अंशांकन और समाई सेंसर का उपयोग पेड़ों में स्टेम जल सामग्री की निगरानी के लिए
Summary
बायोमास के हाइड्रोलिक समाई लघु और दीर्घकालिक सूखे तनाव के खिलाफ एक बफर के रूप में कार्य करता है जो वनस्पति जल बजट, का एक प्रमुख घटक है । यहां, हम अंशांकन और मिट्टी नमी समाई सेंसर के उपयोग के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करने के लिए बड़े पेड़ों के तनों में पानी की सामग्री की निगरानी ।
Abstract
जल परिवहन और भंडारण मिट्टी के माध्यम से संयंत्र-वायुमंडल सातत्य स्थलीय जल चक्र के लिए महत्वपूर्ण है, और एक प्रमुख अनुसंधान फोकस क्षेत्र बन गया है । बायोमास समाई transpiration करने के लिए हाइड्रोलिक हानि के परिहार में एक अभिंन भूमिका निभाता है । हालांकि, बड़े पेड़ों की हाइड्रोलिक समाई में गतिशील परिवर्तन के उच्च लौकिक संकल्प माप दुर्लभ हैं । यहां, हम अंशांकन और संधारित्र के उपयोग के लिए प्रक्रियाओं वर्तमान, मिट्टी के पानी की सामग्री की निगरानी के लिए आम तौर पर इस्तेमाल किया, क्षेत्र में पेड़ों में volumetric पानी की सामग्री को मापने के लिए । आवृत्ति डोमेन reflectometry-शैली टिप्पणियों का अध्ययन किया जा रहा मीडिया के घनत्व के प्रति संवेदनशील होते हैं । इसलिए, यह करने के लिए आवश्यक है प्रजातियों-विशिष्ट अंशांकन करने के लिए ढांकता permittivity की सेंसर रिपोर्ट मूल्यों से volumetric पानी की सामग्री को बदलने के लिए । अंशांकन एक काटा शाखा पर किया जाता है या खंड है कि सूख रहे है या फिर से पानी की सामग्री की एक पूरी श्रृंखला का उत्पादन करने के लिए हाइड्रेटेड में कटौती स्टेम सेंसर टिप्पणियों के साथ एक सबसे फिट प्रतिगमन उत्पंन करते थे । सेंसर अंशांकन क्षेत्रों में डाला या उचित ड्रिल संरेखण सुनिश्चित करने के लिए एक गढ़े टेम्पलेट का उपयोग कर एक सहिष्णुता फिट करने के लिए पूर्व ड्रिलिंग छेद के बाद पेड़ में स्थापित कर रहे हैं । विशेष देखभाल सुनिश्चित करने के लिए कि सेंसर tines आसपास के मीडिया के साथ अच्छा संपर्क बनाने के लिए लिया जाता है, जबकि उंहें अत्यधिक बल के बिना डाला जा करने की अनुमति । Volumetric पानी की सामग्री गतिशीलता प्रस्तुत पद्धति के माध्यम से मनाया sap प्रवाह माप थर्मल अपव्यय तकनीकों और पर्यावरण को मजबूर डेटा का उपयोग कर दर्ज के साथ संरेखित करें । बायोमास जल सामग्री डेटा के लिए पानी के तनाव, सूखे की प्रतिक्रिया और वसूली की शुरुआत का निरीक्षण किया जा सकता है, और क्षमता को अंशांकन और नए संयंत्र स्तर hydrodynamics मॉडल के मूल्यांकन के लिए लागू किया जा, के रूप में अच्छी तरह के रूप में के विभाजन के लिए दूर से समझ ऊपर में नमी उत्पादों-और belowground घटकों ।
Introduction
