Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

כיול ושימוש קיבוליות חיישנים לעקוב אחר גזע תכולת המים עצים

Published: December 27, 2017 doi: 10.3791/57062
Automatic Translation
1, 2, 3
1Department of Geological Sciences, Jackson School of Geosciences, University of Texas at Austin, 2METER Group, Inc., USA, 3Department of Civil, Environmental and Geodetic Engineering, Ohio State University

Summary

קיבול הידראולי של ביומסה הוא מרכיב מרכזי של התקציב מים צמחיה, אשר משמש חוצץ כנגד לחצים הבצורת לטווח הקצר ולטווח הארוך. כאן, אנו מציגים פרוטוקול כיול ושימוש לחות הקרקע חיישני קיבוליות תכולת המים הגבעולים של עצים גדולים.

Abstract

תחבורת מים ואחסון דרך הרצף אדמת-צמח-האווירה היא קריטית כדי מחזור המים הארצי, הפך אזור מיקוד המחקר העיקרי. ביומסה קיבוליות ממלא תפקיד חשוב ההתרחקות ליקוי הידראולי כדי דיות. עם זאת, רזולוציה טמפורלית גבוהה מדידות של שינויים דינמיים קיבול הידראולי של עצים גדולים הם נדירים. כאן, אנו מציגים נהלים כיול ושימוש חיישנים קיבוליות, לרוב נעשה שימוש כדי לפקח על תכולת המים בקרקע, כדי למדוד את תכולת המים הנפחי עצים בשטח... תדירות תחום reflectometry בסגנון תצפיות רגישים לצפיפות של התקשורת הנלמדים. לכן, יש צורך לבצע ולידציות תלויי מין להמיר הערכים דיווח חיישן של המקדם הדיאלקטרי מבודד לתוכן נפחי מים. הכיול מבוצע על ענף שנקטפו או גזע לחתוך קטעים יבשים או להתייבש מחדש כדי לייצר מגוון רחב של תוכן מים המשמש ליצירת רגרסיה מיטבית עם חיישן תצפיות. חיישנים נוספו למקטעים כיול או מותקן בעצים לאחר מראש קידוח חורים כדי סובלנות להתאים באמצעות תבנית מפוברק כדי להבטיח נכונה הנוהל יישור. טיפול מיוחד נלקח על מנת להבטיח כי חיישן שיני ליצור קשר טוב עם התקשורת שמסביב, ובמקביל לאפשר להם להוסיף ללא שימוש בכוח מופרז. נפחי מים dynamics תוכן שנמדדו באמצעות המתודולוגיה הציג להתיישר עם sap זרימה מדידות הוקלט תוך שימוש בטכניקות פיזור חום ונתונים סביבתיים כפייה. ביומסה מים תוכן נתונים יכול לשמש כדי לבחון את התחלתה של לחץ מים, בצורת תגובה ושחזור, ואני חש הפוטנציאל שיוחל כיול והתאמת של הדגמים החדשים של הידרודינמיקה ברמת המפעל, כמו גם את חלוקת מרחוק מוצרי לחות לתוך הרכיבים הנ ל-, הוחזק.

Introduction

לאחסן חומר צמחי מים ממלא תפקיד חשוב היכולת הצמחים להתמודד עם מים קצר - ארוכת-מתח-1,-2. צמחים לאגור אותם השורשים, הגבעולים, ואת העלים תאיים והן חוץ-תאית (למשל, כלי עצה) רווחים 2,3,4. . המים הוכח לתרום בין 10 ל- 50% של המים התגלה, diurnally2,5,6,7,8. ככזה, קיבוליות הידראולי צמח is a רכיב מפתח לאיזון המים הארצי יכול לשמש כמחוון של לחץ מים, בצורת תגובה התאוששות1, הוא גורם קריטי הנחוץ על מנת לתקן עבור הפרשי זמן שנצפה בין דיות, sap לזרום9,10,11. ניטור בזמן אמת של צמחייה מים תוכן יכול לשמש גם ביישומים חקלאיים כדי לסייע להגביל את הפרדס וחתוך ההשקיה על מנת להגביר את יעילות השקיה12,13. עם זאת, מדידות של רציף, תוכן גזע-מים מקומיים של מינים וודי7,14,15,16,17,18, 19 הם נדירים יחסית sap השטף מידות20. כאן, אנחנו חלוקה לרמות הליך של הכיול של חיישנים קיבול כדי לפקח על התוכן נפחי מים בתוך הגבעולים של עצים5,21.

התנהגויות hydrodynamic ותקנות השימוש במים בצמחייה הם מרכיב אינטגרלי של22,אדמה-צמח-האווירה הרצף23 , ולכן הם פקדים חשוב עבור פלקסים פחמן ומים בין הביוספרה ואווירה24,25. הדינמיקה של תכולת המים גזע מושפעים גורמים ביוטיים והן והאביוטיים. דלדול של מים המאוחסנות בגזע מושפעים לטווח קצר, ארוך מגמות ותנאי הסביבה, בפרט, לחץ אדים קשב, אדמה מים תוכן1,26. המאפיינים הפיזיים של עץ27 (למשל, צפיפות, מבנה הכלי), אסטרטגיה הידראולי מתהווים25 (למשל, iso - או anisohydric stomatal תקנה) לקבוע היכולת של צמח לאחסן ולהשתמש במים 19 , 26 , 28, ואת יכולה להשתנות על ידי מינים29,30. מחקרים קודמים הדגימו תפקידים שונים של קיבול טרופיים16,27,31,32,33 , ממוזג5,7 ,21 מינים, ואת שניהם angiosperms1,2,34 / gymnosperms6,11,17,19.

ידע משופרת של תכולת המים ביומסה לשפר את ההבנה של צמחייה אסטרטגיות עבור רכישת מים ולהשתמש1,2, יחד עם פגיעות מינים לשינויים החזוי משקעים משטרים35 ,36. הבנה נוספת של צמח מים שימוש אסטרטגיות יעזור לחזות הסטה דפוסי הדמוגרפי תחת האקלים בעתיד תרחישים37,38. באמצעות מודל-data fusion טכניקות39, תכולת המים גזע נתונים שהושגו באמצעות מתודולוגיה זו יכול לשמש כדי ליידע ולבדוק הידרודינמיקה מדרגיים, צמח ברמת מודלים40,41, 42,43,,44 , על מנת לשפר את החישובים של מוליכות stomatal, ומכאן, סימולציות של דיות והן ספיגת פחמן פוטוסינתטיים. מודלים מתקדמים אלה hydrodynamic עשוי לספק הפחתה משמעותית חוסר ודאות, שגיאה כאשר שולב משטח אדמה גדולים והארץ מערכות דגמים25,45,46, 47,48.

