나무에서 줄기 물 콘텐츠를 모니터링 하는 교정 및 정전 용량 센서의 사용

Summary

바이오 매스의 유압 커패시턴스는 식물 물 예산, 단기 및 장기 가뭄 스트레스에 대 한 버퍼 역할의 핵심 구성 요소 이다. 여기, 우리 교정 및 토양 수 분의 사용에 대 한 프로토콜 커패시턴스 센서 큰 나무의 줄기에 물 콘텐츠 모니터링을 제시.

Abstract

물 수송 및 저장 토양 식물 대기권 연속체를 통해 지상파 물 순환에 중요 한 그리고 주요 연구 초점 지역 되고있다. 바이오 매스 커패시턴스 증발을 유압 장애의 제거에 중요 한 역할을 한다. 그러나, 큰 나무의 유압 커패시턴스에 동적 변화의 높은 시간 해상도 측정 드물다. 여기, 우리 교정 및 일반적으로 측정 분야에서 나무의 체적 함량을 토양 물 콘텐츠를 모니터링 하는 데 사용 하는 정전 용량 센서의 사용에 대 한 절차를 제시. 주파수 도메인 셋 스타일 관찰 되 고 공부 하는 미디어의 밀도에 민감합니다. 따라서, 그것은 부피 측정 수 분 함량 센서 보고 유 전체 유전율 값에서 변환할 종의 교정 수행 하는 데 필요한. 교정은 수확된 지점 또는 건조 되거나 다시 수 화 된 물 내용 센서 관측 최적된 회귀를 생성 하는 데 사용의 전체 범위를 생산 하는 세그먼트로 잘라 줄기에 수행 됩니다. 센서 교정 세그먼트에 삽입 또는 미리 맞는 적절 한 드릴 정렬 되도록 조작된 서식 파일을 사용 하 여 공차에 구멍을 시추 후 나무에 설치 된. 특별 한 주의 센서 tines 과도 한 힘 없이 삽입할 수 있도록 하는 동안 주변의 미디어와 좋은 접촉을 만들 수 있도록 합니다. 수액 흐름 측정 열 분산 기술 및 환경 강제 데이터를 사용 하 여 기록 제시 하는 방법론을 통해 관찰 하는 체적 물 콘텐츠 역학 맞춥니다. 물 스트레스, 가뭄 응답 및 복구의 발병을 관찰 하 바이오 매스 물 콘텐츠 데이터를 사용할 수 있으며 감지 교정 및 원격 분할 뿐만 아니라 새로운 공장 수준 유체역학 모델의 평가에 적용 될 가능성이 있다 위의-및 belowground 구성 수 분 제품입니다.

Introduction

물 식물에 저장 된 단기 및 장기 물 스트레스^1,2에 대처 하기 위해 식물의 기능에 필수적인 역할을 한다. 식물 뿌리, 줄기에에서 물을 저장 하 고 (예를 들어, xylem 배) 세포내와 세포 외에 잎 공백 ^2,,34. 이 물 사이 10 그리고 diurnally 된 물^2,5,6,,78의 50% 기여 하 보였다. 따라서, 공장 유압 커패시턴스 지상파 물 균형의 핵심 구성 요소, 물 스트레스, 가뭄 응답, 및 복구¹의 지시자로 사용 될 수 및 사이 관찰된 시간 저하에 대 한 수정 하는 데 필요한 중요 한 요소 이다 증발 및 sap 흐름^9,,1011. 식물 물 콘텐츠의 실시간 모니터링 사용할 수 있습니다 또한 농업 응용 프로그램에서 과수원을 제한 하 고 급수 효율^12,13증가 하기 위하여 관개를 자르기. 그러나, 우 디 종^{7,14,15,,1617,18, 연속, 제자리에서 줄기 물 콘텐츠 측정 19} sap 플럭스 측정²⁰상대적으로 드물다. 여기, 우리 나무^5,21의 줄기 내 체적 물 콘텐츠 모니터링을 정전 용량 센서의 보정을 위한 절차를 설명 합니다.

유체역학 동작 및 식물에 의해 물 사용 규정은 토양 식물 대기권 연속체^22,23 의 필수 구성 되며 따라서 사이 물과 탄소 용에 대 한 중요 한 컨트롤은 생물권과 대기^24,25. 줄기 함량의 역학은 생물과 비 생물 적인 요인에 의해 영향을 받습니다. 고갈 및 충전 물 줄기 저장 환경 조건, 특히, 증기압 적자에서에서 단기 및 장기 동향에 의해 영향을 받는 물 콘텐츠^1,26토양. 나무²⁷ (예를 들어, 밀도, 선박 구조) 및 긴급 유압 전략²⁵ (예, iso-또는 anisohydric stomatal 규정)의 물리적 속성 저장 물을 사용 하는 식물의 능력을 결정 ^{19 , 26 , 28}종^29,30에 의해 널리 다를 수 있습니다. 이전 학문은 열 대^{16,,2731,32,33} 에 온화한^{5,7 커패시턴스의 다른 역할을 설명 했다 ,21} 종, 그리고 두 적^1,2,34 와 gymnosperms^6,11,,1719.

