Name: 电容式传感器监测林木茎含水量的标定及应用 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-12-27T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 31 s
Description: 学习使用电容式传感器标定方法监测成熟树木茎干含水量，实现亚小时尺度的自动化测量。该技术可揭示植被对水分限制的响应机制，为生态水文学和遥感应用提供关键数据支持。

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本研究的资金由美国能源部科学办公室、生物与环境研究办公室、陆地生态系统科学项目资助，项目编号为DE-SC0007041；美国通量网（Ameriflux）管理项目通过劳伦斯伯克利国家实验室，根据通量核心站点协议编号7096915提供支持；以及美国国家科学基金会水文科学资助项目1521238。本材料中表达的任何观点、发现、结论或建议均为作者观点，不一定反映资助机构的观点。

1. 选择用于安装仪器的树木
<ol>
	<li>选择用于测量的树木。理想情况下，应选择健康、茎干横截面大致呈圆形的树木，其直径介于探针长度的1至2倍之间，或边材深度大于传感器探针长度（本实验所用的特定电容传感器探针长度约为5 cm）。使用树木年轮钻芯测定边材深度，或对于许多树种，通过标准胸径带测得的茎干直径，利用与边材面积相关的异速生长方程计算边材深度29,54。 
	注意：然而，某些类型的电容传感器可在步骤1.2之后根据需要裁剪至适当长度，而不会显著影响测量精度。仅限测量探针为刚性且内部不含导线的电容传感器可进行裁剪。裁剪后的传感器需单独校准。因此，在校准程序之前，应先选定树木并确定合适的探针长度。</li>
	<li>根据树木的直径和边材深度确定传感器探针的合适长度。 
	注意：电容传感器对探针长度 L 范围内的水分信息进行积分。因此，当茎干直径介于 L 与 2L 之间时，可认为其积分观测值具有整个茎干的代表性。由于在安装前会去除测量区域的树皮和韧皮部，因此这些组织不会影响测量结果（见第4.2节）。
	<ol>
		<li>对于探针长度 L 大于茎干直径的树木，应裁剪传感器探针（见步骤1.3），以确保探针不会穿透茎干对侧。</li>
		<li>对于直径大于2L但边材深度小于L的树木，传感器将同时测量边材和心材的综合信号。 
		注意：由于这两种组织类型的含水量存在差异，若假设观测值代表整个茎干，则可能导致偏差。在此类情况下，或当用户仅关注边材水分波动时，必须将传感器探针裁剪至边材深度，使观测结果仅反映边材（活性木质部）的水分含量变化。当边材深度大于L时，观测值仅代表边材，此时无需裁剪传感器。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>如步骤1.2.1和1.2.2所确定，若有必要，应将传感器裁剪至适用于特定应用的尺寸。裁剪传感器探针时，需将传感器牢固夹紧在工作台上，在佩戴适当个人防护装备的前提下，使用配备钢制切割片的电动旋转工具，将每个探针精确地切割至相同长度。</li>
</ol>
2. 收获并制备所有目标物种的木材样品以生成物种特异性校准曲线
<ol>
	<li>从目标物种采集直径至少为 6 cm 的树干、幼茎或大型枝条。优先选择直径较大的样本，以最大化包裹传感器的木材量，并使木材密度尽可能接近野外测量时的树干密度。去除所有附着的枝条或叶片，以及地衣和松散物质。 
	注：有关枝条与茎干密度差异所导致的不确定性，详见讨论部分。</li>
	<li>将茎干切割成 25 个或更多长度约为 15 cm 的圆柱形小段。</li>
	<li>对每一段进行标记，并记录其平均直径和长度。将各段的体积近似为圆柱体体积。</li>
	<li>将这些小段分为两组，分别进行差异性再水合与干燥处理。将约 1/3 的小段放入水浴中进行再水合，其余约 2/3 的小段置于 60 °C 的干燥烘箱中脱水。另保留两个小段用于立即测量：最好其中一个取自茎干中段，另一个取自末端。 
	注：通常情况下，60 °C 下干燥的小段约需 2 周时间完全脱水，而水浴中的小段约需 3 天即可完全再水合。可每日或每两天取出个别小段进行测量（见步骤 3.7），以获得覆盖尽可能大范围体积含水量的测量梯度。</li>
</ol>
3. 建立传感器输出与体积含水量之间的校准关系
<ol>
	<li>将电容传感器按照制造商提供的说明连接至数据记录设备，并连接至计算机以实现实时传感器读数可视化。将数据采集的时间间隔设置为 30 s。</li>
	<li>使用预先制作好的钻孔模板，将其牢固固定以保持对齐。选用直径略小于电容传感器叉脚直径的钻头（本实验所用传感器为3.57 mm），钻出两组垂直排列的三个孔，每组三个孔，第二组孔的位置距离第一组约 150 ° 在木段周围以几厘米的垂直间距钻孔，确保孔之间无重叠可能。使用第2.4步中预留的木段进行第一组测量。</li>
	<li>称量该片段，并记录测量时最接近 0.01 g 的重量。用塑料薄膜封住片段的两端，以防止进一步干燥。</li>