שיטות השתמשו כדי לפקח או לחשב את תכולת המים גזע כוללים עץ גלעון33,49, dendrometers אלקטרונית2,15,50, ההתנגדות החשמלית רשתות של sap השטף חיישנים32,33,53, המשדרים דאוטריום19, גאמה הקרנות הנחתה52, 51גזע psychrometers49ו משרעת11 וזמן4,12,13 תחום reflectometry (TDR). המאמצים האחרונים בדיקות הכדאיות של חיישנים קיבוליות באופן מסורתי שימש כדי למדוד את אדמת נפחי מים תוכן5,18,21,27. Reflectometry תחום תדר (FRD)-סגנון קיבוליות חיישנים עלות נמוכה ושימוש כמויות קטנות יחסית של אנרגיה למדידות רציפה, שהופך אותם כלי אטרקטיבי עבור מדידות ברזולוציה הטמפורלית גבוהה בתרחישים שדה. להקל על אוטומציה של רוזוולט על חיישנים TDR בסגנון מקלה על האוסף של ערכות נתונים רציפה של השמש-מדי שעה, ומונע רבים מן האתגרים שמעמידים במדידות TDR הדורש אורך כבל ניכר13. השימוש של חיישנים קיבוליות מקומיים מבטלת את הצורך גלעון חוזרות או סניף קציר, עשוי לספק דיוק משופרת עבור עץ המינים.מינים וודי למשוך מים בעיקר מקומות חוץ-תאית, כגון כלי עצה, או מודולים עץ או לנבוח גבוהה של גמישות, הם בדרך כלל לא מועמדים טובים dendrometer הפופולרי טכניקות מדידה עקב הרחבת גזע אלסטי נמוך 2. קיבול חיישנים מעריכים הדיאלקטרי מבודד, אשר ניתן להמיר ישירות לתוכן נפחי מים. עם זאת, מידות קיבול רגישים לצפיפות של התקשורת המקיפים את החיישן. לכן, אנו עו ד עבור ולידציות תלויי מין זה להמיר את הפלט של החיישנים נפחי מים עץ תוכן5,21.

אנו מציגים פרוטוקול עבור כיול תלויי מין להמיר קיבוליות חיישן פלט לתוכן מים הנפחי של עץ. בנוסף, ניתנים הוראות התקנה שדה של חיישנים קיבוליות בעצים מבוגרים של דיון של השיטה עוצמות, חולשות, והשערות. טכניקות אלה נועדו לפקח על תכולת המים נפח המטען, הגדולה עץ מים אחסון המאגר8, אך ניתן בקלות להרחיב את העץ כולו עם התקנה של חיישנים נוספים לאורך הענפים. מדידות של תכולת המים צמח דינאמי תקדם את השדות של הידרודינמיקה צמחייה, biometeorology והשטח דוגמנות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. בחר את עץ עבור אינסטרומנטציה

  1. בחר עצים למדידה. באופן אידיאלי, בחר העצים המצויים בריא עם חתך גזע בדרך כלל עגול, קוטר בין 1 - 2 פעמים אורך שן או sapwood לעומק גדול מהאורך של שיני חיישן (~ 5 ס מ החיישנים קיבוליות מסוימות המודגמות כאן). למדוד את עומק sapwood באמצעות ליבות עץ, או עבור מינים רבים, לחשב sapwood עומק באמצעות משוואות allometric הקשורים לאזור sapwood גזע בקוטר 29,54, כפי שהיא נמדדת קלטת בקוטר סטנדרטי.
    הערה: עם זאת, כמה סוגים של חיישנים קיבוליות יוכלו חיתוך אורך המתאים בעקבות 1.2 שלב מבלי להשפיע לרעה על דיוק המדידה. חיישנים קיבוליות היחיד עם שיני המדידה נוקשה שאינן מכילות חיווט ניתן חיתוך או לחתוך. כיול נפרד הוא הכרחי עבור חיישנים החתוך. לכן, בחר את העץ, לקבוע את אורך שן המתאים לפני ההליך כיול.
  2. לקבוע את האורך המתאים של שיני חיישן מבוסס על קוטר העץ ועומק sapwood.
    הערה: קיבול חיישנים לשלב מידע לחות על האורך של שיני חיישן, L. לכן ההנחה כי התצפית משולבים הם מספקים הוא נציג של הגזע כולו כאשר הקוטר הוא בין L ו- 2 ל' . הקליפה ואת שיפה לא ישפיעו על המדידה כפי שהם מוסרים מן האזור מדידה לפני ההתקנה (ראו סעיף 4.2).
    1. חתוך את החיישנים עצי L איפה גדול מ קוטר גזע, (ראה צעד 1.3) כך שיני לא לחדור דרך הצד ההפוך של הגבעול.
    2. למדוד את האות משולב מן sapwood אומונות בעזרת חיישן עצי איפה הקוטר הוא גדולים מ- 2L, אבל עומק sapwood נמצא במרחק של פחות מ- L.
      הערה: עוד מים תוכן שונה בסוגים אלה שתי רקמות, הדבר עלול לגרום דעה קדומה אם ההנחה היא כי התצפית הוא נציג של כל גזע. במקרים כאלה, או כאשר המשתמש רק מעוניינת את תנודות sapwood מים, החיישן שיני חייב להיות מעוטרים לעומק sapwood כך התצפיות תייצג את תנודות תוכן מים sapwood (עצה פעיל) בלבד. כאשר העומק sapwood גדול מ- L, תצפיות מייצגים רק את sapwood, אבל החיישן אינו צריך להיות מעוטרים.
  3. אם יש צורך (כפי שנקבע בשלבים 1.2.1 ו- 1.2.2), חותכים את החיישן להתאמה עבור היישום שצוין. כדי לגזור את שיני חיישן, תהדק את החיישן בצורה מאובטחת כדי מתקן כושר ולהשתמש, תוך כדי ללבוש ציוד מגן מתאים, כלי רוטרי חשמלי מצויד עם דיסק חיתוך פלדה לחתוך כל שן בדיוק באותו האורך.

2. הקציר ולהכין דגימות העץ של כל המינים עניין ליצור כיול תלויי מין

  1. לאסוף את המטען, גזע לנוער או סניף גדול לפחות 6 ס מ קוטר המינים של ריבית. קטרים גדולים המועדפות על מנת למקסם את כמות העץ encasing החיישן, בצורה הקרובה ביותר משוער צפיפות המטען למדידות השדה. הסרת ענפים מחובר או עלים, ו חזזית או חומר רופף.
    הערה: עיין בסעיף הדיון להרחבה של חוסר ודאות בגלל ההבדלים סניף, גזע צפיפות.
  2. קטע הגזע למקטעים 25 או יותר גלילי של ~ 15 ס מ אורך.
  3. תווית כל אחד מהמקטעים ולהקליט את קוטר ממוצע ואת האורך של כל אחד. משוער נפח של המקטעים כמו הנפח של גליל.
  4. הפרד בין הקטעים לשתי קבוצות של התייבשות דיפרנציאלית וייבוש. במקום בערך 1/3 המקטעים באמבט מים ותחזיר נוזלים לגוף, אחרים 2/3 המקטעים בתנור ייבוש בגיל 60 ° C מייבשים. לשמור על שני מקטעים נפרדים למדידה מיידית: רצוי אחת מהאמצע של אורך הגבעול, ואחד מקץ.
    הערה: בדרך כלל, מקטעי ייבוש ב 60 ° C להיות מלא desiccated ~ 2 שבועות לאחר מכן, ולמיומנות במלואו לאחר ~ 3 ימים. להסיר מקטעים בודדים התנור/תנורים ומדידת מרווחי יומי או פעמיים ביום (ראה צעד 3.7). על מנת לייצר הדרגתי של מדידות המתפרסות על-פני הטווח הגדול ביותר של תוכן אפשרי נפחי מים.

