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

Financiering voor deze studie werd verzorgd door US Department of Energy van Office of Science, Office van biologische en milieuonderzoek, terrestrische ecosysteem wetenschappen programma Award nr. DE-SC0007041, Ameriflux Management programma onder Flux Core Site overeenkomst No. 7096915 door Lawrence Berkeley National Laboratory en de National Science Foundation hydrologische Science verlenen 1521238. Eventuele adviezen, bevindingen, en conclusies of aanbevelingen uitgedrukt in dit materiaal zijn die van de auteurs en weerspiegelen niet noodzakelijk de standpunten van de financieringsinstanties.

1. Selecteer een boom voor instrumentatie
<ol>
	<li>Selecteer bomen voor meting. In het ideale geval Selecteer bomen die gezond met een dwarsdoorsnede van de over het algemeen ronde stengel, en een diameter tussen 1 - 2 keer de lengte van de tine, of een sapwood diepte groter is dan de lengte van de sensor tanden (~ 5 cm voor de sensoren van de specifieke capaciteit aangetoond hier zijn). Meten van de diepte van het spinthout met behulp van de kernen van de boom of voor vele soorten, sapwood diepte door allometric verg...

Seizoens- en dagverloop patronen in stam watergehalte waargenomen via precisiecapaciteit sensoren met trends in gelijktijdige sap flux uitlijnen en milieu dwingen metingen (Figuur 3, Figuur 4, , Figuur 5). Reservoirs van stam wateropslag zijn verarmd diurnally wanneer het tempo van de transpiratie overtreft het tempo van opladen door woody weefsels en seizoensinvloeden bodemvocht beperkt wortel-wat...

