استجابة درجة الحرارة لمعدلات تحلل المادة العضوية في التربة: بناء وتطبيقات كتلة تدرج درجة الحرارة

ملخص

نقدم كتلة تدرج درجة الحرارة ونفصل بنائها واستخدامها. توفر الكتلة 22 درجة حرارة منفصلة، موزعة خطيا بين نطاق محدد من قبل المستخدم من 0 إلى 90 درجة مئوية. تمكن البيانات التي جمعت من هذا النظام من اختبار وتطوير نظريات جديدة حول استجابة الحرارة لمعدلات تحلل المواد العضوية في التربة.

الملخص

التربة هي أكبر خزان كربون (C) على الأرض، حيث تحتفظ بما يقارب ضعف كمية الكربون التي تحتفظ بها الغلاف الجوي. قد تعزز زيادات درجات الحرارة الناتجة عن تغير المناخ تحلل المادة العضوية في التربة (SOM)، مما قد يطلق ثاني أكسيد الكربون (_CO2) في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى تغذية راجعة إيجابية تجاه تغير المناخ. وهذا يطرح السؤال: كيف يمكننا تعريف استجابة معدلات تحلل SOM للتغيرات قصيرة المدى في درجة الحرارة؟ هل يمكننا استخدام هذه البيانات لملاءمة المعادلات الميكانيكية المعرفة في نماذج أنظمة الأرض لتنبؤات المناخ؟ ركزت معظم الأبحاث حتى الآن على حضانات التربة المخبرية عند درجات حرارة متقطعة مختلفة. ومع ذلك، فإن هذا لا يؤدي إلى منحنى استجابة درجة حرارة مفصل، وهو ما يلزم لاختبار فرضيات جديدة فرضتها أحدث التطورات في المجال، مثل نظرية معدل الجزيئات الكلية (MMRT). في هذه الورقة، نقدم كتلة تدرج درجة الحرارة، معدلة ومحسنة عن الأعمال السابقة، ونفصل عملية بنائها، ونقدم شرحا مفصلا لاستخدامها. كتلة تدرج درجة الحرارة هي كتلة ألمنيوم تحتوي على أربعة صفوف من 22 ثقبا منفصلا، مما يسمح بحضانة 88 ميكروكوز (60 مل) في نفس الوقت. يتم تبريد الكتلة من أحد الطرفين وتسخينها من الطرف الآخر، مما يخلق توزيعا خطيا لدرجة الحرارة. يوفر 22 نقطة درجة حرارة منفصلة على نطاق محدد من قبل المستخدم ضمن حدود من 0 إلى 90 درجة مئوية. بعد 3.5 ساعات من الحضانة، يقاس إنتاج_ثاني أكسيد الكربون من كل من 88 عالم مصغر. تظهر النتائج أن الكتلة تنتج تدرج درجة الحرارة الذي يحدده المستخدم وتسهل بناء منحنيات استجابة درجة الحرارة لتحليل SOM. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام البيانات التي تم جمعها من هذا الإعداد لاختبار وتطوير فرضيات ونظريات جديدة حول تأثير تغيرات درجات الحرارة على معدلات تحلل SOM، وهو مجال يزداد أهمية في سياق تغير المناخ.

المقدمة

زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون (_CO2) في الغلاف الجوي تؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة على الأرض¹. تم الإبلاغ عن هذه الظاهرة لأول مرة في عام 1856 بواسطة يونس فوت^{الثانية}، التي أجرت تجربة بسيطة لكنها رائدة. ملأت أسطوانة واحدة بالهواء المحيط وأخرى بثاني أكسيد الكربون_وسجلت درجات الحرارة في كلا الأسطوانتين¹. كانت النتائج واضحة: الأسطوانات_{ذات تركيزات} أعلى من ثاني أكسيد الكربون أظهرت درجات حرارة أعلى، مما يدل على تأثير الاحترار الناتج عن زيادة ثاني أكسيد الكربون 2 1 في الغلاف الجوي^. لهذا الملاحظة آثار كبيرة على تغير المناخ. اليوم، لا تزال رؤى فوت المبكرة تدعم علم المناخ المعاصر، حيث توجه الأبحاث حول كيفية تأثير ارتفاع مستويات_ثاني أكسيد الكربون على الاحتباس الحراري وتأثيرها على نظم بيئية مختلفة.

تحتزن التربة ما يقرب من ضعف كمية الكربون (C) التي تحتفظ بها الغلاف الجوي في المتر الأول، مما يلعب دورا حاسما في دورة C العالمية³. عملية رئيسية تؤثر على مخزونات C في التربة هي تحلل المادة العضوية في التربة (SOM)، والتي تحدد معدل إطلاق كربون مرة أخرى إلى الغلاف الجوي ^4,5. ارتفاع متوسط درجات الحرارة السنوية، المدفوع بتغير المناخ، لديه القدرة على تحفيز تحلل المادة العضوية في التربة (SOM)، مما يسرع إطلاق ثاني أكسيد الكربون_في الغلاف الجوي ^6,7. يمثل هذا آلية تغذية راجعة إيجابية لتغير المناخ، خاصة عندما تسرع درجات الحرارة الأعلى خسائر الكربون من خلال تحلل السطح المغناطيسي أكثر مما تحفز مدخلات الكربون الضوئية⁶. على الرغم من الأبحاث المكثفة حول الموضوع، لا يزال حجم واتجاه ما يسمى بردود فعل الكربون والمناخ الأرضي محل جدل واسع ^8,9,10,11. يرجع هذا الغموض إلى حد كبير إلى فجوات معرفية أساسية حول استجابة درجات الحرارة لمعدلات تحلل SOM. معالجة هذه الفجوات أمر أساسي لتحسين نماذج أنظمة الأرض ودمج تمثيلات نظرية لاستجابة درجات الحرارة لمعدلات تحلل SOM.

عادة ما يتم تمثيل استجابة درجة الحرارة لمعدلات تحلل SOM بقيمة Q₁₀ ومعادلة آرينيوس. تعرف قيمة Q₁₀ بأنها العامل الذي يضرب به المعدل عندما ترتفع درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية. على الرغم من التحديات في صلاحية المعالجات^{12، 13، 14، 15}، أصبح الربع_العاشر هو النهج الافتراضي لمقارنة استجابة درجات الحرارة للمعالجات المختلفة والتربة. تشير نظرية آرينيوس إلى زيادة أسية في معدلات العمليات، مثل معدلات تحلل SOM، مع ارتفاع درجة الحرارة¹⁶. ومع ذلك، تميل الأنشطة الإنزيمية الفعلية إلى اتباع شكل أحادي النمط مع أفضل حرارة مميزة وتنخفض عند درجات الحرارة الأعلى^{17، 18، 19}. تحاول معادلات أرينيوس تفسير هذا الانخفاض من خلال اقتراح إزالة طبيعة الإنزيمات إلى ما بعد الدرجة الحرارية^{الأمثل 6}. ومع ذلك، يحدث إزالة الطبيعة بالإنزيمات عند درجات حرارة أعلى من تلك الموجودة عادة في التربة، مما يشير إلى أن الإنزيمات تصل إلى أقصى درجات الحرارة قبل حدوث إزالة الطبيعة^19,20. علاوة على ذلك، فإن إضافة دالة ثانية إلى معادلة أرينيوس لأخذ الاعتبار انهيار معدلات التنفس بسبب إزالة الطبيعة لا يسمح بتقدير درجة حرارة نقطة التحول - وهي درجة الحرارة التي يبلغ عندها معدل تغير التنفس إلى أقصى^{حد 21,22}. وبالتالي، تفشل المعادلات القائمة على أرينيوس في التقاط الشكل الشائع المقاس لاستجابة درجة الحرارة العامة لمعدلات تحلل SOM ضمن نطاق درجات الحرارة التي تلاحظ عادة في التربة^14،23.

لمعالجة حدود نظرية أرينيوس، تم تطوير عدة معادلات لتمثيل حساسية العمليات البيولوجية لدرجة الحرارة؛ ومع ذلك، فإن القليل منها يستند إلى النظرية البيولوجية أو تم تطبيقه على التربة^24,25. من بين الأساليب البيولوجية، تتغلب نظرية معدل الجزيئات الكبيرة (MMRT) على بعض قيود معادلة آرينيوس من خلال دمج الخصائص الديناميكية الحرارية للجزيئات الكبيرة البيولوجية، مثل الإنزيمات²⁶. وبالمثل، تأخذ نظرية الأرينيوس بمساعدة الإنزيمات (EAAR) في الاعتبار الدور المعتمد على درجة الحرارة للأنزيمات في خفض طاقة تنشيط التفاعل^. تم تطبيق كلا المعادلتين بنجاح في دراسات الاستجابة الحرارية للتفاعلات الكيميائية الحيوية في التربة والكائنات الدقيقة^{17، 24، 27، 28}. توفر هذه المعادلات رؤى ميكانيكية قيمة حول استجابة درجة الحرارة لتحلل SOM وخطوات التفاعل الأساسية. ومع ذلك، غالبا ما يعيق اعتمادها الواسع وتمثيلها بالمعلمات بسبب التحديات التجريبية.

لكل من الدراسات الميدانية والمختبرية مزايا وحدود لفهم استجابة درجة الحرارة لمعدلات تحلل SOM. توفر التجارب الميدانية رؤى قيمة حول الاستجابة طويلة الأمد لمعدلات تحلل SOM في درجة الحرارة. ومع ذلك، قد يكون تفسير قياسات_{تدفق ثاني} أكسيد الكربون 2 في الميدان تحديا بسبب متغيرات مربكة مثل التنفس الذاتي التغذوي، وتغير الرطوبة، وإمكانية الوصول إلى الركيزة 29,30,31,32,33^. بينما تعتبر هذه التفاعلات ضرورية لقياس العمليات الواقعية، تركز هذه الدراسات عموما على استجابات النظام البيئي طويلة الأمد بدلا من قياسات العمليات الميكانيكية قصيرة المدى. فهم الاستجابة لدرجة الحرارة قصيرة المدى أمر بالغ الأهمية لتمثيل المعادلات التي تحددها نظريات حديثة مثل MMRT وEAAR، ولهذا الغرض، تعد الدراسات المخبرية أمرا أساسيا. تعاني العديد من الدراسات المخبرية عادة من تأثيرات مربكة لنفاد الركيزة، والتي تزداد مع وقت الحضانة ومعالجات درجة الحرارة 34,35,36. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم معظم التجارب المخبرية عددا قليلا فقط من معالجات درجة الحرارة^{37، 38، 39، 40}، مما يؤدي إلى ملاءمة معادلات أسية بسيطة أو حساب نسب Q₁₀ بدلا من المعادلات المتقدمة التي تتطلب قياس المعدلات عند عدد أكبر من درجات الحرارة المتقطعة⁴¹. لمعالجة هذه القضايا، من الضروري تطوير أساليب تجريبية جديدة تمكن من قياسات دقيقة لمعدلات تحلل SOM عبر نطاق أوسع من درجات الحرارة، مما يدعم الاختبار الدقيق وتطوير نظريات تحلل SOM فيما يتعلق باستجابة درجة الحرارة.

