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

מימון למחקר זה סופק על ידי משרד האנרגיה האמריקני של משרד המדע, משרד הביולוגיים ומחקר סביבתי, יבשתי האקולוגית מדעי תוכנית פרס מס דה-SC0007041, Ameriflux ניהול תוכנית תחת השטף הליבה אתר הסכם מס 7096915 דרך המעבדה הלאומית לורנס ברקלי, המדע הלאומית קרן המדע ההידרולוגי הענק 1521238. כל דעות, ממצאים, מסקנות או המלצות לידי ביטוי בחומר זה הם אלה של המחברים, אינן משקפות בהכרח את הנופים של סוכנויות מימון.

1. בחר את עץ עבור אינסטרומנטציה
<ol>
	<li>בחר עצים למדידה. באופן אידיאלי, בחר העצים המצויים בריא עם חתך גזע בדרך כלל עגול, קוטר בין 1 - 2 פעמים אורך שן או sapwood לעומק גדול מהאורך של שיני חיישן (~ 5 ס מ החיישנים קיבוליות מסוימות המודגמות כאן). למדוד את עומק sapwood באמצעות ליבות עץ, או עבור מינים רבים, לחשב s...

דפוסים עונתיים, ההשתנות היומית בתוכן מים גזע שנצפה דרך קיבול חיישנים להתיישר עם מגמות בתחום sap בו-זמניות השטף וסביבתיים לכפות ומדידות (איור 3, איור 4, איור 5). מאגרים לאחסון מים גזע דלה diurnally כאשר קצב דיות עולה קצב המילוי דרך ...