	<li>称重后立即用酒精棉签清洁电容传感器的探针，并将探针完全插入茎段中，确保钢制探针无任何部分外露。等待输出屏幕上的测量读数稳定（通常为2至3分钟），记录传感器输出的温度、电导率和介电常数（εb每30秒测量一次，持续5分钟，计算10次测量的平均值。</li>
	<li>轻轻将传感器从孔段中取出，用酒精棉签清洁齿状部分，并等待输出读数恢复至零。在第二组预钻孔中，从步骤3.3开始重复测量过程。</li>
	<li>取下茎段两端的塑料，将茎段放入烘干箱中。使其完全干燥（通常为2周，或直至重量连续数天保持稳定）。</li>
	<li>对所有茎段重复步骤 3.3 至 3.7。将茎段从干燥烘箱中取出后，在干燥最初数日内测量频率应更高（每日两次），因为初始阶段水分流失速率高于最后数日（每日一次）。从水浴中取出的茎段，需先用纸巾擦干表面多余水分，再进行称重和测量。每日测量一个复水茎段，直至所有复水茎段均完成测量。</li>
	<li>完全干燥后，记录所有茎段的最终干重。</li>
	<li>计算体积含水量（VWC，cm3水 /cm3木材每个茎段在测量时的体积（），使用以下公式计算： 
	<img alt="体积含水量（VWC）方程，VWC = Vw/Vstem，用于科学研究中的公式。" src="/files/ftp_upload/57062/57062eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式 1"> (1) 
	何处 Vw 是水的体积（cm3），以及 V茎 是茎段的体积（cm3) 在步骤 1.2 中计算得出。
	<ol>
		<li>根据测量时的情况计算每个区段中的水体积，公式如下： 
		<img alt="流体密度方程，Vw = mw/ρw，用于体积计算的关键公式，科学公式。" src="/files/ftp_upload/57062/57062eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式 2"> (2) 
		何处 mw 是测量时茎段中水的质量（g），以及 ρw 是水的密度（1 g cm⁻³）-3)</li>
		<li>根据测量时各段中的水量计算其质量，公式如下： 
		<img alt="土壤分析研究中的含水量计算公式，mw = Mwet − Mdry。" src="/files/ftp_upload/57062/57062eq3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式 3"> (3) 
		何处 M湿润 是测量时茎段的质量（g），以及 M干燥 是该片段的最终重量（g）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用统计分析软件包，建立传感器观测到的介电常数与 VWC (图1, 表1).</li>
</ol>
<img alt="植物物种植株含水量与介电常数关系图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57062/57062fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 1"> 
图 1：示例校准曲线。 根据本实验方案的第 1 和第 2 部分，为 Quercus rubra、Acer rubrum、Betula papyrifera、Populus grandidentata 和 Pinus strobus 生成的校准曲线。各物种对应的方程及决定系数见表 1。<a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/57062/57062fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td>m</td>
			<td>b</td>
			<td>R2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B. paprifera</td>
			<td>0.048</td>
			<td>-0.098</td>
			<td>0.967</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A. rubrum</td>
			<td>0.067</td>
			<td>-0.158</td>
			<td>0.853</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Q. rubra（缩短）</td>
			<td>0.120</td>
			<td>0.041</td>
			<td>0.636</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Q. rubra</td>
			<td>0.058</td>
			<td>-0.109</td>
			<td>0.718</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P. grandidentata</td>
