Name: a gusseted thermogradient table to control soil temperatures for evaluating plant growth and monitoring soil processes
Uploaded: 2016-10-22T15:00:00
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.

1. Utarbeidelse av Sirkulasjons Baths og tabell <ol><li> Erverve to sirkulerende bad med reservoarer som pumper på minst 10 l / min for å kontrollere temperaturen ved hver ende av den thermogradient tabellen. MERK: En av de sirkulerende bad må kjøle reservoaret, mens den andre må bare å varme. </li><li> Inspiser sirkulerende bad for å sørge for at deres filtre og reservoarer er rene. </li><li> Identifisere en plassering for tabellen og bad. Plasser bad under bordet, så lenge som pumpen kan sirkulere fluid gjennom tabellen ovenfor. Plasser gradient bordet i en passende høyde for å fjerne lokk og nå alle posisjoner på overflaten. MERK: Plasseringen for tabellen og bad må være godt ventilert, fri for ekstreme temperaturer, relativt støvfritt, og har tilgang til elektriske kretser til tilstrekkelig strøm til bad og belysning. </li><li> Fyll hver bad til toppen av tanken med en blanding av vann og antifrostmiddel (1: 1forhold) for å forbedre varmevekslings og forhindre frysing. MERK: Konsentrasjonen av frostvæske avhenger av bade spesifikasjoner og temperatur i oppløsningen. Høy frostvæske konsentrasjoner er ikke nødvendig med mindre subfreezing temperaturer genereres. Pure frostvæske kan skade visse vannbad pumper. </li><li> Koble innløp og utløp av bad med fleksible slangen til uttaket og innløpsrørene på bordet, henholdsvis, for å skape en kontinuerlig strøm mønster i begge de motstående varme og kalde endene av bordet. </li><li> Bruk tykke vegger fleksibel plastrør med uelastisk vegger som ikke vil utvide under press eller kink når bøyd. Bruk collared-skruen, slangeklemmer på tube fagforeninger for å opprettholde en dryppfri tilkobling når systemet er under trykk. Pakk sirkulasjon rør med skum pipe isolasjon for å redusere varmeveksling med omgivelsene. </li><li> Med pipe ventiler åpne, et øyeblikk slå på sirkulasjonspumper for å se etter lekkasjer og kollapset rørsom kan redusere flyten. Juster skrutvingene hvis det oppstår lekkasjer. Sjekk lysarmatur å sikre at de fungerer som de skal. </li></ol> 2. Utarbeidelse av tabellen for eksperimentering <ol><li> Linje bunnen av thermogradient bordet mellom gussets med hydrofilt materiale som drivhus kapillær matting, tørkepapir, eller nonglossy avis for å fordele vannet mer jevnt. </li><li> Fyll tabellen jevnt med en voksende media til under eller med toppen av bogsplitt. Pakk den voksende media tett nok til å fjerne luftlommer som forstyrrer temperaturutjevning. MERK: Native jord kan også brukes. </li><li> Med bordet innløp og utløp pipe ventiler åpne, aktivere sirkulerende bad ved å sette ett bad til en temperatur 5 ° C under og motstander bad til en temperatur 5 ° C over minimum og maksimum ønsket temperaturer (5 til 40 ° C), henholdsvis å ta hensyn til varmetap og gevinst under sirkulasjon. monitor reservoaret bad og tilsett en blanding av vann og antifrostmiddel (etylenglykol) som er nødvendig når nivået faller i den sirkulerende løsningen fylles rørene i tabellen. </li><li> Juster badetemperaturer til ønsket voksende medietemperaturer (5-40 ° C eller andre ønskede eksperimentelle temperaturer) oppnås på gradient bordet. MERK: Den nøyaktige temperatur er oppnådd gjennom en iterativ prosess for å måle voksende medietemperatur og justering av bad til ønsket voksende medietemperaturer er nådd over bordet. </li><li> Place temperaturloggere på ulike posisjoner på bordet for å registrere temperaturer på de voksende media eller jord under et eksperiment. De dataloggere anbefalt er på størrelse med en miniatyr runde wafer batteri. Pakk dataloggere i Parafilm for å hindre vannskader og sted på eksperimentelle posisjoner i det voksende