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

Financiamento para este estudo foi fornecido do departamento de energia dos EUA escritório de ciência, escritório de biológicos e investigação ambiental, terrestre ecossistema Ciências no programa Award. DE-SC0007041, programa de gerenciamento de Ameriflux sob fluxo Core Site acordo n. º 7096915 através do Lawrence Berkeley National Laboratory e a nacional Science Foundation hidrológico ciência concessão 1521238. Quaisquer opiniões, conclusões e conclusões ou recomendações expressadas neste material são as dos autores e não refletem necessariamente as opiniões de agências de fomento.

1. escolha uma árvore para instrumentação
<ol>
	<li>Selecione árvores para medição. Idealmente, selecione árvores que são saudáveis com um corte transversal de caule geralmente redondo e um diâmetro entre 1 - 2 vezes o comprimento do dente, ou uma profundidade de alburno maior que o comprimento dos dentes sensor (~ 5 cm para os sensores de capacitância específico demonstrado aqui). Medir a profundidade do sapwood utilizando núcleos de árvore, ou para muitas espécies, calcular a profundidade do alburno at...

Padrões sazonais e diurnos no conteúdo de água do tronco observado através de sensores de alinharem-se com as tendências no fluxo de seiva simultâneas de capacitância e ambiental forçando as medições (Figura 3, Figura 4, Figura 5). Reservatórios de armazenamento de água do tronco estão esgotados répteis quando o ritmo da transpiração supera a taxa de recarga através de tecidos len...

Água armazenada no material vegetal desempenha um papel integral na capacidade das plantas para lidar com o stress de curto e longo prazo de água1,2. As plantas armazenam água nas raízes, caules, e folhas no intracelular e extracelular (por exemplo, vasos de xilema) espaços de 2,3,4. Esta água tem demonstrada contribuir entre 10 e 50% de água de répteis transpareceu2,5,6,7,8. Como tal, planta hidráulica capacitância é um componente chave do balanço hídrico terrestre, pode ser usada como um indicador do estresse hídrico, resposta seca e recuperação1e é um fator crítico necessário para corrigir defasagens de tempo observadas entre transpiração e sap fluam9,10,11. Monitoramento em tempo real do conteúdo de água de vegetação pode também ser usado em aplicações agrícolas para ajudar a restringir o pomar e irrigação de culturas a fim de aumentar a irrigação eficiência12,13. No entanto, medições do teor de tronco-água contínua, in situ de espécies lenhosas7,14,15,16,17,18, 19 são raros em relação de medições de fluxo de seiva20. Aqui, vamos descrever um procedimento para a calibração de sensores de capacitância para monitorar o conteúdo volumétrico de água dentro das hastes de árvores5,21.
Regulamento de utilização da água pela vegetação e comportamentos hidrodinâmicos são um componente integral da continuum solo-planta-atmosfera22,23 e, portanto, controles importantes para os fluxos de água e de carbono entre o biosfera e atmosfera24,25. A dinâmica do conteúdo de água do tronco é influenciada por fatores bióticos e abióticos. Depleção e recarga de água armazenadas no tronco são afetados pelas tendências de curto e longo prazo nas condições ambientais, em particular, déficit de pressão de vapor e água conteúdo1,26do solo. As propriedades físicas da madeira27 (por exemplo, densidade, estrutura do navio) e a estratégia emergente de hidráulica25 (por exemplo, iso - ou anisohydric Regulamento estomático) determinam a capacidade da planta para armazenar e utilizar água 19 , 26 , 28e podem variar amplamente de espécies29,30. Estudos anteriores têm demonstrado diferentes papéis de capacitância em tropical16,,27,31,32,33 e temperadas5,7 ,21 espécies e em ambas angiospermas1,2,34 e gimnospérmicas6,11,17,19.
Melhoria do conhecimento do teor de água de biomassa vai melhorar a compreensão das estratégias de vegetação para a aquisição de água e usar1,2, juntamente com a vulnerabilidade da espécie às mudanças previstas em regimes de precipitação35 ,36. Mais compreensão do uso da água planta estratégias ajudará a prever mudando padrões demográficos sob clima futuro cenários37,38. Através de de técnicas de fusão de dados-modelo39, teor de água do tronco dados obtidos usando esta metodologia podem ser usados para informar e hidrodinâmica escalável, nível de planta de teste modelos40,41, 42,,43,44 a fim de melhorar os cálculos de Condutância estomática e, desse modo, simulações de transpiração e absorção de carbono fotossintéticos. Estes modelos hidrodinâmicos avançados podem prever uma redução significativa na incerteza e erro, quando incorporado na terra-superfície maior e terra sistemas modelos25,,45,46, 47,,48.
Métodos utilizados para monitorar ou calcular o teor de água do tronco incluem árvore retirada do dielétrico33,49, eletrônico dendrometers2,15,50, resistência elétrica 51, de atenuação de radiação gama52, deutério traçadores19redes de seiva flux sensores32,33,53, psicrómetros49, da haste e amplitude11 e tempo4,12,13 domain reflectometry (TDR). Esforços recentes têm testado a viabilidade dos sensores de capacitância que tradicionalmente têm sido usados para medir o solo água volumétrico conteúdo5,18,21,27. Domínio de frequência reflectometria (FRD)-sensores de capacitância de estilo são de baixo custo e usar quantidades relativamente pequenas de energia para medições contínuas, tornando-os uma ferramenta atraente para medições de alta resolução temporal em cenários de campo. A facilidade de automação do FDR sobre sensores de TDR-estilo facilita a coleção de conjuntos de dados contínuas sol-de hora em hora e elimina muitos dos desafios inerentes a medições TDR exigindo substancial comprimentos de cabo13. O uso de sensores de capacitância in situ elimina a necessidade de retirada do dielétrico repetitivas ou ramo de colheita e pode fornecer maior precisão para espécies de madeira.Espécies lenhosas que retirar água principalmente espaços extracelulares, tais como vasos de xilema, ou tem alto módulo de madeira ou casca de elasticidade, geralmente não são bons candidatos para as técnicas de medição de dendrometer popular devido à haste elástica baixa expansão 2. sensores de capacitância estimam a permissividade dielétrica, que pode ser convertida diretamente para o conteúdo volumétrico de água. No entanto, medidas de capacitância são sensíveis à densidade da mídia em torno do sensor. Portanto, defendemos para calibrações específicas que converter a saída dos sensores volumétricos madeira-água conteúdo5,21.
Apresentamos um protocolo para uma calibração espécie-específicos converter a saída do sensor de capacitância para conteúdo volumétrico de água de madeira. Também são fornecidas instruções para a instalação do campo de sensores de capacitância em árvores maduras e uma discussão sobre do método pontos fortes, fraquezas e suposições. Estas técnicas são projetadas para monitorar o conteúdo volumétrico de água no porta-malas, a maior árvore água armazenamento reservatório8, mas podem ser facilmente expandidas para toda a árvore com a instalação de sensores adicionais ao longo dos ramos. Medições do teor de água da planta dinâmico vão avançar os campos de vegetação hidrodinâmica, Biometeorologia e modelagem de superfície da terra.