في هذه الورقة، نصف بناء واستخدام كتلة تدرج درجة الحرارة، التي لا تعالج فقط القيود التجريبية الحالية، بل توفر أيضا دراسة حديثة لإظهار الاستجابة قصيرة المدى لتحلل SOM لدرجة الحرارة. التصميم المعروض هنا هو تعديل للمنهجية التي طورها أولا توماس وآخرون (1963)⁴² ثم عدلها روبنسون وآخرون (2017)⁴¹. تشمل الفروقات الرئيسية 1) تحسين نظام التبريد، 2) تقليل وقت التشغيل عن طريق ربط الكتلة بمحلل ثاني أكسيد الكربون₂ لقياس تركيزات ثاني أكسيد الكربون مباشرة، و3) إلغاء الحاجة لنقل القوارير أثناء التجربة. بينما قدمت التقارير^{السابقة} 21,41,43 وصفا واسعا لكتلة درجة الحرارة، كانت التصميم التفصيلي وطرق البناء والاختبارات محدودة، مما حد من قدرة الباحثين الآخرين على استخدام هذا النهج. هنا، نقدم تفاصيل كاملة عن التصميم والبناء، ونعرض نتائج اختبارات متعددة لإظهار الوظيفة الصحيحة للإعداد لعينات التربة المختلفة.

البروتوكول

هنا، نقدم البناء التفصيلي والاستخدام العميق لكتلة تدرج درجة الحرارة. جميع المواد مع مواصفاتها الخاصة موجودة في الجدول التكميلي 1 وجدول المواد. بلغت تكلفة بناء وتجميع كتلة تدرج درجة الحرارة حوالي 20,000 يورو، باستثناء تكلفة محلل الغاز. تسمى هذه الكتلة التدرج الحرارية 'يونس' نسبة إلى يونس فوت.

1. بناء كتلة تدرج درجة الحرارة

1. راجع الشكل 1 لتصميم جسم كتلة تدرج درجة الحرارة.
2. بناء كتلة الألمنيوم
   1. ضع كتلة الألمنيوم الخام وتثبيتها في آلة طحن شاملة. أدخل القياسات والمواقع لكل ثقب في برنامج الجهاز. يحدد الشكل 2 موقع وقطر كل ثقب في الإعداد.
   2. احفر ثقوبا لقضبان التدفئة. في أحد طرفي الكتلة، احفر ثقبين بقطر 16 مم وعمق 133 مم. ضع هذه الثقوب بحيث تكون مراكزها على بعد 25 مم من الحافة العلوية و36.25 مم من الحواف الجانبية (الشكل 2).
   3. أنشئ نمط قلعة لعامل تبريد. في الطرف المقابل من الكتلة، حفر نمط قلعة على طول 180 مم (الشكل 3A). تأكد من أن نمط القلعة بسماكة 16 مم وعمقها 140 مم. احفر 12 حفرة إضافية ضمن نمط القلعة، كل منها بقطر 10 مم وعمق 140 مم. راجع الشكل 3B للموقع الدقيق وتوزيع هذه الثقوب.
      ملاحظة: تم إنشاء نمط القلعة لزيادة تلامس عامل التبريد مع الكتلة، وتعمل الفتحات الاثنتا عشرة لمنع التسرب.
   4. اصنع حشية لنمط القلعة. اقطع حشية ألمنيوم لتغليف عامل التبريد داخل الكتلة وضعه فوق نمط القلعة. يستخدم هذا لمنع تسرب عامل التبريد.
   5. احفر ثقوبا لتوصيل المبرد. على الجانبين الأمامي والخلفي للكتلة، قم بحفر ثقوب بقطر 15 مم لتوصيل المبرد (الشكل 4). ضع مركز الثقوب على عمق 75 مم. تأكد من أن الثقب في الجانب الأمامي يبعد 18 مم عن الحافة، والفتحة في الجانب الخلفي تبعد 162 مم عن الحافة. تأكد من أن هذين الثقبين يربطان بداية ونهاية نمط القلعة.
   6. احفر ثقوبا لحساسات درجة الحرارة. احفر 8 ثقوب بقطر 3 مم وعمق 150 مم. تقع هذه الحساسات في منتصف الكتلة وموزعة بشكل متساو على طولها. تأكد من أن مركز فتحة المستشعر الأولى على بعد 940 مم من الحافة، وآخر فتحة مستشعر تبعد 205 مم عن الحافة.
   7. احفر ثقوبا لقوارير 60 مل. قم بإنشاء 88 ثقبا، كل منها بقطر 28 مم وارتفاعه 144 مم. هذه الفتحات موزعة بالتساوي عبر البلوك. مركز أول وآخر ثقب قارورة يتوافق مع مراكز أول وآخر ثقوب حساس.
3. تحضير العزل
   ملاحظة: المادة العازلة مصنوعة من البولي إيزوسيانورات بسماكة 40 مم.
   1. باستخدام منشار دائري، قطع المادة العازلة إلى شكل شبه منحرف بزاوية 135°. لتغطية الجوانب الأربعة الطويلة لكتلة الألمنيوم، قم بقص مادة العزل إلى مستطيل بقياس 1080 مم × 230 مم. اقطع كل جانب من الجوانب الأربعة لهذا المستطيل بزاوية 135° لتناسب الكتلة بإحكام. أحد هذه الجوانب سيكون ملتصقا بغطاء البلوك. استخدم شريط الألمنيوم لحماية مادة العزل الخاصة بغطاء البلوك.
   2. بالنسبة للجانبين القصيرين من الكتلة، اقطع مادة العزل إلى مربع بقياس 230 مم × 230 مم. مرة أخرى، اقطع كل جانب من المربع بزاوية 135° لضمان التوافق الصحيح.
4. توصيل نظام التبريد (الشكل 5)
   ملاحظة: نظام التبريد المستخدم في هذا النظام مدمج وفعال في استهلاك الطاقة. يتم تشغيل نظام التبريد هذا عن طريق تدوير عامل تبريد طبيعي بسعة تبريد تصل إلى -30 درجة مئوية.
   1. قم بتثبيت وصلة الركبة وشوكة الخراطيم على الكتلة (الشكل 5C). ثم وصل الخرطوم الذي يوجه عامل التبريد إلى المبرد.
   2. غط الخرطوم بمادة عزل مرنة ليغطي الخرطوم بالكامل. هذا سيحافظ على المادة المبردة عند درجة الحرارة المطلوبة. اقطع مادة العزل المرنة وربطها بإحكام على الخرطوم، باستخدام مادة لاصقة لتثبيت العزل.
5. أدخل قضيب التدفئة والحساسات في الكتلة لضمان التركيب (الشكل 5D).
6. راجع الشكل 5 لنظرة عامة على الخطوات الموضحة أعلاه.

الشكل 1: تصميم الجسم وأجزاء من كتلة تدرج درجة الحرارة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 2: كتلة تدرج درجة الحرارة التي تحدد موقع وقطر الثقوب المستخدمة في استخدامات متعددة. الحرف "S" يدل على المستشعر. الأبعاد بالمليمتر (مم). يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 3: تصميم وقياسات نمط القلعة المستخدم كعامل التبريد. (أ) قياسات سمك وطول وقطر نمط القلعة، و(ب) المسافة والموقع ل 12 فتحة تستخدم لمنع التدفق. الأبعاد بالمليمتر (مم). يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 4: عرض جانبي لكتلة تدرج درجة الحرارة يشير إلى عمق كل ثقب وموقع وصلات المبرد. الحرف "S" يدل على المستشعر. الأبعاد بالمليمتر (مم). يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 5: نظرة عامة على بناء كتلة تدرج درجة الحرارة. (أ) حفر الثقوب لوضع القوارير بحجم 60 مل؛ (ب) بناء مادة العزل التي تغطي كتلة الألمنيوم؛ (ج) الاتصال وتغليف عامل التبريد؛ (د) إدخال قضيب التدفئة والحساسات في الكتلة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

2. بناء الهيكل المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ.

1. اقطع الفولاذ المقاوم للصدأ للجوانب الطويلة بأبعاد 1080 مم × 230 مم × 230 مم. بالنسبة للجوانب القصيرة، اقطع الفولاذ المقاوم للصدأ بأبعاد 230 مم × 230 مم. تأكد من عمل ثقوب لخرطوم التبريد، وحساسات، وقضبان التدفئة، والمقابض.
   ملاحظة: أحد الجوانب الطويلة يستخدم كغطاء للكتلة.
2. قم بتوصيل المقابض والمفصلات للغطاء وإغلاق الهيكل المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ بالحرارة.

3. بناء وحدة الإلكترونيات

ملاحظة: لا يجوز إلا لكهربائي مؤهل بناء الوحدة الإلكترونية. تم تطوير البروتوكول الموضح هنا وفقا لقوانين هولندا والاتحاد الأوروبي. فيما يلي نظرة عامة موجزة على المكونات الرئيسية المستخدمة؛ تم توفير تعليمات توصيل مفصلة في الملف التكميلي 1.

1. صمم المخطط الإلكتروني (الشكل 6).
2. ركبوا صناديق التوصيل.
   ملاحظة: تم تركيب صناديق التوصيل لحماية المكونات الكهربائية والتوصيلات من الأجسام الخارجية والأضرار.
   1. قم بتثبيت صناديق التوصيل الثلاثة بإحكام على غلاف الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام براغي التثبيت.
   2. نقاط دخول كابلات مجهزة. في صندوق التوصيل الرئيسي، قم بإزالة ستة ثقوب لغدد الكابلات. في الصندوقين الأصغر، قم بفتح فتحتين لغدد الكابلات. صندوق واحد يحتوي على مفتاح ثنائي الاتجاه، والآخر يحتوي على وصلات كابل قضيب التدفئة.
      ملاحظة: يستخدم المفتاح ثنائي الاتجاه لتشغيل وإيقاف الوحدة، مما يعني أنه يوفر الطاقة لقاطع الدائرة الصغير.
   3. في صندوق التوصيل الرئيسي، احفر ثقبا واحدا في الأعلى لإضاءة LED الخضراء.
      ملاحظة: يشير هذا الضوء إلى وقت تشغيل الجهاز، وتوفر الطاقة لكل مكون.
   4. اقطع وثبت سكة DIN في صندوق التوصيل الرئيسي. ثم حدد ثلاث ثقوب لتركيب البراغي التي ستثبت سكة DIN. قم بتركيب سكة DIN في صندوق التوصيل الرئيسي.
      ملاحظة: يستخدم سكة DIN لتسهيل تركيب المكونات الكهربائية. ويفضل وضعها تقريبا في وسط صندوق التوصيل الرئيسي.
3. تركيب المكونات الكهربائية.
   ملاحظة: استخدم الشكل 7 كمرجع وقم بتركيب كل مكون كهربائي.
   1. حدد موقع صندوق التوصيل لمفتاح الاتجاهين. قم بإزالة النصف العلوي من المفتاح للعثور على الجزء الذي يحتاج إلى المرور عبر لوحة الغطاء. قم بوضع علامة وحفر ثقب في لوحة الغطاء لصندوق توصيل المفتاح، والذي يحتاج إلى تركيب المفتاح بإحكام وتركيبه على لوحة الغطاء. استخدم تعليمات تثبيت المفتاح.
   2. في صندوق التوصيل الرئيسي، ضع محطة PE/GND على سكة DIN. ثم ضع قاطع الدائرة المصغر (MCB) على سكة DIN.
      ملاحظة: تستخدم محطات PE/GND كأسطح نهائية. يعد MCB قاطع دائرة مصغر، وهو قاطع الأمان الرئيسي في حال حدوث عطل أو نقص. عندما يكون MCB يعمل، يطبق الطاقة على مزود الطاقة AC/DC.
   3. ضع طرفين ثلاثيين للتغذية عبر السفينة على سكة DIN. استخدام طرفين مزدوجين للطرفين لربط بينهما في أعلى وأسفل محطات التغذية.
      ملاحظة: استخدم أطراف التغذية عبر التوصيل لربط أكثر من سلكين واستخدم الجسور لربط عدة طرفيات تغذية عبر التوصيل معا. ضمان اتصال آمن وموثوق باستخدام موصلات الفيرول.
   4. ضع مزود الطاقة المستمر على سكة DIN كما هو موضح في الصورة.
      ملاحظة: استخدمت هذه الدراسة مزود طاقة بجهد 24 فولت، 2.5 أمبير تيار متردد/تيار مستمر. الذي يستخدم طاقة التيار المتردد ويحولها إلى 24 فولت تيار مستمر لتلبية متطلبات طاقة الإدخال للمكونات الأخرى.
   5. ضع منظم الحرارة على سكة DIN كما هو موضح في الصورة. تأكد من عدم فقدان وحدة توصيل الكابل (اللون الأخضر في الشكل 7).
      ملاحظة: تم استخدام منظم حرارة للتحكم ومراقبة درجة الحرارة. هو نظام برمجي يعتمد على متصفح الويب يتطلب عنوان IP للوحدة لتسجيل الدخول وضبط درجة حرارة قضبان التدفئة وتسجيل البيانات. تم توصيل هذا النظام بشبكة المنطقة المحلية (LAN) ليتمكن من الاتصال بالوحدة من أي جهاز كمبيوتر في الحرم الجامعي.
   6. ضع سبع محطات ثلاثية للتغذية عبر القطار على سكة DIN كما هو موضح في الصورة. باستخدام ثلاثة جسور خماسية، قم بربط أول خمسة جسور تغذية معا عند الأطراف العليا والوسطى والسفلية.
   7. استخدم جسرين خماسيين لربط آخر جسرين في الأعلى والأسفل في الجزأ.
   8. ضع حامل فيوز واحد على سكة DIN كما هو موضح في الصورة.
      ملاحظة: تم استخدام فيوز بقدرة 630 مللي أمبير لحماية مكونات الوحدة من التلف في حال حدوث قصر كهربائي أو ارتفاعات في الطاقة.
   9. ضع وحدتي اتصال طرفية واحدة على سكة DIN كما هو موضح في الصورة.
   10. ضع مرحل الحالة الصلبة على سكة DIN كما هو موضح في الصورة.
       ملاحظة: يستخدم مرحل الحالة الصلبة لتشغيل وإيقاف قضبان التسخين.
   11. ضع طرفا واحدا من PE/GND كنقطة نهاية للنهاية.
4. لإجراء توصيل الأسلاك الكهربائية، راجع الشكل التكميلي 1.
5. للحصول على نظرة عامة على الوحدة الإلكترونية، راجع الشكل 7.

