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Ecosystem Water Use Efficiency in a Semiarid Shrubland and Grassland Community

William E. Emmerich
Rangeland Ecology & Management
Vol. 60, No. 5 (Sep., 2007), pp. 464-470
Stable URL: http://www.jstor.org/stable/4540845
Page Count: 7
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Ecosystem Water Use Efficiency in a Semiarid Shrubland and Grassland Community
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Abstract

Ecosystem water use efficiency (EWUE) is defined as the net carbon uptake per amount of water lost from the ecosystem and is a useful measure of the functionality in semiarid shrub and grassland communities. C₄ grasses have higher water use efficiency (WUE) than do C₃ shrubs, although it has been postulated that C₄ plants have lost much of their advantage due to the rising atmospheric CO₂ concentrations. The hypothesis was that C₄-grass-dominated ecosystems have a higher EWUE than C₃-shrubdominated ecosystems under the present CO₂ concentration and climatic variability. Evapotranspiration (ET) and CO₂ fluxes were measured with Bowen ratio systems at a shrub and grass site for 6 years in southeastern Arizona. Two different methods were used to evaluate growing season EWUE using the ET and CO₂ fluxes. The first method estimated a net daytime growing season EWUE for the grass site at 1.74 g CO₂ · mm⁻¹ ET and 1.28 g CO₂ · mm⁻¹ ET at the shrub site. The second method estimated maximum EWUE during part of the growing season at 7.35 g CO₂ · mm⁻¹ ET for the grass site and 4.68 g CO₂ · mm⁻¹ ET for the shrub site, which was considered a significant difference at P = 0.056. Data variability of the first method precluded a statistical difference determination between sites, but the results indicated that the grass-dominated ecosystem was between 1.4 and 1.6 times more water use efficient than the shrub-dominated ecosystem. Mean annual growing season precipitation and ET were similar in the two ecosystems, but the higher EWUE of the grassland system enabled it to take up more carbon during the growing season than the shrub ecosystem. Ecosystem differences in CO₂ and H₂O flux have important management implications including primary productivity, C sequestration, and rangeland health. /// La eficiencia del uso del agua del ecosistema (EWUE) es definida como la absorción neta de carbón por cantidad de agua pérdida del ecosistema, y es una medida útil de la funcionalidad de las comunidades semiáridas arbustivas y de pastizal. Los zacates C₄ tienen mayor eficiencia del uso del agua (WUE) que los arbustos C₃, aunque ha sido postulado que las plantas C₄ han perdido muchas de sus ventajas debido al aumento de la concentración atmosférica de CO₂. La hipótesis planteada fue que, bajo la presente concentración de CO₂ y variabilidad climática los ecosistemas dominados por zacates C₄ tienen una EWUE mayor que los ecosistemas dominados por arbustos C₃. En sitos de arbustos y zacates en el sudeste de Arizona se midieron por 6 años la evapotranspiración (ET) y flujos de CO₂, las mediciones se hicieron con sistemas de la relación de Bowen. Se usaron dos métodos diferentes para evaluar, con las mediciones de ET y los flujos de C0₂, la EWUE en la estación de crecimiento. El primer método estimó una EWUE neta diurna de la estación de crecimiento para el sitio de zacates en 1.74 g CO₂ · mm⁻¹ ET y de 1.28 g CO₂ · mm⁻¹ ET en el sitio de arbustos. El segundo método estimó la máxima EWUE durante parte de la estación de crecimiento en 7.35 g CO₂ · mm⁻¹ ET para el sitio de zacates y 4.68 g CO₂ · mm⁻¹ ET para el de arbustos, la cual fue considerada como una diferencia significativa a P = 0.056. La variabilidad de los datos del primer método imposibilita la determinación de una diferencia estadística entre sitios, pero los resultados indicaron que el ecosistema dominado por zacates fue entre 1.4 y 1.6 veces más eficiente en el uso del agua que el ecosistema dominado por arbustos. La precipitación promedio anual de la estación de crecimiento y la ET fueron similares entre los dos ecosistemas, pero la mayor EWUE del ecosistema de pastos le permitió absorber más carbón durante la estación de crecimiento que el ecosistema de arbustivas. Las diferencias de los ecosistemas en los flujos de CO₂ y H₂O tienen importantes implicaciones de manejo, incluyendo la productividad primaria, el secuestro de carbono, y la salud del pastizal.

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