Name: a gusseted thermogradient table to control soil temperatures for evaluating plant growth and monitoring soil processes
Uploaded: 2016-10-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 40 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes at JoVE.com

We thank Kent J. Bradford and his students at the UC Davis Seed Biotechnology Center for recording seedling emergence data.

Sirkülasyon Banyo ve Tablo 1. Hazırlık <ol><li> en az 10 l / dk thermogradient tablonun her bir ucunda sıcaklık kontrolü için pompa rezervuar iki sirkülasyon hamam elde edin. NOT: buzdolabında rezervuar diğer ihtiyaçlar sadece ısıtmak için gereken süre dolaşan hamam biri. </li><li> kendi filtreleri ve rezervuarlar temiz olduğundan emin olmak için hamam dolaşan kontrol edin. </li><li> Masa ve banyoları için bir konum belirleyin. sürece pompa yukarıdaki tablo ile sıvı dolaşmaya gibi masanın altından hamam yerleştirin. kapakları kaldırmak ve yüzeyde tüm pozisyonları ulaşmak için uygun bir yükseklikte gradyan tablosunu yerleştirin. NOT: masa ve banyolar için konum iyi, nispeten tozsuz, aşırı sıcaklık ücretsiz havalandırılmış ve yeterli banyoları ve aydınlatma sistemi güç elektrik devrelerine erişimi olması gerekir. </li><li> su ve antifriz karışımı ile rezervuar tankının üst her banyo doldurmak (1: 1oranı) ısı transferini artırmak ve donmayı önlemek için. Not: antifriz konsantrasyonu çözeltisinin banyo özellikleri ve sıcaklığa bağlıdır. subfreezing sıcaklıklar üretilir sürece yüksek antifriz konsantrasyonları gerekli değildir. Saf antifriz belirli su banyosu pompaları zarar verebilir. </li><li> masanın her iki karşıt sıcak ve soğuk uçlarında bir sürekli akış deseni oluşturmak için sırasıyla masaya çıkış ve giriş boruları esnek boru ile hamam giriş ve çıkış bağlayın. </li><li> bükülmüş basınç veya kink altında genişletmek olmaz esnek olmayan duvarlı kalın duvarlı esnek plastik boru kullanın. Sistem basınç olduğunda bir damla serbest bağlantıyı sürdürmek için tüp birlikleri yakalı-vida, hortum kelepçeleri kullanın. çevreleyen ile ısı değişimini azaltmak için köpük boru izolasyonu ile sirkülasyon boru sarın. </li><li> boru vanaları açıkken, bir an sızıntı ve çökmüş boru kontrol etmek için sirkülasyon pompalarıyla açmakBu akışını azaltabilir. sızıntı meydana gelirse vida kelepçeleri ayarlayın. düzgün çalıştığından emin olmak için aydınlatma armatürleri kontrol edin. </li></ol> Deney için Tablo 2. Hazırlık <ol><li> daha eşit su dağıtmak için böyle bir sera kılcal paspas, kağıt havlu veya nonglossy gazete gibi hidrofilik malzeme ile köşebent arasında thermogradient Tablonun alt satırı. </li><li> payandalarından üstleri aşağıda ya da hatta büyüyen bir medya ile eşit tabloyu doldurun. Sıcaklık dengeleme müdahale hava cepleri kaldırmak için yeterince sıkı büyüyen medya paketi. NOT: Yerli toprak da kullanılabilir. </li><li> masa giriş ve çıkış borusu vanaları açıkken, aktive minimum ve maksimum istenen sıcaklıklarda (5 ° C ila 40 °) 5 ° C sıcaklığa kadar bir sıcaklığın altında 5 ° C ve rakip banyosunda bir banyo ayarlayarak dolaşan hamam, sırasıyla, dolaşım esnasında ısı kaybı ve kazancı hesaba. monitorezervuar banyoları r ve dolaşımdaki çözüm tablosunda boruları doldurur gibi seviyeleri düştüğünde gerektiği gibi su ve antifriz (etilen glikol) bir karışımı ekleyin. </li><li> banyo sıcaklıkları istenen büyüyen medya sıcaklıklarda kadar (5-40 ° C veya diğer istenen deney sıcaklıkları) degrade masaya elde edilir ayarlayın. NOT: Tam sıcaklık büyüyen medya sıcaklığını ölçen ve istenen büyüyen medya sıcaklıkları masada ulaşılana kadar hamam ayarlama iteratif bir süreç yoluyla elde edilir. </li><li> masa üzerinde farklı pozisyonlarda yer sıcaklığı Datalogger bir deney sırasında büyüyen medya veya toprak sıcaklıkları kaydetmek için. Önerilen Datalogger minyatür yuvarlak gofret pil boyutunda benzer. büyüyen medya deneysel pozisyonlarda su hasarı ve yer önlemek için Parafilm içinde Datalogger sarın. </li><li> maksimum su tutma kapasitesi% 70-80 muntazam büyüyen medya Islakortam. Wetter topraklar gussets arasında daha verimli ısıyı. Not: Su çok daha sık uygulama buharlaşma yoluyla kaybını değiştirmek için gerekli olabilir, tablo sıcak ucundan daha hızlı buharlaşır eğilimindedir. Maksimum su tutma kapasitesi, delikli bir tabana sahip, bir kap ile doyma ve 2 gün boyunca yerçekimi su drenajından sonra yetiştirme ortamı içinde tutulan suyun miktarıdır. nem içeriği önce ve 72 saat boyunca 105 ° C de fırında kurutma sonrasında gravimetrik olarak tespit edilmiştir. </li><li> tablo, bir deney başlamadan önce (5-40 ° C) içinde ulaşılır istenen sıcaklıkları sağlamak için 24 saat boyunca dengelenmeye bırakın. </li><li> drenaj köşesine doğru çok hafif tablo yamaçlarında kadar her köşesinde ayak ayarlayarak tablo eğin. Bu, aşırı nem kaldırır masaya ıslak noktalar önler ve homojen medya nem içeriğini teşvik eder. akış yakalamak için drenaj altına bir kap yerleştirin. </li><li&gt; Günlük ya da nemli ortam tutmak için gerekli olduğu gibi medya ve su büyüyen bitki tohumları. NOT: çimlenme testi yapılabilir nasıl bir örnek olarak, biz domates 25 tohumlarını (. Solanum likopersikum L. cv Legend), kavun, marul (Lactuca sativa L. cv (. Cucumis cv Hales En Jumbo melo) Siyah ekildi. Simpson), ve yulaf (Avena sativa L. cv Swan) 2 cm derinliğinde. </li><li> denkleme göre ortaya çıkmasına ortalama zamanı hesaplamak için günlük ortaya çıkan fidelerin sayısını: &#160; Σ (n ı i xt) MTE = ------------- Σ (I n) NOT: Nerede n <sub&gt; i t i ortaya çıkan tohum sayıdır; t çıkması başından itibaren gün sayısı; ve Σ N ortaya tohumların toplam sayısıdır. </li></ol> 3. Thermogradient Tablo Çalışma <ol><li> İstenilen sıcaklığa banyoları ayarladıktan sonra, tablo çevrelemek için, polistiren ile izole iki thermogradient masa örtüleri, şeffaf iç akrilik levha kapakları ve daha önemli polivinil klorür (PVC) kapağı değiştirin. yerinde iki kapak test sırasında ısı ve su kaybını azaltmak için en iyi yalıtım özellikleri sağlar. NOT: Ortam ışığı veya yardımcı aydınlatma tablosunun üzerine monte edilirse, sadece iç kapak ışığı iletmek için kullanılabilir. </li><li> iç-akrilik kapakları ile tablo kontrol dış kapağı çıkarın. Su ya da diğer girdilerin onay sıcaklığı veya kayıt veri eklemek için geçici olarak iç kapağı çıkarın. Not: Daha yüksek sıcaklıklarda, su nemli toprak ve C hızla buharlaşırYüzey soğuk olduğu için, iç kapağın alt ondenses. </li><li> elektrik kesintileri, banyo arızaları, sızıntı veya masa sıcaklıklarda aşırı dalgalanmaları için deneyler sırasında yakından sistemi izlemek. Evaporatif kayıpları yerine sıvı ekleyin periyodik banyo rezervuar düzeyini izlemek ve. </li></ol>