media. </li><li> Fukt dyrkingsmedier jevnt til 70-80% av maksimal vann-holding kapasitetav media. Våtere jord lede varme mer effektivt mellom gussets. MERK: Vann har en tendens til å fordampe raskere fra den varme enden av bordet, så hyppigere programmer kan bli pålagt å erstatte fordampningstap. Maksimal vannholdekapasiteten er mengden av vann som holdes tilbake i dyrkingsmedier etter metning og drenering av gravitasjons vann i 2 dager gjennom en beholder med en perforert bunn. Fuktinnholdet ble bestemt gravimetrisk før og etter tørking i ovn ved 105 ° C i 72 timer. </li><li> Tillat tabellen for å stabilisere seg i 24 timer for å sikre de ønskede temperatur (5 til 40 ° C) er nådd gjennom før begynnelsen et eksperiment. </li><li> Vipp tabellen ved å justere føttene på hvert hjørne til tabell bakkene svært svakt mot hjørnet med avløpet. Dette fjerner overskytende fuktighet, hindrer våte flekker på bordet, og oppmuntrer uniform media fuktighetsinnhold. Plasser en beholder under avløpet å fange avrenning. </li><li&gt; Plant frø i dyrkingsmedier og vann daglig eller etter behov for å holde media fuktig. MERK: Som et eksempel på hvordan spiring testing kan gjennomføres, vi plantet 25 frø av tomat (. Solanum lycopersicum L. cv Legend), melon (Cucumis melo cv Hales Best Jumbo.), Salat (Lactuca sativa L. cv Svart Last. Simpson), og havre (Avena sativa L. cv Swan) 2 cm dypt. </li><li> Tell antall fremkom frøplanter daglig for å beregne midlere tid for å fremveksten i henhold til ligningen: &#160; Σ (n i Xt i) MTE = ------------- Σ (n i) MERK: Hvor n <sub&gt; i er antall dukket frø på tidspunkt t i; t er antall dager fra begynnelsen av fremveksten; og Σ n i er antall dukket frø. </li></ol> 3. Bruke Thermogradient Table <ol><li> Etter justering av badene til de ønskede temperaturer, erstatte de to thermogradient tabellen dekker, de gjennomsiktige indre-akryl ark lokk og en mer omfattende polyvinylklorid (PVC) lokket isolert med isopor, for å legge på bordet. Begge deksler i stedet gir de beste isolasjonsevne for å redusere varme og vann tap under testing. MERK: Hvis ambient lys eller ekstra belysning er montert over bordet, kan bare det indre lokket brukes til å overføre lys. </li><li> Fjern den ytre lokket for å sjekke tabellen gjennom indre-akryl lokk. Fjern det indre lokket midlertidig å legge vann eller andre innganger, sjekk temperatur, eller spille data. MERK: Ved høyere temperaturer, fordamper vannet raskt fra fuktig jord og condenses på bunnen av det indre lokket fordi overflaten er kjøligere. </li><li> Overvåke systemet nøye under eksperimenter for strømbrudd, bade feil, lekkasjer eller store svingninger i tabell temperaturer. Overvåk bad magasinfyllingen og periodevis legge væske for å erstatte fordampningstap. </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 tabeller har blitt brukt i mange år for å gjennomføre hovedsakelig frøspiring eksperimenter i grunne beholdere over et område av temperaturer samtidig. Imidlertid er de eksperimentelle temperaturene begrenset til bordflaten, slik at dybden av temperaturkontroll er begrenset. Seed testing protokoller utført på tradisjonelle gradient tabeller slutte med radicle veksten på papir substrat i petriskåler eller andre flate beholdere og ikke realistisk teste frøplante veksten og vekst som naturlig ville skje i jord. I dag seedet selskaper ønsker ofte å vurdere frø vigør (evnen til å spire under mindre enn optimale forhold) ved hjelp av simulerte feltforhold som dyrkere vil sannsynligvis oppstå etter planting. Soil testing avslører også frø til sopp- og bakteriesykdommer presset ikke vanlig i standardiserte laboratorie spiring tester på soilless medier. Når jorda er plassert på en flat non-foldebord, store variasjoner av 5 ºC eller mer vire ikke uvanlig mellom posisjoner i jordsmonnet og bordoverflater (upubliserte