3. יצירת קשר כיול בין הפלט חיישן נפח המים תוכן

  1. מחברים חיישן קיבוליות למכשיר רישום נתונים, ביצוע ההוראות שסופקו על-ידי היצרן, מחשב להמחשת readout חיישן בזמן אמת. להגדיר את מרווח הזמן עבור איסוף נתונים ל- 30 s.
  2. באמצעות תבנית קידוח premade נערך בצורה מאובטחת במקום כדי לשמור על היישור, מקדחה מעט קטנה יותר הקוטר של שיני של החיישן קיבוליות (של 3.57 מ"מ על החיישן השתמשו בניסוי זה), תרגיל שני סטים אנכי של שלושה חורים עם הסט השני ממוקם כ 150 מעלות משם מסביב קטע עץ עם מחיצה אנכית של כמה סנטימטרים כדי להבטיח כי שם אין חפיפה פוטנציאלי בין חורים. להשתמש במקטעים עץ להפריש ב 2.4 שלב עבור הקבוצה הראשונה של מדידות.
  3. שוקלים את קטע ולהקליט המשקל להג הקרובה ביותר 0.01 בזמן המדידה. קאפ את הקצוות של המקטעים בניילון נצמד למניעת התייבשות נוספים.
  4. מיד לאחר שקילה, לנקות שיני של החיישן קיבול עם ספוגית אלכוהול והוספתו לתוך המקטע גזע לחלוטין, כך אין חלק שיני פלדה הוא גלוי. לחכות המדידה הקריאה על המסך פלט לייצב (2 או 3 דקות, בדרך כלל). להקליט תפוקות חיישן טמפרטורה, מוליכות חשמלית, המקדם הדיאלקטרי מבודד (חדוהb) כל 30 s 5 דקות, מחשוב הממוצע של המדידות 10.
  5. בעדינות להסיר את החיישן של המקטע, לנקות שיני עם ספוגית אלכוהול, והמתן המקראות פלט לחזור אפס. חזור על הפעולות מדידה מהשלב 3.3 ואילך במערכה השנייה של טרום קדח חורים.
  6. פלסטיק להסיר הקצוות ומניחים על קטע גזע בתנור ייבוש. לאפשר לה להתייבש לחלוטין (בדרך כלל 2 שבועות, או עד משקל התייצב במשך כמה ימים).
  7. חזור על שלבים 3.3 דרך 3.7 לכל מגזרי. להסיר מקטעים של תנור ייבוש ולמדוד בתדירות גבוהה יותר (פעמיים ביום) בתוך מספר הימים הראשונים של ייבוש, בשל שיעור גבוה יותר של אובדן לחות הראשונית יותר במהלך הימים האחרונים (יומי). המים העודפים יבש מפני השטח של מקטעי להסיר את האמבט במים באמצעות מגבת נייר לפני שקילה ומדידה.
למדוד קטע ולמיומנות גזע אחד ליום, עד כל מקטעי rehydrated נמדדו.
  • לאחר לייבוש מוחלט, רושמות את משקל יבש הסופי של כל גזע מקטעים.
  • לחשב את התוכן נפחי מים (VWC, ס מ3מים /cm3עץ) של כל אחד מהמקטעים גזע בזמן המדידה, באמצעות הנוסחה הבאה:
    Equation 1(1)
    איפה Vw הנפח של מים (3ס מ), ו- Vגזע הוא אמצעי של המקטע גזע (3ס מ) שחושבו בצעד 1.2.
    1. חישוב הנפח של מים כל קטע בזמנו של מדידה:
      Equation 2(2)
      Mw איפה מסת המים בקטע גזע (g) בזמנו של מדידה של ρw היא הצפיפות של מים (1 g ס מ-3)
    2. לחשב את כמות המים בכל קטע בזמנו של מדידה:
      Equation 3(3)
      כאשר Mרטוב הוא המסה של המקטע גזע בזמן המדידה (g) ו- Mיבש הוא המשקל הסופי של המקטע (g).
  • באמצעות חבילת תוכנה ניתוח סטטיסטי, ליצור רגרסיה ליניארית מיטבית בין חיישן-הנצפים מקדם דיאלקטרי מבודד VWC (איור 1, טבלה 1).

    • Figure 1
    איור 1: עקומות כיול דוגמה. עקומות כיול עבור אלון רוברה, Acer rubrum, Betula papyrifera, צפצפה grandidentataו- strobus אורן בעקבות חלקים 1 ו-2 של פרוטוקול זה. משוואות המקדמים של נחישות הינם מסופקים עבור כל טבלה1. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

    m b R2
    נולד ב- paprifera 0.048 -0.098 0.967
    Rubrum א 0.067 -0.158 0.853
    ש: רוברה (מקוצר) 0.120 0.041 0.636
    ש: רוברה 0.058 -0.109 0.718
    Grandidentata פ 0.023 -0.028 0.887
    Strobus פ 0.030 -0.072 0.900

    טבלה 1: משוואות כיול עבור ההמרה של חדוה b כדי VWC עבור חמישה מינים עץ ממוזג. ומדומה אני ', 'b' מוצגים עבור משוואה לינארית בטופס סטנדרטי: VWC = m * חדוהb+ b.

    4. התקנת חיישנים קיבוליות בעצים עבור מדידות

    1. לפני התקנת סנסור, להקליט את קוטר גזע, ואת הגובה מעל פני הקרקע עבור כל מיקום חיישן. בדרך כלל, כדי לפקח על VWC בתא המטען, מקום חיישן אחד ~0.5 מ' מעל פני הקרקע, ומניחים עוד אחד מתחת הפיצול מסעף הגדולות הראשונות (~7.5 מ' מעל פני הקרקע, איור 2).

    Figure 2
    איור 2: כיוונון של ניסוי שדה דוגמה. תרשים כללי של חיישן מיקום וכיוון של עץ בוגר הסמוך לתחנת רישום נתונים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

    1. להסיר את הקליפה כדי cambium וליצור משטח שטוח שבו יהיה החיישן שהותקנו באמצעות להב צייר. ודא כי המשטח הזה רחבים ושטוחים מספיק כי החיישן יושב סומק מפני השטח של העץ כאשר הוא מותקן כך שום חלק שיני חשוף. להסיר את הקליפה cambium על מנת להבטיח כי מדידות לכלול עצה, רק מים התוכן שיתופם של תכולת המים קליפה או שיפה.
    2. לקדוח החורים על שיני. השתמש מקדחה מעט קטנה יותר הקוטר של שיני עץ רך יותר, תוך שימוש קצת יותר קרוב לגודל האמיתי של שיני עץ קשה (מ"מ של 3.57 כמו בשימוש פרוטוקול זה). עבור מדידות באיכות גבוהה, ודא כי שיני חיישן ליצור קשר טוב עם העץ. מאז לא יהיה צורך להסיר את החיישן באופן קבוע, כפי שהיה במהלך ההליך כיול, מקדחה קצת יותר קטן עשוי לשמש פה מאשר זו ששימשה כיול.
    3. לנקות שיני חיישן עם ספוגית אלכוהול כדי להסיר את כל השמנים עפר או עור, והכנס את החיישן לתוך החורים טרום קדח. אם החיישן עונה בהתנגדות רבה מדי על ההכנסה, בעדינות בחזרה זה ואז מחדש לקדוח חורים להרחיב אותם מעט. ודא כל שלוש שיני מוכנסים באופן מלא הגוף של החיישן יושב סומק כנגד הגזע.
    4. השתמש מבוססי סיליקון איטום לאטום את החיישן כנגד הגזע כדי לסייע לשמור על גזע זרימה מלהיכנס החורים וכדי למנוע התפשטות מזיקים.
    5. מכסים את החיישן עם בידוד רפלקטיבי כדי למנוע חימום חיצוני.
    6. בעקבות היצרנים מפרטים, לחבר כל החיישנים מקור כוח 12 V ו לוגר נתונים תואמים. שימוש נתונים אוסף במרווחי זמן של 5 דקות עבור חיישנים לפרוס בשטח, אך שימוש להפסקות ארוכות יותר כדי לחסוך בצריכת חשמל באתרים איפה הכוח להגביל, למשל, שמש/סוללה המופעלות באמצעות אתרים.