<ol>
	<li>Chatterton, N. J., Kadish, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+temperature+gradient+germinator.">A temperature gradient germinator.</a> Agron. J. 61 (4), 643-644 (1969).</li><li>Clegg, M. D., Eastin, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Thermogradient+generating+sand+table.">A Thermogradient generating sand table.</a> Agron. J. 70 (5), 881-883 (1978).</li><li>Evans, R. A., Young, J. A., Henkel, R., Klomp, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+low+temperature-gradient+bar+for+seed+germination+studies.">A low temperature-gradient bar for seed germination studies.</a> Weed Science. 18, 575-576 (1970).</li><li>Grime, J. P., Thompson, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+apparatus+for+measurement+of+the+effect+of+amplitude+of+temperature+fluctuation+upon+the+germination+of+seeds.">An apparatus for measurement of the effect of amplitude of temperature fluctuation upon the germination of seeds.</a> Annals of Botany. 40 (4), 795-799 (1976).</li><li>Halldal, P., French, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Algal+growth+in+crossed+gradients+of+light+intensity+and+temperature.">Algal growth in crossed gradients of light intensity and temperature.</a> Plant Physiol. 33 (4), 249-252 (1958).</li><li>Thompson, K., Whatley, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+thermogradient+apparatus+for+the+study+of+the+germination+requirements+of+buried+seeds+in+situ.">A thermogradient apparatus for the study of the germination requirements of buried seeds in situ.</a> New Phytologist. 96, 459-471 (1984).</li><li>Bergman, T. L., Incropera, F. P., Lavine, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of Heat and Mass Transfer. , (2011).</li><li>McLaughlin, N. B., Bowes, G. R., Thomas, A. G., Dyck, F. B., Lindsay, T. M., Wise, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+design+for+a+seed+germinator+with+100+independently+temperature+controlled+cells.">A new design for a seed germinator with 100 independently temperature controlled cells.</a> Weed Research. 25, 161-173 (1985).</li><li>Webb, D. M., Smith, C. W., Schulz-Schaeffer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amaranth+seedling+emergence+as+affected+by+seeding+depth+and+temperature+on+a+thermogradient+plate1.">Amaranth seedling emergence as affected by seeding depth and temperature on a thermogradient plate1.</a> Agron. J. 79 (1), 23-26 (1987).</li><li>Welbaum, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Vegetable Production and Practices. , (2015).</li><li>Swoboda, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Environmental influences on subterranean termite foraging behavior and bait acceptance. , (2004).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Thermogradient tablolar, aynı anda bir sıcaklık aralığı boyunca esas olarak sığ kaplara tohum çimlenmesi deneyler için yıllardır kullanılmaktadır. Bununla birlikte, deney sıcaklıklarının sıcaklık kontrolü derinliği sınırlıdır şekilde masa yüzeyi ile sınırlıdır. Geleneksel degrade tabloları üzerinde yapılan tohum test protokolleri Petri kutularına veya diğer düz kaplarda kağıt tabaka üzerinde radicle ortaya çıkması ile bitirmek ve gerçekçi doğal toprakta oluşacak şekilde ortaya çıkmasını ve büyümeyi fide testi yok. Bugün tohum şirketleri genellikle tohum canlılığı yetiştiricileri büyük olasılıkla ekimden sonra karşılaşacak simüle alan koşulları kullanılarak (optimum koşullar altında altında çimlenme yeteneği) değerlendirmek istiyoruz. Toprak testi de mantar tohum ve topraksız medyada standart laboratuvar çimlendirme testlerinde yaygın değildir bakteriyel hastalık baskıları ortaya çıkarır. 5 ºC veya daha fazla biz toprak düz olmayan körüklü masaya konur, büyük farklılıklartoprak profilinde pozisyonları ve masa yüzeyleri (yayınlanmamış sonuçlar) arasında nadir değiliz. gussets ile tek boyutlu degrade tablo o toprak toprak sıcaklığının hassas kontrolü önemlidir çimlenme testleri ve diğer deneylerde kullanılan olabilir, böylece dikey sıcaklık kontrolünü iyileştirmek için geliştirilmiştir. payandalar derinlemesine toprak veya sentetik büyüyen medya ve kontrol sıcaklığını sınırlandırmak. Körük alüminyum, masa aynı malzemedir ve yüzeye dik kaynak zaman iletken ısı transferi ile arasındaki boşluğun sıcaklık kontrolü sağlar. payandalar boyuna masaya aşağı veya enine masada yönlendirilebilir. Her iki tasarımlar benzer performans ama degrade düzgün ayarlanmış olduğunda gussets arasındaki boşluk, tek bir deneysel sıcaklık olarak hizmet edebilir, çünkü enine köşebent yönlendirme uygundur. Yatay yön deneysel birimleri (bu örnekte tohumlar) bir aralıklı sağlaryan yana bir çizgi tablo geçer. payandalar tablo inşaat tamamlandıktan sonra test edilemez yere kadar alternatif konumlandırma kaynaklı çünkü köşebent aralık sadece üretim sırasında değiştirilebilir. 10.9 sm kadar bir köşebent aralık genellikle toprağa ilave olarak, tohum testi için kullanılan sığ barındıracak şekilde seçilmiştir. Yakın, köşebent aralığının daha iyi bir sıcaklık kontrolü sağlayabilir fakat tablo kullanılabilir konteyner türleri de sınırlar. thermogradient tabloda büyüyen medya sıcaklık ve nem sürekli istenen deney koşulları elde etmek izlenmesi gerekir. Ekimden önce, dolaşımdaki banyoları biraz istenen asgari altında ve biraz numuneler istenen deney sıcaklıkları ulaşıncaya kadar ayarlanabilir daha maksimum sıcaklıklar yukarıda belirtilen gerekir. ısıl gradyanlı tablosu ile dengelenmeye yaklaşık 24 saat örnekleri için izin verilmelidir. th neme yetiştirme ortamları tohum çimlenmesi veya devam etmek için başka biyolojik süreçler için (tarla kapasitesi% 70-80) yeterli olmalıdır. zaman yerinde masa yalıtım ve çift kapaklar sıcaklık dalgalanma ve suyun buharlaşmasını azaltır. Tablo 1&#39;deki sonuçlar farklı sıcaklıklarda 4 türün fide büyümesini karşılaştırın. Kavun ve domates tohumlarının büyümesi 15 ° C&#39;de başlayan ve karakterize neden olarak sıcak mevsim 10 bitkiler açıklayan 40 ° C&#39;de de çimlenmiş. Bunun aksine, marul, düşük sıcaklıklarda iyi çimlenmiş. Yulaf tohumu diğer türlerden (Tablo 1) üzerindeki sıcaklıklara daha geniş bir aralığında çimlenmiş. Benzer sonuçlar, koordineli bir dizi deneyler büyüme hücresi hattı kullanılarak elde edilebilir olsa da, ekleme tasarım çimlenmesi ve fide büyümesi her ikisi aynı anda, toprak bir sıcaklık aralığı üzerinde karşılaştırılmasına olanak tanır. Farklı alan topraklar ya da büyüyenOrtam tarla koşullarında bir dizi simüle etmek için ikame edilebilir. Hafif bir ortamda Mikrobiyal veya kimyasal işlemler, gübre rejimleri, kuraklık stresi ve varyasyonları degrade masaya sıcaklıklar arasında empoze edilebilir. küçük Datalogger masaya çeşitli pozisyonlarda sıcaklık kaydedildi. Sıcaklık veri, özellikle sıcak ucunda, büyük bir varyasyon ile masanın ortasında, nispeten homojen sıcaklıkları gösterdi. Tablo yüzeyi ile temas kaydedicilerinin konumlandırılması ve toprak yüzeyine havaya maruz olasılıkla aşırı dikkat çekti. merkez konumunda kaydedilen Sıcaklıklar muhtemelen toplu zemin koşullarının daha göstergesidir idi. Örneğin, tarla dikim simüle etmek için gussets arasında degrade masaya toprağa bir tohum sadece hava ya da masa yüzey sıcaklığı toplu toprak sıcaklığına maruz kalan ve yok olacaktır. toprağın nem içeriği ve doku Tablo sıcaklıkları belirlenmesinde önemli bir rol oynar. inci eğere toprak kuru, hava boşlukları sıcaklık değişimi direnç ve etkili gussets gelen ısıyı yok. Nemli toprak etkili bir toprak profili ile ısıyı birkaç hava alanları ve daha likit su vardır. Bu deneyde, toprak maksimum su tutma kapasitesi% 70 ile 80 de muhafaza edildi, ancak daha yüksek bir su içeriği toprak sıcaklık farkı azalır olabilir. Kum yüksek organik madde topraklarda daha az büyük gözenek alanları gibi vardır ve böylece daha düzenli bir sıcaklık sağlamak için beklenir. soğuk ucuna göre tablonun sıcak ucundaki toprak sıcaklığı daha fazla bir farklılık bulunmamaktadır. Muhtemel bir açıklama masada nem dağılımı yatıyor. Sıcak sonu nedeniyle büyük buharlaşan kayıpları kurumaya eğilimi ise Nem, soğuk sonunda muhafaza edilmesi eğilimindedir. Su davranış ısı yardımcı olduğundan, tablonun nem içeriği mümkün olduğunca tekdüze olması önemlidir. Webb ve ark., 9 Blott kullanılanGazete körüklü thermogradient tablosunda daha ucuz bir alternatif olarak çalıştı ise er kağıt, kılcal hareket yoluyla thermogradient masada su yürütmek. payandalar serin ve sıcak uçları hem tutarak, nem dağılımını eklemek için hidrofil kağıdı ile kaplı olsa bile eşit ıslak zordur. Yüksek sıcaklıklarda hızlı buharlaşması tüm degrade tablo tasarımları oluşur. Yoğunlaşma genellikle kabın alt soğutucu kapağın iç tarafında toplama su neden üst daha sıcak olması nedeniyle kap deneyleri daha çevre sıcaklığının üstündeki sıcaklıklarda gradyan tablo yürütülmektedir bir sorundur. körüklü masaya toprak deneylerde, su körüklü tablodaki yukarıdaki havaya üst toprak katmanları buharlaşan. Toprak çok ıslak ise, tablonun sıcak ucundaki evaporatif kayıplar soğutucu iç-akrilik kapak üzerinde yoğunlaşabilir. akrilik veya doğrudan polistiren yalıtım sıkı oturan parçaları Dinlenmeköşebentlerinin üstünde ly daha muntazam bir nem ve sıcaklık sürekli bir toprak tutma tablosunun üzerinde hava sahası ile bir buhar alış verişine en aza indirir (veriler gösterilmemiştir). Tablo polistiren izolasyon kaplı zaman, sıcaklık farklılaşması çok aşm ısılar altında zemin profili boyunca sadece 1 ilâ 2 ° C oldu (veriler gösterilmemiştir). Bununla birlikte, polistiren izolasyonu ortaya çıkmasını fide önler ve büyüme inkübasyondan ilk saat analizinden sonra uzaklaştırılmalıdır. Sıcak toprakların hızla kurumasını önlemek için başka bir çözüm tercihen buharlaşan kayıpları telafi etmek için sıcak sonuna daha fazla su eklemektir. kapakları çıkarılmış ve uygulama hacimleri daha az hassas olan gerektiğinden El sulama sorunludur. Mikro sulama yayıcılar gradyanı masa üzerine dizayn edilebilir ve tercihen sıcak ucundan daha fazla su uygulamak için ayarlanabilir. Thermogradient tablolar gibi alternatif büyüme odalarını hizmet etmek işlevsellik ve potansiyele sahiptir. when Her iki hamam, aynı ayarlanır tablo bir degrade gerekli değildir uygulamalar için tek deneysel sıcaklığa equilibrates. Gündüz ve gece ışık ve sıcaklık dalgalanmaları da programlanabilir dolaşan banyoları kullanılarak simüle ve ışıklar büyümeye LED edilebilir. LED&#39;li kapaklarının içlerini doldurma ışıkları aydınlatma yoğunluğunu artırabilir büyür. LED sistemi içine ışıklar girdi asgari ısı büyümek ve benzeri toprak sıcaklıkları ve kapalı ışıkları ile kaydedildi çünkü degrade müdahale etmedi (veriler gösterilmemiştir). ışıklar eklenmesi bitki büyümesi ve büyük çevresel kontrol sağlar. Thermogradient tablolar geçmişte çimlenme çalışmaları için tohum endüstrisi tarafından öncelikle kullanılan edilmiş, ancak diğer birçok uygulama mümkündür. Böcek davranış bazı davranışları 11 sıcaklık optimumu belirlemek için bir gradyan masada incelenmiştir. Buz subfreezing t test olaylar için bir degrade tablo yüzeyinde donmuş olabiliremperatures (veriler gösterilmemiştir). karbondioksit evrim dahil toprak ve atmosfer arasındaki gaz alışverişi, değişen su içeriğinin, toprak girdiler ve sıcaklıklarda körüklü degrade masada mümkündür. bir sıcaklık aralığı boyunca farklı ortam tipleri bakteriyel ve mantar büyümesi üzerindeki etkilerini araştırmak Bu deneysel sistem ile de mümkündür.