الشكل 6: مخطط للوحدة الإلكترونية. ألوان الأسلاك كالتالي: بني = خط التيار المتردد للجهد (VAC)، الأزرق = خط التيار المتردد للجهد (VAC)، الأخضر والأصفر = GND (الأرض/الأرض)، الأحمر = التيار المستمر للجهد (VDC) موجب، الأسود = سلبي VDC. أسلاك البيانات بيضاء، ولكن لتسهيل التعرف عليها، تظهر في هذا الشكل باللون الأخضر. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 7: صندوق التوصيل الرئيسي للوحدة الإلكترونية المتصل بكتلة تدرج درجة الحرارة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

4. تجميع كتلة تدرج درجة الحرارة

1. استخدم مادة العزل اللاصقة للصق مادة العزل على غلاف الفولاذ المقاوم للصدأ. اتركه يجف طوال الليل.
2. أدخل الحساسات وقضبان التدفئة داخل كتلة الألمنيوم.
3. ضع كتلة الألمنيوم داخل غلاف الفولاذ المقاوم للصدأ، وتوجيه الكابلات عبر فتحاتها الخاصة للاتصال بالوحدة الإلكترونية.
4. استخدم المفصلات لتثبيت غطاء الفولاذ المقاوم للصدأ المعزول على الكتلة.
5. قم بتثبيت نظام التبريد على كتلة الألمنيوم.
6. ضع كتلة تدرج درجة الحرارة في المختبر، لضمان أن جميع الاتصالات آمنة وتعمل (الشكل 8A). تأكد من أن المختبر يحتوي على طاولة متينة لا تقل عن 2 متر. تأكد من وجود وصول إلى الإيثرنت واتصالات الكهرباء. يرغب في الحصول على درجة حرارة محيطة محكمة لتحقيق أفضل تشغيل.

5. بناء نظام التدفق

ملاحظة: تم تصميم خط الغسل لتوحيد_{تركيزات} ثاني أكسيد الكربون 2 في كل قارورة عند بداية الحضانة. راجع الشكل 8B لرؤية نظام التدفق مع كتلة تدرج درجة الحرارة.

1. اقطع الأنبوب المرن الأصغر قطرا إلى 10 قطع، كل قطعة بطول 15 سم. ثبت إبرة في أحد طرفي كل من الأنابيب العشرة الصغيرة.
2. اقطع الأنبوب الأكبر قطرا إلى قطعة واحدة بطول 1 متر. ضع سدادة في أحد طرفي هذا الأنبوب وربط الطرف الآخر بموصل الهواء المحيط في المختبر.
3. قس وحدد الأنبوب الأكبر بفواصل 5 سم على طوله. عند كل فترة محددة، أدخل إبرة متصلة بأحد الأنابيب الصغيرة.

الشكل 8: كتلة تدرج درجة الحرارة. (أ) كتلة تدرج درجة الحرارة المثبتة في المختبر مع إغلاق الغطاء و(ب) مفتوح مع نظام التدفق معروضا. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

6. وصف وحدة حقن محلل الغاز

ملاحظة: يسمح محلل الغاز في هذا النظام بقياس_{تركيز ثاني} أكسيد الكربون 2 مباشرة في قوارير زجاجية بحجم 60 مل. نطاق هذا المحلل للغاز يتراوح بين 0 و10000 جزء في المليون بدقة 0.04 جزء في المليون عند 400 جزء في المليون. يأتي محلل الغاز مع مجموعة تقليل التدفق التي تقيس بمعدل 1.17 مل/ثانية.

1. تعديل أنبوب الحقن في محلل الغاز بإضافة مرشح خارجي بحجم 0.45 ميكرومتر وإبرة حقن (الشكل 9).
   ملاحظة: تمت إضافة فلتر 0.45 ميكرومتر كإجراء احترازي إضافي لتجنب دخول الماء إلى محلل الغاز. الإبرة بحجم 18 G وأبعاد 1.2 مم × 25 مم. تم اختيار الإبرة بناء على القطر لتقليل الضرر في الحاجز المطاطي في قوارير زجاجية بسعة 60 مل.
2. قم بتوصيل أنبوب حقن محلل الغاز بمدخل توصيل الأجهزة.
3. في نهاية أنبوب الحقن، قم بتثبيت موصل قفل لوير ذكر. باستخدام أنبوب مرن بقطر داخلي 1/4، ثبت قفل لوير على أنبوب الحقن. ثم قم بتثبيت فلتر 0.45 ميكرومتر باستخدام أنبوب مرن لإغلاق كل شيء معا.
4. في نهاية الفلتر بحجم 0.45 ميكرومتر، استخدم موصل ذكر وأنثى لتثبيت الإبرة بأمان.

الشكل 9: وحدة حقن محلل الغاز. (أ) أنبوب الحقن في محلل الغاز. (ب) مرشح خارجي بحجم 0.45 ميكرومتر وإبرة حقن. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

7. تصميم علاجات الحضانة

1. اختر عينات التربة.
   ملاحظة: تظهر عينات التربة المختارة لهذا المخطوطة وظائف البروتوكول وتعرض نوع البيانات التي يمكن جمعها باستخدام هذا الإعداد.
2. اختر نطاق درجة حرارة لحضانة الكتل، وهو نطاق يحدده المستخدم من 0 °م إلى 90 °م.
   ملاحظة: كان نطاق درجات الحرارة لهذه المخطوطة من 4 °م إلى 60 °م. إذا تم استخدام النظام خارج هذا النطاق، اتبع بروتوكولات السلامة المختبرية عند التعامل مع درجات حرارة عالية أو تحت الصفر.
3. خطط لتوزيع العينات بشكل عشوائي.
   ملاحظة: في هذه المخطوطة، تم توزيع العينات عشوائيا ضمن كتلة درجة الحرارة (المواقع A إلى D). على الرغم من أن هذه الدراسة اختبرت في البداية القراءة العشوائية للعينة بعد الحضانة، إلا أن ذلك أدى إلى أخطاء في وضع الوسم أثناء عملية القراءة. لذلك، تم إعطاء أولوية لترتيب قياس متسق (أي من درجات حرارة عالية إلى منخفضة).

8. تحضير العينات للمرحلة المسبق للحضانة

ملاحظة: للحد من التغيرات في المجتمعات الميكروبية في التربة، يفضل حضان عينات التربة طازجة في أقرب وقت ممكن بعد أخذ العينات. ومع ذلك، اعتمادا على القيود التجريبية واللوجستيات، قد تحتاج عينات التربة إلى تجفيف الهواء للنقل والتخزين قبل الحضانة. في هذه المخطوطة، تم توحيد إجراء تجفيف الهواء لمعالجة العينات قبل الحضانة.

1. قم بغربلة التربة الطازجة باستخدام منخل بحجم 2 مم. دع التربة المنخلة تجف عند 40 درجة مئوية لمدة 24 ساعة. يمكن تخزين هذه التربة المجففة بالهواء حتى المعالجة الإضافية.
2. ضع عينة التربة في علبة معدنية وامزجها جيدا. وزع التربة المختلطة في 22 قارورة زجاجية بحجم 60 مل مميزة مسبقا. باستخدام ورق الوزن، أضف 3 ± 0.03 جرام من التربة إلى كل قارورة بحجم 60 مل.
3. باستخدام ماصة، قم بضبط التربة لتناسب السعة المطلوبة لاحتجاز الماء (WHC) بناء على طريقة القمع. بعد ضبط محتوى الماء إلى نسبة WHC المستهدفة، سجل الوزن الدقيق لكل قارورة.
   ملاحظة: تم تعديل عينات التربة المختارة لهذه المخطوطة إلى 60٪ من ارتفاع الورم الكبير.
4. غطي القوارير باستخدام القطن للسماح بتبادل الهواء المحيط.
5. حضن العينات مسبقا لمدة 10 أيام في مختبر متحكم فيه بدرجة حرارة عند 20 درجة مئوية.

9. تعديل الورم الكبير أثناء فترة ما قبل الحضانة

1. بعد 7 أيام من الحضانة المسبقة، سجل وزن القوارير وضبط المؤشر على الهدف من العقد الكبير. استخدم الماصة بدقة وأضف الماء حسب الحاجة. احسب كمية الماء التي ستضيفها إلى كل قارورة باستخدام المعادلة 1.
   الماء للإضافة = الوزن_T0 (g) - الوزن_T7 (g) (1)
   حيث يمثل الوزن_T0 وزن القارورة عند الزمن صفر والوزن_T7 يمثل وزن القارورة بعد 7 أيام.

10. تهيئة كتلة تدرج درجة الحرارة

ملاحظة: يتم التحكم في نظام التبريد باستخدام اللوحة الموجودة في مقدمة الآلة. يتم التحكم في نظام التدفئة باستخدام المفتاح خلف الجهاز وواجهة إلكترونية.