resultater). En en-dimensjonal tabell gradient med sidefalser ble utviklet for å forbedre vertikal temperaturkontroll, slik at jord kan brukes i spire tester og andre eksperimenter hvor nøyaktig styring av jordtemperaturen er kritisk. De kiler begrense jord eller syntetiske dyrkingsmedier og kontroll temperatur i dybden. Innfellingene er aluminium, det samme materiale som bordplaten, og når sveiset vinkelrett på overflaten de gir temperaturregulering av rommet mellom ved ledende varmeoverføring. Innfellingene kan være orientert i lengderetningen ned på bordet eller i bredderetningen på tvers av bordet. Begge utførelser oppnå samme resultater, men i bredden kilen orientering er praktisk fordi avstanden mellom vinkelplatene kan tjene som en enkelt eksperimentell temperatur når gradienten er riktig justert. Horisontal orientering gjør det mulig for eksperimentelle enheter (frø i dette eksempel) til å bli adskilt enkrysse bordet i en linje ved siden av hverandre. Gusset avstanden bare kan varieres under produksjon fordi gussets er sveiset på plass slik at alternativ plassering kan ikke testes når bordet byggingen er ferdig. En kile avstand på 10,9 cm ble valgt for å få plass til grunne beholdere som ofte brukes for frø testing i tillegg til jord. Nærmere kilen avstanden kan tilveiebringe bedre temperaturkontroll, men vil begrense typer beholdere som kan brukes på bordet. Temperaturen og fuktigheten av dyrkingsmedier i thermogradient tabellen må overvåkes kontinuerlig for å oppnå de ønskede forsøksbetingelser. Før planting, bør de sirkulerende bad settes litt under det ønskede minimum og litt over maksimumstemperaturer enn justert inntil prøvene har nådd de ønskede eksperimentelle temperaturer. Omtrent 24 timer bør være tillatt for prøvene til termisk likevekt med gradient tabellen. Fuktighetsinnholdet i the dyrkingsmedier bør være tilstrekkelig (70-80% av feltet kapasitet) for frø spiring eller andre biologiske prosesser for å fortsette. Tabellen isolasjon og to lokk redusere temperatursvingninger og vann fordampning når det er på plass. Resultatene i tabell 1 sammenligner frøplante vekst av 4 arter ved forskjellige temperaturer. Veksten av melon og tomat frø begynte ved 15 ° C og spirer godt ved 40 ° C forklarer hvorfor de er karakterisert som varme-sesongen avlinger 10. I motsetning til dette, salat spirer best ved lave temperaturer. Oat frø spirer over et bredere spekter av temperaturer enn de andre artene (tabell 1). Selv om lignende resultater kunne oppnås ved anvendelse av en serie av vekstkamrene i en serie av eksperimenter koordinerte, gjør det mulig for kilen utforming både spiring og vekst frøplante som skal sammenlignes over et område av jordtemperaturer samtidig. Ulike felt jord eller vekstmedia kan være substituert for å simulere et område av feltforhold. Mikrobielle eller kjemiske behandlinger, gjødsel regimer, tørkestress, og variasjoner i lys miljø kan pålegges over temperaturer på gradient bordet. De små loggere registrerte temperaturen ved forskjellige posisjoner på bordet. Temperaturdata viste, forholdsvis jevne temperaturer i midten av bordet med større variasjon, særlig ved den varme ende. Posisjonering loggere i kontakt med bordflaten og utsettes for luft på jordoverflaten sannsynlig aksentuert ytterpunktene. Temperaturer måles til midtstilling var nok mer en indikasjon på bulk grunnforhold. For eksempel vil et frø plantes i jorden på graderingen bordet mellom vinkelplatene for å simulere felt planting bare utsettes for bulk jordtemperatur og ikke luft eller bordoverflaten temperatur. Fuktighetsinnholdet og tekstur av jord spiller en rolle i å bestemme bord temperaturer. Hvis the jorda er tørr, luftrommene motstå temperaturendring, og ikke effektivt lede varme fra bogsplitt. Fuktig jord har få luft mellomrom og mer flytende vann å effektivt lede varme gjennom