Thermogradient tablolar yeni değildir ve bunların kullanımı onlarca 1-6 üzerinde literatürde bildirilmiştir. Erken tablo tek bir deneyde geniş bir sıcaklık aralığında, kağıt alt-tabaka üzerinde, genellikle laboratuar tohum çimlenmesi testleri (Şekil 1) için görünürde geliştirilmiştir. Orada thermogradient tabloları farklı tasarımlar, ancak en yaygın olanlarından biri karşılıklı uçlarında altına kaynaklanan kare boru bir döngü ile, metal nispeten kalın bir dikdörtgen levha, korozyon direnci, genellikle alüminyumdan oluşur. Plastik borular masanın altından zıt uçlarında borular vasıtasıyla soğutulur ve ısıtmalı sıvıyı pompalamak banyoları dolaşan, kontrollü sıcaklığa tablo giriş ve çıkış borularını bağlayın. boru sistemi yakın veya donma sıcaklıklarına altında çalıştırılmalıdır ise donma önlemek için, sıvı, genellikle su antifriz (etilen glikol) karışımı yapar. Bir başka tasarım cre birlikte metal şeritlerin kaynak içiniki ucunda, sıcak ve soğuk çözeltilerin dolaşımı için giriş ve çıkışları ile tablonun her bir ucunda bir sıvı rezervuarı yedi. dolaşan hamam masanın altından yere veya ayrı yan yana masaya yerleştirilmiş olabilir. Isıtma bobinleri ve / veya Peltier soğutma modülleri ile elektrik thermogradient tabloları inşa edilmiş ancak yüksek maliyet, tutarlı düşük sıcaklıklar üreten zorluklar ve güvenilirlik sorunları yaygın ticari kullanımı 8 engellemiştir. Dönen sıvı sürtünme tertibatının tasarımları pasif ısı iletimi yoluyla tek boyutlu bir geçiş oluşturmak. Alüminyum levha üniform şekil ve kalınlıkta ve düzgün yalıtılmış ise, ısı termodinamiğin 7 ikinci yasası sonrasında sürekli tek boyutlu sıcaklık gradyanı kuran bir tablo soğuk sonuna kadar sıcaktan eşit akar. yüzeyi boyunca degrade tablo uzunluğunun bir fonksiyonu ve bitiş sıcaklıkları arasındaki farktır. masa ve plumbing, genellikle erişim için kapaklı bir yalıtılmış muhafazanın içinde bulunur. muhafaza küçük sıcaklık değişimi ile yüzeyi boyunca üniform bir degrade oluşturmak, çevresinden tablo ayırır. izolasyonlu kapalı bölme ayakla desteklenen veya bu tür bir tablo veya tezgahı gibi düz bir yüzey üzerine yerleştirilir. üniforma sıcaklık kontrolü gradyan olmadan gerekli olduğu uygulamalar için, bir tablo her iki ucu aynı sıcaklıkta sıvı dolaşmaya ise izotermal koşullar üretmek için ayarlanmış olabilir. Degrade tablo düzgün çalışıyorsa, petri vb sızdırmaz plastik torbalar, düz dipli kaplar, yüzeyde yerleştirilir ve çeşitli sıcaklıklarda (Şekil 1) termo-dengelenmesi. Her kap içinde deneysel sıcaklık konteyner ve masa yüzeyi ve kalınlığı ve her kabın yalıtım özellikleri arasında var olabilir hava sahasındaki bağlıdır. degrade tablo etkin bir örnek te koruryüzeyine yakın mperatures, ancak kontrol yüzeyi üzerinde kaybolur. dikey sıcaklık kontrol eksikliği geleneksel gradyan masaya olası deneyler türlerini sınırlar. Alüminyum şeritler veya payandaları masa yüzeyi üzerinde sıcaklık kontrolünü geliştirmek için geleneksel degrade tablo tasarımına eklendi. Payandalar tablo yüzeye dik aralıklarla kaynaklı bulundu. payandalar dikey düz tabla yüzeyi üzerinde konvektif ısı akışını kolaylaştırmak. köşebentlerinin arasına yerleştirilmiş numuneler, daha etkin sıcaklık kontrolü sağlayan üç taraftan sıcaklığa ayarlı yüzeylere sahiptir. Clegg ve Eastin 2 derinlemesine sıcaklık denetimi oluşturmak için bir degrade tablo yüzeyinde kuvars kumu yerleştirilir. Clegg ve Eastin 2 de masanın üstündeki yalıtım yerleştirerek denedi. Webb ve ark., 9 kontrol sıcaklığı eşit amacıyla bir masanın üzerine toprak ile doldurulmuş boru yerleştirilir. yeni taBurada bildirilen ble tasarım dokuz 7.6 cm (3 inç) tablo uzunluğu (Şekil 2) üzerinden yüzeyine kaynak yüksek köşebentler (alüminyum şeritler) sahiptir. fotosentez aktif frekansları yayan LED ışık fikstür tablo kapalı olduğunda fide büyümesini desteklemek için tablonun yüzüne monte edilir. körüklü thermogradient tablo için yalıtılmış muhafaza suyu, çözgü vardır beyaz PVC panoları inşa ve dayanıklı crack. Bu yazının amacı, yeni körüklü degrade tablo tasarım ve olası uygulamaları tanımlamaktır.