1. اتبع تعليمات الشركة المصنعة لتشغيل نظام التبريد. اضغط على زر التشغيل مرة واحدة (البند أ، الشكل الإضافي 2). تأكد من أن أرقام درجة الحرارة وعدد دورات المحرك يجب أن تومض مع رسالة إيقاف. هذا يشير إلى أن النظام مفعل لكنه غير نشط حاليا.
2. فعل المضخة بالضغط على زر OK/Pump (العنصر E، الشكل الإضافي 2) والضغط على زر + أو - (العنصر G و F، الشكل الإضافي 2) لضبط سرعة الدوران إلى 3500. قبل تفعيل نظام التبريد، تحقق من أن مستوى السائل يحتوي على أضواء خضراء (البند L، الشكل التكميلي 2). إذا كان مستوى السائل أحمر، فهذا يعني أنه لا يوجد عامل تبريد كاف. تواصل مع مدير المختبر أو راجع دليل الشركة المصنعة.
3. تفعيل نظام التبريد بالضغط على درجة الحرارة (البند B، الشكل S2) والضغط على أزرار + أو - (البند D و C، الشكل الإضافي 2) لضبط درجة الحرارة °C إلى -1.6 °C. يجب أن تكون نقطة التعيين (البند O، الشكل الإضافي 2) تومض في الوضع. هذا يشير إلى أن نظام التبريد لم يصل إلى نقطة الضبط بعد.
   ملاحظة: درجة الحرارة المحددة في نظام التبريد ليست نفسها درجة الحرارة داخل البلوك.
4. قم بتشغيل المفتاح خلف الكتلة (الشكل الإضافي 3). تأكد من أن الضوء الأخضر يشتغل. هذا يشير إلى أن نظام التدفئة يعمل، لكن التحكم في درجة الحرارة غير نشط.
5. لتفعيل التحكم في درجة حرارة نظام التدفئة، افتح واجهة كتلة تدرج درجة الحرارة عبر الإنترنت عن طريق إدخال عنوان IP 10.75.117.227 في المتصفح. سجل الدخول باستخدام اسم المستخدم وكلمة المرور المرفقين لعرض درجة حرارة كل حساس (الشكل الإضافي 4). تعرض هذه الواجهة قيم المستشعرات، والتي يتم تحديثها كل 3 ثوان.
6. اضبط درجة حرارة التسخين المضبوطة إلى 60.00 درجة مئوية بالضغط على أسهم الأعلى/الأسفل . اضغط على زر التشغيل لتفعيل نظام التدفئة.
   ملاحظة: يستغرق الكتلة حوالي ساعة لتصل إلى تدرج حراري خطي مستقر.
7. بعد عشر دقائق من تشغيل البلوك، تحقق من نظام التحكم في السخان للتأكد من أنه يعمل. الجهاز يعمل عندما تكون درجة الحرارة مختلفة لكل مستشعر.

11. إعداد محلل الغاز

1. باتباع دليل تعليمات الشركة المصنعة، قم بتشغيل محلل الغاز بالضغط على زر التشغيل مرة واحدة. انتظر 45 دقيقة حتى تسخن الآلة.
2. قم بتوصيل الكمبيوتر بشبكة الواي فاي الخاصة بجهاز تحليل الغاز، والتي تعرف باسم المضيف الفريد (TG15-XXXXX) واستخدم كلمة المرور للاتصال.
3. اكتب اسم المضيف أو عنوان IP في متصفح الويب واضغط Enter للاتصال. ثم افتح قسم الإعدادات واختر تقليل معدل التدفق. إذا كان الخيار محددا بالفعل، فلا تغير أي شيء في البرنامج.

12. الاستعداد لتحميل العينات

1. قم بضبط ال WHC وفقا للقسم 6 من البروتوكول قبل ساعة واحدة من بدء الحضانة.
2. تحقق من نظام التحكم في السخان للتأكد من أنه وصل إلى درجة الحرارة المطلوبة قبل 10 دقائق من وضع العينات في البلوك.
3. شغل الموصل المحيط الموجود في المختبر.
4. وصل نظام التنظيف ووصل محلل الغاز بالكمبيوتر.

13. جمع الفراغات

1. الفراغات في السجلات باتباع هذين الإجراءين:
2. اربط خط التدفق بنظام الحقن في محلل الغاز وسجل ثاني أكسيد الكربون₍ بجزء في المليون) من خط التدفق مباشرة.
3. ضع خمس قوارير زجاجية بسعة 60 مل في حامل فارغ. لكل قارورة، ضع خط تفريغ واحد. بعد دقيقة واحدة، أخرج خط التنظيف وأغلق القارورة. انتظر أربع ساعات قبل قياس ثاني أكسيد الكربون_{2 داخل} القوارير.

14. تحميل العينات في كتلة تدرج درجة الحرارة

ملاحظة: في الكتلة سيكون لديك مواقع الكتل أ، ب، ج، د. ضع نفس العينة في نفس موضع الكتلة عبر الكتلة (الشكل 10). على سبيل المثال، العينة رقم 175 في وضع الكتلة A من 1 إلى 22، والعينة 45 في وضع الكتلة B من 1 إلى 22، وهكذا.

الشكل 10: مواقع القوارير داخل الكتلة. الحرف "S" يدل على المستشعر. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

1. افتح الكتلة، وضع الكمبيوتر ونظام التنظيف فوق غطاء الكتلة (الشكل 11). على طاولة متحركة، ضع الصناديق التي تحتوي على العينات.
   ملاحظة: ارتد قناع KN95 لتقليل_تباين ثاني أكسيد الكربون في العينات. هذا يمنع ثاني أكسيد الكربون_من التنفس من تلويث القوارير.
2. جهز جدول بيانات لتسجيل وقت إغلاق كل قارورة على حدة، وبالتوازي، تصور وقت محلل الغاز.
   ملاحظة: يستخدم وقت إغلاق كل قارورة لتطبيع المعدل أثناء معالجة البيانات.
3. ابدأ بتحميل العينات في كتلة تدرج درجة الحرارة. العمل على دفعات من ثماني عينات. ضع العينات غير المغطاة داخل الكتلة، بدءا من طرف التبريد. هذا يعني أن أول ثمانية عينات هي A1، B1، C1، D1، A2، B2، C2، D2.
4. ضع خط السحب في ثمانية قوارير وانتظر دقيقة واحدة. أخرج أنبوب السحب وأغلق القوارير فورا. في جدول بيانات، سجل الوقت الدقيق لإغلاق كل قارورة.
   ملاحظة: أدخل خط السحب بعناية في كل قارورة، مع التأكد من عدم ملامسته للتربة. هذا يمنع التلوث المتبادل ويساعد في الحفاظ على سلامة العينة.
5. أثناء تفريغ أول ثمانية قوارير، قم بتحميل الدفعة التالية من العينات في كتلة تدرج درجة الحرارة. على سبيل المثال، عينات التدفق هي: A1، B1، C1، D1، A2، B2، C2، D2. الدفعة التالية من العينات التي ستضيف هي: A3، B3، C3، D3، A4، B4، C4، D4.
6. ضع خط التدفق في الدفعة التالية من العينات.
7. كرر هذه الخطوات حتى يتم تحميل الكتلة بالكامل.
8. أغلق الكتلة وانتظر 3.5 ساعات من لحظة إغلاق العينة الأخيرة.
9. قم بضبط محلل الغاز على وضع السكون، بالضغط على زر الطاقة مرتين خلال 3 ثوان.
10. أغلق نظام الغسل باستخدام الصمام الأحمر الموجود في الحائط.

الشكل 11: إعداد كتلة تدرج درجة حرارة التحميل. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

15. بدءا من قياسات ثاني أكسيد الكربون₂

1. قم بإخراج محلل الغاز من وضع السكون بالضغط على زر التشغيل مرة واحدة قبل البدء بقياس_ثاني أكسيد الكربون. تحقق من إعدادات المحلل كما هو موضح في القسم 8.
2. شغل نظام التنظيف وضع محلل الغاز على الطاولة القابلة للتحريك (الشكل 12).
   ملاحظة: يجب أن تكون الطاولة المتحركة طويلة بما يكفي ليصل نظام حقن محلل الغاز إلى جميع العينات.
3. تحقق من قسم التشخيص في محلل الغازات (الشكل التكميلي 5). تأكد من أن حالة الأداة خضراء لجميع المكونات. هنا، هناك احتمالان:
   1. إذا كان كل شيء أخضر، ابدأ التحليل.
   2. إذا كانت هناك مكونات حمراء أو صفراء، تحقق من دليل محلل الغاز، وإذا لزم الأمر، اطلب المساعدة التقنية. إذا تم إصلاح الخطأ، فتابع قياسات_ثاني أكسيد الكربون. إذا لم يتم إصلاح الخطأ، أوقف التجربة.
4. افتح قسم الرسوم البيانية في محلل الغاز لعرض القياسات في الوقت الحقيقي. ضع في اعتبارك أن الجهاز يقيس ثاني أكسيد الكربون_{باستمرار من} الجو.
   ملاحظة: شاشة القياس متأخرة ~3-5 ثوان.
5. بعد 3.5 ساعات من الحضانة، ابدأ بقياس العينات. نبدأ بدرجات الحرارة الأعلى. على سبيل المثال، أول العينات التي يجب قراءتها هي: A22، B22، C22، وD22.
   ملاحظة: ارتد قناع KN95 عند قياس العينات عند درجات حرارة <15 درجة مئوية. هذا سيقلل من الضوضاء في البيانات.
6. توصيل إبرة الحقن في المحلل بخط تدفق بين العينات. هذا سيجعل تنظيف البيانات أسهل.
7. على أعلى الشاشة، توجد وظيفة REMARK في برنامج محلل الغاز. في كل مرة يتم قياس العينة، أنشئ ملاحظة فريدة وبسيطة. لا تنس الضغط على RENOTE قبل تشغيل كل عينة.
   ملاحظة: استخدم أرقاما فريدة أو معرف العينة الفريد كملاحظة. إذا حدث خطأ في الملاحظة، لاحظ الوقت الذي تم فيه قياس العينة. على سبيل المثال، دون ملاحظات عن الحقن المتأخرة، وإذا تم إنهاء التعليق مبكرا أو متأخرا، وما إلى ذلك.
8. أدخل الإبرة في قارورة عينة بسعة 60 مل لمدة 20 ثانية. بعد مرور هذه الثواني، أخرج الإبرة من القارورة.
   ملاحظة: سيواجه محلل الغاز مشاكل ضغط إذا تركت الإبرة داخل قارورة 60 مل لأكثر من 38 ثانية. تجنب ذلك لأن محلل الغاز سيتوقف عن العمل لبضع دقائق حتى يستقر الضغط مرة أخرى.
9. اتبع هذه الخطوات لقراءة العينات والفراغات الخمسة باستخدام محلل الغاز:
   ملاحظة: اضغط على زر الملاحظة في برنامج محلل الغاز على الإنترنت لبدء وإنهاء التعليق.
   1. ابدأ التعليق على hh:mm:00.
   2. أدخل الإبرة في القارورة بسرعة hh:mm:10.
   3. أخرج الإبرة من القارورة عند hh:mm:30.
   4. توقف عن التعليق على: hh:mm:45.
10. غير فلتر 0.45 ميكرومتر المتصل بإبرة حقن المحلل كل 16 عينات. هذا المرشح مصمم لالتقاط الرطوبة ومنع انسداد الفلاتر داخل المحلل.
11. كرر هذه الخطوات لجميع العينات.

