Simulera temperatur i ett jordinkubationsexperiment

Detta protokoll kommer att introducera en toppmodern miljökammare och demonstrera en ny metod för temperaturkontroll för att förbättra den experimentella utformningen av en jordinkubation. Den största fördelen med denna teknik är dess förmåga att imitera storleken och amplituden av institutets marktemperatur. Denna metod kan användas för att simulera de olika uppvärmningsscenarierna vid markinkubation, såsom extrem värme.

En potentiell utmaning med denna teknik är att ställa in temperaturprofilen i kammaren. Det skulle krävas att man observerar och förstår dygnstemperaturvariationerna i jorden. För att börja, öppna programvaran på datorn och klicka på knappen Starta och egenskaper verktygsfält för att konfigurera loggern för de externa sensorerna som används.

Ange loggstationens namn och datainsamlingsintervallet. Klicka sedan på Aktiverad på skärmen Egenskaper på de externa sensorportarna som används och välj sensorn och enheten i rullgardinsmenyn för varje sensorport. Klicka slutligen på Okej för att spara inställningarna.

Ladda ner datauppsättningen en gång i månaden och få en fullständig post i flera månader som täcker växtsäsongen. För att analysera data från temperaturposterna, få den genomsnittliga timtemperaturen för växtsäsongen genom att medelvärdet av alla observationer. För att få medeltemperaturen för varje timme dagligen, medelvärde för temperaturerna på samma timme över alla dagar under växtsäsongen.

Starta programvaran i den sofistikerade kammaren och klicka på profilknappen på huvudmenyskärmen för att skapa en ny fil. På inmatningsraden för filnamn anger du SW Low. Genom att klicka på alternativet Instant Change anger du 15,9 grader Celsius som en initial temperatur.

Ange två på raden Minuter för att hålla temperaturen i två minuter och klicka på knappen Klar. Ange sedan 15.9 grader Celsius som målbörvärde under alternativet Ramptid och på raden Timmar anger du 850 timmar för att upprätthålla temperaturen, klicka på knappen Klar. I den andra kammaren, lägg till fem grader Celsius till varje temperaturnod.

Skapa ett nytt filnamn SW High och upprepa stegen som visas tidigare. I den tredje kammaren, lägg till ytterligare 23 steg motsvarande 23 observerade marktemperaturer per timme och vid det sista steget som heter Jump, ställ in 42 upprepade slingor. Detta leder till scenariot med gradvis uppvärmning eller GW Low.

I den fjärde kammaren lägger du till fem grader Celsius till varje temperaturnod och upprepar stegen som visas tidigare. Detta möjliggör en simulering av varierande temperaturer i 42 dagar vid en högre temperaturnivå. Genomför en preliminär körning i 24 timmar och mata ut de temperaturer som registrerats av de fyra kamrarna.

Plotta de temperaturer som registrerats av kamrarna mot de som programmerats. Om temperaturerna som uppnås i kammaren matchar temperaturerna som programmerats av en temperaturskillnad på mindre än 0,1 grader Celsius under de 24 timmarna, är kamrarna lämpliga för jordinkubationsexperimentet. Om kriterierna inte var uppfyllda, upprepa ytterligare ett 24-timmarstest eller sök en ny kammare.

Nära temperatursondområdet, samla fem jordprover på noll till 20 centimeter djup och lägg dem i en plastpåse efter att ha tagit bort ytskräpskiktet. Blanda provet noggrant genom att vrida, pressa och blanda materialen i påsen tills inget enskilt jordprov är synligt. Förvara proverna i en kylare fylld med ispaket och transportera proverna till labbet omedelbart.

Ta bort rötterna i varje kärna. Sikta den genom en jordsikt på två millimeter och blanda och homogenisera provet noggrant. Väg 10 gram färsk jord.

Ugnen torka den i 24 timmar vid 105 grader Celsius och väg den torra jorden. Härleda skillnaden mellan färska och torra jordprover och beräkna förhållandet mellan skillnad över torr markvikt för att bestämma markfuktighetshalten i ett kalkylblad. Väg upp 10 gram av fältets fuktiga jorddelprov och kvantifiera markens mikrobiella biomassakol genom kloroformrökning, kaliumsulfatextraktion och kalium per sulfatuppslutningsmetoder.

Väg sedan ett gram av fältets fuktiga jorddelprov och mät markens hydrolytiska och oxidativa extracellulära enzymaktivitet. Väg sedan 16 fältfuktiga jordprover i 16 PVC-kärnor förseglade med glasfiberpapper på botten. Placera kärnorna i en liter murarburkar fodrade med en bädd av glaspärlor för att säkerställa att kärnorna inte absorberar fukt.

Placera fyra burkar i var och en av de fyra kamrarna. Slå på kamrarna och starta programmet samtidigt i fyra kamrar. Under inkubationen, ta alla burkar i var och en av de fyra kamrarna och lägg färgen på den bärbara koldioxidgasanalysatorn ovanpå varje burk för att mäta markens andningshastighet.

Samla destruktivt alla burkar i slutet av inkubationen, det vill säga på dag 42, och kvantifiera markens mikrobiella biomassakol och markenzymaktivitet. Om du antar en konstant andningsfrekvens mellan två på varandra följande samlingar använder du andningsfrekvensen gånger varaktigheten för att härleda den kumulativa andningen. Genomför en trevägs upprepad mätningsanalys av varians eller ANOVA för att testa de viktigaste och interaktiva effekterna av tid, temperatur och temperaturläge på andningsfrekvens och kumulativ andning.

Dessutom genomföra en tvåvägs ANOVA för att testa uppvärmnings- och uppvärmningsscenarioeffekter på mikrobiell biomassakol och extracellulär enzymaktivitet. Illustrationen av temperaturförändringsläge i ett markuppvärmningsexperiment presenteras här. Konstant temperatur antagen av de flesta studier, konstant temperatur med varierande storlek, linjär förändring med positiva och negativa hastigheter och icke-linjär förändring med oregelbundna och dagliga mönster visas här.

Den genomsnittliga kumulativa jordandningen under kontroll och uppvärmningsbehandlingar vid stegvis uppvärmning och gradvis uppvärmning i ett 42-dagars jordinkubationsexperiment visas i denna figur. Insatserna visar markens andningshastigheter som tillämpas för att uppskatta och kumulativ andning förutsatt en konstant andningshastighet. Resultaten visar att uppvärmningen ledde till betydligt större andningsförluster i både uppvärmningsscenarier och gradvis uppvärmning fördubblade den uppvärmningsinducerade andningsförlusten i förhållande till stegvis uppvärmning, 81% mot 40% Det genomsnittliga mikrobiella biomassakolet under kontroll och uppvärmningsbehandlingar i stegvis och gradvis uppvärmning i ett 42-dagars jordinkubationsexperiment presenteras i denna figur.

Här betecknar S den betydande effekten av uppvärmningsscenariot baserat på en trevägs upprepad mätning ANOVA. Denna siffra representerar de genomsnittliga hydrolaser- och oxidasaktiviteterna under kontroll och uppvärmningsbehandlingar i stegvis och gradvis uppvärmning i ett 42-dagars experiment. Efter att det har utvecklats banade denna teknik vägen för markbiogeokemister att undersöka effekterna av olika uppvärmningsscenarier på markandning och mikros genom sofistikerad programmering i kammaren.