Name: the calibration and use of capacitance sensors to monitor stem water content in trees
Uploaded: 2017-12-27T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about The Calibration and Use of Capacitance Sensors to Monitor Stem Water Content in Trees at JoVE.com

Finansiering af denne undersøgelse blev leveret af amerikanske Department of Energy's Office of Science, Office af biologiske og miljømæssige forskning, terrestriske økosystemer Sciences Program Award No. DE-SC0007041, Ameriflux Management program under Flux Core Site aftale nr. 7096915 ved Lawrence Berkeley National Laboratory og National Science Foundation hydrologiske Science give 1521238. Eventuelle udtalelser, resultater og konklusioner og henstillinger udtrykt i dette materiale er dem af forfatterne og nødvendigvis afspejler ikke synspunkter, de finansieringsorganer.

1. Vælg et træ Instrumentation
<ol>
	<li>Vælg træer for måling. Ideelt, Vælg træer, der er sunde med et generelt runde stilk tværsnit, og en diameter mellem 1 - 2 gange tine længde eller afgrenet dybde større end længden af sensor tænderne (~ 5 cm for specifikke kapacitans sensorer vist her). Måle dybde afgrenet bruger træ kerner, eller for mange arter, beregne afgrenet dybde gennem allometric ligninger vedrørende afgrenet område for at dæmme op diameter 29,<sup class...

Sæsonbestemte og temperaturprofil mønstre i stilken vandindhold observerede via kapacitans sensorer Juster med tendenser i samtidige sap flux og miljømæssige tvinger målinger (figur 3, figur 4, figur 5). Reservoirer for stilk vand opbevaring er forarmet diurnally når tempoet i transpiration overgår rente af genoplade gennem woody væv og sæsonmæssigt jordfugtighed begrænser root-vand til...

Vand gemt i plantemateriale spiller en integrerende rolle i planternes evne til at håndtere kort og lang sigt vand stress1,2. Planter opbevare vand i rødder, stængler, og blade i både intracellulære og ekstracellulære (fx vedvævet fartøjer) rum 2,3,4. Dette vand har vist sig at bidrage mellem 10 og 50% af diurnally viste sig vand2,5,6,7,8. Som sådan plante hydraulisk kapacitans er et nøgleelement i den jordbaserede vandbalance, kan bruges som en indikator for inddrivelse1vand stress og tørke svar og er en kritisk faktor nødvendigt at korrigere for observerede tidsforskydninger mellem transpiration og sap flow9,10,11. Real-time overvågning af vegetation vandindhold kan også bruges i landbruget til at begrænse orchard og beskære kunstvanding for at øge vanding effektivitet12,13. Dog målinger af kontinuerte, in situ stilk-vand indhold af woody arter7,14,15,16,17,18, 19 er sjældne i forhold til sap flux målinger20. Her, skitsere vi en procedure for kalibrering af kapacitans sensorer til at overvåge volumetrisk vandindholdet i stængler af træer5,21.
Hydrodynamisk adfærd og vandforbrug forordning af vegetation er en integreret del af jord-plante-atmosfære kontinuum22,23 og er derfor vigtige Kontroller for vand og CO2 strømme mellem den biosfæren og atmosfære24,25. Dynamikken i stilken vandindholdet er påvirket af både biotiske og abiotiske faktorer. Udtynding og infiltration af stilk-gemt vand påvirkes af kort - og langsigtede tendenser i de miljømæssige forhold, navnlig damptryk underskud og jord vand indhold1,26. De fysiske egenskaber af det træ27 (fx, tæthed, fartøjets struktur) og emergent hydraulisk strategi25 (fx, iso- eller anisohydric spalteåbningernes regulering) bestemme en plantens evne til at gemme og bruge vand 19 , 26 , 28, og kan variere meget af arter29,30. Tidligere undersøgelser har vist forskellige roller i kapacitans i tropiske16,27,31,32,33 og tempererede5,7 ,21 arter, og i begge dækfrøede1,2,34 og nøgenfrøede6,11,17,19.
Forbedret viden om biomasse vandindhold vil forbedre forståelsen af vegetation strategier for vand erhvervelse og bruge1,2, sammen med artens sårbarhed til forventede ændringer i nedbør regimer35 ,36. Yderligere forståelse af planten vandforbrug strategier vil hjælpe med at forudsige shifting demografiske mønstre under fremtidige klimaændringer scenarier37,38. Gennem modeldata fusion teknikker39, stilken vandindhold data indhentet ved hjælp af denne metode kan bruges til at informere og teste skalerbare, plante-niveau hydrodynamik modeller40,41, 42,43,44 for at forbedre beregninger af spalteåbningernes ledningsevne og dermed simuleringer af både transpiration og fotosyntetiske carbon optagelse. Disse avancerede hydrodynamiske modeller kan give en betydelig reduktion i usikkerhed og fejl når de indarbejdes i større arealet og jordens systemer modeller25,45,46, 47,48.
Metoder, der anvendes til at overvåge eller beregne stilk vandindhold omfatter træ coring33,49, elektronisk dendrometers2,15,50, elektrisk modstand 51, gamma stråling dæmpning52, deuterium røbestoffer19, netværk af sap flux sensorer32,33,53, stammer psycrometre også samt49, og amplitude11 og tid4,12,13 domæne reflectometry (TDR). Seneste bestræbelser har testet levedygtigheden af kapacitans sensorer, der traditionelt har været brugt til at måle jorden volumetriske vand indhold5,18,21,27. Frekvens domæne reflectometry (FRD)-stil kapacitans sensorer er lave omkostninger og bruger relativt små mængder af energi til kontinuerlige målinger, hvilket gør dem en attraktiv værktøj for høj tidsmæssige opløsning målinger i marken scenarier. Lethed af automatisering af FDR over TDR-stil sensorer letter samling af kontinuerlig sun-time data sæt, og eliminerer mange af de udfordringer, der er iboende i TDR målinger kræver betydelige kabellængder13. Anvendelsen af in situ kapacitans sensorer eliminerer behovet for gentagne coring eller gren høst, og kan levere forbedret nøjagtighed for hårdttræ arter.Woody arter, at trække vand hovedsageligt fra ekstracellulære rum, såsom vedvævet fartøjer, eller har høje træ eller bark moduli af elasticitet, er generelt ikke gode kandidater til populære dendrometer måleteknik på grund af lav elastisk stilk udvidelse 2. kapacitans sensorer anslå dielektrisk Permittivitet, som kan omdannes direkte til volumetrisk vandindhold. Men kapacitans målinger er følsomme for massefylden af medierne omkring sensoren. Derfor går vi ind for artsspecifikke kalibreringer, at konverterer outputtet af sensorer til volumetriske træ-vand indhold5,21.
Vi præsenterer en protokol for en artsspecifik kalibrering konvertere kapacitans sensor output til volumetrisk vandindhold i træ. Desuden er vejledningen for inden installation af kapacitans sensorer i modne træer og en diskussion af metodens styrker, svagheder og antagelser. Disse teknikker er designet til at overvåge volumetrisk vandindhold i stammen, den største træ vand opbevaring reservoir8, men let kan udvides til hele træet med installation af yderligere sensorer langs grenene. Målinger af dynamiske plante vandindhold vil forhånd felterne vegetation hydrodynamik, biometeorology og jord-overfladen modellering.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ruggedized Soil Moisture Sensor</td>
			<td>METER Group Inc.</td>
			<td>GS-3</td>
			<td>Capacitance sensors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/8&#34; drill bit</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>9/64&#34; drill bit</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drying oven</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chainsaw</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electric drill</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bucket for water bath</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alcohol swabs</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Draw knife</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data logger</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon sealant</td>
			<td>Any</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the calibration and use of capacitance sensors to monitor stem water content in trees

