Name: the calibration and use of capacitance sensors to monitor stem water content in trees
Uploaded: 2017-12-27T15:00:00
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Diese Studie wurde von U.S. Department of Energy Office of Science, Büro des biologischen und Umweltforschung, terrestrische Ökosystem Wissenschaften Programm Award Nr. finanziert DE-SC0007041, Ameriflux-Management-Programm unter Flux Core Website Vereinbarung Nr. 7096915 durch Lawrence Berkeley National Laboratory und der National Science Foundation hydrologischen Science gewähren 1521238. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind diejenigen der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten der Fördergesellschaften.

1. Wählen Sie eine Struktur für die Instrumentation
<ol>
	<li>Wählen Sie Bäume für die Messung. Idealerweise wählen Sie Bäume, die mit in der Regel Runde Stängel Querschnitt und einem Durchmesser zwischen 1 - 2 Mal die Länge der Zinken oder Splintholz Tiefe größer als die Länge der Sensor-Zinken (~ 5 cm für die spezifische Kapazität Sensoren hier gezeigt) gesund sind. Messen Sie die Tiefe der Splint mit Baum-Kerne, oder für viele Arten berechnen Sie Splintholz Tiefe durch allometrische Gleichungen, die i...

Saisonale und tagaktiv Muster im Stamm Wassergehalt beobachteten über Kapazität, die Sensoren mit den Trends im gleichzeitigen SAP-Fluss ausrichten und Umwelt zwingt Messungen (Abbildung 3, Abbildung 4, Abbildung 5). Stauseen des Stammes Wasserspeicherung erschöpft sind tagaktiv, wenn das Tempo der Transpiration übertrifft die Geschwindigkeit der Aufladung durch holzigen Gewebe und saisonal we...