الشكل 12: ضع محلل الغاز على الطاولة المتحركة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

16. تفريغ العينات من كتلة تدرج درجة الحرارة

1. واحدة تلو الأخرى، خذ عينات من الكتلة وضعها في صندوق. اتبع أحد هذه الخيارات:
   1. التفريغ أثناء قياس_ثاني أكسيد الكربون.
   2. التفريغ بعد قياس_{آخر عينة} ثاني أكسيد الكربون.
      ملاحظة: اختر أحد الخيارين بناء على متطلبات تحليل العينات المستقبلية بعد حضانة الكتل أو جدول المختبر. على سبيل المثال، قد تغير الخطوة 16.1.1 مدة الحضانة لبعض العينات، مما قد يؤثر على نتائج التحليلات اللاحقة. جدول المختبر (مثل ساعات الافتتاح والإغلاق) قد يكون عاملا محددا أيضا.
2. معالجة وتخزين العينات للتحليل المستقبلي.
   ملاحظة: في هذه الحالة، تم حفظ جميع العينات ال 88 بعد حضانة الكتل. باستخدام الملعقة، تم نقل العينة كاملة من قارورة زجاجية بسعة 60 مل إلى أكياس بلاستيكية معنونة مسبقا.

17. تحميل البيانات

1. لاستخراج البيانات التي تم جمعها باستخدام محلل الغاز، اذهب إلى البرنامج الإلكتروني الخاص بمحلل الغاز. انقر على الإعدادات ثم اضغط على أيقونة التحميل .
2. اختر الوقت المحدد الذي تم قياس العينة الأولى والأخيرة فيه. انقر على تحميل.
3. افتح جدول بيانات جديد، اختر فتح الملف. غير بحث الملف إلى جميع الملفات (*.*) وابحث عن المستند المحفوظ في الخطوة السابقة. ستفتح نافذة جديدة، ثم تختار إنهاء (Finish).

18. إيقاف الآلات

1. أطفئ محلل الغاز باستخدام زر التشغيل أو عبر واجهة البرنامج. لإيقاف تشغيل الجهاز باستخدام الزر، اضغط زر إيقاف التشغيل ثلاث مرات خلال 5 ثوان.
2. أطفئ نظام التبريد. اضغط على القفل (البند الأول، الشكل الإضافي 2) وزر الموافق/الضخ (البند ه، الشكل الإضافي 2). يجب أن يتوقف الضوضاء البيضاء. بعد أن تختفي الضوضاء البيضاء تماما، اضغط على أسفل OFF.
3. أطفئ نظام التدفئة. قم بإيقاف تشغيل نظام التحكم في كتلة تدرج درجة الحرارة باستخدام المفتاح خلف الآلة. تأكد من أن الضوء الأخضر يطفئ (الشكل الإضافي 3).

19. تحويل ثاني أكسيد الكربون₂ جزء في المليون إلى معدلات تنفس بوحدة ميكروغرام C لكل كجم من التربة في الساعة

1. استورد بيانات محلل الغاز إلى برنامج المعالجة اللاحقة (استخدمنا R)، واستخراج المتغيرات التالية: REMARK، TIME،_{CO 2}، و H2O.
2. أنشئ عمودا جديدا لاستخراج الثواني ذات الاهتمام، تحديدا من >30 ثانية إلى <35 ثانية.
3. قم بإزالة أي ملاحظات بها مشاكل متعلقة بانخفاض الضغط. خلال التجربة، قد تكون انخفاضات الضغط تسببت_في قراءات ثاني أكسيد الكربون أقل قليلا من المتوقع. هذه الانخفاضات الطفيفة (بين 3٪ و5٪ أقل من القيمة السابقة أو التالية) ليست تغييرات حقيقية في ثاني أكسيد الكربون، بل هي تشوهات (أخطاء) ناتجة عن انخفاض الضغط. لذلك، أزل قيم ثاني أكسيد الكربون₂ التي انخفضت قليلا (~3-5٪) مقارنة بقيمة CO₂ السابقة أو التالية.
4. احسب_{متوسط تركيز ثاني} أكسيد الكربون (ppm) لنقاط البيانات المتبقية. لكل عينة، اطرح متوسط الفراغات الخمسة المقاسة.
5. استيراد بيانات المختبر إلى برامج المعالجة اللاحقة (مثل R)، واستخرج المتغيرات التالية: REMARK، وزن التربة الجافة، ووقت الإغلاق.
6. لتحويل ثاني أكسيد_{الكربون} 2 جزء في المليون المقاس بواسطة المحلل إلى ميكروغرام كربون لكل جرام تربة، تطبيق المعادلة 2:
   
   حيث يتم التعبير عن تركيز_ثاني أكسيد الكربون 2 المقاس بواسطة محلل الغاز بوحدة ppm؛ وزن_جزيئي ثاني أكسيد الكربون 2 يساوي 44.01 جرام·^مول-1؛ P هو الضغط الجوي، يساوي 1 ويعبر عنه بالتيار الجو؛ R هو ثابت الغاز العالمي يساوي 0.082058 ويعبر عنه بوحدة atm·^mol-1· ^K-1؛ يتم حساب مساحة الرأس بناء على مساحة الرأس في قوارير زجاجية بحجم 60 مل معبرة عنها بالملليمتر؛ T هي درجة الحرارة الداخلية المفترضة للجهاز، تساوي 293.15 ومعبر عنها ب K؛ ووزن التربة الجافة يعبر عنه ب g.
7. ثم قسمنا على وقت الحضانة المعبر عنه بالساعات واضربها في 1000 لتحويل الجرام إلى كيلوغرامات من التربة.
8. وأخيرا، حول ميكروجرام ثاني أكسيد الكربون_{2 إلى} ميكروغرام من الكربون باستخدام الأوزان الجزيئية ل_CO2 و C. وهذا يؤدي إلى معدل تنفس معبرة بوحدة ميكروغرام C لكل كيلوغرام من التربة في الساعة.
9. احفظ أو صدر البيانات المعالجة لمزيد من التحليل.

النتائج

استقرار وتوزيع درجة حرارة الكتلة
خلال تطوير هذا البروتوكول، قمنا باختبار الخطية والاستقرار الزمني لدرجة الحرارة داخل الكتلة. بعد تشغيل نظام التبريد والمدفأة، يكون وقت تهيئة الكتلة حوالي ساعة واحدة، وخلال هذه الفترة تصل معظم حساسات الحرارة الثمانية الموزعة بشكل متساو إلى درجة الحرارة المستهدفة ثم تبقى ثابتة بعد تجاوز (الشكل 13A). بعد هذه الفترة، تؤكد درجات الحرارة المسجلة بواسطة الحساسات الثمانية توزيعا خطيا مثاليا لدرجة الحرارة على طول كتلة الألمنيوم (الشكل 13B).

الشكل 13: الخطية والاستقرار الزمني داخل كتلة تدرج درجة الحرارة. (أ) الاستقرار الزمني لدرجات الحرارة داخل الكتلة خلال فترة الحضانة، و(ب) درجة الحرارة المسجلة بواسطة الحساسات في وقت بدء الحضانة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

درجة حرارة الكتلة ودرجة حرارة التربة
اختبرنا الوقت اللازم لوصول عينة التربة داخل الكتلة إلى درجة الحرارة المسجلة بواسطة الحساسات الثمانية (الشكل 14). في هذه الدراسة، قمنا بقياس درجة حرارة عينات التربة في ثمانية مواقع مختلفة داخل الكتلة، تقع بالقرب من الحساسات. كانت الحساسات، الموضوعة داخل الكتلة مثبتة مسبقا عند درجة حرارتها المستهدفة. وفقا للبروتوكول المذكور أعلاه، بمجرد استقرار درجات حرارة الكتل، تم وضع عينات التربة داخل الكتلة. لهذا الاختبار، استخدمنا حساسات إضافية منفصلة عن الكتلة. استخدمنا 15 جراما من التربة، لضمان أن مسبار الحساس كان على اتصال كامل مع التربة. تركت عينات التربة بدون غطاء، وتم تسجيل درجة الحرارة كل دقيقة لمدة إجمالية بلغت 30 دقيقة. خلال هذا الاختبار، تم إغلاق الكتلة قليلا لتقليل تغير درجة الحرارة وإعادة إنتاج أكبر قدر ممكن من ظروف الاستخدام الحقيقية (مغلقة تماما). وجدنا أن استقرار عينات التربة يستغرق حوالي 12 دقيقة عند درجة الحرارة المستهدفة. اعتبرنا أن وقت التثبيت هذا مقبول، نظرا لأن الحضانات تستمر لمدة لا تقل عن 3.5 ساعات. بالإضافة إلى ذلك، قمنا بتقييم خطية درجة حرارة التربة بعد 12 دقيقة من حضانة الكتل. تشير النتائج إلى أن درجات حرارة التربة تظهر علاقة خطية، تتوافق بشكل وثيق مع الخطية التي لوحظت في الحساسات الثمانية (الشكل 15).

الشكل 14: درجة حرارة التربة المسجلة التي تم حضانها عند درجات حرارة مختلفة. تم حضنة العينات A وB وC وD في قوارير موضوعة بالقرب من الحساسات المقابلة (انظر الشكل 10 للمرجعية). تم تسجيل درجة حرارة التربة بواسطة ثرومبلين تم إدخاله مباشرة في عينات التربة. درجات الحرارة المحددة التي يراقبها كل حساس هي كما يلي: (أ) المستشعر 1 (س1) عند 4.1 درجة مئوية، (ب) المستشعر 2 (النمط 2) عند 12.5 درجة مئوية، (ج) المستشعر 3 (الثالث عند 20.1 درجة مئوية)، (د) المستشعر 4 (الجيل الرابع) عند 28.1 درجة مئوية، (ه) المستشعر 5 (ال5) عند 36.1 درجة مئوية، (ف) المستشعر 6 (السادس) عند 43.8 درجة مئوية، (ج) المستشعر 7 (القسم 7) عند 51.9 درجة مئوية، و(H) الحساس 8 (S8) عند 60 درجة مئوية. بعد وضع عينات التربة في الكتلة، يستغرق الوصول إلى درجة الحرارة المستهدفة حوالي 12 دقيقة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 15: ارتباط خطي قوي بين درجة حرارة التربة ودرجة حرارة المستشعر. وضعت أربع قوارير تحتوي على تربة بالقرب من الحساسات الثمانية في مواقع الكتل A وB وC وD. تم تسجيل درجة حرارة التربة بواسطة ثرومبلين تم إدخاله مباشرة في عينات التربة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

تفاعل درجة الحرارة والرطوبة
هناك تفاعل حتمي بين درجة الحرارة والرطوبة يجب تقييمه خلال فترة الحضانة. على سبيل المثال، يمكن لدرجات الحرارة العالية أن تسرع التبخر، بينما يمكن أن تسبب درجات الحرارة المنخفضة تكثف المياه. في هذا الاختبار، استخدمنا أربع عينات تربة مختارة عشوائيا ذات قوام مختلف (الجدول التكميلي 2). وفقا للبروتوكول، تم وضع كل عينة تربة في نفس موضع الكتلة عبر جميع درجات الحرارة ال22. تظهر النتائج أنه بعد متوسط وقت الحضانة البالغ 3.5 ساعات، أدت درجات الحرارة الأعلى إلى فقدان رطوبة أكبر مقارنة بدرجات الحرارة المنخفضة، بغض النظر عن ملمس التربة (الشكل 16). كانت التربة الحضانة عند 60 درجة مئوية تفقد في المتوسط 12٪ من إجمالي المياه المضافة، في حين أن التربة التي تحضن عند 4.1 درجة مئوية فقدت في المتوسط 1.88٪ فقط من إجمالي المياه المضافة. وهذا يعني أنه خلال 3.5 ساعة من حضانة الكتل، تم الحفاظ على التربة ضمن ظروف رطوبة مثالية، تتراوح بين 50٪ و60٪ من قدرة احتجاز الماء، بغض النظر عن درجة حرارة الحضانة^44.45 (الشكل التكميلي 6).

