Simulering af temperatur i et jordinkubationseksperiment

Denne protokol vil indføre et avanceret miljøkammer og demonstrere en ny metode til temperaturkontrol for at forbedre det eksperimentelle design af en jordinkubation. Den største fordel ved denne teknik er dens evne til at efterligne størrelsen og amplituden af instituttets jordtemperatur. Denne metode kan anvendes til at simulere de forskellige opvarmningsscenarier i jordinkubation, såsom ekstrem varme.

En potentiel udfordring ved denne teknik er at indstille temperaturprofilen i kammeret. Det ville være nødvendigt at observere og forstå de daglige temperaturvariationer i jorden. For at begynde skal du åbne softwaren på computeren og klikke på knappen Start og egenskaber Toolbar for at konfigurere loggeren til de eksterne sensorer, der bruges.

Indstil loggerstationens navn og dataindsamlingsintervallet. Klik derefter på Egenskaber på skærmen Egenskaber Aktiveret på de eksterne sensorporte, der bruges, og vælg sensoren og enheden i rullemenuen for hver sensorport. Til sidst skal du klikke på Okay for at gemme indstillingerne.

Download datasættet en gang om måneden, og få en komplet rekord i flere måneder, der dækker vækstsæsonen. For at analysere dataene i temperaturregistreringerne skal du opnå den gennemsnitlige timetemperatur i vækstsæsonen ved at beregne gennemsnittet af alle observationer. For at opnå middeltemperaturen for hver time dagligt skal du gennemsnit temperaturerne på samme time på tværs af alle dage i vækstsæsonen.

I det sofistikerede kammer skal du starte softwaren og klikke på profilknappen på hovedmenuskærmen for at oprette en ny fil. I linjen Filnavn Input skal du indtaste SW Lav. Ved at klikke på indstillingen Øjeblikkelig ændring skal du indtaste 15.9 grader Celsius som en indledende temperatur.

Indtast to på rækken Minutter for at holde temperaturen i to minutter, og klik på knappen Udført. Indtast derefter 15.9 grader Celsius som målindstillingspunkt under indstillingen Rampetid, og på rækken Timer skal du indtaste 850 timer for at opretholde temperaturen, klikke på knappen Udført. I det andet kammer tilsættes fem grader Celsius til hver temperaturknude.

Opret et nyt filnavn SW High, og gentag de trin, der blev vist før. I det tredje kammer tilføjes 23 yderligere trin svarende til 23 observerede jordtemperaturer hver time, og ved det sidste trin kaldet Jump indstilles 42 gentagne sløjfer. Dette fører til scenariet med gradvis opvarmning eller GW Low.

I det fjerde kammer skal du tilføje fem grader Celsius til hver temperaturknude og gentage de trin, der er vist tidligere. Dette vil muliggøre en simulering af varierende temperaturer i 42 dage ved et højere temperaturniveau. Gennemfør en indledende kørsel i 24 timer og output de temperaturer, der er registreret af de fire kamre.

Plot temperaturerne registreret af kamrene mod dem som programmeret. Hvis de temperaturer, der opnås i kammeret, svarer til temperaturerne som programmeret med en temperaturforskel på mindre end 0,1 grader Celsius i løbet af de 24 timer, er kamrene egnede til jordinkubationseksperimentet. Hvis kriterierne ikke var opfyldt, skal du gentage endnu en 24-timers test eller søge et nyt kammer.

I nærheden af temperatursondeområdet skal du indsamle fem jordprøver i nul til 20 centimeter dybde og lægge dem i en plastikpose efter fjernelse af overfladeaffaldslaget. Prøven blandes grundigt ved at vride, trykke og blande materialerne i posen, indtil der ikke er synlig nogen individuel jordprøve. Opbevar prøverne i en køler fyldt med ispakker og transporter prøverne til laboratoriet med det samme.

Fjern rødderne i hver kerne. Sigt det gennem en jordsigte på to millimeter og bland grundigt og homogeniser prøven. Vej 10 gram frisk jord.

Ovntør det i 24 timer ved 105 grader Celsius og vej den tørre jord. Udled forskellen mellem friske og tørre jordprøver, og beregn forholdet mellem forskellen over tør jordvægt for at bestemme jordens fugtighedsindhold i et regneark. Vejer 10 gram af markfugtig jordunderprøve og kvantificer jordens mikrobielle biomassekulstof ved chloroformfumigation, kaliumsulfatekstraktion og kalium pr. Sulfatfordøjelsesmetoder.

Vej derefter et gram af marken fugtig jord delprøve og mål jord hydrolytisk og oxidativ ekstracellulær enzymaktivitet. Vej derefter 16 markfugtige jordprøver i 16 PVC-kerner forseglet med glasfiberpapir i bunden. Placer kernerne i en liters murerglas foret med en seng af glasperler for at sikre, at kernerne ikke absorberer fugt.

Placer fire krukker i hvert af de fire kamre. Tænd for kamrene og start programmet samtidigt i fire kamre. Under inkubationen skal du tage alle krukker i hvert af de fire kamre og lægge farven på den bærbare kuldioxidgasanalysator oven på hver krukke for at måle jordens respirationshastighed.

Opsamling destruktivt alle krukker i slutningen af inkubationen, det vil sige på dag 42, og kvantificer jordens mikrobielle biomasse kulstof og jordenzymaktivitet. Hvis du antager en konstant respirationshastighed mellem to på hinanden følgende samlinger, skal du bruge respirationshastigheden gange varigheden til at udlede den kumulative respiration. Udfør en trevejs gentagen målingsanalyse af varians eller ANOVA for at teste de vigtigste og interaktive effekter af tid, temperatur og temperaturtilstand på respirationshastighed og kumulativ respiration.

Derudover skal du udføre en tovejs ANOVA for at teste opvarmnings- og opvarmningsscenarieeffekter på mikrobiel biomassekulstof og ekstracellulær enzymaktivitet. Illustrationen af temperaturændringstilstand i et jordopvarmningseksperiment præsenteres her. Konstant temperatur vedtaget af de fleste undersøgelser, konstant temperatur med varierende størrelse, lineær ændring med positive og negative satser og ikke-lineær ændring med uregelmæssige og daglige mønstre er vist her.

Den gennemsnitlige kumulative jordrespirationshastighed under kontrol og opvarmningsbehandlinger ved trinvis opvarmning og gradvis opvarmning i et 42-dages jordinkubationseksperiment er vist i denne figur. Indsatserne viser jordens respirationshastigheder anvendt til estimeret og kumulativ respiration under forudsætning af en konstant respirationshastighed. Resultaterne viser, at opvarmning førte til signifikant større åndedrætstab i begge opvarmningsscenarier, og gradvis opvarmning fordoblede det opvarmningsinducerede åndedrætstab i forhold til trinvis opvarmning, 81% versus 40%Det gennemsnitlige mikrobielle biomassekulstof under kontrol og opvarmningsbehandlinger i trinvis og gradvis opvarmning i et 42-dages jordinkubationseksperiment er præsenteret i denne figur.

Her betegner S den signifikante effekt af opvarmningsscenariet baseret på en trevejs gentagen måling ANOVA. Dette tal repræsenterer de gennemsnitlige hydrolaser- og oxidaseaktiviteter under kontrol og opvarmningsbehandlinger i trinvis og gradvis opvarmning i et 42-dages eksperiment. Efter at det er en udvikling, banede denne teknik vejen for jordbiogeokemikere til at undersøge virkningerne af forskellige opvarmningsscenarier på jordånding og mikroerne ved sofistikeret programmering i kammeret.