jordprofilet. I dette forsøket ble jord holdt ved 70 til 80% av sin maksimale vannholdekapasitet, men høyere vanninnhold kan ha redusert jordtemperaturvariasjoner. Sand har som færre store porerommene enn jord med høyt innhold av organisk materiale, og dermed ville være forventet å gi mer ensartede temperaturer. Det var større variasjon i jordtemperatur på den varme enden av bordet i forhold til den kalde ende. En mulig forklaring ligger i fordelingen av fuktighet over bordet. Fuktighet har en tendens til å bli holdt tilbake i den kalde enden, mens den varme ende har en tendens til å tørke ut på grunn av større fordampningstap. Siden vann bidrar til å lede varme, er det viktig at fuktighetsinnholdet i tabellen være så jevn som mulig. Webb et al. 9 brukes blotter papir å gjennomføre vann over et thermogradient bord via kapillærkraft, mens avisen jobbet også som et rimeligere alternativ i folde thermogradient tabellen. Selv om gussets ble foret med hydrofil papir for å legge fuktighet distribusjon, holde både kul og varm endene jevnt våt er utfordrende. Hurtig fordampning ved høye temperaturer forekommer på alle gradient borddesign. Kondensering er ofte et problem når container-forsøk utføres på en gradient bord ved temperaturer langt over omgivelsestemperaturen, fordi bunnen av beholderen er varmere enn den øverste forårsaker vann for å samle seg på innersiden av kjøleren lokket. I jord forsøk med foldebord, vann fordampes fra de øvre jordlag i luften ovenfor i foldebord. Hvis jorden er meget fuktig, kan fordampningstap ved den varme ende av bordet kondenserer på den kjøligere indre-akryl lokk. Hviler tettsittende stykker av akryl eller polystyren isolasjon direktely på toppen av innfellingene reduserer damputveksling med luftrommet over bordet holde jorda mer jevnt fuktig og temperaturen konstant (data ikke vist). Når bordet var dekket med isopor isolasjon, temperaturvariasjoner var bare 1-2 ° C gjennom jordprofilet på ekstreme temperaturer (data ikke vist). Imidlertid forhindrer polystyren isolasjon frøplanter fra voksende og må fjernes etter den første time av inkubasjon i vekstanalyser. En annen løsning for å hindre hurtig tørking av varme jord er for fortrinnsvis å legge til mer vann til den varme ende for å kompensere for fordampningstap. Hånd vanning er problematisk fordi lokkene må fjernes og søknadsvolumet er mindre presise. Mikro-vanning emittere kan utformes på en gradient bord og kan justeres for fortrinnsvis å anvende mer vann til den varme enden. Thermogradient bord har den funksjonalitet og potensiale til å tjene som alternative vekstkamrene. when begge badene er det samme, bordet equilibrates å enkelt eksperimentell temperatur for applikasjoner der en gradient ikke er nødvendig. Dag og natt lys og temperatursvingninger kan også bli simulert ved hjelp av programmerbare sirkulerende bad og LED vokse lysene. Fylle innsiden av lokkene med LED vokse lysene kan øke belysning intensitet. LED vokse lysene innspill minimal varme inn i systemet, og ikke forstyrre gradient fordi lignende jordtemperaturer ble registrert med lysene på og av (data ikke vist). Tillegg av lys gjør at plantevekst og større miljøstyring. Thermogradient bord har blitt brukt hovedsakelig av frø industrien for spiring studier i det siste, men mange andre programmer er mulig. Insect atferd har blitt studert på en gradient tabellen for å finne temperatur optima av visse atferd 11. Ice kan fryses på en gradient bordflate for testing fenomener på subfreezing temperatures (data ikke vist). Gassutveksling mellom jord og atmosfære, inkludert karbondioksydutviklingen, er mulig på en folde gradient bord ved varierende vanninnhold, jord-innganger, og temperaturer. Å studere effektene av bakterie- og soppvekst i forskjellige typer medier over et område av temperaturer er også mulig med dette eksperimentelle systemet.