Wasser im Pflanzenmaterial spielt eine wesentliche Rolle in Pflanzen die Fähigkeit zur Bewältigung von kurz- und langfristigen Wasser Stress1,2. Pflanzen speichern Wasser in Wurzeln, Stängel und Blätter in intrazelluläre und extrazelluläre (z. B. Xylemgefäße) Räume, 2,3,4. Dieses Wasser hat sich gezeigt, zwischen 10 und 50 % tagaktiv transpirierten Wasser2,5,6,7,8beizutragen. Als solche Anlage hydraulische Kapazität ist eine Schlüsselkomponente der terrestrischen Wasserbilanz, kann als Indikator für Wasserknappheit, Dürre Reaktion und Wiederherstellung1verwendet werden und ist ein kritischer Faktor für die beobachteten Zeitverzögerungen zwischen korrigiert Transpiration und Sap fließen9,10,11. Echtzeit-Überwachung des Wassergehalts Vegetation auch in landwirtschaftlichen Anwendungen einsetzbar zur Obstgarten zu beschränken und Bewässerung zu beschneiden, um Bewässerung Effizienz12,13zu erhöhen. Jedoch Messungen des kontinuierlichen, in-Situ- Stamm-Wassergehalt Gehölze7,14,15,16,17,18, 19 sind selten im Vergleich zu SAP-Flussmittel Messungen20. Hier beschreiben wir ein Verfahren für die Kalibrierung der Kapazität Sensoren zur Überwachung des volumetrischen Wassergehalt in den Stämmen der Bäume5,21.
Hydrodynamische Verhaltensweisen und Wasser-Use-Verordnung von Vegetation sind ein integraler Bestandteil der Boden-Pflanze-Atmosphäre Kontinuum22,23 und sind daher wichtige Steuerelemente für die Wasser und Kohlenstoff Flüsse zwischen den Biosphäre und Atmosphäre24,25. Die Dynamik der Stamm Wassergehalt werden von biotischen und abiotischen Faktoren beeinflusst. Erschöpfung und Aufladen des Stamm gespeicherten Wassers von kurz- und langfristigen Trends in der Umweltbedingungen, insbesondere Dampfdruck Defizit betroffen sind und Boden Wasser Inhalt1,26. Die physikalischen Eigenschaften von Holz27 (z. B.Dichte, Schiff-Struktur) und emergent hydraulische Strategie25 (z.B., Iso- oder Anisohydric Stomata Verordnung) bestimmen eine Pflanze Fähigkeit zur Speicherung und Nutzung von Wasser 19 , 26 , 28, und kann stark variieren von Arten29,30. Frühere Studien zeigten verschiedene Rollen der Kapazität in den tropischen16,27,31,32,33 und gemäßigten5,7 ,21 Arten, und in beiden Angiospermen1,2,34 und Gymnospermen6,11,17,19.
Bessere Kenntnis der Biomasse Wassergehalt verbessert Verständnis der Vegetation Strategien für den Erwerb von Wasser und verwenden Sie1,2, zusammen mit der Art Anfälligkeit für prognostizierten Veränderungen im Niederschlag Regime35 ,36. Weitere Verständnis der Pflanze Wassernutzung Strategien hilft vorherzusagen Verschiebung demografische Muster des zukünftigen Klimas Szenarien37,38. Stamm Wassergehalt Daten, die mit dieser Methode verwendet werden, können um zu informieren und testen Sie skalierbare und Werksebene Hydrodynamik Modelle durch Modell-Datenfusion Techniken39,40,41, 42,43,44 um Berechnungen der Stomata Leitfähigkeit zu verbessern und damit Simulationen von Transpiration und Photosynthese Kohlenstoff-Aufnahme. Diese erweiterte hydrodynamische Modelle können eine signifikante Reduktion in Unsicherheit und Fehler beim größeren Landoberfläche und Erde Systeme Modelle25,45,46eingegliedert, 47,48.
Methoden zum überwachen oder Stamm Wassergehalt berechnen gehören Baum Entkernung33,49, elektronische Stückzahl2,15,50, elektrischer Widerstand 51, Gamma Strahlung Dämpfung52, Deuterium Tracer19, Netzwerke von SAP-Flux Sensoren32,33,53, Psychrometer49, stammen und Amplitude11 und Zeit4,12,13 Domain Reflectometry (TDR). Die jüngsten Bemühungen haben die Lebensfähigkeit der Kapazität Sensoren getestet, die traditionell verwendet wurden, um Boden volumetrische Wasser Inhalt5,18,21,27messen. Frequency Domain Reflectometry (FRD)-Stil Kapazität Sensoren sind kostengünstig und relativ kleine Mengen von Energie für kontinuierliche Messungen, so dass sie ein attraktives Instrument für hohe Zeitauflösung Messungen im Feld Szenarien verwenden. Die einfache Automatisierung von FDR über TDR-Stil Sensoren erleichtert die Sammlung von kontinuierlichen Sonne stündlich Datensätzen und beseitigt viele der Herausforderungen im TDR-Messungen erfordern erhebliche Kabellängen13. Die Verwendung von in-Situ -Kapazität-Sensoren entfällt die Notwendigkeit für sich wiederholende Kernbohrungen oder Zweig Ernte und kann erhöhte Genauigkeit für Laubhölzer.Gehölze, die Wasser hauptsächlich aus extrazellulären Räumen, wie Xylemgefäße, zurückziehen oder hohen Holz oder Rinde Moduli Elastizität, sind in der Regel nicht gute Anwärter für beliebte Dendrometer Messverfahren durch geringe elastische Stiel Ausbau 2. Kapazität Sensoren schätzen dielektrische Permittivität, die direkt zur volumetrischen Wassergehalt umgewandelt werden kann. Kapazität-Messungen sind jedoch empfindlich auf die Dichte der Medien rund um den Sensor. Daher setzen wir uns für die artspezifische Kalibrierungen, die die Ausgabe der Sensoren in volumetrischen Holz-Wasser Inhalt5,21zu konvertieren.
Wir präsentieren Ihnen ein Protokoll für eine artspezifische Kalibrierung Kapazität Sensorausgang volumetrischen Wassergehalt des Holzes zu konvertieren. Ebenfalls vorhanden sind Anweisungen für die Installation vor Ort von Kapazität Sensoren in altem Baumbestand und eine Diskussion über der Methode stärken, Schwächen und Annahmen. Diese Techniken sind entworfen, um volumetrische Wassergehalt in den Kofferraum, der größte Baum Wasser Lagerung Behälter8, überwachen aber auf den ganzen Baum mit Einbau von zusätzlichen Sensoren entlang der Zweige leicht erweiterbar. Messungen der dynamischen Pflanze Wassergehalt werden die Bereichen Vegetation Hydrodynamik, Biometeorologie und Landoberfläche Modellierung voraus.