    5. לעבד את הנתונים הגולמיים לאחסון מים גזע באמצעות עקומת כיול

    1. באמצעות המשוואה של עקומת כיול שנוצר בשלב 2.9, להמיר את הפלט חיישן VWC עבור כל התצפיות. VWC בדרך כלל מבוטא כ ס מ-3 -/cm-3 או כאחוזים. האחוזים VWC ולכן ינוע בין 0 ל- 100%.
    2. לשלב את הנפח הכולל של הריבית (3ס מ) בין הגולן שני המדידה (למשל, באיור2: 0.5 m ו- 7.5 מ') על ידי בהנחה שינויים קוטר גזע באופן ליניארי עם גובה.
    עצי כאשר התצפית מייצג את גזע שלם (כלומר, עצים של קטרים בין L ל- 2L, באמצעות חיישנים שלא שונתה, או עצים דקים שבהם החיישן תוקן עד לקוטר גזע, עיין בסעיף 2.2), השתמש במשוואה 4:
    Equation 4(4)
    איפה H ההבדל הגובה (מרחק אנכי) בין החיישנים (למשל, באיור2: 700 ס"מ) r1 ו- r2 נמצאים רדיוס של הגזע (ס מ) התחתון ומיקומים של חיישנים העליון, בהתאמה.
    עצים בו חיישני לספק הערכה רק של המים sapwood תוכן (ראה חיישן אורך נחישות, סעיף 1.2) השתמש הציוד 5:
    Equation 5(5)
    s1 ו- s2 איפה המעמקים sapwood (ס מ) במקומות של החיישנים תחתון ועליון, בהתאמה.
  • חישוב הנפח של גזע - או sapwood - לאחסן מים על-ידי הכפלת הממוצע של העץ VWC הנפח הכולל של עניין.

    • Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    בחלק זה, אנו מציגים נתוני כיול עבור חמישה מינים עץ ביער המזרחי נפוץ, ואחריו ניתוח מפורט של מדידות של גזע-מים אחסון אצל שלושה אנשים Acer rubrum בעונת הגידול 2016. עקומות כיול נוצרו עבור Acer rubrum Betula papyrifera, אורן strobus, צפצפה grandidentata, ואת אלון רוברה (איור 1). המדרונות של העקומות שונה ככל 97.7% grandidentata פ ו א rubrum (טבלה 1) הממחיש את הצורך לבצע כיול תלויי מין לקבל מדידות מדויקות VWC . תכולת המים הנפחי היה פיקוח בבסיס של גזע עץ 0.5 m מעל פני הקרקע, בבסיס של הכתר בשידור חי, 7.5 מ' מעל פני הקרקע (איור 2). דלדול ההשתנות היומית, חידוש המלאי של VWC נצפו בשני המיקומים, עם VWC בנקודת המדידה העליון מראה השתנות ההשתנות היומית גדול יותר מאשר המיקום התחתון (איור 3). VWC במיקום מדידה העליון נע בין 0.55 0.88 ס מ3/cm3, בעוד VWC במיקום מדידה התחתון נע בין 0.72 0.95 ס מ-3-/cm-3. במהלך דיות, מים איבד מן העלים, דלה ביותר במהירות מן הענפים דיסטלי. לכן, המסקנה היא כי VWC נמדד בבסיס של חיים הכתר צריך להיות נמוך מ בבסיס של המטען בעת אחסון הוא מועבר באופן פעיל. מדידות בשני המקומות הראה את מגמות כלליות באותה בעונת הגידול (איור 3).

    כדי להעריך את הדינמיקה ההשתנות היומית הנצפה של שינוי תכולת המים גזע, אנחנו מחושב שיעור זמן השינוי הממוצע גזע מים הכולל תוכן, ΔStorage (g/s), (איור 4). ΔStorage היה לעומת sap שטף הנתונים שנאספו בו זמנית באותו עץ באמצעות חיישנים פיזור חום Granier בסגנון55. ערכים שליליים ב ΔStorage מצביעים על שיעור של הפחתת באחסון המטען מים. שינויים באחסון שהחלו להופיע זמן קצר לאחר עלות השחר (6:00), בעוד sap השטף טעה בין שעה וחצי שעתיים (~ 8:00 אני). באופן כללי, לג-פעמים בין sap השטף דיות נאמד במעט יותר שעה9. דלדול מאבדים של אחסון בין הצהריים ל-4 בצהריים ניתן לייחס הסגר stomatal באמצע היום, אשר אחראי גם על צורת העקומה השטף sap ברחבי56,אחר הצהריים57א-סימטרי. חפיפה בתוצאות שהושגו באמצעות sap ומבוססת השטף טכניקות ונהלים המדידה שלנו אחסון להפגין את היכולת של חיישנים קיבוליות ללכוד דינמיקה מהירה של שינויים גזע אחסון מים בעצים מבוגרים.

    שלושה מפעלי בוגר Acer rubrum (קטרים בגובה השדיים, דבח, מלך אקסום: 29.1 ס מ, 28.3 ס מ, 22.7 ס מ) באתר במחקר יער בצפון מישיגן נוטרו בעונת הגידול 2016. אמנם גזע הכולל מים אחסון תלויים באמצעי האחסון של תא המטען (איור 5A), כל שלושה אנשים הציג דפוסים של המילוי, חידוש מלאי בקנה אחד עם טרנדים עונתיים ב sap השטף (איור 5B) ולחות קרקע זמינה בתוך העליון 1 מ ' עומק (איור 5C). מים המאוחסנות בגזע, השטף sap ולחות הקרקע היינו אצל הנמוך שלהם בתקופת סוף הקיץ המורחבת interstorm, יום שנה (DOY) 200-225. בכל הזמן הזה, sap השטף, גזע תכולת המים הצטמצם באופן משמעותי אצל כל אנשים תחת פיקוח. אנחנו מוערך את זמן ההחלמה הבצורת בתגובה הירידה נצפתה במים אדמה, תוכן של 10% ל- 5.6% כ 10 ימים rubrum א, בהתבסס על זמן הנדרש לאחסון מים גזע לנדלורד לרמות הבצורת מראש.