<table><tbody><tr><td>Thermogradient table</td><td>Appalachian Machinge Inc</td><td></td><td>Custom made, gussetted thermogradient table (schematics are included in the manuscript). The aluminum fabrication and welding were peformed by Appalachian Machinge Inc. 5304 State Rd 790, Dublin, VA 24084.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Insulated polymer board cabinet</td><td>TASCO LLC</td><td></td><td>The insulated polymer board cabinet containing the aluminum plate was constructed by TASCO LLC,&amp;nbsp; 1440 Roanoke Street, Christiansburg, VA 24073&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Blue Hawk Folding Steel Adjustable Sawhorse</td><td>Lowes Home Improvement</td><td>162111</td><td>Model #: 60142 Folding Steel Adjustable Sawhorses</td></tr><tr><td>Circulating Refrigerated water baths or comparable units</td><td>Brookfield Engineering</td><td>TC-550SD</td><td></td></tr><tr><td>Seeds (200 seeds)</td><td>Johnny&#039;s Selected Seeds</td><td></td><td>Oat, lettuce, tomato, melon seeds from Johnny&#039;s Selected Seeds 955 Benton Ave, Winslow, ME 04901 or any other seed for germination testing,&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Professional 550 Grow Light&amp;nbsp;</td><td>SolarOasis&amp;nbsp;</td><td>Pro550</td><td></td></tr><tr><td>ID braided PVC tubing</td><td>United States Plastics Inc.</td><td>60703</td><td>&amp;nbsp;0.6 m pieces of 200 cm OD, 130 mm (1/2&quot;)&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Super Tech 50/50 Antifreeze/Coolant Pre-Mix</td><td>Walmart</td><td>1012574</td><td>4 liters distilled water-antifreeze (ethylene glycol) mixture</td></tr><tr><td>WatchDog Data Loggers</td><td>Spectrum Technologies Inc</td><td>Model 100</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm M 4 cm wide</td><td>Fisher Scientific</td><td>S37440</td><td></td></tr><tr><td>Container Acrylic 5 1/4&quot;x5&quot;x1 3/8&quot; plastic boxes</td><td>Hoffman Manufacturing Inc</td><td></td><td>&amp;nbsp;Hoffman Manufacturing Inc. 16541 Green Bridge Road, Jefferson, OR&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>1&quot; Collared-screw&amp;nbsp;</td><td>Global Industrial</td><td>CS16H</td><td>Global Industrial,&amp;nbsp; 11 Harbor Park Drive, Port Washington, NY&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Collared Screw Worm Gear Hose Clamp</td><td>Global Industrial</td><td>WGB513588</td><td>3/4&quot; - 1-1/2&quot; Clamping Dia. 10-Pack .&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Everbilt Model Foam Pipe Insulation</td><td>Home Depot</td><td>ORP11812</td><td>Internet # 204760805 Store SKU # 1000031792 1 in. x 6 ft.</td></tr><tr><td>Capillary Mat</td><td>Farmtek</td><td>106223</td><td>greenhouse capillary matting - 4&#039; x 100&#039; or alternatively sheets of newspaper</td></tr><tr><td>Sunshine Mix #3</td><td>TerraLink</td><td>3236320</td><td>&amp;nbsp;3.8 cubic feet compressed bale,SKU: 3236320, Germinating media</td></tr></tbody></table>

a gusseted thermogradient table to control soil temperatures for evaluating plant growth and monitoring soil processes

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a series of incubators. A temperature gradient is passively established across the surface of the table between the heated and cooled ends and is lost quickly at distances above the surface. Since temperature is only controlled on the table surface, experiments are restricted to shallow containers, such as Petri dishes, placed on the table. Welding continuous aluminum vertical strips or gussets perpendicular to the surface of a table enables temperature control in depth via convective heat flow. Soil in the channels between gussets was maintained across a gradient of temperatures allowing a greater diversity of experimentation. The gusseted design was evaluated by germinating oat, lettuce, tomato, and melon seeds. Soil temperatures were monitored using individual, battery-powered dataloggers positioned across the table. LED lights installed in the lids or along the sides of the gradient table create a controlled temperature chamber where seedlings can be grown over a range of temperatures. The gusseted design enabled accurate determination of optimum temperatures for fastest germination rate and the highest percentage germination for each species. Germination information from gradient table experiments can help predict seed germination and seedling growth under the adverse soil conditions often encountered during field crop production. Temperature effects on seed germination, seedling growth, and soil ecology can be tested under controlled conditions in a laboratory using a gusseted thermogradient table.