			<td>0.023</td>
			<td>-0.028</td>
			<td>0.887</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P. strobus</td>
			<td>0.030</td>
			<td>-0.072</td>
			<td>0.900</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表1：5种温带树木物种将εb 转换为VWC的校准方程。 线性方程的标准形式 VWC = m*εb+b 中的系数“m”和“b”已列出。
4. 在树木中安装电容传感器以进行野外测量
<ol>
	<li>在安装传感器之前，记录每个传感器位置的茎干直径以及距地面的高度。通常，为了监测树干中的VWC，将一个传感器置于距地面约0.5 m处，第二个传感器置于第一级主要分枝下方约7.5 m处（图2）。</li>
</ol>
<img alt="树木电容测量示意图；传感器、用于水分含量分析的数据记录站。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57062/57062fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图2"> 
图2：野外实验设置示例。 成年树木中传感器位置与方向的示意图，该树木邻近一个数据记录站。<a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/57062/57062fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<ol start="2">
	<li>使用 draw blade 剥除树皮至形成层，并创建一个平坦的表面用于安装传感器。确保该表面足够宽且平整，使传感器安装后能紧贴树体表面，完全覆盖，无任何齿状部分暴露。去除树皮和形成层，以确保测量仅反映木质部的含水量，排除树皮或韧皮部中的水分。</li>
	<li>钻出传感器齿状部分的安装孔。对于较软的木材，使用略小于齿状部分直径的钻头；对于较硬的木材，则使用接近齿状部分实际尺寸的钻头（本方案中使用 3.57 mm 钻头）。为获得高质量测量数据，需确保传感器齿状部分与木材紧密接触。由于传感器无需像校准过程中那样频繁拆卸，此处可使用比校准所用钻头稍小的规格。</li>
	<li>用酒精棉片清洁传感器的齿状部分，去除灰尘或皮肤油脂，然后将传感器插入预先钻好的孔中。若插入时阻力过大，应轻轻退出，重新扩孔以略微增大孔径。确保三个齿状部分均完全插入，且传感器本体紧贴树干表面。</li>
	<li>使用硅基密封剂将传感器与树干密封，以防止茎流液进入孔内，并避免害虫侵入。</li>
	<li>用反光隔热材料覆盖传感器，以避免外部加热影响。</li>
	<li>根据制造商的说明，将所有传感器连接至 12 V 电源和兼容的数据采集器。野外部署的传感器建议采用 5 分钟的数据采集间隔；在电力受限的地点（如太阳能/电池供电站点），可采用更长的采集间隔以节省电能，e.g.。</li>
</ol>
5. 使用校准曲线将原始数据处理为茎干水分储量
<ol>
	<li>使用步骤 2.9 中生成的校准曲线方程，将传感器输出转换为 VWC 用于所有观察。 VWC 通常以 cm 表示3 /cm3 或以百分比表示。该百分比 VWC 因此将在 0 到 100% 之间。</li>
	<li>积分感兴趣区域的总体积（cm3）两个测量高度之间（例如， 在 图2：0.5 m 和 7.5 m）通过假设树干直径随高度线性变化。对于观测代表整个树干的树木（即，直径介于 L 和 2L，使用未修改的传感器，或在较细的树干上将传感器修剪至茎直径（见2.2节），请使用公式4： 
	<img alt="平截头体体积计算公式如方程所示：πH/3(2r1² + r1r2)。" src="/files/ftp_upload/57062/57062eq4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式 4"> (4) 
	其中 H 是传感器之间的高度差（垂直距离）例如，在 图2：700 cm）和 r1 和 r2 分别为茎秆底部和顶部传感器位置处的半径（cm）。 
	对于仅通过传感器估算边材含水量的树木（参见传感器长度确定，第1.2节），使用公式5： 
	<img alt="体积公式，圆锥公式，数学计算，几何概念，代数符号" src="/files/ftp_upload/57062/57062eq5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="公式 5"> (5) 
	其中 s1 和 s2 分别为底部和顶部传感器位置处的边材深度（cm）。</li>
	<li>通过将树木的平均边材或心材储水量乘以相应体积来计算边材或心材储存的水量 VWC 感兴趣区域的总体积。</li>
</ol>