संयंत्र सामग्री में संग्रहित पानी ‘ पौधों की क्षमता में एक अभिंन भूमिका निभाता है लघु और दीर्घकालिक जल तनाव1,2के साथ सामना करने के लिए । पौधों जड़ों में पानी की दुकान, उपजा है, और दोनों intracellular और extracellular में पत्तियों (जैसे, जाइलम जहाजों) रिक्त स्थान 2,3,4। इस पानी में 10 से ५०% diurnally मालूम वाटर2,5,6,7,8के बीच योगदान दिखाया गया है । इस तरह के रूप में, संयंत्र हाइड्रोलिक समाई स्थलीय जल संतुलन का एक प्रमुख घटक है, पानी के तनाव का एक संकेतक के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, सूखा प्रतिक्रिया, और वसूली1, और एक महत्वपूर्ण कारक के बीच मनाया समय lags के लिए सही करने के लिए आवश्यक है transpiration और sap फ्लो9,10,11. वनस्पति जल सामग्री के वास्तविक समय की निगरानी कृषि अनुप्रयोगों में भी की जा सकती है आरै बाग और फसल सिंचाई में मदद करने के लिए, जल क्षमता12,13बढ़ाने के लिए । हालांकि, वुडी प्रजातियों के सतत, में सीटू स्टेम पानी की सामग्री की माप7,14,15,16,17,18, 19 एसएपी फ्लक्स माप20के सापेक्ष दुर्लभ हैं । यहां, हम5,21पेड़ के तनों के भीतर volumetric पानी की सामग्री की निगरानी करने के लिए समाई सेंसर के अंशांकन के लिए एक प्रक्रिया रूपरेखा ।
Hydrodynamic व्यवहार और जल-वनस्पति द्वारा उपयोग विनियमन मिट्टी के एक अभिंन घटक-संयंत्र-वायुमंडल सातत्य22,23 है और पानी और कार्बन के बीच प्रवाह के लिए इसलिए महत्वपूर्ण नियंत्रण कर रहे है जैव मंडल और वायुमंडल२४,२५. स्टेम जल सामग्री की गतिशीलता दोनों बायोटिक और अजैव कारकों से प्रभावित हैं । कम और स्टेम-संग्रहित पानी के पुनर्भरण पर्यावरण की स्थिति में लघु और दीर्घकालिक प्रवृत्तियों, विशेष रूप से, भाप दबाव घाटे और मिट्टी पानी की सामग्री1,26से प्रभावित हैं । लकड़ी के भौतिक गुण27 (जैसे, घनत्व, पोत संरचना) और आपात हाइड्रोलिक रणनीति25 (जैसे, आईएसओ या anisohydric stomatal विनियमन) एक संयंत्र की दुकान और पानी का उपयोग करने की क्षमता का निर्धारण 19 , 26 , 28, और प्रजातियों के द्वारा व्यापक रूप से भिंन हो सकते है29,30। पिछले अध्ययनों से उष्णकटिबंधीय में समाई के विभिंन भूमिकाओं का प्रदर्शन किया है16,27,31,३२,३३ और शीतोष्ण5,7 ,21 प्रजातियों, और दोनों वनस्पतियों में1,2,३४ और जिंनोस्पर्म6,11,17,19.
बायोमास जल सामग्री का बेहतर ज्ञान जल अधिग्रहण के लिए वनस्पति रणनीतियों की समझ में सुधार होगा और1,2का उपयोग करें, प्रजातियों के साथ ‘ जोखिम वर्षण सरकारों में अनुमानित परिवर्तन के लिए३५ ,३६. संयंत्र जल उपयोग रणनीतियों की आगे की समझ में मदद मिलेगी भविष्य जलवायु परिदृश्यों३७,३८के तहत जनसांख्यिकीय पैटर्न बदलने की भविष्यवाणी । मॉडल के माध्यम से डेटा संलयन तकनीक३९, स्टेम जल सामग्री डेटा इस पद्धति का उपयोग कर प्राप्त करने के लिए सूचित और परीक्षण स्केलेबल, संयंत्र स्तर hydrodynamics मॉडल४०,४१इस्तेमाल किया जा सकता है, ४२,४३,४४ क्रम में stomatal कंडक्टर की गणना में सुधार करने के लिए और, इस प्रकार, दोनों transpiration और संश्लेषक कार्बन के अनुकरण । इन उंनत hydrodynamic मॉडल अनिश्चितता और त्रुटि में एक महत्वपूर्ण कमी प्रदान जब बड़ा भूमि-सतह और पृथ्वी सिस्टम मॉडल में शामिल कर सकते है25,४५,४६, ४७,४८.