<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

Wassertransport und Lagerung durch den Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum ist entscheidend für den terrestrischen Wasserkreislauf und ist ein wichtiger Forschungsschwerpunkt geworden. Biomasse-Kapazität spielt eine wichtige Rolle in der Vermeidung von hydraulischen Beeinträchtigung Transpiration. Hoher zeitlicher Auflösung Messungen der dynamischen Veränderungen in die hydraulische Kapazität der großen Bäume sind jedoch selten. Hier präsentieren wir Ihnen Verfahren für die Kalibrierung und Kapazität-Sensoren, in der Regel verwendet, um Boden Wassergehalt zur Messung des volumetrischen Wassergehalts in den Bäumen auf dem Gebiet zu überwachen. Frequency Domain Reflectometry-Stil Beobachtungen sind empfindlich auf die Dichte der Medien untersucht. Daher ist es notwendig, artspezifische Kalibrierungen volumetrischen Wassergehalt von den Sensor gemeldeten Werten der dielektrischen Permittivität konvertieren durchzuführen. Kalibrierung wird durchgeführt auf einem geernteten Ast oder Stamm geschnitten in Segmente, die getrocknet oder neu hydratisiert um zu produzieren eine breite Palette von Wasserinhaltsstoffen verwendet, um eine optimale Regression mit Sensor Beobachtungen zu generieren. Sensoren sind in Kalibrierung Segmente eingefügt oder installiert in Bäumen nach Vorbohren Löcher mit einer Toleranz passen mit einer vorgefertigten Vorlage um zu richtigen Bohrer Ausrichtung zu gewährleisten. Besondere Sorgfalt ist sicherzustellen, dass Sensor Zinken guten Kontakt mit dem umgebenden Medium zu machen, während es ihnen ermöglicht, ohne großen Kraftaufwand eingefügt werden. Volumetrische Content Wasserdynamik beobachten über die vorgestellte Methodik ausrichten mit Sap Durchflussmessungen Wärmeableitung Techniken und Umweltdaten zwingt mit aufgezeichnet. Biomasse Wassergehalt Daten können verwendet werden, um das Auftreten von Wasserknappheit, Dürre Reaktion und die Wiederherstellung zu beobachten, und hat das Potenzial für die Kalibrierung und Bewertung neuer Werksebene Hydrodynamik-Modelle, sowie an der Partitionierung aus der Ferne gelten gespürt Feuchtigkeit-Produkte in über- und unterirdisch Komponenten.

In diesem Abschnitt präsentieren wir Kalibrierdaten für fünf gemeinsamen östlichen Waldbäumen, gefolgt von einer detaillierten Analyse der Feldmessungen des Stamm-Wasserspeicherung in drei Acer Rubrum Personen während der Vegetationszeit 2016. Kalibrierkurven entstanden für Acer Rubrum, Betula Papyrifera, Pinus Strobus, Populus Grandidentata und Quercus Rubra (Abbildung 1). Pisten der Kurven unterschieden sich von 97,7 % für...

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

Die Kalibrierung und die Nutzung der Kapazität Sensoren Stem Wassergehalt in den Bäumen zu überwachen

Die hydraulische Kapazität der Biomasse ist ein zentraler Bestandteil der Vegetation Wasserhaushalt, dient als Puffer gegen kurz- und langfristige Dürre betont. Hier präsentieren wir ein Protokoll für die Kalibrierung und die Verwendung von Bodenfeuchte Kapazität Sensoren zur Überwachung der Wassergehalt in den Stängeln der Großbäume.

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

Ein Venturi-Effekt kann helfen, heilen unsere Bäume

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

Forschung

Umwelt

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

Die Nutzung Chironomidae (Diptera) Oberflächenschwimm Pupal Exuviae als schnelle Bioassessment Protokoll für die Wasserkörper

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

Die Verwendung eines automatisierten Systems (GreenFeed) bis Enteric Methan und der Kohlendioxidemissionen von Wiederkäuern Überwachen

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

Eine Duplex-Digital-PCR-Assay für Simultaneous Quantifizierung der<em&gt; Enterococcus spp.</em&gt; Und das menschliche Fecal-assoziierte 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

Die Verwendung einer Filterpatrone für die Filtration von Wasserproben und Extraktion von Umwelt-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 der Boden Resampling zur Überwachung von Veränderungen in der chemischen Konzentrationen von Waldböden

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

Zur kontrollierten Freisetzung von Chlordioxid in einem perforierten Verpackungssystem zu verlängern die Haltbarkeit und Verbesserung der Sicherheit von Tomaten, Trauben

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

Eine einfache Bepflanzung Technik für Wiederherstellung des Bäume wo tritt häufig Überschwemmung

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

Bau eines Low-Cost mobilen Inkubator für Feld und Labor

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, eine kostengünstige Open-Source Datenlogger, den Wassergehalt des Nonvascular Kryptogamen zu schätzen

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