Thermogradient tabeller er ikke ny, og deres anvendelse er blitt rapportert i litteraturen i løpet av flere tiår 1-6. Tidlige tabeller ble utviklet angivelig for laboratorie frøspiring testing ofte på papirsubstrat over et bredt område av temperaturer i et enkelt eksperiment (figur 1). Det finnes forskjellige utforminger av thermogradient bord, men en av de mest vanlige består av en forholdsvis tykk rektangulær metallplate, ofte aluminium for dets korrosjonsmotstand, med en løkke av firkantet rør sveises til bunnen i motsatte ender. Plastrør koble tabell inn- og utløpsrørene til temperaturstyrt, sirkulerende bad som pumper den avkjølt og oppvarmet væske gjennom rørene på motsatte ender under bordet. Røret leder fluid, vanligvis en vann frostvæske (etylenglykol) blanding, for å forhindre frysing dersom systemet skal opereres nær eller temperaturer under frysepunktet. Et annet motiv er å sveise strimler av metall sammen skape en grobunnspiste et fluidreservoar i hver ende av bordet med innløp og utløp for sirkulering av varme og kalde løsninger på hver ende. De sirkulerende bad kan være plassert på gulvet under bordet eller på en separat sidestilt bord. Elektriske thermogradient tabeller med varmebatterier og / eller Peltier kjølemoduler har blitt bygget, men høye kostnader, utfordringer generere konsekvent lave temperaturer, og pålitelighet har forhindret omfattende kommersiell bruk 8. De sirkulerende væske utførelser passivt å skape en en-dimensjonal gradient via varmeledning. Hvis aluminiumsplaten er av ensartet form og tykkelse og godt isolert, strømmer varme jevnt fra den varme til den kalde enden av et bord å etablere en sammenhengende endimensjonal temperaturgradient, som følge av termodynamikkens andre lov 7. Gradienten over overflaten er en funksjon av tabellen lengde og forskjellene mellom ende temperaturer. Tabellen og plumbing er vanligvis plassert i en isolert boks med lokk for tilgang. Kapslingen isolerer bordet fra omgivelsene, noe som skaper et ensartet gradient over overflaten med liten temperaturvariasjon. Den isolerte kabinett kan støttes av ben eller plasseres på et flatt underlag som et bord eller benk. For anvendelser hvor uniform temperaturkontroll er nødvendig uten en gradient, kan en tabell settes opp til å produsere isotermiske betingelser hvis begge ender sirkulere væske ved samme temperatur. Når gradient bordet fungerer som den skal, petriskåler, forseglet plastpose, flatbunnet containere, etc., er plassert på overflaten og termo-likevekt til de forskjellige temperaturer (figur 1). Den eksperimentelle Temperaturen i hver beholder er avhengig av luftrommene som kan eksistere mellom beholderen og bordflaten og tykkelse og isolerende egenskaper av hver beholder. Stigningen tabellen opprettholder effektivt prøve temperatures nær overflaten, men tap av kontroll over overflaten. Mangelen på vertikale temperaturstyring begrenser typer eksperimenter mulig på en tradisjonell gradient tabell. Aluminiumbånd eller kneplater ble tilsatt til den tradisjonelle gradient tabell utforming for å forbedre temperaturkontroll over bordflaten. Gussets ble sveiset med mellomrom vinkelrett på bordflaten. Innfellingene lette konvektiv varmestrøm vertikalt over den flate bordflate. Prøvene er lagt mellom bogsplitt, har temperaturregulerte flater på tre sider som gir mer effektiv temperaturkontroll. Clegg og Eastin 2 plassert kvartssand på en gradient tabellen overflaten for å skape temperaturkontroll i dybden. Clegg og Eastin 2 også eksperimentert med å plassere isolasjon på toppen av tabellen. Webb et al. 9 er lagt rør fylt med jord på et bord i et forsøk på å uniformt kontroll temperatur. Den nye TAold utforming rapportert her har ni 7,6 cm (3 tommer) høye innfellingene (aluminium strimler) som er sveiset til overflaten over lengden av bordet (figur 2). LED lysarmaturer emitting photosynthetically aktive frekvenser er installert på sidene av bordet for å støtte frøplante vekst når bordet er lukket. Den isolerte kabinett for folde thermogradient tabellen er laget av en hvit PVC-plater som er vann, varp, og crack motstandsdyktig. Hensikten med denne artikkelen er å beskrive den nye folde gradient tabellen design og mulige bruksområder.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1179px;" width="1178">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:463px;">Thermogradient table</td>
			<td style="width:257px;">Appalachian Machinge Inc</td>
			<td style="width:176px;"></td>
			<td style="width:283px;">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.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">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,&#160; 1440 Roanoke Street, Christiansburg, VA 24073&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">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 height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Circulating Refrigerated water baths or comparable units</td>
			<td>Brookfield Engineering</td>
			<td>TC-550SD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Seeds (200 seeds)</td>
			<td>Johnny&#39;s Selected Seeds</td>
			<td></td>
			<td>Oat, lettuce, tomato, melon seeds from Johnny&#39;s Selected Seeds 955 Benton Ave, Winslow, ME 04901 or any other seed for germination testing,&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Professional 550 Grow Light&#160;</td>
			<td>SolarOasis&#160;</td>
			<td>Pro550</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ID braided PVC tubing</td>
			<td>United States Plastics Inc.</td>
			<td>60703</td>
			<td>&#160;0.6 m pieces of 200 cm OD, 130 mm (1/2&#34;)&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">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 height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">WatchDog Data Loggers</td>
			<td>Spectrum Technologies Inc</td>
			<td>Model 100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Parafilm M 4 cm wide</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S37440</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Container Acrylic 5 1/4&#34;x5&#34;x1 3/8&#34; plastic boxes</td>
			<td>Hoffman Manufacturing Inc</td>
			<td></td>
			<td>&#160;Hoffman Manufacturing Inc. 16541 Green Bridge Road, Jefferson, OR&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">1&#34; Collared-screw&#160;</td>
			<td>Global Industrial</td>
			<td>CS16H</td>
			<td>Global Industrial,&#160; 11 Harbor Park Drive, Port Washington, NY&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Collared Screw Worm Gear Hose Clamp</td>
			<td>Global Industrial</td>
			<td>WGB513588</td>
			<td>3/4&#34; - 1-1/2&#34; Clamping Dia. 10-Pack .&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">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 height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Capillary Mat</td>
			<td>Farmtek</td>
			<td>106223</td>
			<td>greenhouse capillary matting - 4&#39; x 100&#39; or alternatively sheets of newspaper</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sunshine Mix #3</td>
			<td>TerraLink</td>
			<td>3236320</td>
			<td>&#160;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.