    Figure 3
    איור 3: דוגמה תוצאות ניסוי שדה ניטור נובעים מים תוכן ב 0.5 ו- 7.5 מ' הגולן ב- Acer rubrum (דבח, מלך אקסום = ס מ 29.1). תכולת המים ב- 7.5 מ' מעל פני הקרקע בדרך כלל נשאר נמוך יותר מאשר תכולת המים ב 0.5 מ ' ההשתנות היומית תנודות המים תוכן ב 7.5 מ' היו גדולים יותר מאשר אלו שנרשמו קרוב לקומת הקרקע. העלאות גזע תכולת המים בגבהים הן תאמו ימים בעקבות משקעים (מוצג בסגול), עם ירידה גדולה גזע תכולת המים בין שקי לא 210 225 של 2016 כאשר מעט מאוד משקעים לא אירעה. נתונים חסרים הם התוצאה של הפרעה חשמל זמנית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

    Figure 4
    איור 4: דוגמה היא תוצאה של ניסוי שטח השוואת זמן השהיה זורמים מים כפי שנמדד על ידי sap תזרים קצב השינוי של תכולת המים גזע. Sap זרימה אובחן בו זמנית גזע תכולת המים הבאים Acer rubrum המתודולוגיה המתוארים Matheny, et al. קצב הזרימה sap ההשתנות היומית הממוצעת (כחול) 29 ו הנגזרת זמן של גזע מים אחסון (' ΔStorage ', ' תפוז ') בתור Matheny שלהלן מחושב, et al. 5 מוצגים עבור 5 ימים כאשר לחות הקרקע היה ללא הגבלת (DOY 245-250, 2016). אזורים מוצללים מייצגים את סטיית התקן על החלון 5 ימים. ΔStorage מתחיל לרדת זמן קצר לאחר עלות השחר (6:00), בזמן sap השטף מתחיל להגביר בערך שעתיים מאוחר יותר (8:00). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

    Figure 5
    איור 5: דוגמה היא תוצאה של ניסוי שטח ניטור גזע אחסון מים בתוך שלושה Acer rubrum במשך 110 ימים. גזע מים אחסון נוטרו בתאי המטען של שלושה Acer rubrum בגדלים שונים המטען במהלך עונת הצמיחה 2016 (א). טרנדים עונתיים באחסון מים גזע תאמו מגמות ראיתי שטף sap בפיקוח 15 Acer rubrum באותו יער ביצוע הפרוצדורות של Matheny, et al. 29 (B).אזור מוצל מקביל סטיית התקן בין עצים בודדים, בעוד הקו המלא מייצג שטף sap משולב היומי הממוצע. שניהם נובעים מים אחסון ועקבתי sap השטף של Acer rubrum את הדפוסים של תכולת המים בקרקע (SWC), כמו משולב מעל 1 מ ' עומק הקרקע, משקעים (C). נתונים חסרים הם התוצאה של הפרעה חשמל זמנית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    דפוסים עונתיים, ההשתנות היומית בתוכן מים גזע שנצפה דרך קיבול חיישנים להתיישר עם מגמות בתחום sap בו-זמניות השטף וסביבתיים לכפות ומדידות (איור 3, איור 4, איור 5). מאגרים לאחסון מים גזע דלה diurnally כאשר קצב דיות עולה קצב המילוי דרך רקמות וודי, וכאשר בהתאם לעונה לחות הקרקע מגביל זמינות מים שורש5. קיבול הפנימי הזה מספק מאגר חשוב נגד המגבלות הידראולי מוליכות stomatal, אחראי על זמן השהיה בין תחילתה של דיות sap השטף9. במחקר זה, הבחנו נסיגה מים היומי המרבי מהמחסן הנע בין 23.3 49.9 L (14.6 ל- 22.3%) מכלל זמין גזע תכולת המים. גידול מהיר יחסית במים גזע, תוכן לאחר אירועי גשם שנצפו במחקר זה הייתה עקבית על-פני כל מייפלס בפיקוח ולא הוכח בעבר5. התנהגות מסוג זה יכול להציע קוויטציה מילוי או מגדילה מהירה תכולת המים אחרים לרקמות שמסביב21. יש צורך מחקרי המשך להתחבר מדידות אלה עם תצפיות על קוויטציה מילוי21,58. השימוש של חיישנים קיבוליות מקלה על ניטור היבט קריטי זה של צמחייה איזון מים באופן רציף, וכן בחיי עיר בסביבות שדה. מתודולוגיה זו פותחה באמצעות חיישן לחות קרקע מוקשח GS-3. חיישנים אלה כוללים שלוש שיני מפלדת נוקשה (3.26 מ"מ קוטר, 5.5 ס מ אורך). בעוד השיטה ניתן להתאים לשימוש עם חיישנים קיבול אחרים, זה תלוי הנוכחות של שיני המדידה נוקשה.

    כיול תלויי מין מאפשר ההמרה של המקדם הדיאלקטרי מבודד נמדד לתוכן מים הנפחי עבור עץ המינים עם צפיפויות שונות מעץ (איור 1). עם זאת, ישנם מספר הנחות הכרוכים בהליך כיול שהוצגו. הבולט ביותר הוא ההנחה הצפיפות עץ של המקטעים ענף או גזע המשמש לצורך כיול שווה בערך ל הצפיפות של העץ-מיקום ההתקנה בשטח. בעוד ענף, גזע צפיפויות הוכחו להיות המאהבות עבור כמה מינים59, זה לא תמיד מקבל תיק60, בשל הבדלים להתחדד עצה קיבול ועיבוד. שיקול חשוב נוסף במהלך הכיול הוא הכמות של עץ המקיף את שיני חיישן. חיישנים רוזוולט בסגנון מסוימים דורשים לעומק ניכר של מדיה embedment (≥5 ס מ) על כל הצדדים כדי למנוע הכללה של חומר אחר (כלומר, אוויר) ב קריאות. השימוש של מקטעי בקוטר גדול יותר לצורך כיול עשוי לשפר באופן משמעותי את ההסכם בין המעבדה מחושב VWC וחדוהb על-ידי סיוע כדי למזער את ההשפעה של צפיפות ההבדלים ועומקי embedment.