לאחסן חומר צמחי מים ממלא תפקיד חשוב היכולת הצמחים להתמודד עם מים קצר - ארוכת-מתח-1,-2. צמחים לאגור אותם השורשים, הגבעולים, ואת העלים תאיים והן חוץ-תאית (למשל, כלי עצה) רווחים 2,3,4. . המים הוכח לתרום בין 10 ל- 50% של המים התגלה, diurnally2,5,6,7,8. ככזה, קיבוליות הידראולי צמח is a רכיב מפתח לאיזון המים הארצי יכול לשמש כמחוון של לחץ מים, בצורת תגובה התאוששות1, הוא גורם קריטי הנחוץ על מנת לתקן עבור הפרשי זמן שנצפה בין דיות, sap לזרום9,10,11. ניטור בזמן אמת של צמחייה מים תוכן יכול לשמש גם ביישומים חקלאיים כדי לסייע להגביל את הפרדס וחתוך ההשקיה על מנת להגביר את יעילות השקיה12,13. עם זאת, מדידות של רציף, תוכן גזע-מים מקומיים של מינים וודי7,14,15,16,17,18, 19 הם נדירים יחסית sap השטף מידות20. כאן, אנחנו חלוקה לרמות הליך של הכיול של חיישנים קיבול כדי לפקח על התוכן נפחי מים בתוך הגבעולים של עצים5,21.
התנהגויות hydrodynamic ותקנות השימוש במים בצמחייה הם מרכיב אינטגרלי של22,אדמה-צמח-האווירה הרצף23 , ולכן הם פקדים חשוב עבור פלקסים פחמן ומים בין הביוספרה ואווירה24,25. הדינמיקה של תכולת המים גזע מושפעים גורמים ביוטיים והן והאביוטיים. דלדול של מים המאוחסנות בגזע מושפעים לטווח קצר, ארוך מגמות ותנאי הסביבה, בפרט, לחץ אדים קשב, אדמה מים תוכן1,26. המאפיינים הפיזיים של עץ27 (למשל, צפיפות, מבנה הכלי), אסטרטגיה הידראולי מתהווים25 (למשל, iso - או anisohydric stomatal תקנה) לקבוע היכולת של צמח לאחסן ולהשתמש במים 19 , 26 , 28, ואת יכולה להשתנות על ידי מינים29,30. מחקרים קודמים הדגימו תפקידים שונים של קיבול טרופיים16,27,31,32,33 , ממוזג5,7 ,21 מינים, ואת שניהם angiosperms1,2,34 / gymnosperms6,11,17,19.
ידע משופרת של תכולת המים ביומסה לשפר את ההבנה של צמחייה אסטרטגיות עבור רכישת מים ולהשתמש1,2, יחד עם פגיעות מינים לשינויים החזוי משקעים משטרים35 ,36. הבנה נוספת של צמח מים שימוש אסטרטגיות יעזור לחזות הסטה דפוסי הדמוגרפי תחת האקלים בעתיד תרחישים37,38. באמצעות מודל-data fusion טכניקות39, תכולת המים גזע נתונים שהושגו באמצעות מתודולוגיה זו יכול לשמש כדי ליידע ולבדוק הידרודינמיקה מדרגיים, צמח ברמת מודלים40,41, 42,43,,44 , על מנת לשפר את החישובים של מוליכות stomatal, ומכאן, סימולציות של דיות והן ספיגת פחמן פוטוסינתטיים. מודלים מתקדמים אלה hydrodynamic עשוי לספק הפחתה משמעותית חוסר ודאות, שגיאה כאשר שולב משטח אדמה גדולים והארץ מערכות דגמים25,45,46, 47,48.
שיטות השתמשו כדי לפקח או לחשב את תכולת המים גזע כוללים עץ גלעון33,49, dendrometers אלקטרונית2,15,50, ההתנגדות החשמלית רשתות של sap השטף חיישנים32,33,53, המשדרים דאוטריום19, גאמה הקרנות הנחתה52, 51גזע psychrometers49ו משרעת11 וזמן4,12,13 תחום reflectometry (TDR). המאמצים האחרונים בדיקות הכדאיות של חיישנים קיבוליות באופן מסורתי שימש כדי למדוד את אדמת נפחי מים תוכן5,18,21,27. Reflectometry תחום תדר (FRD)-סגנון קיבוליות חיישנים עלות נמוכה ושימוש כמויות קטנות יחסית של אנרגיה למדידות רציפה, שהופך אותם כלי אטרקטיבי עבור מדידות ברזולוציה הטמפורלית גבוהה בתרחישים שדה. להקל על אוטומציה של רוזוולט על חיישנים TDR בסגנון מקלה על האוסף של ערכות נתונים רציפה של השמש-מדי שעה, ומונע רבים מן האתגרים שמעמידים במדידות TDR הדורש אורך כבל ניכר13. השימוש של חיישנים קיבוליות מקומיים מבטלת את הצורך גלעון חוזרות או סניף קציר, עשוי לספק דיוק משופרת עבור עץ המינים.מינים וודי למשוך מים בעיקר מקומות חוץ-תאית, כגון כלי עצה, או מודולים עץ או לנבוח גבוהה של גמישות, הם בדרך כלל לא מועמדים טובים dendrometer הפופולרי טכניקות מדידה עקב הרחבת גזע אלסטי נמוך 2. קיבול חיישנים מעריכים הדיאלקטרי מבודד, אשר ניתן להמיר ישירות לתוכן נפחי מים. עם זאת, מידות קיבול רגישים לצפיפות של התקשורת המקיפים את החיישן. לכן, אנו עו ד עבור ולידציות תלויי מין זה להמיר את הפלט של החיישנים נפחי מים עץ תוכן5,21.
אנו מציגים פרוטוקול עבור כיול תלויי מין להמיר קיבוליות חיישן פלט לתוכן מים הנפחי של עץ. בנוסף, ניתנים הוראות התקנה שדה של חיישנים קיבוליות בעצים מבוגרים של דיון של השיטה עוצמות, חולשות, והשערות. טכניקות אלה נועדו לפקח על תכולת המים נפח המטען, הגדולה עץ מים אחסון המאגר8, אך ניתן בקלות להרחיב את העץ כולו עם התקנה של חיישנים נוספים לאורך הענפים. מדידות של תכולת המים צמח דינאמי תקדם את השדות של הידרודינמיקה צמחייה, biometeorology והשטח דוגמנות.