Vandtransport og lagring gennem jord-plante-atmosfære kontinuum er afgørende for det jordbaserede vandkredsløbet, og er blevet en væsentlig forsknings fokusområde. Biomasse kapacitans spiller en integrerende rolle i undgåelse af hydrauliske værdiforringelse til transpiration. Men høj tidsmæssige opløsning målinger af dynamiske ændringer i de hydrauliske kapacitans af store træer er sjældne. Vi præsenterer her, procedurer for kalibrering og brug af kapacitans sensorer, typisk bruges til at overvåge jord vandindhold, for at måle volumetrisk vandindholdet i træer i området. Frekvens domæne reflectometry-stil observationer er følsomme for massefylden af medierne undersøges. Det er derfor nødvendigt at foretage artsspecifikke kalibreringer konvertere fra de sensor-rapporterede værdier af dielektriske Permittivitet til volumetrisk vandindhold. Kalibrering udføres på et fældet gren eller stilken skæres i segmenter, der er tørret eller fornyet hydreret for at producere en bred vifte af vand indhold bruges til at generere en Best-fit regression med sensor observationer. Sensorer er indsat i kalibrering segmenter eller installeret i træer efter forboring huller til en tolerance passer ved hjælp af en opdigtet skabelon for at sikre ordentlig drill justering. Særlig omhu at sikre at sensor tænder får god kontakt med den omkringliggende medier, samtidig med at tillade dem at blive indsat uden overdreven kraft. Volumetriske vand indhold dynamik observeret via metoden præsenteres Juster med sap flow målinger registreres ved hjælp af termisk varmeafledning teknikker og tvinger miljødata. Biomasse vand indhold data kan bruges til at observere udbrud af vand stress, tørke respons og helbredelse, og har potentiale til at blive anvendt til kalibrering og evaluering af nye plante-niveau hydrodynamik modeller og partitionering af fjernt fornemmede fugt produkter i over- og belowground komponenter.

