Park, Yoonkyung;Cho, Seonju;Choi, Daegyu;Kim, Sangdan
Journal of Wetlands Research
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v.14
no.4
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pp.503-518
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2012
Models estimating carbon budget at land surface are mainly interested in vertical flux of carbon. On the other hand, studies on horizontal flux are obviously lacked to confirm that relationship between the hydrological flux of organic carbon discharged from catchment and terrestrial carbon production, a relation between Total Organic Carbon(TOC) and Gross Primary Production(GPP) tried analysis through cross correlation. The best correlation structure is correlation between GPP and TOC of flow-weighted mean concentration from watershed without delay. Furthermore, cross correlation analysis was performed by consider periodicity. The correlation between TOC and GPP in summer was similar to correlation without periodicity. Therefore, correlation between GPP and TOC was most regulated by the correlation between GPP and TOC at summer. As a result, the vegetation carbon and organic carbon from watershed is recognized a close relationship on the seasonal. Therefore, future research is correlation analyzing between vegetation variables according season, GPP and TOC, we are expected to use quantitative understanding that horizontal flux flow of carbon from the surface.
In order to examine the effect of cementite precipitated on the steel surface on the carburizing rate, the carburizing process was carried out at various boost times to measure the mass gain and carbon flux, phase analysis and carbon concentration analysis were performed on the surface of the carburized specimen. In the case of the only boost type, the longer the boost time, the more the mass gain by the diffused carbon follows the parabolic law and tends to increase. In particular, as the boost time increased, the depth of cementite precipitation and the average size of cementite on the steel surface increased. At a boost time of 7 min, the fraction of cementite precipitated on the surface is 7.32 vol.%, and the carburizing rate of carbon into the surface (surface-carbon flux) is about 17.4% compared to the calculated value because the area of the chemical (catalyst) where the carburization reaction takes place is reduced. The measured carbon concentration profile of the carburized specimen tended to be generally lower than the carbon concentration calculated by the model without considering precipitated cementite. On the other hand, in the pulse type, the mass gain by the diffused carbon increased according to the boost time following a linear law. At a boost time of 7 min, the fraction of cementite precipitated on the surface was 3.62 vol.%, and the surface-carbon flux decreased by about 4.1% compared to the calculated value. As a result, a model for predicting the actual carbon flux was presented by applying the carburization resistace coefficient derived from the surface cementite fraction as a variable.
The metabolic flux pattern for L-histidine production was analyzed when glucose and/or acetate were used as carbon sources. Total L-histidine production was enhanced when mixed substrate (glucose and acetate) was used, compared wish that when either glucose or acetate was used as the sole carbon source. Theoretical maximum carbon fluxes through the main pathways for L-histldine production, cell growth, and ATP consumption for cell maintenance were obtained by the linear programming (LP) method. By comparison of the theoretical maximum carbon fluxes tilth actual ones, it was found that a large amount of glucose was actually used for maintenance of cell viability. On the other hand, acetate was used for cell growth. After depletion of acetate in the mixed substrate culture, the flux for glucose to L-histldine synthesis was markedly enhanced. A strategy for effective L-histidine production using both carbon sources was proposed.
Metabolic flux analysis was established by adapting previous stoichiometric model developed during growth with cellulose to cell grown with cellobiose for further direct comparison of the bacterial metabolism. In carbon limitation with cellobiose, a shift from acetate-ethanol fermentation to ethanol-lactate fermentation is observed and the pyruvate overflow is much higher than with cellulose. In nitrogen limitation with cellobiose, the cellodextrin and exopolysaccharide overflows are much higher than on cellulose. In carbon and nitrogen saturation with cellobiose, the cellodextrin, exopolysaccharide, and free amino acids overflows reach the highest levels observed but all remain limited on cellulose. By completely shunting the cellulosome, the use of cellobiose allows to reach much higher carbon consumption rates which, in return, highlights the metabolic limitation of C. cellulolyticum. Therefore, the physical nature of the carbon source has a profound impact on the metabolism of C. cellulolyticum and most probably of other cellulolytic bacteria. For cellulolytic bacteria, the use of soluble carbon substrate must carefully be taken into consideration for the interpretation of results. Direct comparison of metabolic flux analysis from cellobiose and cellulose revealed the importance of cellulosome, phosphoglucomutase and pyruvate-ferredoxin oxidoreductase in the distribution of carbon flow in the central metabolism. In the light of these findings, future directions for improvement of cellulose catabolism by this bacterium are discussed.
Kang, Dong-hwan;So, Yoon Hwan;Kwon, Byung Hyuk;Kim, Park Sa
Journal of Environmental Science International
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v.28
no.9
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pp.785-795
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2019
In order to analyze the sensitivity of carbon dioxide flux by soil temperature in the grassplot, carbon dioxide flux and soil temperature were observed 24 times from March, 2010 to March, 2011 at nine sites in the grassplot. The average of $CO_2$ in the grassplot is $2.2{\sim}36.7^{\circ}C$, the highest in August, the lowest in January, and the average of carbon dioxide flux is $12{\sim}1479mgCO_2{\cdot}m^{-2}{\cdot}hr^{-1}$, and the carbon dioxide emission from the grassplot to the atmosphere was 10 times higher in summer than in winter. The temperature response coefficient estimated by the exponential function of carbon dioxide flux according to soil temperature was ranged from 0.1065 to 0.1274, and the increase tendency of $CO_2$ flux with soil temperature was linear at $0{\sim}20^{\circ}C$ and exponential at $20{\sim}40^{\circ}C$. The $Q_{10}$ values for each of nine observation sites on the grassplot was in the range of 2.901 ~ 3.575, and the $Q_{10}$ value using the total data observed in the lawn was estimated to be 3.374. In the homogeneous grassplot area, the average of $Q_{10}$ values by observation point and the $Q_{10}$ value by the total data were estimated similarly.
