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 for denne studien ble gitt av US Department of Energy's Office of Science, Office av biologiske og miljøforskning, Terrestrial økosystem Sciences Program Award nr. DE-SC0007041, Ameriflux programmet under Flux kjerne området avtale nei 7096915 gjennom Lawrence Berkeley National Laboratory og National Science Foundation hydrologiske Science gi 1521238. Noen meninger, funn, og konklusjoner eller anbefalinger i dette materialet er de av forfatterne, og reflekterer ikke nødvendigvis synspunktene til virkemiddelapparat.

1. Velg et tre for Instrumentation
<ol>
	<li>Velg trær for måling. Ideelt sett, Velg trær som sunt med et generelt rundt stammen tverrsnitt og diameter mellom 1 - 2 ganger tine lengden eller massetetthet dyp større enn lengden på sensoren tines (~ 5 cm for bestemte kapasitans sensorer demonstrert her). Måle dybden av massetetthet med tre kjerner, eller for mange arter, beregne massetetthet dybde gjennom allometric formler knyttet massetetthet området for å demme diameter 29,<s...

Sesongmessige og dagaktive mønstre i stammen vanninnhold observert via kapasitans sensorer justere med trender i samtidige sap flux og miljømessige tvinge målinger (Figur 3, Figur 4, figur 5). Reservoarer stilk vann lagring er oppbrukt diurnally når tempoet av transpirasjon overgår veksten lade gjennom woody vev, og sesongen når fuktighet i jorda begrenser rot-vann tilgjengelighet<sup class=...

Vann lagret i plantemateriale spiller en vesentlig rolle i anleggene evne til å håndtere kort - og langsiktige vann stress1,2. Planter lagre vann i røtter, stilk, og blader i både intracellulær og ekstracellulære (f.eks vedvev fartøy) mellomrom 2,3,4. Dette vannet har vist å bidra mellom 10 og 50% av diurnally frem vann,2,,5,,6,,7,,8. Slik plant hydraulisk kapasitans er en viktig del av terrestriske vann balansen, kan brukes som en indikator på vannressursene, tørke respons og utvinning1og er en kritisk faktor nødvendig å korrigere observert etterslep mellom transpirasjon og sap flyt9,10,11. Real-Time overvåkning av vegetasjon vanninnhold kan også brukes i landbruket for å begrense orchard og beskjære vanning for å øke vanning effektivitet12,13. Imidlertid målinger av kontinuerlig, på plass stilk-vannet innholdet av woody arter7,14,15,16,17,18, 19 er sjeldne i forhold til sap flux målinger20. Her skissere vi en prosedyre for kalibrering av kapasitans sensorer for å overvåke volumetriske vanninnholdet i stilkene trær5,21.
Etter atferd og vannforbruk regulering av vegetasjon er en integrert komponent i jord-anlegget-atmosfære kontinuum22,23 er derfor viktig kontroller for vann og karbon flukser mellom de biosfæren og atmosfæren24,25. Dynamikken i stammen vanninnhold påvirkes av både biotiske og abiotiske faktorer. Uttømming og lade stilk lagret vann påvirkes av kort - og langsiktige trender i miljøforhold, spesielt Damptrykk underskudd og jord vann innhold1,26. De fysiske egenskapene til de tre27 (f.eks, tetthet, fartøy struktur) og emergent hydraulisk strategi25 (f.eks, iso- eller anisohydric øverst regulering) bestemme et anlegg muligheten til å lagre og bruke vann 19 , 26 , 28og varierer etter arter29,30. Tidligere studier har vist ulike roller av kapasitans i tropiske16,27,31,32,33 og tempererte5,7 ,21 arter, og i begge Dekkfrøede planter1,2,34 og gymnosperms6,11,17,19.
Forbedret kunnskap av biomasse vanninnhold vil bedre forståelse av vegetasjon strategier for vann oppkjøp og bruke1,2, sammen med Art sikkerhetsproblemet spådd endringer i nedbør regimer35 ,36. Videre forståelse av anlegget vannbruken strategier vil bidra til å forutsi skiftende demografiske mønstre under fremtidige klimaendringer scenarier37,38. Gjennom modelldataene fusion teknikker39, stilk vanninnhold data innhentet med denne metoden kan brukes til å informere og teste skalerbare, plante-nivå hydrodynamikk modeller40,41, 42,43,44 for å forbedre beregninger av øverst konduktans og, dermed simuleringer av transpirasjon og fotosynteseaktiviteten karbon opptak. Disse avanserte etter modeller kan gi en betydelig reduksjon i usikkerhet og feil når innlemmet i større land-overflate og jorden systemer modeller25,45,46, 47,48.
Metodene som brukes til å overvåke eller beregne stilk vanninnhold inkluderer tre coring33,49, elektronisk dendrometers2,15,50, elektrisk motstand 51, gamma stråling demping52, deuterium tracers19, nettverk av sap flux sensorer32,33,53, stammer psychrometers49, og amplituden11 og tiden4,12,13 domene reflectometry (TDR). Siste innsats har testet levedyktigheten til kapasitans sensorer som har tradisjonelt blitt brukt til å måle jord volumetriske vann innhold5,18,21,27. Frekvens domene reflectometry (FRD)-stil kapasitans sensorer er lavpris og bruke relativt små mengder energi for kontinuerlig målinger, noe som gjør dem til et attraktivt verktøy for timelige høyoppløselig målinger i feltet scenarier. Enkel automatisering av FDR over TDR stil sensorer forenkler innsamling av kontinuerlig sun-Times datasett, og eliminerer mange av utfordringene som er iboende i TDR målinger som krever betydelige kabellengder13. Bruk av på plass kapasitans sensorer eliminerer behovet for repeterende prøvetaking eller gren høsting, og kan gi forbedret nøyaktighet for løvtre arter.Woody arter som trekke vann hovedsakelig fra ekstracellulære områder, for eksempel vedvev fartøy, eller har høy tre eller bark moduli av elastisitet, er vanligvis ikke gode kandidater for populære dendrometer måling teknikker på grunn av lav elastisk stilk utvidelse 2. kapasitans sensorer anslå dielektrisk permittivity, som kan konverteres direkte til volumetriske vanninnhold. Kapasitans mål er imidlertid følsomme for tettheten av media rundt sensoren. Derfor argumentere vi for artsspesifikke kalibreringer konvertere utdataene fra sensorer til volumetriske tre-vann innhold5,21.
Vi presenterer en protokoll for en artsspesifikke kalibrering konvertere kapasitans sensoren utgang til volumetriske vanninnholdet av tre. Også er instruksjoner for feltet installasjon av kapasitans sensorer i modne trær og en diskusjon om metodens styrker, svakheter og forutsetninger. Disse teknikkene er utviklet for å overvåke volumetriske vanninnhold i bagasjerommet, den største treet vann lagring reservoaret8, men kan enkelt utvides til hele treet med installasjon av ekstra sensorer langs grenene. Målinger av dynamisk anlegget vanninnhold vil avansere vegetasjon hydrodynamikk, biometeorology og land-overflate 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