Sığ kaplar, Petri kapları gibi, birden çok deney sıcaklık etkileri, aynı anda tespit edilebilir, böylece, geleneksel tek boyutlu bir değişim ölçüsü tablosu (Şekil 1) üzerinde konumlandırılabilir. yüzeyi ile yakın temas içinde bir thermogradient masaya birbirinden 7.6 cm (3 inç) boyunda alüminyum köşebentleri dikiş için her köşebent yüzeyine dik 10.9 cm (4.2 inç) duran her iki tarafta da alternatif olarak kaynaklanmış olası araştırma uygulamaları çeşitliliğini artırmak (Şekil 2). Köşebent aralıkları geniş bir yelpazedeki olası olsa da, 10,9 cm genellikle küçük tohum türleri veya diğer biyolojik örneklerin (Şekil 3) çimlenmesini test etmek için kullanılır kare plastik &quot;sandviç&quot; kutuları veya benzer büyüklükteki barındıracak şekilde seçildi. geleneksel bir düz gradyan masaya aksine, köşebent tasarımı kontrollü tempera için toprak ve diğer amorf ufalanır malzemeler barındırırTure deneyleri. aşırı su çıkarmak için, bir ekranlı ve filtre boşaltma deliği bir köşeye inşa edilmiştir. Her köşesinde levhaları ya da &quot;ayak&quot; yerçekimi drenajı kolaylaştırmak için masaya yatırma ayarlanabilir. köşebent uçları ve tablo dışı arasında küçük bir boşluk su köşe drenaj bir tarafı boyunca akmasına izin verir. Hamam yerine kapak 24 saat (Şekil 4) sabit sıcaklıkta dolaşımda sonra toprak sıcaklığı% 70-80 toprak nem içeriğine ölçüldü. Masanın dört farklı konumlarda, 12 saat bir dengelenme süresinden sonra ölçülen sıcaklık değişimi 0.4 ° C veya daha düşük (Şekil 4). Üç toprak derinliklerinde ölçülen toprak profili sıcaklıklarda varyasyon uçlarda daha fazlaydı. 13 ° C&#39;lik bir hedef sıcaklığına, köşeleri arasındaki alüminyum yüzeyine yerleştirilir Dataloggers 11.0 ± 0.0 ° C &#39;lik bir ortalama kaydedildi. zararlılarına pltoprak yüzeyinde aced 13.5 ± 0.1 ° C ortalama. 13 ° C hedef sıcaklık seyahati üç seviyede genel ortalama toprak sıcaklığı 12.3 ± 0.1 ° C idi. 18 ° C&#39;lik bir hedef sıcaklığına, toprak profili boyunca ortalama sıcaklık 19.1 ± 0.1 ° C idi. 23 ° C hedef sıcaklık en Varyasyon 23.8 ± 0.2 ° C arasında ortalama 18 ° C &#39;de daha fazla idi. Toprak yüzeyi sıcaklığı 25.7 ± 0.4 ° C iken diğer aşırı sıcaklık, 29 ° C&#39;de, masa alüminyum yüzey sıcaklığı 30.8 ± 0.2 ° C idi. 29 ° C de genel olarak, ortalama toprak sıcaklığı 28.2 ± 0.3 ° C&#39;de (Şekil 4). Tohum türleri köşebentlerinin bir thermogradient masaya optimum çimlenme ve fide büyümesi sıcaklıkları için test edilebilir. Domates ve kavun, hem kabul sıcak mevsim bitkileri, 14,1 ila 40 aralığında çimlenmiş.2 ° C (Tablo 1, Şekil 3). LED dizileri tablo kapaklarında monte ve / veya taraf tablo (Şekil 3) kapalı olduğunda deneysel toprak sıcaklıklarında toprakta bitkilerin büyümesini sağlayan fotosentez spektrumu yayarlar. Domates için optimum fide büyümesi% 100&#39;lük bir ortaya çıkması yüzdesi ve 5.3 gün (Tablo 1, Şekil 5) ortaya çıkmasına ortalama süre 29.6 ° C&#39;de meydana geldi. Emergence diğer sıcaklıklarda daha yavaş oldu. 24.7 ° C (Tablo 1) 5,1 gün hem edildi kavun için, optimum çıkması yüzdesi% 96 idi ve ortaya çıkması için zaman anlamına gelir. marul ve yulaf Hem serin mevsim bitkileri olarak kabul edilir. Yulaf tohumu 5.1&#39;den 40.2 ° C test herhangi bir tohum (Tablo 1, Şekil 5) geniş bir aralıkta çimlenmiş. , Yulaf için, yüksek çıkması yüzdesi 24.7 ° C&#39;de% 100 idi ve en hızlı çıkışı 29.6 ° C (Tablo 1 de 3.4 gün <stRong&gt; Şekil 5). marul için, çıkış 29.6 ° C 5.1 aralığında gözlenmemiştir. Marul, en yüksek çıkışı yüzdesi 24.7 ° C &#39;de% 100 ve en hızlı ortaya çıkışı 29.6 ° C (Tablo 1) 3.4 gün olmuştur. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig1.jpg" /> Şekil 1: kaldırıldı yalıtımlı kapaklı ama masanın ½ kapsayan bir iç akrilik kapaklı geleneksel düz thermogradient tablo sığ kaplarda örnekleri üzerinde sıcaklığın geleneksel düz tablo tasarım testleri etkiler.. hava karışımı için hiçbir engel olmadığından degrade Sıcaklık kontrolü hızla yüzey üzerinde mesafelerde kaybolur. Derinlemesine bir tutarlı sıcaklık bu tasarımı kullanarak mümkün değildir gerekli deneyler. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig1large.jpg" target="_blank">La görmek için buraya tıklayınız</a>Bu rakamın rger sürümü. <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig2.jpg" /> Şekil 2: gussets ile thermogradient plaka şeması körüklü yüzeye dik masada boyuna kaynaklı dikişli vardır.. Bir köşede bir drenaj fazla su kaldırır. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/54647/54647fig3.jpg" /> Şekil 3:. Tohum çimlenmesi deneyler için toprak, çimen dolu gussets ve konteynerler ile Işıklı thermogradient tablo bu tabloda gradyan sağa (soğuk uç) sola (sıcak ucunda) kadar ayarlanır. köşebent tasarım toprak, konteynerler ile kullanılmak için geliştirilmiş ikenküçük örnekleri ile deneyler için köşebent arasına yerleştirilebilir. LED bitki ışıkları kapakları ya da çevre monte edilebilir büyümek ve fotosentez aktif frekansları yayan ve bitkiler muhafazanın içinde yetiştirilen izin verir. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/54647/54647fig4.jpg" /> Bir körüklü thermogradient masa üzerinde farklı toprak pozisyonlardan Şekil 4. Sıcaklık okumaları. Sıcaklık kaydedicileri sol duvara masada toprağa yerleştirildi, sol orta (sol duvardan 20 cm), sağ merkezi (sol duvardan 40 cm) ve gasetlerin arasında doğru duvar ortasından. merkez yerleşim approximat iken sıcaklık logger alt konumlandırma 8 cm toprağın üst altında alüminyum tabla yüzeyine yakın olduToprağın altında ely 4 cm. Toprağın üstüne yerleştirilen sıcaklık kaydedici ortaya çıkarılmıştır. Barlar Yukarıdaki değerler ortalama (n = 72) ± standart hata genel ortalama sıcaklıkları göstermektedir. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/54647/54647fig5.jpg" /> Şekil 5:. 40 ° C 5 bir sıcaklık aralığı üzerinde thermogradient tabloları 14 gün geliştirilmiş yulaf ve domates fideleri resmi çimlenme ve birden fazla türün fide büyümesi, aynı anda, bir sıcaklıklar aralığı üzerinde toprakta değerlendirilebilir verilmektedir tek deney alanı şartlarını simüle etmek. dikey bakıldığında üst (sol ve sağ) resimleri thermogradient tablosunu göstermektedir. Alt (sol ve sağ) resimleri yatay tablo göstermektedir. alcohol termometreler hızlı deney boyunca sıcaklık izlemek için toprak içine yerleştirilmiştir. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td rowspan="2"> hedef Sıcaklık </td><td rowspan="2"> ölçülen Sıcaklık </td><td colspan="2"> Domates </td><td colspan="2"> Kavun </td><td colspan="2"> Marul </td><td colspan="2"> Yulaf </td></tr><tr><td> EM † </td><td> MTE †† </td><td> EM </td><td> MTE </td><td> EM </td><td> MTE </td><td> EM </td><td> MTE </td></tr><tr><td> ° C </td><td> ° C </td><td> % </td><td> günler </td><td> % </td><td> günler </td><td> % </td><td> günler </td><td> % </td><td> günler </td></tr><tr><td> 5 </td><td> 5.1 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 78 </td><td> 11.4 </td><td> 46 </td><td> 12.7 </td></tr><tr><td> 10 </td&gt; <td> 8.7 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 92 </td><td> 7.5 </td><td> 58 </td><td> 12.5 </td></tr><tr><td> 15 </td><td> 14.1 </td><td> 100 </td><td> 10.8 </td><td> 16 </td><td> 13.8 </td><td> 68 </td><td> 5.9 </td><td> 96 </td><td> 7.2 </td></tr><tr><td> 20 </td><td> 19.8 </td><td> 100 </td><td> 7.2 </td><td> 84 </td><td> 7.5 </td><td> 66 </td><td> 6.5 </td><td> 100 </td><td> 5.4 </td></tr><tr><td> 25 </td><td> 24.7 </td><td> 100 </td><td> 6 </td><td> 96 </td><td> 5.1 </td><td> 22 </td><td> 8.1 </td><td> 100 </td><td> 3.7 </td></tr><tr><td> 30 </td><td> 29.6 </td><td> 100 </td><td> 5.3 </td><td> 92 </td><td>5.5 </td><td> 4 </td><td> 12.5 </td><td> 98 </td><td> 3.4 </td></tr><tr><td> 35 </td><td> 36.1 </td><td> 94 </td><td> 7,0 </td><td> 92 </td><td> 4.4 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 94 </td><td> 4,5 </td></tr><tr><td> 40 </td><td> 40.2 </td><td> 72 </td><td> 7.8 </td><td> 88 </td><td> 5.1 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 10 </td><td> 8.2 </td></tr><tr><td colspan="10"> fideler en az bir açık kotiledon vardı † Başarılı çıkması (EM) kaydedildi. </td></tr><tr><td colspan="10"> Her tedavi için ortaya çıkan tohumların toplam sayısına göre gün sayısı ve bölünmesi ile her gün ortaya çıkan sayı tohumların ürünü toplanmasıyla hesaplanmıştır çıkması (MTE) için geçen ortalama süre ††. </td></tr></tbody></table> Tablo 1: GerminBir Thermogradient Tablo Sekiz Sıcaklıklarda Toprakta Domates, kavun, marul ve asyon ve yulaf tohumları. Kalın sayıları her tür için en uygun değerleri göstermek ve farklı bitki türlerinin sıcaklık bağımlılığını göstermektedir. Deney saksı karışımı 14 gün boyunca gerçekleştirildi ve medya günlük sulanan veya gözle toprak nemli tutmak için gerektiği gibi. Veriler, her tür için 25 tohum dayanmaktadır.