I dette afsnit præsenterer vi kalibreringsdata for fem fælles østlige skov træarter, efterfulgt af en detaljeret analyse af feltmålinger af stilk-vand opbevaring i tre Acer rubrum enkeltpersoner i 2016 vækstsæsonen. Kalibreringskurverne blev genereret for Acer rubrum, Betula papyrifera, Pinus strobus, Populus grandidentata, og Quercus rubra (figur 1). Skråningerne af kurverne afveg med 97,7% for P. grandidentata og ...

Watch this Scientific Journal Video about The Calibration and Use of Capacitance Sensors to Monitor Stem Water Content in Trees at JoVE.com

The Calibration and Use of Capacitance Sensors to Monitor Stem Water Content in Trees

Kalibrering og brug af kapacitans sensorer til at overvåge stilk vandindholdet i træer

Den hydrauliske kapacitans af biomasse er en nøglekomponent i vegetation vand budget, som fungerer som en buffer mod kort- og langsigtede tørke understreger. Vi præsenterer her, en protokol til kalibrering og brug af jordfugtighed kapacitans sensorer til overvågning af vandindholdet i stængler af store træer.

Water transport and storage through the soil-plant-atmosphere continuum is critical to the terrestrial water cycle, and has become a major research focus ...

Research

JoVE Journal

Environment

A Venturi Effect Can Help Cure Our Trees

En Venturi effekt kan hjælpe med at helbrede vores træer

In woody plants, xylem sap moves upwards through the vessels due to a decreasing gradient of water potential from the groundwater to the foliage. ...

Use of Chironomidae (Diptera) Surface-Floating Pupal Exuviae as a Rapid Bioassessment Protocol for Water Bodies

Use of Chironomidae Diptera Surface-Floating Pupal Exuviae as a Rapid Bioassessment Protocol for Water Bodies

Anvendelse af Chironomidae (Diptera) Overflade-Floating puppe Exuviae som Rapid Bioassessment protokol for vandområder

Rapid bioassessment protocols using benthic macroinvertebrate assemblages have been successfully used to assess human impacts on water quality. ...

The Use of an Automated System (GreenFeed) to Monitor Enteric Methane and Carbon Dioxide Emissions from Ruminant Animals

The Use of an Automated System GreenFeed to Monitor Enteric Methane and Carbon Dioxide Emissions from Ruminant Animals

Brug af et automatiseret system (grovfoder) til Monitor Enteric metan og kuldioxid Emissioner fra drøvtyggere

Ruminant animals (domesticated or wild) emit methane (CH4) through enteric fermentation in their digestive tract and from decomposition of manure during ...

A Duplex Digital PCR Assay for Simultaneous Quantification of the Enterococcus spp. and the Human Fecal-associated HF183 Marker in Waters

A Duplex Digital PCR Assay for Simultaneous Quantification of the Enterococcus spp. and the Human Fecal-associated HF183 Marker in Waters

En Duplex Digital PCR analyse for Samtidig Kvantificering af<em&gt; Enterococcus spp.</em&gt; Og Human Fækal-associerede HF183 Marker i Waters

This manuscript describes a duplex digital PCR assay (EntHF183 dPCR) for simultaneous quantification of Enterococcus spp. and the human fecal-associated ...

Use of a Filter Cartridge for Filtration of Water Samples and Extraction of Environmental DNA

Anvendelse af en filterpatron til filtrering af vandprøver og Udvinding af Environmental DNA

Recent studies demonstrated the use of environmental DNA (eDNA) from fishes to be appropriate as a non-invasive monitoring tool. Most of these studies ...

Methods of Soil Resampling to Monitor Changes in the Chemical Concentrations of Forest Soils

Metoder til Soil Resampling at overvåge ændringer i de kemiske Koncentrationer af skovbundens

Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental ...

Controlled-release of Chlorine Dioxide in a Perforated Packaging System to Extend the Storage Life and Improve the Safety of Grape Tomatoes

Kontrolleret frigivelse af chlordioxid i en perforeret Packaging System til Forlæng holdbarhed og forbedre sikkerheden for Grape Tomater

A controlled-release chlorine dioxide (ClO2) pouch was developed by sealing a slurry form of ClO2 into semipermeable polymer film; the release properties ...

A Simple Planting Technique for Re-establishing Trees Where Frequent Inundation Occurs

En simpel plantning teknik for ny etablering af træer hvor hyppige oversvømmelser forekommer

Many of the Everglades tree islands have lost elevation over the past century and most of their trees have died such that they are now covered with ...

Construction of a Low-cost Mobile Incubator for Field and Laboratory Use

Konstruktion af en billig mobil inkubator for feltet og laboratoriebrug

Incubators are essential for a range of culture-based microbial methods, such as membrane filtration followed by cultivation for assessing drinking water ...

BtM, a Low-cost Open-source Datalogger to Estimate the Water Content of Nonvascular Cryptogams

BtM, en lavpris-Open-source Datalogger til at anslå vandindholdet i Nonvascular Cryptogams

Communities of nonvascular cryptogams, such as mosses or lichens, are an important part of the Earth's biodiversity, contributing to the regulation of the ...