<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

Transporte de água e armazenamento através do continuum solo-planta-atmosfera é fundamentais para o ciclo da água terrestre e tornou-se uma área de foco de pesquisa principais. Capacitância de biomassa desempenha um papel integral em evitar a imparidade hidráulica a transpiração. No entanto, medições de alta resolução temporal de mudanças dinâmicas na capacitância hidráulica de árvores de grandes porte são raras. Aqui, apresentamos os procedimentos para a calibração e a utilização de sensores de capacitância, normalmente usado para monitorar o conteúdo de água do solo, para medir o teor volumétrico de água em árvores no campo. Frequência domínio reflectometria estilo observações são sensíveis à densidade dos meios de comunicação a ser estudados. Portanto, é necessário realizar calibrações específicas para converter os valores relatados sensor de permissividade dielétrica em conteúdo volumétrico de água. Calibração é executada em um ramo colhido ou tronco cortado em segmentos que são secas ou re-hidratados para produzir uma ampla gama de conteúdo de água usado para gerar um melhor ajuste de regressão com observações de sensor. Sensores são inseridos no segmentos de calibração ou instalados em árvores após furação prévia dos furos com uma tolerância de ajuste usando um modelo fabricado para garantir o alinhamento da broca apropriada. Especial cuidado é tomado para assegurar-se que dentes sensor façam bom contato com a mídia circundante, permitindo-lhes a ser inserido sem força excessiva. Dinâmica de conteúdo volumétrico de água observada através da metodologia apresentada alinhar com medições de fluxo de seiva gravadas usando técnicas de dissipação térmica e forçamento de dados ambientais. Dados de conteúdo de água de biomassa podem ser usados para observar o aparecimento de estresse hídrico, resposta seca e recuperação, e tem o potencial para ser aplicado para a calibração e avaliação de novos modelos de nível de planta hidrodinâmica, bem como para o particionamento de remotamente sentiu produtos de umidade em componentes acima - e belowground.

Nesta seção, apresentamos os dados de calibração para cinco espécies comuns de árvore de floresta Oriental, seguidos por uma análise detalhada das medições de campo de armazenamento de água do tronco em três indivíduos de Acer rubrum durante a estação de crescimento de 2016. As curvas de calibração foram geradas para Acer rubrum, Betula papyrifera, Pinus strobus, Populus grandidentata e Quercus rubra (Figura 1). Incl...

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

A calibração e a utilização de sensores de capacitância de monitorar o conteúdo de água do caule em árvores

A capacitância hidráulica da biomassa é um componente-chave do orçamento da água de vegetação, que serve como um amortecedor contra estresses seca de curto e longo prazo. Aqui, apresentamos um protocolo para a calibração e a utilização da umidade do solo sensores de capacitância para monitorar o conteúdo de água nas hastes das árvores de grandes porte.

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

Um Efeito Venturi pode ajudar a curar nossas árvores

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

Ambiente

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

Uso de Chironomidae (Diptera) Pupal Exuviae como um Bioavaliação Protocolo Rápido para massas de água de superfície flutuante

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

O uso de um sistema automatizado (GreenFeed) para monitorar entérica de metano e dióxido de carbono As emissões dos ruminantes

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

Um ensaio de PCR Duplex Digital para a simultânea Quantificação da<em&gt; Enterococcus spp.</em&gt; Ea Human Fecal-associado HF183 marcador no 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

O uso de um cartucho de filtro para Amostras de filtração de água e extração de DNA Ambiental

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

Métodos de Reamostragem do solo para monitorar as mudanças nas concentrações químicas de Solos Florestais

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

A libertação controlada de dióxido de cloro em um sistema de embalagem perfurada para prolongar a vida de armazenamento e melhorar a segurança dos Tomates da uva

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

Uma simples técnica de plantação para restabelecer as árvores onde ocorre a inundação frequente

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

Construção de uma incubadora móvel de baixo custo para o campo e uso em laboratório

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, um Datalogger aberto de baixo custo para estimar o teor de água de criptógamas Nonvascular

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