Simulere temperatur i et jordinkubasjonseksperiment

Denne protokollen vil introdusere et toppmoderne miljøkammer og demonstrere en ny metode for temperaturkontroll for å forbedre eksperimentell utforming av jordinkubasjon. Den største fordelen med denne teknikken er dens evne til å etterligne størrelsen og amplituden til institutt jordtemperatur. Denne metoden kan brukes til å simulere de forskjellige oppvarmingsscenariene i jordinkubasjon, for eksempel ekstrem varme.

En potensiell utfordring med denne teknikken er å sette opp temperaturprofilen i kammeret. Det ville være nødvendig å observere og forstå de daglige temperaturvariasjonene i jorda. For å begynne, åpne programvaren på datamaskinen og klikk på Launch and Properties Toolbar-knappen for å konfigurere loggeren for de eksterne sensorene som brukes.

Angi navnet på loggerstasjonen og datainnsamlingsintervallet. Klikk deretter på Aktivert på Egenskaper-skjermen på de eksterne sensorportene som brukes, og velg sensoren og enheten fra rullegardinmenyen for hver sensorport. Til slutt klikker du på OK for å lagre innstillingene.

Last ned datasettet en gang i måneden og få en komplett oversikt over flere måneder som dekker vekstsesongen. For å analysere dataene fra temperaturregistrene, oppnå gjennomsnittlig timetemperatur i vekstsesongen ved å gjennomsnittlig alle observasjoner. For å oppnå middeltemperaturen for hver time daglig, gjennomsnitt temperaturene på samme time over alle dager i vekstsesongen.

I det sofistikerte kammeret starter du programvaren og klikker på Profil-knappen på hovedmenyskjermen for å opprette en ny fil. I inndatalinjen Filnavn skriver du inn SW Low. Ved å klikke på alternativet Øyeblikkelig endring, skriv inn 15.9 grader Celsius som en starttemperatur.

Skriv inn to på Minutter-raden for å opprettholde temperaturen i to minutter, og klikk på Ferdig-knappen. Deretter skriver du inn 15.9 grader Celsius som målsettpunkt under alternativet Rampetid, og på Timer-raden angir du 850 timer for å opprettholde temperaturen, klikker på Ferdig-knappen. I det andre kammeret legger du til fem grader Celsius til hver temperaturnode.

Opprett et nytt filnavn SW High og gjenta trinnene som ble vist før. I det tredje kammeret, legg til 23 ekstra trinn som tilsvarer 23 observerte jordtemperaturer hver time, og i det siste trinnet kalt Jump, sett 42 gjentatte løkker. Dette fører til scenariet med gradvis oppvarming eller GW Low.

I det fjerde kammeret legger du til fem grader Celsius til hver temperaturnode og gjentar trinnene som er vist tidligere. Dette vil tillate en simulering av varierende temperaturer i 42 dager ved et høyere temperaturnivå. gjennomføre en innledende løpetur i 24 timer og sende ut temperaturene som er registrert av de fire kamrene.

Plott temperaturene registrert av kamrene mot de som programmert. Hvis temperaturene oppnådd i kammeret samsvarer med temperaturene som programmert av en temperaturforskjell på mindre enn 0,1 grader Celsius i løpet av 24 timer, er kamrene egnet for jordinkubasjonseksperimentet. Hvis kriteriene ikke var oppfylt, gjenta en annen 24-timers test eller søk et nytt kammer.

I nærheten av temperatursondeområdet samler du fem jordprøver på null til 20 centimeter dybde og legger dem i en plastpose etter å ha fjernet overflateavfallslaget. Bland prøven grundig ved å vri, trykke og blande materialene i posen til ingen individuell jordprøve er synlig. Oppbevar prøvene i en kjøler fylt med ispakker og transporter prøvene til laboratoriet umiddelbart.