Watch this Scientific Journal Video about A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes at JoVE.com

A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes

Traditional thermogradient tables create a range of temperatures across the surface. Welding gussets perpendicular to the surface of a thermogradient table will control temperature in depth increasing possible research applications.

Bir Körüklü Thermogradient Tablo Toprak Süreçleri Bitki Büyüme değerlendirilmesi ve İzleme Toprak Sıcaklıklar Denetim

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a ...

a-gusseted-thermogradient-table-to-control-soil-temperatures-for

Research

JoVE Journal

Environment

11.8K Görüntüleme.  Virginia Polytechnic Institute and State University. Traditional thermogradient tables create a range of temperatures across the surface. Welding gussets perpendicular to the surface of a thermogradient table will control temperature in depth increasing possible research applications. 

Video: A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes

Surface Renewal: An Advanced Micrometeorological Method for Measuring and Processing Field-Scale Energy Flux Density Data

Advanced micrometeorological methods have become increasingly important in soil, crop, and environmental sciences. For many scientists without formal training in atmospheric science, these techniques are relatively inaccessible. Surface renewal and other flux measurement methods require an understanding of boundary layer meteorology and extensive training in instrumentation and multiple data management programs. To improve accessibility of these techniques, we describe the underlying theory of surface renewal measurements, demonstrate how to set up a field station for surface renewal with eddy covariance calibration, and utilize our open-source turnkey data logger program to perform flux data acquisition and processing. The new turnkey program returns to the user a simple data table with the corrected fluxes and quality control parameters, and eliminates the need for researchers to shuttle between multiple processing programs to obtain the final flux data. An example of data generated from these measurements demonstrates how crop water use is measured with this technique. The output information is useful to growers for making irrigation decisions in a variety of agricultural ecosystems. These stations are currently deployed in numerous field experiments by researchers in our group and the California Department of Water Resources in the following crops: rice, wine and raisin grape vineyards, alfalfa, almond, walnut, peach, lemon, avocado, and corn.

Surface renewal is a micrometeorological method that is being used increasingly to determine energy fluxes, but its technical complexity makes it inaccessible to a broad audience. We describe the steps needed to set up and calibrate a surface renewal field station, to acquire and process data, and to correctly interpret results.

Advanced micrometeorological methods have become  increasingly important in soil, crop, and environmental sciences.  For many scientists without formal ...

Çevre

Exploring the Effects of Atmospheric Forcings on Evaporation: Experimental Integration of the Atmospheric Boundary Layer and Shallow Subsurface

Evaporation is directly influenced by the interactions between the atmosphere, land surface and soil subsurface. This work aims to experimentally study evaporation under various surface boundary conditions to improve our current understanding and characterization of this multiphase phenomenon as well as to validate numerical heat and mass transfer theories that couple Navier-Stokes flow in the atmosphere and Darcian flow in the porous media. Experimental data were collected using a unique soil tank apparatus interfaced with a small climate controlled wind tunnel. The experimental apparatus was instrumented with a suite of state of the art sensor technologies for the continuous and autonomous collection of soil moisture, soil thermal properties, soil and air temperature, relative humidity, and wind speed. This experimental apparatus can be used to generate data under well controlled boundary conditions, allowing for better control and gathering of accurate data at scales of interest not feasible in the field. Induced airflow at several distinct wind speeds over the soil surface resulted in unique behavior of heat and mass transfer during the different evaporative stages.

A protocol for the design and construction of a soil tank interfaced to a small climate controlled wind tunnel to study the effects of atmospheric forcings on evaporation is presented. Both the soil tank and wind tunnel are instrumented with sensor technologies for the continuous in situ measurement of environmental conditions.

