estimations of biosphere-atmosphere exchange of greenhouse gases - Methodologies. In: Atmospheric Greenhouse Gases: The Hungarian Perspective (Ed.: Has, Springer, 2010
Marjanović, H., Alberti, G., Balogh, J., Czóbel, Sz., Horváth, L., Jagodics, A., Nagy, Z., Ostrogović, M. Z., Peressotti, A., Führer, E.: Measurements and estimations of biosphere-atmosphere exchange of greenhouse gases - Forests. In: Atmospheric Greenhouse Gases: The Hungarian Perspective (Ed.: Haszpra, L., Springer, 2010



Back »