    ההבדלים רדיאלי, במבניו בזרם sap הם מתועדים היטב61,62,63,64,65,66. המסקנה היא כי ההבדלים בתוכן מים עץ ישתנו באופן דומה עם מיקום ועומק. במחקר באמצעות קרני רנטגן טומוגרפיה ממוחשבת, פרום, Sautter, et al. 67 הוכיח כי זה אכן המקרה. העבודה של פרום, et al. 67 עדות גם צפיפות משמעותית, ההבדלים VWC בין מוקדם - ו latewood במין הטבעת נקבובי, robur ש. אתגרים, בגלל ההבדלים במבניו זרימה, מוליכות ניתן להתגבר על ידי שימוש חיישנים נוספים; עם זאת, צפיפות רדיאלי, זמני וריאציות מציגים קושי נוסף. המתודולוגיה הנוכחי מבוסס על ההנחה כי צפיפות היא קבועה בחלל ובזמן. עבור קמפיינים מדידה וקהילותיהם, שינויים בצפיפות תבניות זרימה עקב ופצעו אפקטים68 יכול להיות גם של דאגה. כמה הבדלים בתוכן מים עם עומק רדיאלי שניתן לטפל בהן על ידי שינוי האורך של שיני חיישן. הסגנון של חיישן קיבוליות להשתמש בעבודה זו מעסיקה 5.5 ס"מ ארוך מלא שיני מפלדת זה ניתן לחתוך ללא פגיעה בפונקציה חיישן. זה חשוב כי כל שיני ניתן לחתוך בדיוק באותו האורך, כיול חדש ניתן לבצע שימוש בחיישן שונה (ראה איור 1 + טבלה 1, ש רוברה מקוצר). באמצעות חיישנים עם שיני קוצר ל. 2 ס מ, Matheny, et al. 5 הפגינו דינמיקה שונה בין רדוד sapwood ניצוח פעיל בתפזורת sapwood ב- Q.rubra. ואילו בשיטה זו מספק אמצעים לבחון את תכולת המים בעומקים רדודים (0 < חתך אורך שן < 5.5 ס"מ), היא חסרה את היכולת להבחין בין בעומק מסוים (אני. e. VWC בין 2 ל 4 ס מ) או בעומק גדול מאורכו ראשוני מהחיישנים.

    הקשיים הנפוצים ביותר עם מתודולוגיה זו מתעוררות במהלך ההתקנה, הם לעתים קרובות התוצאה של חורים שנקדחו תחת או misaligned. זה הכרחי כדי להבטיח מגע טוב בין החיישן העץ, אבל השימוש בכוח מופרז במהלך ההתקנה עלולה לגרום החיישן לשבור. בכל מקרה שבו טרום קדח חורים או שיני חיישן עצמם הם לא מיושרים, flexure לגוף חיישן יכול גם לגרום כשלו. התאם קרובים נדרש לשמור על קשר מספיק עם העץ גם גורם להסרת מתוך עץ או פלח המדגם קשה ולאחר טיפול נוסף הכרחי במהלך ההליך כיול כאשר חייב להיות הוסר, לאחר כל אחת מהמידות חיישנים. לאור היכולת של העור שמנים להשפיע על קריאות, סביר להניח כי השימוש של גריז או סיכה אחר כדי להקל על התקנה והסרה כנ ל להשפיע על חיישן פלט. במהלך המבצע שדה, הגורם הסביר ביותר כשלו הוא אובדן כוח או תקשורת עקב נזק לכבל. קוצים גדולים ב- VWC נצפו, סביר להניח שנוצר מן הזרימה הגבעול חודר החיישן אם החותם סיליקון מסביב החיישן פגום או לא שלמים. הדוקרנים הללו לסנן מתוך הנתונים במהלך העיבוד post.

    תדירות תחום reflectometry בסגנון קיבוליות חיישנים מאפשרות נפחי מים תוכן כדי למדוד את הגבעולים של עצים גדולים ברזולוציה הטמפורלית גבוה יותר מאשר מתודולוגיות ביותר הקודם.טכניקה זו יכול גם לספק תובנות משמעותיות זמינות ושימוש של קיבול מים גזע במיוחד עבור עץ עצים עם מודולים אלסטי נמוך זה הכי פחות סביר להפיק את הרחבות אלסטי ואת התכווצויות בפיקוח microdentrometers אלקטרונית2. מדידות VWC עשוי לשמש גם כדי לשפר את הדיוק של מדידות השטף sap כפי שנאספו על ידי שימוש נרחב שיטות, כמו טכניקת פיזור חום69, אשר מסתמכים על טמפרטורה מרבית אסמכתא כי הוכח להיות רגישים לשינויי בגזע VWC. מהות הכוח עלות נמוכה, נמוך החיישנים מקלה על ההרחבה של המתודולוגיה הציג ענפים, שורשים, יותר בקלות להעריך את מאזן המים בעץ שלמים. השילוב של מים תוכן ונתונים זרימת המים, כפי בפיקוח שטף sap, מספק תובנה צמחייה הידראולי פונקציות מתקדמות.

    אנו מציגים כאן את הגישה להכליל על כל מין העץ, ולכן יכול להיות בשימוש כדי למדוד אחסון מים של עץ בכל, בטווח של קטרים עבה יותר חצי אורך שן, אבל לא כל כך עבה כי שיני הם קצרים מדי בשביל לייצג את הדינמיקה בתוך sapwood. הדרישות עלות ותפעול נמוכה של הגישה הציג מאפשרות לך כלי נגינה עצים רבים על מנת לקבל גודל דגימה גדול ומשמעותי בתוך מגרש כל היער, אפילו במקרים של מגוון מינים גבוה. יישומים אפשריים כוללים יער הידרולוגיה, ecohydrology, כולל מחקרים הדורשים התקציב מים של דוכן יער להיות ידוע, פיקוח, מחקרים של הצמח דיות והתגובה מים זמינות, מחקרים של הצמח בתגובה הבצורת ופוטנציאל התמותה בשל הלחץ מים. נתונים שהושגו באמצעות מתודולוגיה זו יכול לשמש לצורך כיול של מודלים hydrodynamic ברמת המפעל. תצפיות של גזע נפחי מים תוכן מספקים מקור ייחודי עבור אימות של מכ ם מדידות של לחות הקרקע של חישה מרחוק, על הצמחיה מעל הקרקע אחסון מים הוא מונח רעש יכול עכשיו להיות מחוסל. טכניקה זו יכולה לשמש גם במטעים חקלאיים כדי לפקח על מצב המים יעילה של עצים וכדי להקל על אופטימיזציה דינאמית של ערכות השקיה.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    סטיבן ר' גאריטי הוא מועסק ע י מד גרופ שמייצר GS3 מכשיר מוקשח אדמה הלחות החיישן משמשים במאמר זה.

    Acknowledgments

    מימון למחקר זה סופק על ידי משרד האנרגיה האמריקני של משרד המדע, משרד הביולוגיים ומחקר סביבתי, יבשתי האקולוגית מדעי תוכנית פרס מס דה-SC0007041, Ameriflux ניהול תוכנית תחת השטף הליבה אתר הסכם מס 7096915 דרך המעבדה הלאומית לורנס ברקלי, המדע הלאומית קרן המדע ההידרולוגי הענק 1521238. כל דעות, ממצאים, מסקנות או המלצות לידי ביטוי בחומר זה הם אלה של המחברים, אינן משקפות בהכרח את הנופים של סוכנויות מימון.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Ruggedized Soil Moisture Sensor METER Group Inc. GS-3 Capacitance sensors
    1/8" drill bit Any N/A
    9/64" drill bit Any N/A
    Drying oven Any N/A
    Chainsaw Any N/A
    Electric drill Any N/A
    Bucket for water bath Any N/A
    Alcohol swabs Any N/A
    Draw knife Any N/A
    Data logger Any N/A
    Silicon sealant Any N/A