Steven R. Garrity 是 METER Group Inc. 的员工，该公司生产本文所使用的 GS3 耐用型土壤水分传感器。

通过电容传感器观测到的茎干水分含量的季节性和昼夜变化模式与同步的液流及环境驱动因子测量结果的趋势相一致图3, 图4, 图5）。当蒸腾作用的速率超过通过木质组织补给水分的速率时，茎干水分储存库会呈现昼夜性消耗；当土壤水分限制了根系可获取的水量时，茎干水分储存库则会呈现季节性消耗。5这种内部电容为气孔导度提供了重要的缓冲作用，以抵御水分运输的限制，并导致蒸腾作用开始与液流通量出现之间存在时间滞后。9本研究中，我们观察到每日从茎干储水中最大取水量介于23.3至49.9升之间，占总可用水量的14.6%至22.3%。本研究中观察到降雨事件后茎干含水量相对快速上升的现象，在所有被监测的枫树中均一致出现，且此前已有相关报道5此类行为可能表明空穴重新充水，或周围其他组...

植物组织中储存的水分在植物应对短期和长期水分胁迫过程中起着至关重要的作用1,2。植物在根、茎和叶的细胞内及细胞外（例如，木质部导管）空间中储存水分2,3,4。研究表明，这部分水分可贡献每日蒸腾耗水量的10%至50%2,5,6,7,8。因此，植物水力电容是陆地水平衡的关键组成部分，可作为水分胁迫、干旱响应及恢复能力的指标1，同时也是校正蒸腾作用与液流之间观测到的时间滞后所必需的重要因素9,10,11。植被含水量的实时监测还可应用于农业领域，有助于精确控制果园和作物的灌溉，提高用水效率12,13。然而，相较于液流测量20，对木本植物茎干水分含量进行连续、原位（in-situ）测量的研究仍较为少见7,14,15,16,17,18,19。本文概述了一种用于校准电容传感器以监测树木茎干体积含水量的方法5,21。
植被的水动力行为及其对水分利用的调控是土壤-植物-大气连续体22,23的重要组成部分，因此对生物圈与大气之间水和碳通量的调控具有重要意义24,25。茎干水分含量的动态变化受到生物和非生物因素的共同影响。茎干贮存水分的消耗与补充受到环境条件短期和长期变化趋势的影响，特别是水汽压亏缺和土壤含水量1,26。木材的物理特性27（例如，密度、导管结构）以及由此产生的水力策略25（例如，等水或非等水气孔调节）决定了植物贮存和利用水分的能力19,26,28，且在不同物种间存在显著差异29,30。以往研究表明，电容作用在热带16,27,31,32,33和温带5,7,21物种中具有不同功能，同时在被子植物1,2,34和裸子植物6,11,17,19中也表现出差异。
对生物量含水量的深入理解将有助于阐明植被在水分获取和利用方面的策略1,2，以及物种对降水格局变化预测的脆弱性35,36。进一步了解植物的水分利用策略将有助于预测未来气候情景下种群动态的变化趋势37,38。通过模型-数据融合技术39，利用本方法获得的茎干含水量数据可用于构建和验证可扩展的、基于植株水平的水动力学模型40,41,42,43,44，从而改进气孔导度的计算，进而提升蒸腾作用和光合碳吸收模拟的准确性。这些先进的水动力学模型在整合到更大尺度的陆面模型和地球系统模型中时，有望显著降低不确定性和误差25,45,46,47,48。
用于监测或计算茎干含水量的方法包括树木钻孔法33,49、电子 dendrometers2,15,50、电阻法51、伽马射线衰减法52、氘标记物示踪法19、树液通量传感器网络32,33,53、茎干湿度计49，以及幅域反射法（amplitude domain reflectometry）11和时域反射法（time domain reflectometry, TDR）4,12,13。近期研究已测试了电容传感器在该领域的应用可行性，此类传感器传统上用于测量土壤体积含水量5,18,21,27。频域反射法（frequency domain reflectometry, FRD）型电容传感器成本较低，且在连续测量中能耗较小，因此适用于野外条件下高时间分辨率的测量。相比TDR型传感器，FRD传感器更易于实现自动化，有助于获取连续的逐小时数据集，并避免了TDR测量中因需要较长电缆而带来的诸多技术难题13。原位（in-situ）电容传感器的使用可免除重复钻孔或枝条采样，且可能提高对硬木树种测量的准确性。对于主要从细胞外空间（如木质部导管）吸水，或木材与树皮弹性模量较高的木本植物，由于其茎干弹性膨胀程度较低，通常不适合采用常规的dendrometer测量技术2。电容传感器通过估算介质的介电常数来推算体积含水量，可直接转换为体积含水量。然而，电容测量结果对传感器周围介质的密度较为敏感。因此，我们建议针对不同树种进行特异性校准，将传感器输出值转换为木材体积含水量5,21。
本文介绍了一种物种特异性的校准方法，用于将电容传感器的输出值转换为木材的体积含水量。同时提供了电容传感器在成年树木中野外安装的操作指南，并讨论了该方法的优势、局限性及基本假设。这些技术旨在监测树干中的体积含水量——树干是树木最大的水分储存库8，但通过在枝条上加装额外的传感器，该方法可轻松扩展至整株树木的监测。对植物水分含量动态变化的测量将推动植被水文学、生物气象学以及陆面模型研究领域的发展。