الشكل 16: فقدان رطوبة التربة النسبي أثناء حضانة الكتل في أربع عينات مختلفة. تم حساب فقدان الرطوبة بالنسبة لإجمالي كمية الماء المضافة لتعديل الكمية البيضاء للمصادم الكبير. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

قياسات تركيز ثاني أكسيد الكربون₂
لاختبار دقة ودقة محلل الغاز، أجرينا أربع قياسات لغاز مرجعي معتمد (413 ± 5 جزء في المليون ثاني أكسيد الكربون₂)، حيث سجل المحلل 413.71 ± 0.60 (جزء في المليون ثاني أكسيد الكربون₂، متوسط ± SD). أكد هذا الدقة العالية والدقة_{لقياسات} ثاني أكسيد الكربون التي سجلها محلل الغاز. بالإضافة إلى ذلك، وللالتزام بمواصفات الشركة المصنعة، يجب إجراء اختبار سنوي باستخدام غاز مرجعي معتمد.

نظرا لزمن التأخير الناتج عن خط الحقن ومجموعة معدل تقليل التدفق إلى محلل الغاز، أجريت عدة اختبارات لتحديد زمن القياس الأمثل. تظهر النتائج أن خط الحقن يسبب تأخيرا يقارب خمس ثوان. في هذا الإعداد، يكون زمن القياس المثالي هو 20 ثانية، مما يسمح بوقت كاف لملء_{وحدة كشف ثاني} أكسيد الكربون 2 والوصول إلى توازن لمدة 5 ثوان (الشكل 17). نظرا لأن مجموعة تقليل معدل التدفق تقيس بمعدل 1.17 مل/ثانية، فإن وقت القياس هذا يعادل أخذ عينات بنسبة 39٪ من محتوى الهواء في قوارير 60 مل. بالإضافة إلى ذلك، لاحظنا أنه عندما يستخدم محلل الغاز كنظام مغلق، يحدث انخفاض في الضغط. يحدث هذا الانخفاض خلال فترة ثانية واحدة عندما لا يكون هناك حقن هواء أثناء استخراج الإبرة من القارورة. لأخذ هذا الانخفاض في الضغط أثناء معالجة البيانات في الاعتبار، استبعدنا_{قيم ثاني} أكسيد الكربون 2 التي تكون أقل قليلا (بين 3٪ و5٪) من القيمة السابقة أو التالية.

الشكل 17: الوقت الأمثل للقياس لعينة تربة فردية حضنت عند ثلاث درجات حرارة مختلفة. يوضح هذا الرسم البياني وقت حقن واستخراج الإبرة، وتوازن ثاني أكسيد الكربون₂ لمدة 5 ثوان، وانخفاض الضغط المرتبط بالإطار الزمني المختار. Incubation_ID يظهر موقع الكتلة (C) ومواقع القوارير (5، 10، و15). يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

اختبار البروتوكول الكامل
لتقييم وظيفة البروتوكول وقابليته للتكرار، قمنا بحضانة عينتين مختلفتين، كل منهما يحتوي على أربع نسخ تقنية، عبر 22 درجة حرارة منفصلة تتراوح بين 4 °م إلى 60 °م. تم اختيار عينات التربة هذه لإظهار نوع البيانات التي يتم إنتاجها بهذا الإعداد وأدائه. يمكن العثور على خصائص عينة محددة في الجدول التكميلي 2. تلتقط كتلة تدرج درجة الحرارة بشكل موثوق معدلات تنفس التربة لعينات التربة المختلفة في كل نقطة حرارة، مما يسمح لنا برؤية منحنى استجابة درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، كانت منحنيات استجابة درجة الحرارة الناتجة لجميع النسخ متطابقة تقريبا، كما يتضح من الانحراف المعياري الصغير حول متوسط معدلات التنفس عبر جميع درجات الحرارة (الشكل 18). تظهر هذه النتائج قابلية تكرار عالية وتؤكد دقة البروتوكول.

الشكل 18: معدلات تحلل السطح المنخفض التمثيلية (Rs) لتربتين، كل واحدة تقاس بأربع نسخ تقنية محتضنة عبر كامل تدرج درجة الحرارة. تمثل النقاط متوسط معدلات التنفس عند كل درجة حرارة، وتشير أشرطة الخطأ إلى الانحراف المعياري بين النسخ التقنية. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

تم إجراء اختبار ثان لإثبات التطبيق العلمي للبروتوكول. قمنا بقياس معدلات تنفس التربة عبر تدرج درجة الحرارة الكامل وقمت بمطابقة البيانات باستخدام نموذج أرينيوس أو MMRT (الشكل 19). تم اختيار هذه العينات من التربة لإظهار أداء النظام لمنحنيات استجابة درجات الحرارة المتباعدة (تم توفير خصائص العينة في الجدول التكميلي 2). تظهر النتائج أن البيانات التي تم جمعها باستخدام كتلة تدرج درجة الحرارة يمكن تحليلها بشكل أعمق من خلال اختبار نظريات مختلفة حول حساسية درجة حرارة معدلات تحلل SOM. ومع ذلك، تظهر تحديات عند العمل مع تربة طازجة في أي تجربة. خلال فترة العشرة أيام التي سبقت الحضانة، لاحظنا نمو مجتمعات فطرية داخل بعض القوارير في عينات التربة خارج مجموعة العينات الممثلة. على الرغم من جهودنا لإزالة المجتمعات الفطرية بعناية دون إزعاج التربة، إلا أن هذا النمو أثر على نتائج بعض العينات (الشكل 20). لذلك، قررنا التخلص من العينات المتأثرة بإزالة العينة بالكامل، وليس فقط القوارير الفردية المتأثرة بنمو الفطريات.

الشكل 19: النتائج التمثيلية ومعدلات التنفس (Rs) لأربع عينات تربة مختلفة تم حضانتها في كتلة تدرج درجة الحرارة. الخط الأحمر يمثل ملاءمة (A,B) لأرينيوس، والخط الأزرق يمثل ملاءمة MMRT (C,D). يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 20: أنماط معدل التنفس لبعض العينات المتأثرة بنمو الفطريات. هذه النتائج هي أمثلة على (A,B) عينتين ملوثتين تم استبعادهما من التحليل الإضافي. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل الإضافي 1: دائرة NO/NC الأساسية. " قد يشار إلى C" أيضا ب "COM" للكلمة الشائعة. يرجى الضغط هنا لتحميل هذا الملف.

الشكل الإضافي 2: لوحة تحكم نظام التبريد. يرجى الضغط هنا لتحميل هذا الملف.

الشكل الإضافي 3: مفتاح النظام ومؤشر الإضاءة. (أ) مفتاح نظام التحكم في كتلة تدرج درجة الحرارة؛ و(ب) الضوء الأخضر الذي يشير إلى أن الحساسات ونظام التدفئة مفعلان. يرجى الضغط هنا لتحميل هذا الملف.

الشكل الإضافي 4: التحكم في سخان كتلة تدرج درجة الحرارة في الواجهة الإلكترونية. يرجى الضغط هنا لتحميل هذا الملف.

الشكل الإضافي 5: قسم التشخيص في محلل الغازات. كل شيء أخضر يعني أن الجهاز جاهز للقياسات. يرجى الضغط هنا لتحميل هذا الملف.

الشكل الإضافي 6: قدرة احتجاز المياه للتربة التي تم حضنها بدرجات حرارة مختلفة، والقياسات المسجلة بعد 3.5 ساعات من حضانة الكتل. يرجى الضغط هنا لتحميل هذا الملف.

الملف الإضافي 1: تعليمات توصيل مفصلة. يرجى الضغط هنا لتحميل هذا الملف.

الجدول التكميلي 1: قائمة المواد بالكمية المطلوبة. يرجى الضغط هنا لتحميل هذا الملف.

الجدول التكميلي 2: خصائص عينات التربة المستخدمة في اختبار فقدان الرطوبة والبروتوكول الكامل. تم اختيار هذه العينات لإظهار وظيفة البروتوكول. تصنيف الملمس يتبع نظام وزارة الزراعة الأمريكية، حيث يتم التعبير عن الخشن، والطين، والطمي، والرمل كنسب مئوية. يشير OC إلى محتوى الكربون العضوي (g C^·kg-1 تربة)، حيث تم قياس الرقم الهيدروجيني في الماء، وCaCO₃ يمثل محتوى كربونات الكالسيوم (g·^kg-1 تربة). يرجى الضغط هنا لتحميل هذا الملف.

المناقشة

استخدام كتلة تدرج درجة الحرارة لقياس استجابة درجة الحرارة قصيرة المدى لمعدلات تحلل SOM يمثل تحديات، خاصة في اكتشاف معدلات التنفس عند درجات حرارة منخفضة. يمكن أن تثبط درجات الحرارة المنخفضة بشكل مباشر الأنشطة التحفيزية للإنزيمات داخل الخلية وخارج الخلية^46,47. لذلك، يجب أن يكون وقت الحضانة طويلا بما يكفي لضمان أن معدلات التنفس المنخفضة في الحد الأدنى من نطاق درجات الحرارة تسمح بتراكم كاف من ثاني أكسيد الكربون_في القوارير الزجاجية ليقع ضمن نطاق اكتشاف محلل الغاز. في هذا الإعداد التجريبي، كانت أدنى درجة حرارة 4.1 درجة مئوية؛ كانت هذه العينات أول من تم تحميلها في الكتلة وآخر من تم تحليلها، مما منح وقتا إضافيا للحضانة. وجد أن ~3.5 ساعة من وقت حضانة الكتل كاف لتحقيق تغييرات قابلة للكشف_{في تركيز ثاني} أكسيد الكربون 2 في العينات. من المرجح أن تعتمد مدة الحضانة هذه على نوع التربة وخاصة محتوى المادة العضوية. على سبيل المثال، قد تحتاج التربة الرملية ذات المحتوى المنخفض من المواد العضوية إلى أوقات حضانة أطول من التربة الغنية بالكربون. ومع ذلك، في الاختبارات هنا، وجد أن وقت الحضانة البالغ 3.5 ساعة كاف عموما لمعظم أنواع التربة ومستويات المحتوى العضوي.

بالإضافة إلى تحسين وقت الحضانة_{لاكتشاف ثاني} أكسيد الكربون 2 في درجات حرارة منخفضة، من المهم أيضا تقليل فقدان الرطوبة في الطرف الأعلى من تدرج درجة الحرارة. تلعب رطوبة التربة دورا حيويا في نقل وانتشار وذوبان الركائز إلى المجتمعات الميكروبية⁴⁸. على سبيل المثال، يمكن لرطوبة التربة أن تحد من معدلات التنفس عن طريق تقييد انتشار الركيزة عند مستويات رطوبة منخفضة وتقليل توفر الأكسجين عند مستويات الرطوبة العالية^45,49. لذا، فإن تقليل فقدان الرطوبة عند درجات الحرارة العالية أمر مهم لمنع الرطوبة من الحد من وصول الميكروبات إلى الركائز. على الرغم من أن القوارير في هذا البروتوكول كانت مغلقة تماما، إلا أن الماء يتكثف على الأغطية والجدران الداخلية للقوارير. اعتبر هذا التكثف رطوبة مفقودة من التربة. وهكذا، قمنا بتقليل زمن الحضانة من 4 ساعات، كما في روبنسون وآخرون 2017⁴¹، إلى 3.5 ساعات. ورغم أنه لم يكن من الممكن الحفاظ على مستويات رطوبة ثابتة تماما عبر جميع معالجات درجات الحرارة، إلا أن التربة حافظت على مستويات رطوبة مثالية خلال فترة الحضانة التي استمرت 3.5 ساعات. حتى في درجات الحرارة العالية، ظل الورقي الكبير للبرك في التربة فوق 50٪، مما يضمن أن توفر المياه لا يحد من وصول الميكروبات إلى الركائز^44.45.

