BtM：一种低成本开源数据记录仪，用于估算非维管隐花植物的含水量

非维管隐花植物对多种生态系统功能至关重要。例如，它们贡献了近50%的生物固定的氮。我们设计了一种数据记录仪，以解决隐花植物生态学领域的科学问题。

该方法通过原位测量这些生物体保持水分的时间，将苔藓植物的活动与环境条件关联起来。该技术的主要优势在于，它是一种低成本、开源且易于组装的数据记录仪，无需专业技术知识即可构建。该方法可广泛应用于多种模式生态系统和生物体，从干旱地区的生物结皮到北方地区的泥炭沼泽均可适用。

准备一个电烙铁和一卷焊锡丝。等待电烙铁加热，并将清洁海绵润湿。根据温湿度传感器、微控制器、RTC时钟以及microSD扩展模块所需的长度，截取相应的排针条。

将排针插头焊接到插座时，先用烙铁尖端预热目标焊点。然后，从焊锡丝上熔入少量焊料，足以填满焊点即可。最后，移开烙铁，并等待焊点冷却固化。

使用相同的技术，开始将各个元器件组装到印刷电路板上。首先焊接电阻，然后焊接运算放大器、SHT7x 传感器以及 RTC 时钟和 microSD 扩展模块的插座。

接下来，焊接两个晶体管。现在还需要使用针座将电路板进行焊接。最后，将连接器焊接到电路板上。

现在，将 SHT7x 湿度-温度传感器焊接到针座或延长电缆上，以加固引线。将万用表调至通断测试或导通性测试模式。使用万用表检查各引脚或连接之间是否存在短路。

仔细检查电源的正极和负极接线端。同时确认每个焊点都能在元件引脚与电路板的铜导线之间形成稳定连接。为将电池端子和导线夹连接到电路板上，请使用任意切割工具剥离每根导线末端约四毫米的绝缘层，以露出导电金属芯。

然后，将每根电缆接入相应的端子，并用螺丝刀拧紧螺丝。确保并再次检查电缆的极性是否正确，特别是电源线的极性。通过轻轻拉拽电缆来测试连接的牢固性，确认所有连接均稳固可靠。

为进一步降低功耗，可通过拆焊或剪除LED二极管的方式移除微控制器板上的电源指示灯。最后，将BtM板安装在防风雨的外壳中，以防止湿气侵入电子元件。将温湿度传感器安装在箱体外部，但仍保持其与BtM板的连接。

将进行电导率测量所需的八对鳄鱼夹引线连接至防水外壳外部。最后，用鳄鱼夹夹住每一条苔藓样本。为确保样本干燥，应在空气湿度较低的天气条件下进行校准，并选择至少经历一天、最好两天干燥天气后的正午时分进行。

选择一个健康且结构完整的苔藓或地衣群落。对于苔类植物、枝状地衣和叶状地衣，将数据记录仪的鳄鱼夹夹在群落中央位置，以连接到苔藓或地衣。对于枝状地衣，应将夹子固定在叶状体上。

对于苔藓，将电极夹直接夹在个体的茎上。对于叶状地衣，则将电极夹放置在叶状体的边缘。电极之间应保持至少约五毫米的最小距离。

确保在开始测量前夹子不易脱落。打开数据记录仪以开始测量，并让BtM板持续运行约三分钟，以使记录的数值稳定。进行预校准测试，以估算每次浇水事件所需的水量。

将夹子连接到样品上。然后加水，直到电导率不再随加水量的增加而上升为止。此时的电导率即为该样品的最大电导率值，将用于确定校准过程中的加水步骤。

等待电导率测量值恢复至初始数值。使用小型喷雾器向样品喷洒相当于达到该样品最大电导率所需水量的十分之一的水。待苔藓或地衣完全吸收水分，且电导率测量值稳定后，再进行下一次浇水。

重复此过程，直至电导率达到最大值，且苔藓或地衣完全水合。每次校准测试大约需要15分钟，具体时间取决于每次浇水之间的间隔，间隔应为一到两分钟。校准完成后，从BtM电路板上取出microSD卡，并将数据文件复制到计算机中。

图中显示了校准阶段电导率测量值的变化过程。金黄同蒴藓（Homalothecium aureum）和扫叶藓（Dicranum scoparium）的干燥曲线表明，同一种内的样本之间存在变异性。观察到的种内和种间变异程度较大，可归因于每根茎在生物量和形态上的差异。

由于其易于组装，该设备克服了设计和构建数据记录仪的技术限制，从而能够建立中长期监测网络。该技术为生物地理学和生态生理学领域的研究人员探索已知的维管隐花植物（如地衣或苔藓）在不同地区及环境梯度下生长的时间、方式和原因提供了可能。此外，该技术还有助于理解物种或个体在生态群落中成功定殖的驱动因素，或阐明这些关键生物在提供生态系统服务方面所起作用的决定因素。