Vanntransport og lagring gjennom jord-anlegget-atmosfære kontinuum er avgjørende for bakkesendt vannets kretsløp, og har blitt en stor forskning fokusere område. Biomasse kapasitans spiller en vesentlig rolle i unngåelse av hydraulisk verdifall til transpirasjon. Imidlertid er timelige høyoppløselig målinger av dynamiske endringer i den hydrauliske kapasitans store trær sjeldne. Her presenterer vi prosedyrer for kalibreringen og bruk av kapasitans sensorer, vanligvis brukes til å overvåke jord vanninnhold, for å måle volumetriske vanninnholdet i trærne i feltet. Frekvens domene reflectometry stil observasjoner er følsomme for tettheten av media blir studert. Derfor er det nødvendig å utføre artsspesifikke kalibreringer konvertere fra sensoren rapporterte verdiene for dielektrisk permittivity til volumetriske vanninnhold. Kalibrering utføres på en høstet armen eller stilk skåret i segmenter som er tørket eller nytt hydrert for å produsere en hel rekke vann innholdet brukes til å generere en regresjonslinje regresjon med sensor observasjoner. Sensorer er satt inn i kalibrering segmenter eller installert i trær etter pre bore hull til en toleranse passer bruker en fabrikkert mal for å sikre riktig drill justering. Forsiktighet er tatt for å sikre at sensoren tinder gjøre god kontakt med omkringliggende media, mens de kan settes inn uten overdreven kraft. Volumetrisk vann innhold dynamics observert via presentert metodikken justere med sap flyt mål registrert bruker thermal spre teknikker og tvinge miljødata. Biomasse vann innholdsdata kan brukes til å observere utbruddet av vannressursene, tørke respons og utvinning, og har potensial til å brukes til kalibrering og evaluering av nye anlegg nivå hydrodynamikk modeller, samt partisjonering av eksternt sensed fuktighet produkter i over- og belowground komponenter.

I denne delen presenterer vi kalibreringsdataene for fem vanlige østlige skogen treslag, etterfulgt av en detaljert analyse av feltet målinger av stilk-vann lagring i tre Acer rubrum personer i 2016 vekstsesongen. Kalibrering kurver ble generert for Acer rubrum, Betula papyrifera, Pinus strobus, Populus grandidentata, og Quercus Red elefanter (figur 1). Av kurvene skilte seg med så mye som 97.7% s. grandidentata og A...

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 bruk av kapasitans sensorer for å overvåke Stem vanninnhold i trær

Den hydrauliske kapasitans av biomasse er en viktig del av vegetasjon vann budsjettet, som fungerer som en buffer mot kort og lang sikt tørke påkjenninger. Her presenterer vi en protokoll for kalibreringen og bruk av fuktighet i jorda kapasitans sensorer for å overvåke vanninnhold i stammer av høye trær.

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 Effect kan hjelpe kurere våre trær

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

Bruk av Chironomidae (Diptera) Surface-Floa pupal Exuviae som Rapid Bioassessment protokoll for vannforekomster

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

Bruk av et automatisert system (GreenFeed) til Monitor Ente metan og utslipp av karbondioksid 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 Kvantifisering av<em&gt; Enterococcus spp.</em&gt; Og Human Fecal-forbundet 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

Bruk av en filterpatron for filtrering av vannprøver og Utvinning av Miljø 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 for Soil Omsampling å overvåke endringer i den kjemiske Konsentrasjoner av skogsjord

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

Kontrollert frigjøring av klordioksid i en perforert pakkesystem for å forlenge holdbarheten og forbedre sikkerheten til drue 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 enkel plante teknikk for å etablere trær hvor hyppig oversvømmelse oppstår

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

Byggingen av en rimelig Mobile inkubator for feltet og laboratoriebruk

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 rimelig åpen kildekode Datalogger å anslå vanninnholdet av 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 ...