<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

תחבורת מים ואחסון דרך הרצף אדמת-צמח-האווירה היא קריטית כדי מחזור המים הארצי, הפך אזור מיקוד המחקר העיקרי. ביומסה קיבוליות ממלא תפקיד חשוב ההתרחקות ליקוי הידראולי כדי דיות. עם זאת, רזולוציה טמפורלית גבוהה מדידות של שינויים דינמיים קיבול הידראולי של עצים גדולים הם נדירים. כאן, אנו מציגים נהלים כיול ושימוש חיישנים קיבוליות, לרוב נעשה שימוש כדי לפקח על תכולת המים בקרקע, כדי למדוד את תכולת המים הנפחי עצים בשטח... תדירות תחום reflectometry בסגנון תצפיות רגישים לצפיפות של התקשורת הנלמדים. לכן, יש צורך לבצע ולידציות תלויי מין להמיר הערכים דיווח חיישן של המקדם הדיאלקטרי מבודד לתוכן נפחי מים. הכיול מבוצע על ענף שנקטפו או גזע לחתוך קטעים יבשים או להתייבש מחדש כדי לייצר מגוון רחב של תוכן מים המשמש ליצירת רגרסיה מיטבית עם חיישן תצפיות. חיישנים נוספו למקטעים כיול או מותקן בעצים לאחר מראש קידוח חורים כדי סובלנות להתאים באמצעות תבנית מפוברק כדי להבטיח נכונה הנוהל יישור. טיפול מיוחד נלקח על מנת להבטיח כי חיישן שיני ליצור קשר טוב עם התקשורת שמסביב, ובמקביל לאפשר להם להוסיף ללא שימוש בכוח מופרז. נפחי מים dynamics תוכן שנמדדו באמצעות המתודולוגיה הציג להתיישר עם sap זרימה מדידות הוקלט תוך שימוש בטכניקות פיזור חום ונתונים סביבתיים כפייה. ביומסה מים תוכן נתונים יכול לשמש כדי לבחון את התחלתה של לחץ מים, בצורת תגובה ושחזור, ואני חש הפוטנציאל שיוחל כיול והתאמת של הדגמים החדשים של הידרודינמיקה ברמת המפעל, כמו גם את חלוקת מרחוק מוצרי לחות לתוך הרכיבים הנ ל-, הוחזק.

בחלק זה, אנו מציגים נתוני כיול עבור חמישה מינים עץ ביער המזרחי נפוץ, ואחריו ניתוח מפורט של מדידות של גזע-מים אחסון אצל שלושה אנשים Acer rubrum בעונת הגידול 2016. עקומות כיול נוצרו עבור Acer rubrum Betula papyrifera, אורן strobus, צפצפה grandidentata, ואת אלון רוברה (איור 1). ?...

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

כיול ושימוש קיבוליות חיישנים לעקוב אחר גזע תכולת המים עצים

קיבול הידראולי של ביומסה הוא מרכיב מרכזי של התקציב מים צמחיה, אשר משמש חוצץ כנגד לחצים הבצורת לטווח הקצר ולטווח הארוך. כאן, אנו מציגים פרוטוקול כיול ושימוש לחות הקרקע חיישני קיבוליות תכולת המים הגבעולים של עצים גדולים.

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

נטורי אפקט יכול לעזור לרפא העצים שלנו

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

שימוש בChironomidae (כפולי כנף) גלמי Exuviae כמהיר Bioassessment פרוטוקול לגופי מים צפים-שטח

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

השימוש במערכת אוטומטית (GreenFeed) לפקח פליטות המעיים מתאן ופחמן דו חמצני מבעלי חיים מעלה הגירה

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

Assay PCR דיגיטלי דופלקס כימות סימולטני של<em&gt; Spp אנטרוקוקוס.</em&gt; ואת מרקר HF183 הקשורים צואת האדם ווטרס

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

שימוש במחסנית סינון עבור הסינון של מי דוגמאות הפקת DNA הסביבה

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

שיטות Resampling הקרקע לעקוב אחר שינויים בריכוזיים הכימית של קרקעות יער

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

מבוקרת שחרורו של דו תחמוצת כלור בתוך מערכת אריזה מחוררת כדי להאריך את חיי האחסון ולשפר את הבטיחות של עגבניות ענבים

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

פשוט לשתול טכניקה מחדש הקמת עצי שבו מתרחשת בתדירות מושאן

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

הקמת חממה נייד בעלות נמוכה עבור שדה והשתמש מעבדה

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, אוגר נתונים קוד פתוח בעלות נמוכה כדי להעריך את תכולת המים 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 ...