मॉनिटर या स्टेम जल सामग्री की गणना करने के लिए इस्तेमाल किया तरीकों ट्री coring३३,४९, इलेक्ट्रॉनिक dendrometers2,15,५०, विद्युत प्रतिरोध शामिल ५१, गामा विकिरण क्षीणन५२, ड्यूटेरियम अनुरेखकों19, एसएपी फ्लक्स सेंसर के नेटवर्क३२,३३,५३, स्टेम psychrometers४९, और आयाम11 और समय4,12,13 डोमेन reflectometry (TDR) । हाल के प्रयासों को पारंपरिक रूप से मृदा volumetric जल सामग्री5,18,21,27को मापने के लिए उपयोग किया गया है कि समाई सेंसर की व्यवहार्यता का परीक्षण किया है । आवृत्ति डोमेन reflectometry (FRD)-शैली समाई सेंसर कम लागत और सतत माप के लिए ऊर्जा का उपयोग अपेक्षाकृत छोटी मात्रा में कर रहे हैं, उन्हें क्षेत्र परिदृश्यों में उच्च लौकिक संकल्प माप के लिए एक आकर्षक उपकरण बनाने. TDR पर एफडीआर के स्वचालन की आसानी-शैली सेंसर निरंतर सूर्य के संग्रह की सुविधा घंटा डेटा सेट, और TDR माप में निहित चुनौतियों के कई समाप्त पर्याप्त केबल लंबाई की आवश्यकता होती है13. में-सीटू समाई सेंसर का उपयोग दोहराव coring या शाखा कटाई के लिए की आवश्यकता को समाप्त, और दृढ़ लकड़ी प्रजातियों के लिए बढ़ाया सटीकता प्रदान कर सकते हैं ।वुडी प्रजातियों कि extracellular रिक्त स्थान, जाइलम वाहिकाओं के रूप में, या उच्च लकड़ी या लोच की छाल moduli से मुख्य रूप से पानी को वापस लेने, आम तौर पर कम लोचदार स्टेम विस्तार के कारण लोकप्रिय dendrometer माप तकनीक के लिए अच्छे उम्मीदवार नहीं हैं 2. समाई सेंसर अनुमान ढांकता permittivity, जो सीधे volumetric पानी की सामग्री में परिवर्तित किया जा सकता है । हालांकि, समाई माप सेंसर आसपास के मीडिया के घनत्व के प्रति संवेदनशील हैं । इसलिए, हम volumetric लकड़ी-पानी की सामग्री5,21करने के लिए सेंसर के उत्पादन में कनवर्ट कि प्रजातियों के विशिष्ट अंशांकन के लिए वकील.
हम एक प्रजाति-विशिष्ट अंशांकन के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करने के लिए volumetric लकड़ी के पानी की सामग्री के लिए समाई संवेदक उत्पादन में परिवर्तित । भी प्रदान की परिपक्व पेड़ों में समाई सेंसर के क्षेत्र की स्थापना के लिए निर्देश और विधि की ताकत, कमजोरियों की चर्चा कर रहे हैं, और मांयताओं । इन तकनीकों ट्रंक, सबसे बड़ा पेड़ जल भंडारण जलाशय8में volumetric पानी की सामग्री पर नजर रखने के लिए डिज़ाइन कर रहे हैं, लेकिन आसानी से शाखाओं के साथ अतिरिक्त सेंसर की स्थापना के साथ पूरे पेड़ को विस्तारित किया जा सकता है । गतिशील संयंत्र पानी की सामग्री की माप वनस्पति hydrodynamics, biometeorology, और भूमि की सतह मॉडलिंग के क्षेत्रों अग्रिम होगा ।
Protocol
Representative Results
Discussion
स्टेम वॉटर सामग्री में मौसमी और प्रतिदिन पैटर्न समाई सेंसर के माध्यम से मनाया समवर्ती sap फ्लक्स और पर्यावरण बाध्य मापन (चित्रा 3, चित्रा 4, चित्रा 5) में प्र?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस अध्ययन के लिए धन अमेरिका के ऊर्जा विज्ञान विभाग के कार्यालय द्वारा प्रदान की गई थी, जैविक और पर्यावरण अनुसंधान के कार्यालय, स्थलीय पारिस्थितिकी तंत्र विज्ञान कार्यक्रम पुरस्कार सं. DE-SC0007041, फ्लक्स कोर साइट के तहत Ameriflux प्रबंधन कार्यक्रम समझौते No. ७०९६९१५ के माध्यम से लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला, और राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन जल विज्ञान अनुदान १५२१२३८ । कोई राय, निष्कर्षों, और निष्कर्ष या सिफारिशों इस सामग्री में व्यक्त लेखकों के हैं और जरूरी नहीं कि धन एजेंसियों के विचारों को प्रतिबिंबित ।
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 |
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