Grunne beholdere, som petriskåler, kan være plassert på en tradisjonell en dimensjonal gradient bordet slik at effekten av flere eksperimentelle temperaturer kan bli vurdert samtidig (figur 1). For å øke mangfoldet i forskningssøknader mulig på en thermogradient bord, 7,6 cm (3 inches) høy aluminiums kiler ble sting sveiset vekselvis på begge sider slik at hver kile står vinkelrett på overflaten 10,9 cm (4,2 inches) fra hverandre i intim kontakt med overflaten (Figur 2). Mens et bredt område av vinkelavstander er mulig, ble 10,9 cm er valgt for å få plass til kvadratiske plast &quot;sandwich&quot; bokser eller lignende størrelse beholdere ofte brukt til å teste spiring av små frø arter eller andre biologiske prøver (figur 3). I motsetning til en vanlig flat gradient bord, kilen Utformingen jordsmonn og andre amorfe bulk materialer for kontrollert temperaratur eksperimenter. For å fjerne overskudd av vann, ble en skjermet og filtrert dreneringshullet bygget inn i et hjørne. Mellomlegg eller &quot;føtter&quot; i hvert hjørne kan justeres for å vippe bordet for å lette gravity drainage. Et lite gap mellom de vinkel endene og utsiden av tabellen gjør det mulig for vannet å strømme langs den ene siden til hjørnet avløpet. Jordtemperaturer ble målt til 70-80% fuktighet i jordsmonnet innhold etter bad hadde blitt sirkulert ved konstant temperatur i 24 timer med lokkene på plass (figur 4). Den temperaturvariasjon målt etter en 12 timers ekvilibreringsperiode ved fire forskjellige posisjoner over bordet var 0,4 ° C eller lavere (figur 4). Variasjon i jordprofilet temperaturer målt ved tre jorddybder var større på ytterpunktene. Ved en ønsket temperatur på 13 ° C, loggere plassert på aluminiumsflaten mellom vinkelplatene oppnådde et gjennomsnitt på 11,0 ± 0,0 ° C. loggere placed på jordoverflaten i gjennomsnitt 13,5 ± 0,1 ° C. Den samlede gjennomsnittlige jordtemperatur på alle tre nivåer for targettemperaturen på 13 ° C var 12,3 ± 0,1 ° C. Ved en ønsket temperatur på 18 ° C, er den gjennomsnittlige temperatur i hele jordprofilen var 19,1 ± 0,1 ° C. Variasjon ved måltemperaturen på 23 ° C var større enn ved 18 ° C med et gjennomsnitt på 23,8 ± 0,2 ° C. I den andre ekstreme temperaturer, 29 ° C, i tabellen aluminium overflatetemperaturen var 30,8 ± 0,2 ° C, mens den jordoverflaten temperaturen var 25,7 ± 0,4 ° C. Den samlede gjennomsnittlige jordtemperatur på 29 ° C var 28,2 ± 0,3 ° C (figur 4). Seed arter kan bli testet for sine optimale spiring og frøplante vekst temperaturer på en thermogradient bord med gussets. Tomat og melon, begge ansett varme-sesongen avlinger, spirer over et område 14,1 til 40.2 ° C (tabell 1, figur 3). LED-matriser montert i tabellen lokk og / eller sider avgir den fotosyntetiske spekteret slik at plantene å vokse i jord ved eksperimentelle jordtemperaturer når bordet er omsluttet (figur 3). Optimal vekst frøplante for tomat oppsto ved 29,6 ° C med en fremvekst prosentandel på 100% og en midlere tid til veksten på 5,3 dager (tabell 1, figur 5). Emergence var tregere ved andre temperaturer. For melon, optimal veksten andelen var 96% og gjennomsnittlig tid til veksten var 5,1 dager både ved 24,7 ° C (tabell 1). Både salat og havre anses cool-sesongen avlinger. Havre frø spirte over et område 5,1 til 40,2 ° C med den bredeste av alle frø testet (tabell 1, figur 5). For havre, den høyeste prosentvise veksten var 100% ved 24,7 ° C og den raskeste veksten var 3,4 dager ved 29,6 ° C (tabell 1, <strong&gt; Figur 5). For salat, ble veksten observert over et område på 5,1 til 29,6 ° C. For salat, den høyeste prosentvise veksten var 100% ved 24,7 ° C og den raskeste veksten var 3,4 dager ved 29,6 ° C (tabell 1). <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig1.jpg" /> Figur 1: En tradisjonell flat thermogradient tabell med de isolerte lokkene fjernet, men med en indre akryl lokk som dekker ½ bordet De tradisjonelle flat tabellen design tester effekten av temperatur på prøver i grunne beholdere.. Temperaturkontroll av gradienten hurtig tapt ved avstander over overflaten, siden det ikke er noen hindring for luftblande. Eksperimenter som krevde en jevn temperatur i dybden er ikke mulig å bruke denne designen. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se et la</a>Rger versjon av denne figuren. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig2.jpg" /> Figur 2: Skjematisk diagram av en thermogradient plate med sidefalser Gussets er sting sveiset i lengderetningen på tvers av bordet vinkelrett på overflaten.. En renne i ett hjørne fjerner overflødig vann. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig2large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig3.jpg" /> Figur 3:. Opplyst thermogradient bord med bogsplitt fylt med jord, torv og beholdere for frøspiring eksperimenter Stigningen i denne tabellen er satt opp fra venstre (varme enden) til høyre (kald slutten). Mens kilen designet ble utviklet for bruk med jord, beholderekan plasseres mellom bogsplitt for eksperimenter med små prøver. LED-planten vokse lysene kan monteres i lokkene eller periferien og avgir photosynthetically aktive frekvenser og la planter som skal dyrkes inne i kabinettet. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig3large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig4.jpg" /> Figur 4. Temperaturmålinger fra ulike jord posisjoner på et folde thermogradient bord. Temperaturloggere ble plassert i jord over bordet på venstre vegg, venstre sentrum (20 cm fra venstre vegg), høyre sentrum (40 cm fra venstre vegg) og på høyre vegg midt mellom gussets. Bottom plassering av temperaturloggeren var i nærheten av aluminium bordflaten 8 cm under toppen av jorda mens sentrum plassering var omtrenteligEly 4 cm under jorda. Temperaturloggere plassert på toppen av jord ble avdekket. Verdier over linjene viser den samlede gjennomsnittstemperaturer ± standard feil av gjennomsnittet (n = 72). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54647/54647fig4large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> <img alt="Figur 5" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig5.jpg" /> Fig. 5: Stiklinger av havre og tomat dyrket i 14 dager på thermogradient tabeller over et temperaturområde på 5 til 40 ° C Bildet viser hvordan spiring og frøplante vekst av flere arter kan vurderes i jord samtidig over et område av temperaturer i en enkelt eksperiment for å simulere feltforhold. Topp (venstre og høyre) Bildene viser thermogradient tabellen sett vertikalt. Bunn (venstre og høyre) Bildene viser tabellen i horisontal retning. alcohol et termometer ble plassert i jorden til hurtig å overvåke temperaturer gjennom hele eksperimentet. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td rowspan="2"> Target Temperatur </td><td rowspan="2"> målt temperatur </td><td colspan="2"> Tomat </td><td colspan="2"> Melon </td><td colspan="2"> Salat </td><td colspan="2"> oat </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> dager </td><td> % </td><td> dager </td><td> % </td><td> dager </td><td> % </td><td> dager </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> 6.0 </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"> † Vellykket veksten (EM) ble scoret da frøplanter hadde minst én åpen cotyledon. </td></tr><tr><td colspan="10"> †† Gjennomsnittlig tid til fremveksten (MTE) ble beregnet ved å summere produktet av tall frø som fremkom hver dag for hver dag nummer og dividere med det totale antall frø som oppsto for hver behandling. </td></tr></tbody></table> Tabell 1: Germinasjon av Tomat, Melon, salat og havre frø i jord på åtte Temperaturer på en Thermogradient tabell. Fet tallene viser optimale verdier for hver art og illustrerer temperaturavhengigheten av ulike plantearter. Forsøket ble utført i 14 dager i potting blanding og mediet ble vannet daglig eller etter behov for å holde jord synlig fuktig. Data er basert på 25 frø for hver art.