Fjern røttene i hver kjerne. Sikt den gjennom en jordsikt på to millimeter og bland og homogeniser prøven grundig. Vei 10 gram frisk jord.

Ovn tørk den i 24 timer ved 105 grader Celsius og vei den tørre jorda. Utlede forskjellen mellom ferske og tørre jordprøver og beregne forholdet mellom forskjell over tørr jordvekt for å bestemme jordfuktighetsinnholdet i et regneark. Vei 10 gram av feltet fuktig jord subsample og kvantifisere jord mikrobiell biomasse karbon ved kloroform fumigation, kaliumsulfat ekstraksjon og kalium per sulfat fordøyelsesmetoder.

Deretter veier du ett gram av feltet fuktig jord subsample og måle jord hydrolytisk og oksidativ ekstracellulær enzymaktivitet. Deretter veier du 16 felt fuktige jordunderprøver i 16 PVC-kjerner forseglet med glassfiberpapir på bunnen. Plasser kjernene i en liter mason krukker foret med en seng av glassperler for å sikre at kjernene ikke absorberer fuktighet.

Plasser fire krukker i hvert av de fire kamrene. Slå på kamrene og start programmet samtidig i fire kamre. Under inkubasjonen, ta alle krukkene i hvert av de fire kamrene og legg fargen på den bærbare karbondioksidgassanalysatoren på toppen av hver krukke for å måle jordens respirasjonshastighet.

Samle destruktivt alle krukker på slutten av inkubasjonen, det vil si på dag 42, og kvantifisere jordmikrobiell biomassekarbon og jordenzymaktivitet. Forutsatt en konstant respirasjonsfrekvens mellom to påfølgende samlinger, bruk respirasjonsfrekvensen ganger varigheten for å utlede den kumulative respirasjonen. Gjennomfør en treveis gjentatt målanalyse av varians eller ANOVA for å teste de viktigste og interaktive effektene av tid, temperatur og temperaturmodus på respirasjonshastighet og kumulativ respirasjon.

I tillegg gjennomføre en toveis ANOVA for å teste oppvarming og oppvarming scenario effekter på mikrobiell biomasse karbon og ekstracellulær enzymaktivitet. Illustrasjonen av temperaturendringsmodus i et jordoppvarmingseksperiment presenteres her. Konstant temperatur vedtatt av de fleste studier, konstant temperatur med varierende størrelse, lineær endring med positive og negative hastigheter, og ikke-lineær endring med uregelmessige og daglige mønstre er vist her.

Den gjennomsnittlige kumulative jordrespirasjonshastigheten under kontroll og oppvarmingsbehandlinger i trinnvis oppvarming og gradvis oppvarming i et 42-dagers jordinkubasjonseksperiment er vist i denne figuren. Innfeltene viser jordens respirasjonshastigheter som brukes til estimering og kumulativ respirasjon forutsatt en konstant respirasjonshastighet. Resultatene viser at oppvarming førte til betydelig større respiratoriske tap i begge oppvarmingsscenarier og gradvis oppvarming doblet oppvarmingsindusert respiratorisk tap i forhold til trinnvis oppvarming, 81% mot 40% Gjennomsnittlig mikrobiell biomasse karbon under kontroll og oppvarmingsbehandlinger i trinnvis og gradvis oppvarming i et 42 dagers jordinkubasjonseksperiment er presentert i denne figuren.

Her betegner S den signifikante effekten av oppvarmingsscenarioet basert på et treveis gjentatt tiltak ANOVA. Dette tallet representerer de gjennomsnittlige hydrolaser- og oksidaseaktivitetene som er under kontroll og oppvarmingsbehandlinger i trinnvis og gradvis oppvarming i et 42-dagers eksperiment. Etter at det er en utvikling, banet denne teknikken vei for jordbiogeokjemikere for å undersøke effekter av ulike oppvarmingsscenarier på jordrespirasjon og mikroene ved sofistikert programmering i kammeret.