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Matheny, A. M., et al. Contrasting strategies of hydraulic control in two codominant temperate tree species. Ecohydrol. 10 (3), e1815 (2017).
    2. Kocher, P., Horna, V., Leuschner, C. Stem water storage in five coexisting temperate broad-leaved tree species: significance, temporal dynamics and dependence on tree functional traits. Tree Physiol. 33 (8), 817-832 (2013).
    3. Holbrook, N. M. Chapter 7. Plant stems: physiology and functional morphology. Gartner, B. L. , Academic Press, Inc. 151-174 (1995).
    4. Wullschleger, S. D., Hanson, P. J., Todd, D. E. Measuring stem water content in four deciduous hardwoods with a time-domain reflectometer. Tree Physiol. 16 (10), 809-815 (1996).
    5. Matheny, A. M., et al. Observations of stem water storage in trees of opposing hydraulic strategies. Ecosphere. 6 (9), 165 (2015).
    6. Waring, R. H., Running, S. W. Sapwood water storage: its contribution to transpiration and effect upon water conductance through the stems of old-growth Douglas-fir. Plant Cell Environ. 1 (2), 131-140 (1978).
    7. Cermak, J., Kucera, J., Bauerle, W. L., Phillips, N., Hinckley, T. M. Tree water storage and its diurnal dynamics related to sap flow and changes in stem volume in old-growth Douglas-fir trees. Tree Physiol. 27 (2), 181-198 (2007).
    8. Betsch, P., et al. Drought effects on water relations in beech: The contribution of exchangeable water reservoirs. Agric. For. Meteorol. 151 (5), 531-543 (2011).
    9. Schäfer, K. V. R., Oren, R., Tenhunen, J. D. The effect of tree height on crown level stomatal conductance. Plant Cell Environ. 23 (4), 365-375 (2000).
    10. Burgess, S. S. O., Dawson, T. E. Using branch and basal trunk sap flow measurements to estimate whole-plant water capacitance: a caution. Plant Soil. 305 (1-2), 5-13 (2008).
    11. Kumagai, T., Aoki, S., Otsuki, K., Utsumi, Y. Impact of stem water storage on diurnal estimates of whole-tree transpiration and canopy conductance from sap flow measurements in Japanese cedar and Japanese cypress trees. Hydrol. Process. 23 (16), 2335-2344 (2009).
    12. Nadler, A., Raveh, E., Yermiyahu, U., Green, S. Stress induced water content variations in mango stem by time domain reflectometry. Soil Sci. Soc. Am. J. 70 (2), 510-520 (2006).
    13. Nadler, A., Raveh, E., Yermiyahu, U., Green, S. R. Evaluation of TDR use to monitor water content in stem of lemon trees and soil and their response to water stress. Soil Sci. Soc. Am. J. 67 (2), 437-448 (2003).
    14. Hernandez-Santana, V., Martinez-Fernandez, J. TDR measurement of stem and soil water content in two Mediterranean oak species. Hydrolog Sci J. 53 (4), 921-931 (2008).
    15. Cocozza, C., et al. Simultaneous measurements of stem radius variation and sap flux density reveal synchronisation of water storage and transpiration dynamics in olive trees. Ecohydrol. 8 (1), 33-45 (2015).
    16. Andrade, J. L., et al. Regulation of water flux through trunks, branches, and leaves in trees of a lowland tropical forest. Oecologia. 115 (4), 463-471 (1998).
    17. Domec, J. C., Gartner, B. L. Cavitation and water storage capacity in bole xylem segments of mature and young Douglas-fir trees. Trees-Struct. Funct. 15 (4), 204-214 (2001).
    18. Holbrook, N. M., Burns, M. J., Sinclair, T. R. Frequency and time-domain dielectric measurements of stem water-content in the arborescent palm, Sabal palmetto. J. Exp. Bot. 43 (246), 111-119 (1992).
    19. Meinzer, F. C., et al. Dynamics of water transport and storage in conifers studied with deuterium and heat tracing techniques. Plant Cell Environ. 29 (1), 105-114 (2006).
    20. Poyatos, R., et al. SAPFLUXNET: towards a global database of sap flow measurements. Tree Physiol. 36 (12), 1449-1455 (2016).
    21. Hao, G. Y., Wheeler, J. K., Holbrook, N. M., Goldstein, G. Investigating xylem embolism formation, refilling and water storage in tree trunks using frequency domain reflectometry. J. Exp. Bot. 64 (8), 2321-2332 (2013).
    22. Bonan, G. B., Williams, M., Fisher, R. A., Oleson, K. W. Modeling stomatal conductance in the earth system: linking leaf water-use efficiency and water transport along the soil-plant-atmosphere continuum. Geosci. Model Dev. 7 (5), 2193-2222 (2014).
    23. Brantley, S. L., et al. Reviews and syntheses: on the roles trees play in building and plumbing the critical zone. Biogeosciences Discuss. 2017, 1-41 (2017).
    24. Bonan, G. B. Forests and climate change: Forcings, feedbacks, and the climate benefits of forests. Science. 320 (5882), 1444-1449 (2008).
    25. Matheny, A. M., Mirfenderesgi, G., Bohrer, G. Trait-based representation of hydrological functional properties of plants in weather and ecosystem models. Plant Diversity. 39 (1), 1-12 (2017).
    26. Chapotin, S. M., Razanameharizaka, J. H., Holbrook, N. M. Water relations of baobab trees (Adansonia spp.L.) during the rainy season: does stem water buffer daily water deficits. Plant Cell Environ. 29 (6), 1021-1032 (2006).
    27. Oliva Carrasco, L., et al. Water storage dynamics in the main stem of subtropical tree species differing in wood density, growth rate and life history traits. Tree Physiol. 35 (4), 354-365 (2015).
    28. Wullschleger, S. D., Meinzer, F. C., Vertessy, R. A. A review of whole-plant water use studies in trees. Tree Physiol. 18 (8-9), 499-512 (1998).
    29. Matheny, A. M., et al. Species-specific transpiration responses to intermediate disturbance in a northern hardwood forest. J. Geophys. Res. 119 (12), 2292-2311 (2014).
    30. Ford, C. R., Hubbard, R. M., Vose, J. M. Quantifying structural and physiological controls on variation in canopy transpiration among planted pine and hardwood species in the southern Appalachians. Ecohydrol. 4 (2), 183-195 (2011).
    31. Holbrook, N. M., Sinclair, T. R. Water-Balance in the arborescent palm, Sabal palmetto. II. Transpiration and stem water storage. Plant Cell Environ. 15 (4), 401-409 (1992).
    32. Goldstein, G., et al. Stem water storage and diurnal patterns of water use in tropical forest canopy trees. Plant Cell Environ. 21 (4), 397-406 (1998).
    33. Borchert, R. Soil and stem water storage determine phenology and distribution of tropical dry forest trees. Ecology. 75 (5), 1437-1449 (1994).
    34. Hernandez-Santana, V., Martinez-Fernandez, J., Moran, C. Estimation of tree water stress from stem and soil water monitoring with time-domain reflectometry in two small forested basins in Spain. Hydrol. Process. 22 (14), 2493-2501 (2008).
    35. Climate change 2013: the physical science basis contribution of working group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. , Cambridge University Press. 1535 (2013).
    36. Konings, A. G., Williams, A. P., Gentine, P. Sensitivity of grassland productivity to aridity controlled by stomatal and xylem regulation. Nat. Geosci. , (2017).