<table><tbody><tr><td>坚固型土壤湿度传感器</td><td>METER Group Inc.</td><td>GS-3</td><td>电容式传感器</td></tr><tr><td>1/8&quot; 钻头</td><td>任意</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>9/64&quot; 钻头</td><td>任意</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>干燥箱</td><td>任意</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>链锯</td><td>任意</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>电钻</td><td>任意</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>水浴用桶</td><td>任意</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>酒精棉片</td><td>任意</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>刨刀</td><td>任意</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>数据记录仪</td><td>任意</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>硅酮密封胶</td><td>任意</td><td>N/A</td><td></td></tr></tbody></table>

利用电容传感器监测树木茎干水分含量的校准与使用

The Calibration and Use of Capacitance Sensors to Monitor Stem Water Content in Trees

水分在土壤-植物-大气连续体中的运输与储存对陆地水循环至关重要，并已成为主要的研究领域。生物量持水能力在避免蒸腾作用受到水力损伤方面发挥着关键作用。然而，针对大型树木水力持水能力动态变化的高时间分辨率观测仍十分罕见。本文介绍了电容式传感器的校准与使用方法，这类传感器通常用于监测土壤含水量，但也可用于野外树木体积含水量的测量。频域反射法类型的观测对所研究介质的密度具有敏感性，因此必须针对不同树种进行特异性校准，以将传感器报告的介电常数转换为体积含水量。校准过程通过采集枝条或树干样本并将其切割为若干段，随后对各段进行干燥或再水化处理，以获得覆盖全范围的含水量状态，并结合传感器观测值建立最优拟合回归关系。在校准段或活体树木上安装传感器前，需使用定制的钻孔模板预先钻出符合公差要求的孔洞，以确保钻孔方向准确。操作中需特别注意，既要保证传感器探针与周围介质良好接触，又要避免插入时施加过大的外力。采用本方法观测到的体积含水量动态变化与基于热耗散技术测得的液流数据以及环境驱动因子数据具有良好的一致性。生物量含水量数据可用于监测水分胁迫的发生、干旱响应与恢复过程，并有望应用于植物尺度水动力模型的校准与评估，以及将遥感获取的土壤湿度产品分解为地上与地下组分。

本节中，我们展示了五种常见东部森林树种的校准数据，随后对三种树木茎干水分储存的野外测量结果进行了详细分析 Acer rubrum 2016年生长季期间的个体。校准曲线的生成基于 红枫（Acer rubrum），纸皮桦（Betula papyrifera），白松（Pinus strobus），大齿杨（Populus grandidentata） 和 Quercus rubra (图1）。曲线斜率的差异高达 97.7% P. grandidentata 和 A. rubrum (表1) 表明需要进行物种特异性校准以获得准确结果 VWC 测量。在距地表0.5 m处的树干基部以及距地表7.5 m处的活冠层基部监测体积含水量，图2）。昼夜消耗与补充 VWC 在两个位点均观察到 VWC 在顶...

生物量的液压电容是植被水分预算的关键组成部分，可作为抵御短期和长期干旱胁迫的缓冲机制。本文介绍了一种用于校准和使用土壤水分电容传感器以监测大型树木茎干含水量的实验方案。