اعتبار مهم آخر هو نطاق درجة حرارة الحضانة. بينما يمكن لنظام التبريد أن يصل إلى درجات حرارة منخفضة تصل إلى -30 درجة مئوية ونظام التدفئة حتى 320 درجة مئوية، فإن مادة العزل لها قدرة تحمل حرارتي تتراوح بين -183 °م إلى 148 °م. القوارير الزجاجية المستخدمة في هذا الإعداد يمكنها تحمل درجة حرارة 500 درجة مئوية. على الرغم من أن هذه النطاقات واسعة، إلا أن حضانة العينات فوق 100 درجة مئوية تشكل قلقا على السلامة للمشغل. لمنع ارتفاع درجة الحرارة، أضيف مقاوم حراري، لضمان إيقاف نظام التدفئة تلقائيا إذا وصلت كتلة الألمنيوم إلى 90 درجة مئوية. يعد تضمين هذه المقاومة الحرارية أمرا بالغ الأهمية بسبب تجاوز التهيئة الملحوظ (الشكل 13A). إذا تجاوزت درجة الحرارة أثناء التهيئة 90 درجة مئوية، سيتم تعطيل النظام. نظرا لهذه القيود، نوصي بتشغيل هذا الإعداد إلى درجة حرارة قصوى تبلغ 60 درجة مئوية لضمان أداء آمن وموثوق. هناك حاجة إلى اختبارات إضافية لحضانة عينات التربة تحت 0 درجة مئوية_{لضمان اكتشاف موثوق} لثاني أكسيد الكربون، حيث قد يؤثر التكثف وتقلبات الرطوبة المرتبطة به على القياسات عند درجات حرارة تحت الصفر. لهذا البروتوكول، اخترنا حد درجة حرارة أقل يبلغ 4 درجات مئوية، دون ملاحظة أي تكثف. إذا تم استخدام النظام في نطاقات حرارة أوسع، نوصي بتطبيق إرشادات إضافية للسلامة الحرارية.

قيد آخر محتمل لهذه الطريقة هو أن فترة الحضانة القصيرة نسبيا لا تسمح للمجتمعات الميكروبية بالتكيف مع تغيرات درجة الحرارة. كانت استجابة الحرارة للتربة المعرضة للاحترار المستمر محور العديد من الدراسات، خاصة بهدف اختبار نظريات التكيف الميكروبي 27,43,47,50,51. تم اقتراح التكيف الميكروبي لتفسير تأثير التناقص مع مرور الوقت للاحترار التجريبي على معدلات تنفس التربة⁴⁷. ومع ذلك، تم تطوير المنهجية المعروضة هنا لقياس الاستجابة الحرارية قصيرة المدى لمعدلات تحلل SOM. بينما من غير المرجح أن يحدث التكيف الميكروبي في فترات زمنية قصيرة⁴⁷، استخدمت دراسة حديثة منهجية مماثلة لقياس معدل التكيف الميكروبي عن طريق حضان التربة من تدرج حراري أرضي. في هذه الدراسة، تم تركيب MMRT لتقدير المعايير الرئيسية، بما في ذلك درجة الحرارة المثلى ونقاط الانحراف. من خلال مقارنة هذه المعايير عبر التربة من التدرج الحراري الأرضي، تظهر النتائج أن معدل التكيف الميكروبي أقل بكثير من معدل الاحترار⁵². تسلط هذه الدراسة الضوء على أهمية فهم منحنى استجابة درجة الحرارة بالكامل، وخاصة التقاط نقاط التحول المثلى لدرجة الحرارة والعمليات البيولوجية للتربة (الشكل 19C,D). في ضوء هذه النتائج، نوصي بأخذ عينات من المجتمعات الميكروبية في عدة نقاط حرارة أثناء الحضانة الكتلية لتقييم كيف ترتبط تركيبة ووظائف المجتمعات الميكروبية بمعدلات التنفس ومعايير حساسية درجة الحرارة.