Buharlaşma Atmosferik zorlamalara Etkilerinin keşfetmek: Atmosferik Sınır Tabakası ve Sığ Yer altı Deneysel Entegrasyon

Evaporation is directly influenced by the interactions between the atmosphere, land surface and soil subsurface. This work aims to experimentally study ...

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

Continuing increases in atmospheric carbon dioxide concentrations (CA) mandate techniques for examining impacts on terrestrial ecosystems. Most experiments examine only two or a few levels of CA concentration and a single soil type, but if CA can be varied as a gradient from subambient to superambient concentrations on multiple soils, we can discern whether past ecosystem responses may continue linearly in the future and whether responses may vary across the landscape. The Lysimeter Carbon Dioxide Gradient Facility applies a 250 to 500 &#181;l L-1 CA gradient to Blackland prairie plant communities established on lysimeters containing clay, silty clay, and sandy soils. The gradient is created as photosynthesis by vegetation enclosed in in temperature-controlled chambers progressively depletes carbon dioxide from air flowing directionally through the chambers. Maintaining proper air flow rate, adequate photosynthetic capacity, and temperature control are critical to overcome the main limitations of the system, which are declining photosynthetic rates and increased water stress during summer. The facility is an economical alternative to other techniques of CA enrichment, successfully discerns the shape of ecosystem responses to subambient to superambient CA enrichment, and can be adapted to test for interactions of carbon dioxide with other greenhouse gases such as methane or ozone.

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

The Lysimeter Carbon Dioxide Gradient Facility creates a 250 to 500 &#181;l L-1 linear carbon dioxide gradient in temperature-controlled chambers housing grassland plant communities on clay, silty clay, and sandy soil monoliths. The facility is used to determine how past and future carbon dioxide levels affect grassland carbon cycling.

A CO<sub&gt; 2</subTest CO&gt; Konsantrasyon Gradient Tesisi<sub&gt; 2</subÇayır Ekosistem Fonksiyon&gt; Zenginleştirme ve Toprak Etkileri

Continuing increases in atmospheric carbon dioxide concentrations (CA) mandate techniques for examining impacts on terrestrial ecosystems. Most ...

Soil Lysimeter Excavation for Coupled Hydrological, Geochemical, and Microbiological Investigations

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled Earth-system processes. Such knowledge is imperative in improving predictions of hydro-biogeochemical cycles, especially under climate change scenarios. We present an experimental method, designed to capture sub-surface heterogeneity of an initially homogeneous soil system. This method is based on destructive sampling of a soil lysimeter designed to simulate a small-scale hillslope. A weighing lysimeter of one cubic meter capacity was divided into sections (voxels) and was excavated layer-by-layer, with sub samples being collected from each voxel. The excavation procedure was aimed at detecting the incipient heterogeneity of the system by focusing on the spatial assessment of hydrological, geochemical, and microbiological properties of the soil. Representative results of a few physicochemical variables tested show the development of heterogeneity. Additional work to test interactions between hydrological, geochemical, and microbiological signatures is planned to interpret the observed patterns. Our study also demonstrates the possibility of carrying out similar excavations in order to observe and quantify different aspects of soil-development under varying environmental conditions and scale.

This study presents an excavation method for investigating subsurface hydrological, geochemical, and microbiological heterogeneity of a soil lysimeter. The lysimeter simulates an artificial hillslope which was initially under homogeneous condition and had been subjected to approximately 5,000 mm of water over eight cycles of irrigation in an 18-month period.

Coupled Hidrolojik, jeokimyasal ve Mikrobiyolojik Araştırmalar Toprak Lizimetre Kazı

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled ...

Manufacturing Simple and Inexpensive Soil Surface Temperature and Gravimetric Water Content Sensors

Quantifying temperature and moisture at the soil surface is essential for understanding how soil surface biota respond to changes in the environment. However, at the soil surface these variables are highly dynamic and standard sensors do not explicitly measure temperature or moisture in the upper few millimeters of the soil profile. This paper describes methods for manufacturing simple, inexpensive sensors that simultaneously measure the temperature and moisture of the upper 5 mm of the soil surface. In addition to sensor construction, steps for quality control, as well as for calibration for various substrates, are explained. The sensors incorporate a Type E thermocouple to measure temperature and assess soil moisture by measuring the resistance between two gold-plated metal probes at the end of the sensor at a depth of 5 mm. The methods presented here can be altered to customize probes for different depths or substrates. These sensors have been effective in a variety of environments and have endured months of heavy rains in tropical forests as well as intense solar radiation in deserts of the southwestern U.S. Results demonstrate the effectiveness of these sensors for evaluating warming, drying, and freezing of the soil surface in a global change experiment.

Accurately measuring temperature and water content of the upper 5 mm of the soil surface can improve our understanding of environmental controls on biological, chemical, and physical processes. Here we describe a protocol for manufacturing, calibrating, and conducting measurements with soil surface temperature and moisture sensors.

Basit ve Ucuz Toprak Yüzey Sıcaklığı ve Gravimetrik Su İçerik Sensörleri İmalatı

Quantifying temperature and moisture at the soil surface is essential for understanding how soil surface biota respond to changes in the environment. ...

A Telemetric, Gravimetric Platform for Real-Time Physiological Phenotyping of Plant&ndash;Environment Interactions

Food security for the growing global population is a major concern. The data provided by genomic tools far exceeds the supply of phenotypic data, creating a knowledge gap. To meet the challenge of improving crops to feed the growing global population, this gap must be bridged.
Physiological traits are considered key functional traits in the context of responsiveness or sensitivity to environmental conditions. Many recently introduced high-throughput (HTP) phenotyping techniques are based on remote sensing or imaging and are capable of directly measuring morphological traits, but measure physiological parameters mainly indirectly.
This paper describes a method for direct physiological phenotyping that has several advantages for the functional phenotyping of plant&#8211;environment interactions. It helps users overcome the many challenges encountered in the use of load-cell gravimetric systems and pot experiments. The suggested techniques will enable users to distinguish between soil weight, plant weight and soil water content, providing a method for the continuous and simultaneous measurement of dynamic soil, plant and atmosphere conditions, alongside the measurement of key physiological traits. This method allows researchers to closely mimic field stress scenarios while taking into consideration the environment&#8217;s effects on the plants&#8217; physiology. This method also minimizes pot effects, which are one of the major problems in pre-field phenotyping. It includes a feed-back fertigation system that enables a truly randomized experimental design at a field-like plant density. This system detects the soil-water-content limiting threshold (&#952;) and allows for the translation of data into knowledge through the use of a real-time analytic tool and an online statistical resource. This method for the rapid and direct measurement of the physiological responses of multiple plants to a dynamic environment has great potential for use in screening for beneficial traits associated with responses to abiotic stress, in the context of pre-field breeding and crop improvement.

A Telemetric, Gravimetric Platform for Real-Time Physiological Phenotyping of Plant&#8211;Environment Interactions

This high-throughput, telemetric, whole-plant water relations gravimetric phenotyping method enables direct and simultaneous real-time measurements, as well as the analysis of multiple yield-related physiological traits involved in dynamic plant&#8211;environment interactions.

Bitki-Çevre Etkileşimlerinin Gerçek Zamanlı Fizyolojik Fenotimi için Telemetrik, Gravimetrik Platformu

Food security for the growing global population is a major concern. The data provided by genomic tools far exceeds the supply of phenotypic data, creating ...