Water opgeslagen in plantmateriaal speelt een integrale rol in planten vermogen om te gaan met de water van de korte - en lange termijn stress1,2. Planten slaan water in de wortels, stengels, en bladeren in zowel de intracellulaire en de extracellulaire (bijvoorbeeld xylem vaartuigen) ruimtes zijn 2,3,4. Dit water is gebleken om bij te dragen tussen 10 en 50% van de diurnally bleek water2,5,6,7,8. Zo plant hydraulische capaciteit vormt een belangrijk onderdeel van de aardse waterbalans, kan worden gebruikt als een indicator van waterstress, droogte reactie en herstel1en is een kritische factor nodig te corrigeren voor de waargenomen vertraging tussen transpiratie en sap stromen9,10,11. Real-time bewaking van het watergehalte van de vegetatie kan ook worden gebruikt in agrarische toepassingen om te helpen beperken van boomgaard en bijsnijden irrigatie teneinde drenken efficiëntie12,13. Echter, metingen van continu, in-situ stam-watergehalte van woody soort7,14,15,16,17,18, 19 zijn zeldzaam ten opzichte van sap flux metingen20. We schetsen hier, een procedure voor het kalibreren van precisiecapaciteit sensoren om te controleren de waterinhoud van de volumetrische binnen de stammen van bomen5,21.
Hydrodynamisch gedrag en water-use-verordening door vegetatie zijn een integraal onderdeel van de bodem-plant-atmosfeer continuüm22,23 , en zijn daarom belangrijke besturingselementen voor het water en CO2 fluxen tussen de biosfeer en atmosfeer24,25. De dynamiek van het watergehalte van de stam worden beïnvloed door zowel biotische en abiotische factoren. Uitputting en aanvulling van de stam-opgeslagen water worden beïnvloed door korte - en lange termijn trends in milieu-omstandigheden, met name dampdruk tekort en bodem water inhoud1,26. De fysische eigenschappen van het hout27 (b.v., dichtheid, vaartuig structuur) en de opkomende hydraulische strategie25 (b.v., iso- of anisohydric stomatal verordening) bepalen van een plant kunnen opslaan en gebruiken van water 19 , 26 , 28, en sterk kunnen verschillen door soorten29,30. Eerdere studies hebben aangetoond dat verschillende rollen van capaciteit in de tropische16,27,31,32,33 en gematigde5,7 ,21 soorten, en in beide bedektzadigen1,2,34 en naaktzadigen6,11,17,19.
Betere kennis van het watergehalte van de biomassa zal inzicht van vegetatie strategieën voor water verwerving en gebruik van1,2, samen met de soorten kwetsbaarheid voor voorspelde veranderingen in neerslag regimes35 ,,36. Verder begrip van plant watergebruik strategieën zal helpen voorspellen veranderende demografische patronen onder toekomstige klimaat scenario's37,38. Door middel van modelgegevens fusie technieken39, stam watergehalte gegevens die zijn verkregen met behulp van deze methode kan worden gebruikt om te informeren en testen van schaalbare, plant-niveau hydrodynamica modellen40,41, 42,43,44 ter verbetering van de berekeningen van stomatal geleidingsvermogen en daarmee simulaties van zowel transpiratie en fotosynthetische CO2 opname. Deze geavanceerde hydrodynamische modellen kunnen een significante vermindering in onzekerheid en fout wanneer opgenomen in grotere landoppervlak en aarde systemen modellen25,45,46, 47,48.
Methoden die worden gebruikt om te controleren of het berekenen van de stengel watergehalte omvatten boom ontkernen33,49, elektronische dendrometers2,15,50, elektrische weerstand 51, gamma straling demping52, deuterium traceurs19, netwerken van sap flux sensoren32,33,53, psychrometers49, stammen en amplitude11 en tijd4,12,13 domain reflectometrie (TDR). Recente inspanningen hebben getest de levensvatbaarheid van precisiecapaciteit sensoren die van oudsher gebruikt hebben voor het meten van de bodem volumetrische water inhoud5,18,21,27. Frequentie-domein reflectometrie (FRD)-stijl precisiecapaciteit sensoren zijn lage kosten en relatief kleine hoeveelheden energie gebruiken voor continumetingen, waardoor ze een aantrekkelijk hulpmiddel voor hoge temporele resolutie metingen in het veld scenario's. Het gemak van automatisering van FDR over TDR-stijl sensoren vergemakkelijkt het verzamelen van continue zon-uurtarief datasets, en veel van de uitdagingen die inherent zijn aan TDR metingen vereisen aanzienlijke kabellengtes13elimineert. Het gebruik van in-situ precisiecapaciteit sensoren elimineert de noodzaak voor repetitieve ontkernen of tak oogsten, en verbeterde nauwkeurigheid kan voorzien in hardhout soorten.Woody soorten die water hoofdzakelijk opzeggen in extracellulaire ruimten, zoals xylem schepen, of hoge hout of schors moduli van elasticiteit, zijn doorgaans niet goede kandidaten voor populaire dendrometer meettechnieken als gevolg van lage elastische stam uitbreiding 2. capaciteit sensoren schatting diëlektrische permittiviteit, die direct kan worden geconverteerd naar volumetrische watergehalte. Capaciteit metingen zijn echter gevoelig voor de dichtheid van de media rondom de sensor. Daarom pleiten wij voor soortspecifieke kalibraties dat de output van de sensoren omzetten in volumetrische hout-water inhoud5,21.
Presenteren we een protocol voor een soortspecifieke kalibratie precisiecapaciteit sensor output omzetten volumetrische watergehalte van het hout. Ook worden instructies voor installatie van het veld voor precisiecapaciteit sensors in volwassen bomen en een bespreking van de methode sterke, zwakke punten, en veronderstellingen. Deze technieken zijn ontworpen voor het controleren van de volumetrische watergehalte in de kofferbak, de grootste boom water opslag reservoir8, maar kunnen gemakkelijk worden uitgebreid tot de hele boom met installatie van extra sensoren langs de takken. Metingen van de dynamische plant waterinhoud zal vooraf de velden van vegetatie hydrodynamica, biometeorology en landoppervlak 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