土壤-植物-大气连续体中的水分传输与储存对陆地水循环至关重要，并已成为主要的研究焦点……

本方法的总体目标是持续监测成熟活体树木茎干中的体积含水量。该方法有助于回答生态水文学领域的一些关键问题，例如植被如何响应水分限制，包括水分胁迫何时开始以及干旱恢复的速度有多快。该技术的主要优势在于能够以低于每小时的时间步长自动测量生物量含水量和C2。该技术的应用意义延伸至遥感领域，因为地表水分含量的测量对于遥感数据产品的地表与地下组分划分至关重要。尽管该方法可为干旱响应研究提供见解，但也可拓展应用于其他现象，例如监测森林可燃物含水量以预测森林火灾的着火风险。这位是我的本科生 Rio Mursinna，他将协助我们选择枝条并采集枝条样本。这是凯利·马龙（Kelly Malone），我实验室的一名本科研究助理。按照文本方案中所述选择一棵树进行仪器安装后，继续从树干或直径至少为六厘米的枝条上采集约四米或更长的木材。直径越大越好。接下来，去除附着的枝条、叶片、地衣或任何其他松散物质。然后将样品切成约15厘米长的圆柱形段，至少制备25段。然后标记每个节段，并记录每个节段的平均直径和长度。同时记录每个节段的体积，假设其为圆柱形。分别从中间和末端各保留一个节段，用于基线分析。然后将剩余片段的三分之一放入水浴中重新水合，其余三分之二放入设定为60摄氏度的干燥烘箱中进行干燥。首先，将电容传感器连接至数据记录仪，并连接至计算机以实时可视化传感器读数。设置为每30秒采集一次数据。首先分析为基线分析保存的各个节段。在每个节段中为传感器钻两组新孔，孔径略小于传感器叉指的直径。将孔组在垂直方向上相距约两厘米，在径向上相距150度。接下来，将各段称重至最接近的百分之一克。然后用塑料薄膜密封各段的末端，以防止其干燥。现在用酒精清洁电容传感器的探针，并将其插入一组已钻好的孔中，确保探针完全埋入木材内。接着，等待几分钟，待读数稳定后，在五分钟内采集10次测量数据。在后续分析中使用该平均值。现在，轻轻取下传感器，并用酒精清洁探针。当输出读数恢复至零时，从第二组孔中采集10次测量数据。测量完成后，取下塑料膜并将样本段放入烘箱。干燥的前两天水分损失较多，因此每天需测量两次；之后每天测量一次即可。每次测量仅钻取并分析一到两个样本段。对于再水化样本段，每天测量一次，直至所有样本段均完成测量。测量前务必将其表面擦干。待这些片段完全再水化后，将其转移至烘箱中进行干燥。首先，在目标树木上选择传感器安装位置，并记录该位置的茎干直径。传感器位置的标准配对方式是：将其中一个传感器置于距地面约半米高的主干上，另一个则置于第一个主要分枝点稍下方的位置。在选定的位置，使用削刀去除树皮以暴露形成层，从而创建一个平坦的表面用于安装传感器。传感器必须紧贴表面安装，且传感器的任何部分均不得暴露在外；测量数据必须仅来自木质部的含水量，排除树皮或韧皮部的含水量。以正确的对齐方式和适当的深度钻出尺寸合适的小孔，对此方法的功能至关重要。

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电容式传感器监测林木茎含水量的标定及应用

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利用冷冻扫描电子显微镜观察木本植物中木质部的水分分布

本文介绍了原子力显微镜（AFM）作为细胞和组织的纳米及微米级压痕工具的应用。该仪器可同时获取样品的三维表面形貌及其力学特性，包括细胞壁的杨氏模量以及膨压。...

利用原子力显微镜测量植物细胞和植物组织的机械特性及膨压

制造简单且低成本的土壤表层温度与称重法含水量传感器

这种高通量、遥测式、全植株水分关系的称重表型分析方法，能够直接、同步地进行实时测量，并分析参与动态植物-环境相互作用的多种与产量相关的生理性状。...

一种用于植物–环境互作实时生理表型分析的遥测式称重平台

测定土壤含水量是许多州级和联邦机构的关键任务需求。该方案综合了多个机构采用埋设法测量土壤含水量的共同努力 原位...

原位 未扰动土壤中的土壤水分传感器

本文介绍了一种基于溶剂蒸发技术的简单且低成本的制备方法，通过调控介电层中模具PDMS/甲苯溶液的不同质量比来控制孔隙率，从而优化柔性电容式压力传感器的性能。...

利用溶剂蒸发法调控孔隙率以增强柔性电容式压力传感器的灵敏度

本文介绍了一种使用水力性质测量仪器对土壤样品进行的简单蒸发实验。通过高效的方法，可在数天内连续测量，从而获得高质量的数据。...

基于简易蒸发实验和水力特性分析仪测定土壤水势与导水率

学习使用电容式传感器标定方法监测成熟树木茎干含水量，实现亚小时尺度的自动化测量。该技术可揭示植被对水分限制的响应机制，为生态水文学和遥感应用提供关键数据支持。

利用电容传感器监测树木茎干水分含量的校准与使用

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