BtM, eine kostengünstige Open-Source Datenlogger, den Wassergehalt des Nonvascular Kryptogamen zu schätzen

Nicht-vaskuläre Kryptogams sind entscheidend für mehrere Ökosystemfunktionen. Sie sind beispielsweise für fast 50 % des biologisch fixierten Stickstoffs verantwortlich. Wir haben einen Datenlogger entwickelt, um Fragen auf dem Gebiet der kryptogamischen Ökologie zu beantworten.

Die Methoden messen in situ die Zeit, in der diese Organismen hydratisiert bleiben, was die Bryophytenaktivität mit Umweltbedingungen in Verbindung setzt. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass es sich um einen kostengünstigen, Quell- und einfach zu montierenden Datenlogger handelt, der ohne technisches Wissen gebaut werden kann. Die Methode kann auf eine Breite von Modellökosystemen und Organismen angewendet werden, von der Biokruste in Trockengebieten bis hin zu Torfmooren in borealen Regionen.

Bereiten Sie ein Lötkolben und eine Spule Draht vor. Warten Sie, bis sich das Lötkolben erhitzt, und befeuchten Sie den Reinigungsschwamm. Schneiden Sie die Stiftkopfleisten für Temperatur- und Feuchtigkeitssensor, Mikrocontroller und RTC-Uhr und microSD-Breakout-Module auf die gewünschte Länge.

Um die Stiftleisten in die Steckdosen zu löten, die gewünschte Verbindung mit der Spitze des Lötkolbens vorheizen. Dann wenden Sie eine kleine Menge material aus dem Lötdraht, genug, um die Kreuzung zu füllen. Entfernen Sie schließlich das Lötkolben, und warten Sie, bis die Kreuzung abgekühlt ist.

Mit der gleichen Technik, beginnen Sie, die Komponenten auf der Leiterplatte zu montieren. Zuerst löten Sie die Widerstände. Dann löten Sie die Buchsen für die Operationsverstärker, den SHT7x-Sensor und die RTC-Uhr und microSD-Breakout-Module.

Als nächstes löten Sie die beiden Transistoren. Das Board muss jetzt auch mit Pin-Headern gelötet werden. Löten Sie schließlich die Anschlüsse an die Platine.

Löten Sie nun den SHT7x-Feuchtigkeitstemperatursensor in einen Stiftkopf oder ein Verlängerungskabel, um die Leitungen zu verstärken. Bereiten Sie ein Multimeter im Modus für Kontinuitätstests oder Leitfähigkeitstests vor. Verwenden Sie das Multimeter, um sicherzustellen, dass zwischen den Pins oder Anschlüssen keine Kurzschlüsse vorhanden sind.

Überprüfen Sie die positiven und negativen Klemmen des Netzteils. Stellen Sie außerdem sicher, dass jede Lötverbindung eine stabile Verbindung zwischen den Komponentenstiften und den Kupferspuren des Schaltkreises herstellt. Um die Batterieklemmen und Kabelclips an die Platine anzuschließen, verwenden Sie ein beliebiges Schneidwerkzeug, um etwa vier Millimeter jedes Drahtendes zu entfernen und so den leitfähigen Kern freizulegen.

Führen Sie dann jedes Kabel in die entsprechende Klemme ein und ziehen Sie die Schraube mit dem Schraubendreher fest. Stellen Sie sicher, dass die korrekte Polarität der Kabel, insbesondere der Stromversorgung, falsch ist. Testen Sie die Festigkeit der Verbindung, indem Sie die Kabel leicht ziehen und überprüfen, ob alles fest verbunden ist.

Um den Stromverbrauch weiter zu reduzieren, entfernen Sie die LED-Leistung der Mikrocontrollerplatine, indem Sie die LED-Diode entweder entlöten oder von der Platine abschneiden. Schließlich montieren Sie das BtM-Board in einem wetterfesten Gehäuse, um Feuchtigkeit von der Elektronik fernzuhalten. Montieren Sie den Feuchtigkeits-Temperatur-Sensor außerhalb des Kastens, sodass er mit der BtM-Platine verbunden bleibt.