تقدم كتلة تدرج درجة الحرارة الموضحة في هذه الورقة مزايا كبيرة مقارنة بالمنهجيات التقليدية. إحدى الفوائد الرئيسية هي أنها تمكن الباحثين من قياس معدلات تحلل SOM بكفاءة ودقة عند 22 درجة حرارة منفصلة مع كميات صغيرة من التربة. يمثل هذا تحسنا منهجيا مقارنة بحضانة عينات التربة عند درجات حرارة متقطعة قليلة، مما يجبر الباحثين على تطبيق معامل درجة حرارة_Q10 - وهي طريقة تحدتها العديد من الدراسات 12,13,15. فائدة مهمة أخرى هي أن هذا الإعداد يجمع بيانات تلتقط بوضوح شكل ومنحنى استجابة درجة الحرارة الحادة. عدد معالجات درجات الحرارة المنفصلة على طول تدرج درجات حرارة واسع يسمح لنا بتحديد درجة حرارة نقطة التحول وأفضل العمليات البيولوجية، مما يسمح بالمقارنات بين المعالجات. تظهر الأمثلة المعروضة في هذا المخطوطة نمطين مميزين (الشكل 19A,B مقابل الشكل 19C,D)، يمكن للباحثين تحليلهما بشكل أكبر باستخدام نظريات مختلفة لحساسية درجة الحرارة. تدعم بعض الأمثلة نظرية أرينيوس، حيث تزداد معدلات التفاعل بشكل أسي مع تغير درجة الحرارة (الشكل 19A,B). على النقيض من ذلك، تتوافق أمثلة أخرى مع نظرية MMRT، حيث تظهر استجابة أحادية الوضع مع درجة حرارة مثالية واضحة (الشكل 19C,D). يشير هذان النمطان المختلفان إلى أن بروتوكول حضانة كتلة درجة الحرارة المعروض قادر على إعادة إنتاج كلا نوعي منحنيات الاستجابة، والتي يمكن استخدامها لاختبار نظريات حساسية درجات حرارة معدلات تحلل SOM، مما يعمق فهمنا للديناميكا الحرارية وعلم الأحياء والكيمياء.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
صمام زجاجي بسعة 630 مللي أمبير	RS	563-637	https://uk.rs-online.com/web /p/كارتريدج-فيوز/0563637?gb=s
مادة العزل اللاصقة	إنوتيك	01.2451.0000	https://www.innotec.nl /producten/adheseal
كتلة الألمنيوم	ميتالكيتن	96082150.1	https://www.metaalketen .com/الألمنيوم/
شريط الألمنيوم	مانوتان	A159435	https://www.manutan.nl/nl/mnl/aluminiumtape -met-schutlaag-50565-50-m-x-50-mm-tesa -A159435?shoppingab=true& gad_source= 1& gclid=CjwKCAjw74e1Bh BnEiwAbqOAjE5Tw3-r3xiW 9FWALDZMlVUWpqJpQQ R_zwwXR8_R6Sb1Ce_8v x96jxoCtx4QAvD_BwE
سلك أسود	RS	361-787	https://nl.rs-online.com/web /p/hook-up-wire/0361787
سلك أزرق	RS	724-4392	https://nl.rs-online.com/web /p/hook-up-wire/7244392
سلك بني	RS	724-4395	https://nl.rs-online.com/web /p/hook-up-wire/7244395
غدة الكابل	RS	807-9786	https://nl.rs-online.com/web/p /cable-glands/8079786?cm_ mmc=NL-PLA-DS3A-_-goog le-_-CSS_NL_EN_Cables_٪ 26_Wires_Whoop-_-(NL:Who op!)+كابل+غدد-_-807978 6& نوع مطابق=& AUD-8271861 83926:PLA-339598489905& gcli d=Cj0KCQiAw8OeBhCeARIsA GxWtUyscrqjF3FwA6j2jqUyeg_ s70tOXBRuYRF90pwubv3Po8v sbZSJhV4aAq84EALw_wcB& gc lsrc=aw.ds
المنشار الدائري	ريوبيتولز	RWSL1801M	https://nl.ryobitools.eu/elektrisch-g Ereedschap/Zaagmachines/Cirkelz Agen/RWSL1801/RWSL1801m/?gad_so urce=1& gclid=Cj0KCQjw2ou2BhCC ARIsANAwM2Easx4PAZzvVYvFFUD ZKemTdqNDXsde_NDPSB8FAlGu7 8Hzy2j3TuoaAhTjEALw_wcB
الإغلاقات	كرامب	HS491976	https://www.kramp.com/shop-nl/nl/p /verstelbare-haakvergrendeling-118- 128-typ.3--HS491976
عامل تبريد طبيعي ومبرد	Dijkstra Vereenigde	L035004186	https://www.laboratorium-apparatuur .nl/ika-rc2-green-basic-koelthermo staat-30-c-bad-volume-4-liter-l035004186
سكك حديد دين	RS	648-5722	https://nl.rs-online.com/web/p/din-ra ils/6485722?cm_mmc=NL-PLA-DS 3A-_-google-_-CSS_NL_NL_Pmax _Test-_--_-6485722& نوع مطابق=& & g ad_source=1& gclid=CjwKCAjw8f u1BhBsEiwAwDrsjOqGDs92gjrJHkp SsYmOiS0OK6tC9U_fMHEhlmvu7r SbNp8VnmuDERoCC0UQAvD_ BwE& gclsrc=aw.ds
الجسور المزدوجة	RS	803-7530	https://nl.rs-online.com/web/p/din-rail -ملحقات طرفية/8037530?sear chId=11c9702f-3312-4bb0-a826-e9d 50BD91ee1& gb=s
كابل الإيثرنت	RS	657-2090	https://nl.rs-online.com/web/p/ كابل الإيثرنت/6572090
قناع الوجه	KN95	NA	https://www.bol.com/nl/nl/p/kn95- قناع وجه قابل للاستخدام مرة واحدة-FFP2-X-1-mask S-kn95-Wegwerp-GezichtsMasker-FFP 2-X-1mondkapjes/930000000131403 0/؟ Referrer=NLGOOFS& utm_source =جوجل & utm_medium=free_shopping
الموصل الأنثوي	قسينا	17642	https://www.qosina.com/female- موصل لوير-أنثى-لوك-17642
فلتر 0.45 وميكرو؛ m	واتمان	10462650	https://us.vwr.com/store/product/1394 3097/whatmantm-puradisc-aqua-30-m m-syringe-filter-0-45-m-whatman- products-cytiva
العزل المرن (الخرطوم)	سيلسيس	4600000198	https://www.celsisbv.nl/k-flex-plaati Solatie-op-ROL-ST-10E-1x10MTR-10mm .-BL-S3-D0/4600000198?gad_source =1& gclid=Cj0KCQjw8MG1BhCoARI sAHxSiQknvLK3RcqgqXwR1Ma7V PznSz8IasKUGvLo0SySzLiff2o_kK Vjip0aAtATEALw_wcB
أنبوب مرن	أفانتور	MFLX06491-14	https://www.avantorsciences.com /de/en/product/38670173/bev-a- خط V-نقل-مضخة-أنبوب
مجموعة تقليل التدفق	ليكور	7800-113	https://www.licor.com/support /محللات غازات الأطر/المواضيع/re duced-flow-rate-kit-7800-113.html
طرف حامل الفيوز	إلكترمات	401144228	https://nl.mouser.com/ProductD etail/Phoenix-Contact/3270200? qs=zdVlZaK٪252BC241RFTPi Xj4mA٪3D٪3D& mgh=1& utm_i d=20328035028& gad_source=1 & gclid=CjwKCAjw8fu1BhBsEiwA wDrsjBg9elAMYS9bWJ1Bd086J 7fGBWvcRWZ51okdr2qJgOlOTd BdrUZ_rBoCvuUQAvD_BwE
محلل الغاز	ليكور	LI-7815	https://www.licor.com/env/ المنتجات/غاز الأثر/LI-7815
قوارير زجاجية بأغطية 60 مل	كول-بارمر	GZ-99535-25	https://www.coleparmer.com/i/ كول-بارمر-منظف-EPA- قوارير-شفاف-60-مل-72-CS/9953525
سلك أخضر/أصفر	RS	721-0636	https://nl.rs-online.com/web /p/hook-up-wire/7210636
المقابض	RS	456-539	https://nl.rs-online.com/web/p/ مقابض الأدراج-الخزانة-هان<بر/> DLES/0456539
قضبان التدفئة	RS	860-6984	https://www.reichelt.com/nl/nl/shop /product/verwarmingspatroon_hotr od_20_0x250_mm_1250_w_230_ v_-317248؟ PROVID=2809& gad_s ource=1& gad_campaignid=22415 164764& gbraid=0AAAAADwnxtY mY6n2NPja4HF_ftn_kJY-U& gcli d=CjwKCAjwiNXFBhBKEiwAPSa PCaYMjfVMKQazvkQk_deE2koc XA9SZ_ltbPIefniuRsmzBwN_oQ rfQhoCegUQAvD_BwE
المفصلات	RS	448-1497	https://benl.rs-online.com/ الويب/ب/مفصلات/4481497
خرطوم	وايلدكامب	750568	https://www.slangenboer.nl/wat erslang-cristal-al-961?channabl E=41cdeE736B7500534230313 0353131333924& bg_source=ga & bg_campaign=21584331548& bg_kw=PLA-293946777986-MI-1 09646330-PI-SB01051139-PPI- 293946777986& bg_source_id= 709628610149& gad_source=1 & gad_campaignid=215843315 48& gbraid=0AAAAADegGXwz 91MJFzGxBRxjCSRew10eG& gclid=CjwKCAjwiNXFBhBKEiw APSaPCZNCdBEfvnV2pYYPeV SQaiG_UKP0q_eknv0lC_N_0Y WIIZQvze8TEhoCzPUQAvD_BwE
شوكة الخراطم	وايلدكامب	11000357	https://www.wildkamp.nl/pro قناة/سلانغتول-RVS-316L-لوست-دبليو AX-BUITENDRAAD-X-SLANGTULE-BS p-x-10-0-مم/11000357
إبرة الحقن	ميركالا	303262	https://www.merkala.nl/bd-mic rolance-injectienaalden-18G-Ro ze-1-2x40mm-100-stuks.html? GCLID=CjwKCAjw_Na1BhAlEiw AM-dm7DrC9mGkmpNN8krYe CmkvpEeSv4CuH3I2Px71KJxY YSm-vjVu2LclRoCwuwQAvD_BwE
محلل غاز أنبوب الحقن 1/4"	VWR	MFLX06491-12	https://us.vwr.com/store/pr أودكت/39537334/بيف-إي-لاين-<ب/> نقل V-مضخة-أنبوب
مادة العزل	Technische Unie	3603842	https://www.technischeunie. nl/product/prd1899911190
وصلات الركبة	كرامب	MMI9006K	https://www.kramp.com/shop-nl/ NL/P/Haakse-koppeling-instelbaa R-BU-BU-3-8-BSP--MMI9006K
أنبوب كبير القطر 3/8"	أفانتور	39213360	https://www.avantorsciences.co m/us/en/product/39213360/mast ERFLEX-transfer-tubing-flexible- فينيل-أفانتور
براغي M6، سداسي	RS	281-120	https://nl.rs-online.com/web/p/so cket-screws/0281120?srsltid=Afm BOorVGq-ZyA2yrJG1kU7SHGiZ EblaRz0nDmX7MwhzIRjcc6P4YIYE
صندوق التقاطع الرئيسي	RS	تحقق من ديا.	https://nl.rs-online.com/w EB/P/GENERAL-PURPOSE-ENCLO sures/2896320?gb=s
موصل ذكر	قسينا	12090	https://www.qosina.com/male- موصل إلى-ذكر-لوير-لوك-كونكتور-12090
ذكر اللوير	والترنيديكال	BPC04M	https://www.waltersmedical.co. المملكة المتحدة/product/nibp-connector-male-luer-slip/
MCB - سيمنز سنترون	RS	3RF2320-1AA02	https://nl.rs-online.com/we B/P/MCBS/2383188?GB=S
تغذية PE/DND	RS	687-9411	https://uk.rs-online.com/we b/p/din-rail-terminal-blocks/ 6879411?searchId=c9a9c1 b1-3def-40d0-8b14-b792f8269615& gb=s
مؤشر الطاقة LED	RS	909-2437	https://uk.rs-online.com/ web/p/pilot-lights/9092437?gb=s
مصدر الطاقة	أنتراتيك	X-2902992	https://nl.rs-online.com/web/ p/din-rail-power-supplies/054 0731?srsltid=AfmBOoqMPIO Av7bZd1Qu_Acy3KMFR0-x OD_Hkw3NeQCYyzKJLzEGXzxQ
جسور الموصلات الخماسية	RS	803-6713	https://uk.rs-online.com/web /p/din-rail-terminal-blocks/80 36713?searchId=7de6627a- 3634-42ed-a600-2e3ce8974fe7& gb=s
سلك أحمر	RS	361-822	https://nl.rs-online.com/web /p/hook-up-wire/0361822
الحلقة الطرفية 2.5 مم وارتفاع 2؛	RS	534-569	https://uk.rs-online.com/ web/p/ring-terminals/0534569
الحساسات	أنتراتيك	X-DTS-S3C	https://www.antratek.nl/dig كابل 1m-thermal thermal
سيبتا ريد بوتيل	هوم جرين	A255	https://www.homegreen.nl/la b-benodigdheden/septa-rood -butyl-20-mm?srsltid=AfmBO ooStonU5v9Q9j7i_RgQMJ9F m6ZVbPbIRU0cD1_47-BEVmb1r5I5
التغذية بموصل واحد	إلكترمات	401167865	https://www.elektramat.nl/ البحث عن الكتالوج/النتيجة/?q=401167865
كابل الطاقة أحادي الطور	RS	626-6694	https://nl.rs-online.com/w EB/P/POWER-CORDS/6266694?gb=s
سلك أحادي الطور	RS	775-6123	https://uk.rs-online.com/web /p/power-cable/7756123?gb=s
صندوق التوصيل الصغير	RS	498-5387	https://nl.rs-online.com/web/p /حواجز عامة الأغراض/4985387
تتابع الحالة الصلبة	RS	467-4762	https://nl.rs-online.com/web/p /مرحلات الحالة الصلبة/4674762
Spiral drill	إريكس	10471300	https://shop.eriks.nl/nl/gereed schappen-verspanende-geree dschappen-boren-hss-en-hsse -boren-cilindrische-schacht/spir aalboor-din340-hsse-geslepen- type-ti-5-80mm-12592599/?srslt id=AfmBOoopMLgX1mtyuUxkU KU7jW4fYY1bY5wSTvSGQUkO zTc6E2wdxUZQ
هيكل وغطاء من الفولاذ المقاوم للصدأ	247 ستيلر ستيل		https://247tailorsteel.com/nl/?ut m_term=24٪207٪ 20 فولاذ & utm _campaign=B+-+NL+-+247tailo rsteel+-+NL+-+Doelvertonings percentage+٪3E+Conv.+Waa rde+met+Doel-ROAS& utm_so urce=adwords& utm_medium= ppc& hsa_acc=2007690635& h sa_cam=783787418& hsa_grp =118504886580& hsa_ad=67 1662182959& hsa_src=g& has _tgt=KWD-374862287021& HS a_kw=24٪207٪ 20 Steel & has _mt=p& hsa_net=adwords& has _ver=3& gad_source=1& gclid= Cj0KCQjw8MG1BhCoARIsAHx SiQnhmktBk_3c_wobSJobrTVp4 _nqiW26Zt7XzSkHdK-htW8medy NCcQaAjbrEALw_wcB
المفتاح ثنائي الاتجاه	RS	746-9336	https://nl.rs-online.com/web/p /مقابض مفاتيح الكام/7469336
جسر المحطة	إلكترمات	401043503	https://www.elektramat.nl/phoenix-c ontact-doorverbindingsbrug-voor-rijg klem-2-polig-5-2-mm-rood-fbs-2-5/?c hannable=0141ac6964003330383936 ec& utm_source=جوجل-سيرفس& UTM _medium=عضوي& bg_source=ga& bg_ campaign=19011971421& bg_kw=-mi-9 214030-pi-401043503-ppi-& bg_source _id=& gad_source=1& gclid=CjwKCAjw 8fu1BhBsEiwAwDrsjE2kRcDZUHPupfy haLoTzWLqM9v8HKaiI67st4UOmUXIN 9OaI25ALRoCvmUQAvD_BwE
مقياس الترموستات DAQ	أنتراتيك	X-300-I	المزاج ü بيرواتشونغ & منظم الحرارة (+X-DTS-S3C) فون ControlByWeb (antratek.nl)
آلة الطحن العالمية	Mach4Metal	MACH-ID 7580	https://mach4metal.com/en /آلات التفريز/CNC/Fehlm Ann-Picomax-P54-2
تغذية الموصلات Wago 3	RS	803-6713	https://nl.rs-online.com/web/ p/din-rail-terminal-blocks/80 36713?cm_mmc=NL-PLA-D S3A-_-google-_-CSS_NL_N L_Pmax_0525-_--_-803671 3& نوع مطابق=& & gclsrc=aw.d S& gad_source=1& gad_campa ignid=22555696009& gbraid=0 AAAAADkeWNNXeREaDmJ5n yYqYMqp-c7A6& gclid=CjwKCAj wtfvEBhAmEiwA-DsKjilXxL8uO 4Jo6XyDesHGaQkoz6Ggi4ATI6 FUInWV9TxmIX519DGIZBoCh9 YQAvD_BwE
موصل واجو	RS	883-7557	https://uk.rs-online.com/ web/p/standard-terminal-b locks/8837557?gb=s
أكمام نهاية الأسلاك (100 قطعة)	إلكترمات	401173609	https://www.elektramat.nl/solar -أديرايندهولس-جيسوليرد-2-5مم 2-هولسلينغت-8مم-بلوو-بير-100 -ستوكس-1505145/?channable=014 1AC696400343034A4& utm_source =جوجل-سيرفس& utm_medium = عضوي& bg_source=ga& bg_c ampaign=17673967332& bg_kw= -MI-9214030-PI-401173609-PPI-& BG _source_id=& gad_source=1& gclid= CjwKCAjw8fu1BhBsEiwAwDrsjNms VYTNZ5TuXEHtsF34hcY-T5kLFnhi zir1fUsR3UYcG9bxmugqJRoCp_Y QAvD_BwE