כיול ושימוש קיבוליות חיישנים לעקוב אחר גזע תכולת המים עצים

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, diurnally^2,5,6,7,8. 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 לזרום^9,10,11. ניטור בזמן אמת של צמחייה מים תוכן יכול לשמש גם ביישומים חקלאיים כדי לסייע להגביל את הפרדס וחתוך ההשקיה על מנת להגביר את יעילות השקיה^12,13. עם זאת, מדידות של רציף, תוכן גזע-מים מקומיים של מינים וודי^{7,14,15,16,17,18, 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 עצים^5,21.

התנהגויות hydrodynamic ותקנות השימוש במים בצמחייה הם מרכיב אינטגרלי של^22,אדמה-צמח-האווירה הרצף²³ , ולכן הם פקדים חשוב עבור פלקסים פחמן ומים בין הביוספרה ואווירה^24,25. 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 תוכן^1,26. 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 מינים^29,30. מחקרים קודמים הדגימו תפקידים שונים של קיבול טרופיים^{16,27,31,32,33} , ממוזג^{5,7 ,21} מינים, ואת שניהם angiosperms^1,2,34 / gymnosperms^6,11,17,19.

ידע משופרת של תכולת המים ביומסה לשפר את ההבנה של צמחייה אסטרטגיות עבור רכישת מים ולהשתמש^1,2, יחד עם פגיעות מינים לשינויים החזוי משקעים משטרים^{35 ,36}. הבנה נוספת של צמח מים שימוש אסטרטגיות יעזור לחזות הסטה דפוסי הדמוגרפי תחת האקלים בעתיד תרחישים^37,38. באמצעות מודל-data fusion טכניקות³⁹, תכולת המים גזע נתונים שהושגו באמצעות מתודולוגיה זו יכול לשמש כדי ליידע ולבדוק הידרודינמיקה מדרגיים, צמח ברמת מודלים^{40,41, 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 דגמים^{25,45,46, 47,48}.

שיטות השתמשו כדי לפקח או לחשב את תכולת המים גזע כוללים עץ גלעון^33,49, dendrometers אלקטרונית^2,15,50, ההתנגדות החשמלית רשתות של sap השטף חיישנים^32,33,53, המשדרים דאוטריום¹⁹, גאמה הקרנות הנחתה⁵², ⁵¹גזע psychrometers⁴⁹ו משרעת¹¹ וזמן^4,12,13 תחום reflectometry (TDR). המאמצים האחרונים בדיקות הכדאיות של חיישנים קיבוליות באופן מסורתי שימש כדי למדוד את אדמת נפחי מים תוכן^5,18,21,27. 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 תוכן^5,21.

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.

Protocol

1. בחר את עץ עבור אינסטרומנטציה 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 s…

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). ?…

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 …

Materials

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