制造简单、廉价的土壤表面温度和重力含水量传感器

准确测量土壤表面上 5 mm 的温度和含水量可以增进我们对生物、化学和物理过程环境控制的理解。在这里，我们描述了一个使用土壤表面温度和水分传感器进行制造、校准和测量的协议。

这种方法允许任何人建立传感器，可以测量温度和湿度的最高五毫米的土壤，一个动态和困难的区域测量。同时测量土壤表面的微气候，可以评估温度和土壤湿度如何影响土壤表面的生物体、气体通量和生态系统功能的其他成分。土壤表面特别容易出现温度和湿度的较动，在调节整体生态系统活动方面可能特别重要。

这些传感器为土壤水分表面生物群如何受温度和湿度变化的调节和响应提供了新的见解，这在过去一直很难研究。要准备热电偶电缆，请将电缆护套剥离四条以从电缆末端剥开厘米，然后将新露出的小直径护套从电线末端剥开五毫米，然后切断电缆护套处的接地线，以便不暴露在护套外。使用适当的防护设备，ARC 将导线的外露尖端焊接在一起，轻轻拖在导线上，以测试焊缝的强度，并确保尖端不会分离。

将热电偶电缆的 ARC 焊接尖端浸入液体电气胶带中，以覆盖导线的外露金属，以及至少三毫米的小直径电线护套。在允许电气胶带干燥至少四个小时后，或按照制造商的建议，切割一块约 3.3 毫米的热收缩管，该管足够长，足以覆盖小直径护套上的电气胶带和至少一厘米的热电偶护套，然后将电线插入管子中，然后将管移回电缆护套上。要准备土壤湿气电缆，请将电缆护套从电缆的端线剥离五厘米，然后切断电缆护套的接地线，以便其不会暴露在护套之外。

从土壤湿气线末端剥去一厘米的内小直径护套，并扭动每根导线的裸露金属，以巩固小线。然后，使用适当的皮肤和眼睛保护，将焊剂涂抹在每根导线端的外露金属上，以锡小而扭曲的绞线。接下来，切割一块直径为 10 毫米的热收缩管，比剥去电缆护套到镀锡电线末端的距离长约 1 厘米，然后将管子放在两根电线上。

将油管滑回电缆护套上，切割两块 1.5 厘米的 3.3 毫米热收缩管。将一根管子放在每根导线上，将焊剂涂抹到双爪插座条的爪上。将电线的镀锡端焊接到双爪插座条的末端，确保两端保持分离，以便它们不接触。

将两块直径为3.3毫米的热收缩到双爪插座条的基座上，使所有金属部件都覆盖。使用热枪粘附热收缩管，注意不要过热，并熔化管下的焊管。将直径为 10 毫米的热收缩管从双爪插座条的末端移动到 1 毫米，以便覆盖插座条、小直径电线和部分电缆护套，并使用热枪将热收缩管固定到位。

要修改八爪端子条，请调整条形，使顶部爪管从视图中弯曲，并使用钢丝剪贴器从左侧切割第二、第四和第七爪，就在黑色塑料接触条下方。测量黑色塑料接触带下方的五毫米，将左侧的第三、第五和第六爪标记为五毫米，然后以五毫米标记截断这些爪。对于传感器头组件，切割两块直径约 13 毫米的 13 厘米的 1 厘米片，并在每个热电偶和土壤湿气电缆上滑动一条。

将热电偶导线的 ARC 焊接端移过第三个夹爪的顶部，使热电偶的尖端与夹爪的端端一起定向，并弯曲导线，使它们遵循爪的顶部曲线。将直径为 3.3 毫米的热收缩管滑到爪和热电偶导线的弯曲部分，并检查热缩管是否也覆盖了热电偶电缆护套的一部分。使用热枪将热收缩管粘附到位，并用手指挤压弯曲爪上的热收缩管部分。

将插脚 5 和 6 的顶部弯曲端插入双爪插座条，并将顶部直径 13 毫米的热收缩管向传感器头移动，直到其位于离头大约 1 厘米的位置。使用热枪将管子固定到位，注意将插座条牢固地连接到五和六爪上，并固定在三爪上的热电偶线，并粘贴其他直径 13 毫米的热收缩管，比前一块热收缩管后面几厘米。将热收缩管固定到位时，双爪插座条和经过改装的传感器头的 5 和 6 爪之间的良好连接至关重要。

然后，将液体电气胶带涂抹到热电偶导线和三爪的所有侧面，以及插座条连接的所有侧面，确保所有暴露的金属都覆盖。但是，不要盖住与连接相关的 5 毫米夹爪。在这里，显示了三个土壤基板的两个样品的干式校准数据，每个样品都有自己的探针。

淤泥土样的回归与其他两种土壤基质不同，因此，将淤泥土的回归方程应用于苔苔生物十分，反之亦然，将导致价值大相径庭。另一方面，重力水与细砂土与苔苔生物脆的探针电阻关系相似。由于基板内部可能变化，因此获得足够大的样本量以生成精确的校准曲线并创建所有站点的单独校准曲线非常重要。

在这些图表中，可以观察到2018年5月初发生的两起单独的降雨事件的加热和控制地块的平均温度和重力含水量。暖地块的平均气温始终高于受控地块的平均气温。在两次降雨过程中，加热地块中的电阻率传感器比控制装置记录更少的土壤水分，加热地块干燥速度更快。

在 ARC 焊接热电偶导线和将第二条带连接到传感器头时，确保良好的连接非常重要。我们安装了这些传感器，用于多个暖化实验，因为了解温度处理如何影响土壤湿度读数对于解释土壤表面微气候数据至关重要。与其他仪器一起，这些传感器可以调查土壤表面的温度和水分如何影响土壤的基本过程，如二氧化碳排放到大气中。

地表土壤微气候和土壤排放之间的这种新联系，对于我们理解旱地土壤如何为全球变化产生反馈至关重要。