$CO_2$ is the most important trace gas related to climate change. Therefore, understanding surface carbon sources and sinks is important when seeking to estimate the impact of $CO_2$ on the environment and climate. CarbonTracker, developed by NOAA, is an inverse modeling system that estimates surface carbon fluxes using an ensemble Kalman filter with atmospheric $CO_2$ measurements as a constraint. In this study, to investigate the capability of CarbonTracker as an analysis tool for estimating surface carbon fluxes in Asia, an experiment with a nesting domain centered in Asia is performed. In general, the results show that setting a nesting domain centered in Asia region enables detailed estimations of surface carbon fluxes in Asia. From a rank histogram, the prior ensemble spread verified at observational sites located in Asia is well represented with a relatively flat rank histogram. The posterior flux in the Eurasian Boreal and Eurasian Temperate regions is well analyzed with proper seasonal cycles and amplitudes. On the other hand, in tropical regions of Asia, the posterior flux does not differ greatly from the prior flux due to fewer $CO_2$ observations. The root mean square error of the model $CO_2$ calculated by the posterior flux is less than the model $CO_2$ calculated by the prior flux, implying that CarbonTracker based on the ensemble Kalman filter works appropriately for the Asia region.
In order to investigate central metabolic changes in Beijerinckia indica, cells were grown on different carbon sources and intracellular flux distributions were studied under varying concentrations of nitrogen. Metabolic fluxes were estimated by combining material balances with extracellular substrate uptake rate, biomass formation rate, and exopolysaccharide (EPS) accumulation rate. Thirty-one metabolic reactions and 30 intracellular metabolites were considered for the flux analysis. The results revealed that most of the carbon source was directed into the Entner-Doudoroff pathway, followed by the recycling of triose-3-phosphate back to Hexose6-phosphate. The pentose phosphate pathway was operated at a minimal level to supply the precursors for biomass formation. The different metabolic behaviors under varying nitrogen concentrations were observed with flux analysis.
Effects of various industrially important carbon sources (glucose, sucrose, xylose, gluconate, and glycerol) on shikimic acid (SA) biosynthesis in Escherichia coli were investigated to gain new insight into the metabolic capability for overproducing SA. At the outset, constraints-based flux analysis using the genome-scale in silico model of E. coli was conducted to quantify the theoretical maximum SA yield. The corresponding flux distributions fueled by different carbon sources under investigation were compared with respect to theoretical yield and energy utilization, thereby identifying the indispensable pathways for achieving optimal SA production on each carbon source. Subsequently, a shikimate-kinase-deficient E. coli mutant was developed by blocking the aromatic amino acid pathway, and the production of SA on various carbon sources was experimentally examined during 51 batch culture. As a result, the highest production rate, 1.92 mmol SA/h, was obtained when glucose was utilized as a carbon source, whereas the efficient SA production from glycerol was obtained with the highest yield, 0.21 mol SA formed per mol carbon atom of carbon source consumed. The current strain can be further improved to satisfy the theoretically achievable SA production that was predicted by in silico analysis.
The global terrestrial ecosystems have shown a large spatial variability in recent decades and represented a carbon sink pattern at mid-to-high latitude in Northern Hemisphere. However, there are many uncertainties in magnitude and spatial distribution of terrestrial carbon fluxes due to the effect of climate factors. So, it needs to accurately understand the spatio-temporal variations on carbon exchange flux with climate. This study focused on the effects of climate factors, .i.e. temperature, precipitation, and solar radiation, to terrestrial biosphere carbon flux. We used the terrestrial carbon flux that is simulated by a CarbonTracker, which performs data assimilation of global atmospheric $CO_2$ mole fraction measurements. We demonstrated significant interactions between Net Ecosystem Production (NEP) and climate factors by using the partial correlation analysis. NEP showed positive correlation with temperature at mid-to-high latitude in Northern Hemisphere but showed negative correlation pattern at $0-30^{\circ}N$. Also, NEP represented mostly negative correlation with precipitation at $60^{\circ}S-30^{\circ}N$. Solar radiation affected NEP positively at all latitudes and percentage of positive correlation at tropical regions was relatively lower than other latitudes. Spring and summer warming had potentially positive effect on NEP in Northern Hemisphere. On the other hand as increasing the temperature in autumn, NEP was largely reduced in most northern terrestrial ecosystems. The NEP variability that depends on climate factors also differently represented with the type of vegetation. Especially in crop regions, land carbon sinks had positive correlation with temperature but showed negative correlation with precipitation.
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.27
no.3
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pp.67-74
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2024
In the context of rapid temperature rise in mid-to-high latitude regions, cold region wetlands have become a hotspot for current wetland carbon cycle research due to their high sensitivity to climate change. Strengthening the monitoring of CO2 fluxes in wetland ecosystems is of great practical significance for clarifying the carbon balance of wetlands and maintaining the ecological balance of wetland ecosystems in China's high latitude regions. In this study, the carbon flux (NEE, Net ecosystem exchange; GPP, Gross Primary Production; RECO, Ecosystem response) of Jingxin Wetland was monitored by eddy correlation method from August 2021 to March 2024.2022-2023 shows CO2 sinks, absorbing 349.4 g C·m-2·yr-1 annually. The correlation analysis showed that Ta, VPD and PPFD were the main environmental factors affecting CO2 flux in Jingxin wetland.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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