    37. Fei, S., et al. Divergence of species responses to climate change. Science Advances. 3 (5), (2017).
    38. Fisher, R. A., et al. Vegetation demographics in Earthsystem models: a review of progress and priorities. Glob. Change Biol. , (2017).
    39. Dietze, M. C., Lebauer, D. S., Kooper, R. O. B. On improving the communication between models and data. Plant Cell Environ. 36 (9), 1575-1585 (2013).
    40. Bohrer, G., et al. Finite element tree crown hydrodynamics model (FETCH) using porous media flow within branching elements: A new representation of tree hydrodynamics. Water Resour. Res. 41 (11), (2005).
    41. Mirfenderesgi, G., et al. Tree level hydrodynamic approach for resolving aboveground water storage and stomatal conductance and modeling the effects of tree hydraulic strategy. J. Geophys. Res. 121 (7), 1792-1813 (2016).
    42. Gentine, P., Guérin, M., Uriarte, M., McDowell, N. G., Pockman, W. T. An allometry-based model of the survival strategies of hydraulic failure and carbon starvation. Ecohydrol. 9 (3), 529-546 (2015).
    43. Huang, C. -W., et al. The effect of plant water storage on water fluxes within the coupled soil-plant system. New Phytol. 213 (3), 1093-1106 (2017).
    44. Bittner, S., et al. Functional-structural water flow model reveals differences between diffuse- and ring-porous tree species. Agric. For. Meteorol. 158, 80-89 (2012).
    45. Matheny, A. M., et al. Characterizing the diurnal patterns of errors in the prediction of evapotranspiration by several land-surface models: an NACP analysis. J. Geophys. Res. 119 (7), 1458-1473 (2014).
    46. Matthes, J. H., Goring, S., Williams, J. W., Dietze, M. C. Benchmarking historical CMIP5 plant functional types across the Upper Midwest and Northeastern United States. J. Geophys. Res. 121 (2), 523-535 (2016).
    47. Musavi, T., et al. The imprint of plants on ecosystem functioning: A data-driven approach. Int. J. Appl. Earth Obs. Geoinf. 43, 119-131 (2015).
    48. Wullschleger, S. D., et al. Plant functional types in Earth system models: past experiences and future directions for application of dynamic vegetation models in high-latitude ecosystems. Ann. Bot. 114 (1), 1-16 (2014).
    49. Scholz, F. G., et al. Biophysical properties and functional significance of stem water storage tissues in Neotropical savanna trees. Plant Cell Environ. 30 (2), 236-248 (2007).
    50. Scholz, F. G., et al. Temporal dynamics of stem expansion and contraction in savanna trees: withdrawal and recharge of stored water. Tree Physiol. 28 (3), 469-480 (2008).
    51. Borchert, R. Electric resistance as a measure of tree water status during seasonal drought in a tropical dry forest in Costa Rica. Tree Physiol. 14 (3), 299-312 (1994).
    52. Edwards, W. R. N., Jarvis, P. G. A method for measuring radial differences in water content of intact tree stems by attenuation of gamma radiation. Plant Cell Environ. 6 (3), 255-260 (1983).
    53. Phillips, N. G., Scholz, F. G., Bucci, S. J., Goldstein, G., Meinzer, F. C. Using branch and basal trunk sap flow measurements to estimate whole-plant water capacitance: comment on Burgess and Dawson (2008). Plant Soil. 315 (1-2), 315-324 (2009).
    54. Bovard, B. D., Curtis, P. S., Vogel, C. S., Su, H. -B., Schmid, H. P. Environmental controls on sap flow in a northern hardwood forest. Tree Physiol. 25, 31-38 (2005).
    55. Granier, A. Evaluation of transiration in a Douglas-Fir stand by means of sap flow measurements. Tree Physiol. 3 (4), 309-319 (1987).
    56. Brodribb, T. J., Holbrook, N. M. Stomatal closure during leaf dehydration, correlation with other leaf physiological traits. Plant Physiol. 132 (4), 2166-2173 (2003).
    57. Brodribb, T. J., Holbrook, N. M. Stomatal protection against hydraulic failure: a comparison of coexisting ferns and angiosperms. New Phytol. 162 (3), 663-670 (2004).
    58. Taneda, H., Sperry, J. S. A case-study of water transport in co-occurring ring- versus diffuse-porous trees: contrasts in water-status, conducting capacity, cavitation and vessel refilling. Tree Physiol. 28 (11), 1641-1651 (2008).
    59. Schuldt, B., Leuschner, C., Brock, N., Horna, V. Changes in wood density, wood anatomy and hydraulic properties of the xylem along the root-to-shoot flow path in tropical rainforest trees. Tree Physiol. 33 (2), 161-174 (2013).
    60. Sarmiento, C., et al. Within-individual variation of trunk and branch xylem density in tropical trees. Am. J. Bot. 98 (1), 140-149 (2011).
    61. Barij, N., Cermak, J., Stokes, A. Azimuthal variations in xylem structure and water relations in cork oak (Quercus suber). Iawa J. 32 (1), 25-40 (2011).
    62. Domec, J. C., Pruyn, M. L., Gartner, B. L. Axial and radial profiles in conductivities, water storage and native embolism in trunks of young and old-growth ponderosa pine trees. Plant Cell Environ. 28 (9), 1103-1113 (2005).
    63. Ewers, B. E., Oren, R. Analyses of assumptions and errors in the calculation of stomatal conductance from sap flux measurements. Tree Physiol. 20 (9), 579-589 (2000).
    64. Fan, Z. X., Cao, K. F., Becker, P. Axial and radial variations in xylem anatomy of angiosperm and conifer trees in Yunnan, China. Iawa J. 30 (1), 1-13 (2009).
    65. James, S. A., Clearwater, M. J., Meinzer, F. C., Goldstein, G. Heat dissipation sensors of variable length for the measurement of sap flow in trees with deep sapwood. Tree Physiol. 22 (4), 277-283 (2002).
    66. James, S. A., et al. Axial and radial water transport and internal water storage in tropical forest canopy trees. Oecologia. 134 (1), 37-45 (2003).
    67. Fromm, J. H., et al. Xylem water content and wood density in spruce and oak trees detected by high-resolution computed tomography. Plant Physiol. 127 (2), 416-425 (2001).
    68. Steppe, K., De Pauw, D. J. W., Doody, T. M., Teskey, R. O. A comparison of sap flux density using thermal dissipation, heat pulse velocity and heat field deformation methods. Agric. For. Meteorol. 150 (7-8), 1046-1056 (2010).
    69. Vergeynst, L. L., Vandegehuchte, M. W., McGuire, M. A., Teskey, R. O., Steppe, K. Changes in stem water content influence sap flux density measurements with thermal dissipation probes. Trees. 28 (3), 949-955 (2014).

    Tags

    מדעי הסביבה גיליון 130 תכולת המים גזע אחסון מים ביומסה תדירות תחום reflectometry ecohydrology sap השטף צמחייה קיבוליות
    כיול ושימוש קיבוליות חיישנים לעקוב אחר גזע תכולת המים עצים
    Play Video
    PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

    Cite this Article

    Matheny, A. M., Garrity, S. R.,… More

    Matheny, A. M., Garrity, S. R., Bohrer, G. The Calibration and Use of Capacitance Sensors to Monitor Stem Water Content in Trees. J. Vis. Exp. (130), e57062, doi:10.3791/57062 (2017).

    Less
    Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
    View Video

    Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

    Waiting X
    Simple Hit Counter