Two-Dimensional Visualization and Quantification of Labile, Inorganic Plant Nutrients and Contaminants in Soil

We describe a method for two-dimensional (2D) visualization and quantification of the distribution of labile (i.e., reversibly adsorbed) inorganic nutrient (e.g., P, Fe, Mn) and contaminant (e.g., As, Cd, Pb) solute species in the soil adjacent to plant roots (the &#8216;rhizosphere&#8217;) at sub-millimeter (~100 &#181;m) spatial resolution. The method combines sink-based solute sampling by the diffusive gradients in thin films (DGT) technique with spatially resolved chemical analysis by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS). The DGT technique is based on thin hydrogels with homogeneously distributed analyte-selective binding phases. The variety of available binding phases allows for the preparation of different DGT gel types following simple gel fabrication procedures. For DGT gel deployment in the rhizosphere, plants are grown in flat, transparent growth containers (rhizotrons), which enable minimal invasive access to a soil-grown root system. After a pre-growth period, DGT gels are applied to selected regions of interest for in situ solute sampling in the rhizosphere. Afterwards, DGT gels are retrieved and prepared for subsequent chemical analysis of the bound solutes using LA-ICP-MS line-scan imaging. Application of internal normalization using 13C and external calibration using matrix-matched gel standards further allows for the quantification of the 2D solute fluxes. This method is unique in its capability to generate quantitative, sub-mm scale 2D images of multi-element solute fluxes in soil-plant environments, exceeding the achievable spatial resolution of other methods for measuring solute gradients in the rhizosphere substantially. We present the application and evaluation of the method for imaging multiple cationic and anionic solute species in the rhizosphere of terrestrial plants and highlight the possibility of combining this method with complementary solute imaging techniques.

This protocol presents a workflow for sub-mm 2D visualization of multiple labile inorganic nutrient and contaminant solute species using diffusive gradients in thin films (DGT) combined with mass spectrometry imaging. Solute sampling and high-resolution chemical analysis are described in detail for quantitative mapping of solutes in the rhizosphere of terrestrial plants.

Topraktaki Labile, Inorganik Bitki Besinleri ve Kirleticilerin İki Boyutlu Görselleştirilmesi ve Nicelleştirilmesi

We describe a method for two-dimensional (2D) visualization and quantification of the distribution of labile (i.e., reversibly adsorbed) inorganic ...

Simulation of Early Earth Hydrothermal Chimneys in a Thermal Gradient Environment

Deep sea hydrothermal vents are self-organizing precipitates generated from geochemical disequilibria and have been proposed as a possible setting for the emergence of life. The growth of hydrothermal chimneys in a thermal gradient environment within an early Earth vent system was successfully simulated by using different hydrothermal simulants, such as sodium sulfide, which were injected into an early Earth ocean simulant containing dissolved ferrous iron. Moreover, an apparatus was developed to sufficiently cool the ocean simulant to near 0 &#176;C in a condenser vessel immersed in a cold water bath while injecting a sulfide solution at hot to room temperatures, effectively creating an artificial chimney structure in a temperature gradient environment over a period of a few hours. Such experiments with different chemistries and variable temperature&#160;gradients resulted in a variety of morphologies in the chimney structure. The use of ocean and hydrothermal fluid simulants at room temperature resulted in vertical chimneys, whereas the combination of a hot hydrothermal fluid and cold ocean simulant inhibited the formation of robust chimney structures. The customizable 3D printed condenser created for this study acts as a jacketed reaction vessel that can be easily modified and used by different researchers. It will allow the careful control of injection rate and chemical composition of vent and ocean simulants, which should help accurately simulate prebiotic reactions in chimney systems with thermal gradients similar to those of natural systems.

The goal of this protocol is to form simulated hydrothermal chimneys via chemical garden injection experiments and introduce a thermal gradient across the inorganic precipitate membrane, using a 3D printable condenser that can be reproduced for educational purposes.

Termal Gradyan Ortamında Erken Toprak Hidrotermal Bacalarının Simülasyonu

Deep sea hydrothermal vents are self-organizing precipitates generated from geochemical disequilibria and have been proposed as a possible setting for the ...

Simulating Temperature in a Soil Incubation Experiment

The study of warming impact on soils requires a realistic and accurate representation of temperature. In laboratory incubation studies, a widely adopted method has been to render constant temperatures in multiple chambers, and via comparisons of soil responses between low- and high-temperature chambers, to derive the warming impact on soil changes. However, this commonly used method failed to imitate both the magnitude and amplitude of actual temperatures as observed in field conditions, thus potentially undermining the validity of such studies. With sophisticated environmental chambers becoming increasingly available, it is imperative to examine alternative methods of temperature control for soil incubation research. This protocol will introduce a state-of-the-art environmental chamber and demonstrate both conventional and new methods of temperature control to improve the experimental design of soil incubation. The protocol mainly comprises four steps: temperature monitoring and programming, soil collection, laboratory incubation, and warming effect comparison. One example will be presented to demonstrate different methods of temperature control and the resultant contrasting warming scenarios; that is, a constant temperature design referred to as stepwise warming (SW) and simulated in situ temperature design as gradual warming (GW), as well as their effects on soil respiration, microbial biomass, and extracellular enzyme activities. In addition, we present a strategy to diversify temperature change scenarios to meet specific climate change research needs (e.g., extreme heat). The temperature control protocol and the recommended well-tailored and diversified temperature change scenarios will assist researchers in establishing reliable and realistic soil incubation experiments in the laboratory.

Laboratory soil warming experiments usually employ two or more constant temperatures in multiple chambers. By presenting a sophisticated environmental chamber, we provide an accurate temperature control method to imitate the magnitude and amplitude of in situ soil temperature and improve the experimental design of soil incubation studies.

Toprak Kuluçka Deneyinde Sıcaklığı Simüle Etme

The study of warming impact on soils requires a realistic and accurate representation of temperature. In laboratory incubation studies, a widely adopted ...

JenaTron - An Experimental Approach to Study the Effects of Plant History and Soil History on Grassland Ecosystem Functioning

The global loss of biodiversity has motivated many studies that experimentally vary plant species richness and examine the consequences for ecosystem functioning. Such experiments generally show a positive relationship between above- and below-ground biodiversity and the functioning of terrestrial ecosystems. Moreover, this relationship tends to strengthen over time, seen as enhanced functioning of diverse plant communities and reduced functioning of low-diversity plant communities. Differences in multitrophic community assembly and biotic interactions in high- versus low-diversity plant communities are hypothesized to affect plant performance by altering consumer community structure and function and driving plastic or micro-evolutionary responses of plant species in the plant communities. To resolve this complex interplay of community history, we separated these effects into plant and soil history. Plant history refers to all plant-level responses to past abiotic and biotic selection pressures experienced in their communities, while soil history relates to all abiotic and biotic soil properties developed as a legacy of plant-soil interactions under variable plant diversity. We set up a biodiversity experiment in an Ecotron, a terrestrial mesocosm facility that allows controlling environmental conditions above- and below-ground, to test whether the strengthening biodiversity-ecosystem functioning relationship is due to soil history, plant history, or a combination of both. We established a plant diversity gradient consisting of 1, 2, 3, and 6 grassland plant species and factorially nested with soil history and plant history treatments for each level of plant species richness. Representative results demonstrate the successful establishment of target treatments in the Ecotron experiment, observing the effects of plant and soil history on initial plant development and final plant growth. Additionally, we provide a case study for data analysis of individual response variables. We outline research objectives and methods to comprehensively assess the multifunctional responses to the experimental treatments necessary to ultimately address the overarching hypothesis.

Here we present a study established in the iDiv Ecotron, terrestrial mesocosm chambers with controlled environmental conditions above- and below-ground, to study the independent and interactive effects of plant history and soil history on ecosystem functioning of grassland communities along a plant diversity gradient.

JenaTron - Bitki Tarihi ve Toprak Tarihinin Otlak Ekosisteminin İşleyişi Üzerindeki Etkilerini İncelemek İçin Deneysel Bir Yaklaşım

The global loss of biodiversity has motivated many studies that experimentally vary plant species richness and examine the consequences for ecosystem ...