바이오 매스 함량의 향상 된 지식을 물 수집을 위한 식물 전략의 이해를 개선 하 고^1,2, 종 취약점 예측 변화 강 수 정권^{35에에서 함께 사용 ,36}. 추가 전략 미래 기후 시나리오^37,38아래 인구 패턴 변화를 예측 하는 데 도움이 됩니다 공장 물 사용의 이해. 모델 데이터 융합 기법³⁹, 통해 줄기 물 콘텐츠를 통보 하 고 테스트 하는 확장 가능한, 공장 수준 유체역학이이 방법론을 사용 하 여 가져온 데이터를 사용할 수 있습니다 모델^{40,41, 42,,4344} stomatal 전도도의 계산을 향상 시키기 위해 및, 따라서, 시뮬레이션의 증산 및 광합성 탄소 통풍 관. 이러한 고급 유체역학 모델 불확실성에 더 큰 땅 표면 및 지구 시스템 모델^{25,,4546, 통합 하는 경우 오류가 상당한 감소를 제공할 수 있습니다. 47,48}.

모니터링 하거나 줄기 함량을 계산 하는 데 사용 하는 방법 나무^33,49, 전자 dendrometers^2,,1550, 전기 저항을 응어리를 포함 ⁵¹, 감마 방사선 감쇠⁵², 중수소 추적기¹⁹, sap 플럭스 센서^32,33,53네트워크 psychrometers⁴⁹, 줄기와 진폭¹¹ 및 시간^4,,1213 도메인 셋 (TDR). 최근 노력 토양 체적 물 콘텐츠^5,18,,2127측정 하는 데 사용 되었습니다 전통적으로 정전 용량 센서의 생존 능력을 테스트 했습니다. 주파수 도메인 셋 (FRD)-스타일 커패시턴스 센서 저가 이며 상대적으로 적은 양의 에너지를 사용 하 여 연속 측정, 그들에 게 필드 시나리오에서 높은 시간 해상도 측정을 위한 매력적인 도구를 만드는 대 한. TDR 스타일 센서 이상 루즈벨트의 자동화의 용이성 연속 일 시간별 데이터 집합의 컬렉션을 용이 하 게 하 고 실질적인 케이블 길이¹³을 요구 하는 TDR 측정에 내재 된 도전의 많은 제거 합니다. 제자리에서 커패시턴스 센서를 사용 하 여 반복적인 유선 또는 지점 수확에 대 한 필요성을 제거 하 고 나무 종에 대 한 향상 된 정확도 제공할 수 있습니다.Xylem 배, 같은 세포 외 공간에서 주로 물을 철회 또는 신축성의 높은 나무 또는 나무 껍질 계수 종 우디가 일반적으로 때문에 낮은 탄성 줄기 확장 ^{인기 있는 dendrometer 측정 기법에 대 한 좋은 후보 2}. 정전 용량 센서 체적 물 콘텐츠를 직접 변환 될 수 있는 유 전체 유전율 예측. 그러나, 커패시턴스 측정 센서를 둘러싼 미디어의 밀도에 민감합니다. 따라서, 우리는 체적 나무 물 콘텐츠^5,21센서의 출력을 변환 하는 종의 교정에 대 한 옹호.

우리는 나무의 체적 물 콘텐츠를 커패시턴스 센서 출력을 변환 하는 종의 교정에 대 한 프로토콜을 제시. 또한 제공 하는 것은 성숙한 나무에서 커패시턴스 센서 현장 설치 및 방법의 강점, 약점, 및 가정에 대 한 논의 대 한 지침입니다. 이러한 기술은 트렁크, 큰 나무 물 스토리지 저수지⁸, 체적 물 콘텐츠를 모니터링 하도록 설계 되었습니다 하지만 분기에 따라 추가 센서의 설치 전체 트리를 쉽게 확장 될 수 있다. 동적 공장 함량의 측정 식물 유체역학, biometeorology, 및 땅 표면 모델링 분야를 미리 것입니다.

Protocol

1. 계측을 위한 나무 선택 측정에 대 한 나무를 선택 합니다. 이상적으로, 일반적으로 둥근 줄기 횡단면이와 사이 1-2 회 가지 길이, 또는 변 깊이 센서 tines (여기 설명 하는 특정 커패시턴스 센서 ~ 5 cm)의 길이 보다 큰 직경 건강 한 나무를 선택 합니다. 나무 코어를 사용 하 여 변의 깊이 측정 하거나 많은 종을 위한 표준 직경 테이프에 의해 측정 된 직경 29,<sup clas…

Representative Results

이 섹션에서는 선물이 5 일반적인 동부 쪽 숲 나무 종, 2016 성장 시기 도중 3 에 서 rubrum 개인에서 줄기 물 저장의 필드 측정의 상세한 분석에 의해 다음에 대 한 캘리브레이션 데이터. 에 서 rubrum, Betula papyrifera, Pinus strobus, Populus grandidentata, 및 Quercus rubra (그림 1)에 대 한 교정 곡선 생성 되었다. 곡선의 97.7% P. grandidentata 고 …

Discussion

계절과 일주 패턴 줄기 물 콘텐츠 커패시턴스 센서 동시 sap 유동적에서 동향와 일치를 통해 관찰 및 측정 (그림 3, , 그림 4 그림 5)을 강요 하는 환경에서. Diurnally 우 디 조직을 통해 충전의 속도 능가 하는 증발의 속도 그리고 계절 토양 수 분 제한 루트-물 가용성⁵줄기 물 저장의 저수지 …

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