Water transport en opslag via het bodem-plant-atmosfeer continuüm is essentieel voor de Aardse waterkringloop, en is uitgegroeid tot een belangrijke focus onderzoeksruimte. Biomassa capaciteit speelt een integrale rol in het vermijden van hydraulische bijzondere waardevermindering te transpiratie. Hoge temporele resolutie metingen van dynamische veranderingen in de hydraulische capaciteit van grote bomen zijn echter zeldzaam. Hier presenteren we de procedures voor de kalibratie en het gebruik van capaciteit sensoren, doorgaans gebruikt voor het bewaken van vochtgehalte van de bodem, voor het meten van de volumetrische vochtgehalte van bomen in het gebied. Frequentie-domein reflectometrie-stijl opmerkingen zijn gevoelig voor de dichtheid van de media wordt bestudeerd. Het is daarom nodig om uit te voeren van de soortspecifieke kalibraties converteren van de sensor-gemeld waarden van diëlektrische permittiviteit naar volumetrische watergehalte. Kalibratie wordt uitgevoerd op een geoogste tak of stam in segmenten die zijn gedroogd of opnieuw gehydrateerd voor de productie van een volledige waaier van water inhoud gebruikt voor het genereren van een best passende regressie met sensor opmerkingen gesneden. Sensoren zijn kalibratie segmenten ingevoegd of geïnstalleerd in bomen na vooraf het boren van gaten tot een tolerantie passen met behulp van een verzonnen sjabloon om juiste boor uitlijning. Speciale zorg is genomen om ervoor te zorgen dat de sensor tanden goed contact met de omliggende media, maken terwijl het toestaan van hen moet worden ingevoegd zonder buitensporig geweld. Volumetrische water inhoud dynamics waargenomen via de voorgestelde methodologie uitlijnen met sap stroom metingen opgenomen met behulp van de warmtedissipatie technieken en dwingen milieugegevens. Biomassa vochtgehalte kunnen gegevens worden gebruikt om het observeren van het begin van de waterstress, droogte reactie en herstel, en heeft het potentieel om te worden toegepast op de kalibratie en de evaluatie van nieuwe modellen van de plant-niveau hydrodynamica, alsmede tot compartimentering van de extern voelde vocht producten in boven- en ondergronds componenten.

In deze sectie presenteren wij ijkgegevens voor vijf gemeenschappelijke boomsoorten van de Oost-bos, gevolgd door een gedetailleerde analyse van veldmetingen van stam-wateropslag in drie Acer rubrum personen tijdens het groeiseizoen van 2016. Kalibratiekrommen werden gegenereerd voor Acer rubrum Betula papyrifera, Pinus strobus, Populus grandidentata, en Quercus rubra (Figuur 1). Hellingen van de curven verschilden met maar liefst 9...

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

De kalibratie en het gebruik van capaciteit sensoren volgen vochtgehalte van de stam van bomen

De hydraulische capaciteit van biomassa is een essentieel onderdeel van de begroting voor het water van vegetatie, die als een buffer tegen korte en lange termijn droogte benadrukt fungeert. Hier presenteren we een protocol voor de calibratie and gebruik van bodemvocht precisiecapaciteit sensoren om te controleren watergehalte in de stengels van grote bomen.

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

Een Venturi Effect kan helpen genezen Onze Bomen

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

Gebruik van Chironomidae (Diptera)-Surface Drijvende Pupal Exuviae als Rapid Protocol Bioassessment voor Water Bodies

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

Het gebruik van een Automated System (GreenFeed) naar Enterisch methaan en kooldioxide emissies van herkauwers Monitor

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

Een duplex digitale PCR test voor gelijktijdige kwantificering van de<em&gt; Enterococcus spp.</em&gt; En de Human Fecal-geassocieerde HF183 Marker in 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

Het gebruik van een filter cartridge voor filtratie van watermonsters en Winning van 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

Methoden van Soil Resampling op veranderingen in de chemische concentraties van bosbodems Monitor

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

Gecontroleerde afgifte van chloordioxide in een geperforeerde Packaging System aan Verleng de houdbaarheid en verbeteren van de veiligheid van de Grape Tomaten

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

Een eenvoudige aanplant techniek voor het opnieuw vaststellen van bomen waar frequente inundatie treedt op

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

Bouw van een lage-kosten mobiele Incubator voor veld en het laboratoriumgebruik

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, een Low-cost Open-source Datalogger te schatten het watergehalte van Nonvascular cryptogamen

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