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.

En folde Thermogradient Table å kontrollere jordtemperaturer for Vurderer Plantevekst og overvåking Jord Prosesser

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

Research

JoVE Journal

Environment

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Design og drift av en kontinuerlig<sup&gt; 13</sup&gt; C og<sup&gt; 15</sup&gt; N Merking Chamber for Uniform eller Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotop Merking

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Eksperimentell protokoll for Manipulere Plant-indusert Soil Heterogenitet

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as ...

A Protocol for Collecting and Constructing Soil Core Lysimeters

En protokoll for Innsamling og Constructing Jord Kjerne lysimeters

Leaching of nutrients from land applied fertilizers and manure used in agriculture can lead to accelerated eutrophication of surface water. Because the ...

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

Jord Lysimeter Graving for Coupled Hydrologiske, Geokjemiske, og mikrobiologiske undersøkelser

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

Measuring and Mapping Patterns of Soil Erosion and Deposition Related to Soil Carbonate Concentrations Under Agricultural Management

Måle og kartlegge jorderosjon og deponering relatert til jord Carbonate konsentrasjoner Under landbruks forvaltningen

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes ...

Evaluating Dryocosmus Kuriphilus-induced Damage on Castanea Sativa

Evaluating Dryocosmus Kuriphilus-induced Damage on Castanea Sativa

Evaluere Dryocosmus Kuriphilus-indusert skader på Castanea Sativa

Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu has become a major pest for Castaneasativa since its arrival in Europe. Its galling activity results in the formation of ...

Use of Principal Components for Scaling Up Topographic Models to Map Soil Redistribution and Soil Organic Carbon

Bruk av rektor komponenter for skalering opp topografiske modeller å kartlegge jord distribusjon og jord organisk karbon

Landscape topography is a critical factor affecting soil formation and plays an important role in determining soil properties on the earth surface, as it ...

High-throughput Siderophore Screening from Environmental Samples: Plant Tissues, Bulk Soils, and Rhizosphere Soils

Høy gjennomstrømming Siderophore Screening fra miljøprøver: plante vev, Bulk jord og Rhizosphere jord

Siderophores (low-molecular weight metal chelating compounds) are important in various ecological phenomenon ranging from iron (Fe) biogeochemical cycling ...

Microplot Design and Plant and Soil Sample Preparation for 15Nitrogen Analysis

Microplot Design and Plant and Soil Sample Preparation for 15Nitrogen Analysis

Microplot Design og plante og jord prøve forberedelse for 15Nitrogen analyse

Many&#160;nitrogen fertilizer studies evaluate the overall effect of a treatment on end-of-season measurements such as grain yield or cumulative N losses. ...

Estimation of Crystalline Cellulose Content of Plant Biomass using the Updegraff Method

Estimering av krystallinsk celluloseinnhold av plantebiomasse ved hjelp av Updegraff-metoden

Cellulose is the most abundant polymer on Earth generated by photosynthesis and the main load-bearing component of cell walls. The cell wall plays a ...