Leiten Sie die acht Paar Krokodilklammern, die für Leitfähigkeitsmessungen benötigt werden, an die Außenseite des wetterfesten Gehäuses weiter. Schließlich clip jeder Moosstrang mit den Krokodil-Clips. Um sicherzustellen, dass die Proben trocken sind, führen Sie die Kalibrierung mittags, an einem Tag mit niedriger Luftfeuchtigkeit und vor mindestens einem, vorzugsweise zwei trockenen Tagen, durch.

Wählen Sie eine Gemeinschaft von Moos oder Flechten, die gesund und gut strukturiert ist. Verbinden Sie den Datenlogger mit dem Moos oder Flechten, indem Sie die Krokodilclips an einer zentralen Position der Gemeinschaften in den Fällen von Bryophyten, Fruticose Flechten und Foliose Flechten platzieren. Für fruticose Flechten, befestigen Sie die Clips im Thallus.

Bei Moosen befestigen Sie die Clips direkt am Stiel einer Person. Bei Foliose Flechten die Clips an die Grenze des Thallus legen. Halten Sie einen Mindestabstand von etwa fünf Millimetern zwischen den Elektroden.

Stellen Sie sicher, dass die Clips nicht leicht gelöst werden können, bevor Sie mit den Messungen beginnen. Starten Sie die Messungen, indem Sie den Datenlogger einschalten, und lassen Sie die BtM-Platine etwa drei Minuten laufen, um die aufgezeichneten Werte zu stabilisieren. Führen Sie einen Vorkalibrierungstest durch, um die Wassermenge zu schätzen, die bei jedem Bewässerungsereignis benötigt wird.

Verbinden Sie die Clips mit dem Beispiel. Fügen Sie dann Wasser hinzu, bis die Leitfähigkeit einen Wert erreicht, der mit der Zugabe von mehr Wasser nicht erhöht wird. Dies ist der maximale Leitfähigkeitswert dieser Probe und wird verwendet, um die Bewässerungsschritte der Kalibrierung festzulegen.

Warten Sie, bis die Leitfähigkeitskennzahlen zu den Anfangswerten zurückkehren. Verwenden Sie ein kleines Spray, um die Proben mit einer Wassermenge zu befeuchten, die 1/10 der vorgegebenen Wassermenge entspricht, die erforderlich ist, um die maximale Leitfähigkeit in der Probe zu erreichen. Warten Sie, bis das Moos oder die Flechten das Wasser vollständig aufnehmen und die Leitfähigkeitsmessungen stabil sind, bevor sie wieder bewässern.

Wiederholen Sie dies, bis die Leitfähigkeit den Maximalwert erreicht und das Moos oder die Flechten vollständig hydratisiert sind. Jeder Kalibrierungstest sollte etwa 15 Minuten dauern, abhängig vom Intervall zwischen den Bewässerungen, das ein bis zwei Minuten betragen sollte. Nehmen Sie nach Abschluss der Kalibrierung die microSD-Karte von der BtM-Platine und kopieren Sie die Datendatei auf einen Computer.

Hier ist eine Abbildung zu sehen, die die Entwicklung der Leitfähigkeitsmessungen während der Kalibrierungsphase darstellt. Die Austrocknungskurven von Homalothecium aureum und Dicranum scoparium zeigen Die Variabilität zwischen den Proben derselben Art. Die festgestellten Intra- und Interspeziesvariabilitäten waren recht groß und können auf Unterschiede in der Biomasse und Morphologie jedes Stammes zurückgeführt werden.

Aufgrund seiner einfachen Montage überwindet dieses Gerät die technischen Zwänge des Entwerfens und Erstellens eines Datenloggers und ermöglicht so den Aufbau mittel- und langfristiger Überwachungsnetzwerke. Diese Technik ebnet Forschern in Biogeographie und Ökophysiologie den Weg zu erforschen, wann, wie und warum bekannte Gefäßkryptogams wie Flechten oder Moose in verschiedenen Regionen und in allen Umweltgradienten wachsen. Darüber hinaus kann diese Technik helfen, die Erfolgsfaktoren einer Art oder Individuen innerhalb ökologischer Gemeinschaften zu verstehen oder festzustellen, was die Bereitstellung von Ökosystemleistungen durch diese Schlüsselorganismen bestimmt.