电容式传感器监测林木茎含水量的标定及应用

该方法的总体目标是持续监测成熟活树茎中的体积含水量。这种方法可以帮助回答生态水文学领域中的关键问题，例如植被如何响应湿度限制，包括水分胁迫何时开始以及干旱恢复的速度。该技术的主要优点是它允许以亚小时时间步长自动测量生物量含水量和 C2

该技术的含义延伸到遥感，因为地上含水量的测量对于遥感数据产品以及地上和地下组件的划分是必要的。虽然这种方法可以提供对干旱响应的见解，但它也可以扩展到其他现象，例如监测可燃物含水量以预测森林火灾点火。这是我的本科生 Rio Mursinna，他会帮我们选择树枝和收割树枝段。

我是 Kelly Malone，我实验室的一名本科生研究助理。按照文本协议中的说明选择一棵树进行检测后，继续从树干或直径至少 6 厘米的树枝上收集大约 4 米或更深的木材。直径越大越好。

接下来，去除任何附着的树枝、树叶、地衣或任何其他松散的材料。然后将样品切成约 15 厘米长的圆柱形切片。至少制作 25 个这样的部分。

然后标记每个段并记录每个段的平均直径和长度。此外，记录每个段的体积，假设为圆柱形。从中心和末端留出一个段用于基线分析。

然后将剩余片段的三分之一放入水浴中再水化，并将另外三分之二放入设置为 60 摄氏度的干燥箱中晾干。首先，将电容传感器连接到数据记录设备和计算机，以实现实时传感器读出可视化。将其设置为以 30 秒为间隔收集数据。

首先分析为基线分析保存的区段。首先在每个段中为传感器钻两组新孔。使孔直径略小于尖齿。

将孔组垂直放置约 2 厘米，径向间隔约 150 度。接下来，称量片段到最接近的百分之一克。然后用保鲜膜密封段的末端，以免它们变干。

现在用酒精清洁电容传感器的尖齿，并将它们插入一组钻孔中，使尖齿完全埋在木头中。接下来，等待几分钟，让读数稳定下来。然后在 5 分钟内收集 10 次测量。

将平均值用于将来的分析。现在，轻轻取下传感器并用酒精清洁尖齿。当输出读数返回零时，从第二组孔中进行 10 次测量。

测量后，取出塑料并将部分放入烤箱中。在干燥的前两天，水分会流失很多，因此每天测量两次。之后，每天只进行一次测量。

在每个测量会话期间，仅钻取和分析一个或两个段。对于解冻区段，每天测量一次，直到测量完每个区段。在进行测量之前，请务必将它们擦干。

一旦这些片段完全再水化，将它们转移到烤箱中干燥。首先，在感兴趣的树上选择传感器安装位置，并记录该位置的茎直径。标准的传感器配对将其定位为将一个放置在离地面约半米的树干中，并将第二个放置在第一个主要分支劈裂的正下方。

在选定的位置，使用拉刀移除杆以露出形成层，以创建一个将安装传感器的平面。传感器必须与表面齐平，齿条的任何部分都不能暴露在外，并且测量必须仅来自木质部中的水分含量，不包括树皮或韧皮部的水分含量。以正确的对齐方式和正确的深度钻出适当尺寸的孔对于这种方法的功能至关重要。

如果传感器遇到太大的阻力，请小心地将传感器向外退并加宽孔。接下来为尖齿钻孔。在软木中，使用略小于尖齿直径的钻头，而在硬木中，使用更接近尖齿真实尺寸的钻头。

在安装传感器之前，请用酒精清洁它。尝试插入时，如果阻力太大，请使用钻头稍微加宽孔。最后，所有三个尖齿都应完全插入，使传感器主体与树干齐平。

使用硅基密封剂将传感器密封在树上并防止虫害。然后用反射绝缘材料覆盖传感器以避免外部加热，并将所有传感器连接到电源和兼容的数据记录器。使用基于实验室的茎段技术，对代表各种木材密度和木质部结构的五种常见的东部森林树种进行了校准。

Populus grandidentata 和 Acer rubrum 的校准曲线相差高达 97.7%，这表明需要进行物种特异性校准以获得准确的 VWC 测量值。为了评估观察到的昼夜动力学，将总含水量的变化率与使用 Granier 式散热传感器在同一棵树中同时收集的树液通量数据进行了比较。接下来，在田间研究了 3 棵红槭树。

虽然总茎水储量取决于树干的体积，但所有三个个体都表现出补给和补给的模式，与季节性趋势和土壤顶部米的汁液通量和有效水分一致。茎储水、树液通量和土壤水分在夏末延长的暴雨间期均处于最低水平。根据这些数据，红槭的干旱恢复时间估计为 10 天。

观看此视频后，您应该对如何校准、安装和作电容传感器以监测活生物质中的水分含量有很好的了解。按照此程序，可以沿着分支结构添加额外的传感器，以实现整棵树的水平衡。开发后，这项技术为生态水文学和地表建模的研究人员铺平了道路，以根据生态系统储水和能量通量评估模型性能。