Simulation der Temperatur in einem Bodeninkubationsexperiment

Dieses Protokoll wird eine hochmoderne Umweltkammer einführen und eine neue Methode der Temperaturkontrolle demonstrieren, um das experimentelle Design einer Bodeninkubation zu verbessern. Der Hauptvorteil dieser Technik ist ihre Fähigkeit, die Größe und Amplitude der Bodentemperatur des Instituts zu imitieren. Diese Methode kann angewendet werden, um die verschiedenen Erwärmungsszenarien in der Bodeninkubation zu simulieren, wie z.B. extreme Hitze.

Eine mögliche Herausforderung dieser Technik ist die Einrichtung des Temperaturprofils in der Kammer. Die Beobachtung und das Verständnis der täglichen Temperaturschwankungen im Boden wären erforderlich. Öffnen Sie zunächst die Software auf dem Computer und klicken Sie auf die Schaltfläche Launch and Properties Toolbar, um den Logger für die verwendeten externen Sensoren zu konfigurieren.

Legen Sie den Namen der Loggerstation und das Datenerfassungsintervall fest. Klicken Sie dann auf dem Bildschirm Eigenschaften an den verwendeten externen Sensoranschlüssen auf Aktiviert, und wählen Sie den Sensor und die Einheit aus dem Dropdown-Menü für jeden Sensoranschluss aus. Klicken Sie abschließend auf OK, um die Einstellungen zu speichern.

Laden Sie den Datensatz einmal im Monat herunter und erhalten Sie eine vollständige Aufzeichnung für mehrere Monate, die die Vegetationsperiode abdeckt. Um die Daten der Temperaturaufzeichnungen zu analysieren, erhalten Sie die mittlere stündliche Temperatur der Vegetationsperiode, indem Sie alle Beobachtungen mitteln. Um die Durchschnittstemperatur für jede Stunde täglich zu erhalten, mitteln Sie die Temperaturen zur gleichen Stunde an allen Tagen während der Vegetationsperiode.

Starten Sie in der anspruchsvollen Kammer die Software und klicken Sie auf die Schaltfläche Profil im Hauptmenübildschirm, um eine neue Datei zu erstellen. Geben Sie in der Zeile File Name Input (Dateinameneingabe) die Zeichenfolge SW Low (SW Low) ein. Wenn Sie auf die Option Instant Change klicken, geben Sie 15,9 Grad Celsius als Anfangstemperatur ein.

Geben Sie zwei in die Zeile Minuten ein, um die Temperatur für zwei Minuten beizubehalten, und klicken Sie auf die Schaltfläche Fertig. Geben Sie dann unter der Option Ramp Time 15,9 Grad Celsius als Zielsollwert ein und geben Sie in der Zeile Stunden 850 Stunden ein, um die Temperatur aufrechtzuerhalten, und klicken Sie auf die Schaltfläche Fertig. In der zweiten Kammer fügen Sie jedem Temperaturknoten fünf Grad Celsius hinzu.

Erstellen Sie einen neuen Dateinamen SW High und wiederholen Sie die zuvor gezeigten Schritte. Fügen Sie in der dritten Kammer 23 zusätzliche Schritte hinzu, die 23 beobachteten stündlichen Bodentemperaturen entsprechen, und stellen Sie beim letzten Schritt, der Sprung genannt wird, 42 wiederholte Schleifen ein. Dies führt zu dem Szenario einer allmählichen Erwärmung oder GW Low.

Fügen Sie in der vierten Kammer jedem Temperaturknoten fünf Grad Celsius hinzu und wiederholen Sie die zuvor gezeigten Schritte. Dies ermöglicht eine Simulation unterschiedlicher Temperaturen für 42 Tage auf einem höheren Temperaturniveau. Führen Sie einen Vorlauf für 24 Stunden durch und geben Sie die von den vier Kammern aufgezeichneten Temperaturen aus.

Zeichnen Sie die von den Kammern aufgezeichneten Temperaturen mit den programmierten Temperaturen ab. Stimmen die in der Kammer erreichten Temperaturen mit den Temperaturen überein, die durch eine Temperaturdifferenz von weniger als 0,1 Grad Celsius während der 24 Stunden programmiert sind, eignen sich die Kammern für das Bodeninkubationsexperiment. Wenn die Kriterien nicht erfüllt sind, wiederholen Sie einen weiteren 24-Stunden-Test oder suchen Sie eine neue Kammer auf.

Sammeln Sie in der Nähe des Temperaturfühlerbereichs fünf Bodenproben in null bis 20 Zentimeter Tiefe und legen Sie sie nach dem Entfernen der Oberflächenstreuschicht in einen Plastikbeutel. Mischen Sie die Probe gründlich, indem Sie die Materialien im Beutel drehen, drücken und vermischen, bis keine einzelne Bodenprobe sichtbar ist. Lagern Sie die Proben in einem mit Eisbeuteln gefüllten Kühler und transportieren Sie die Proben sofort ins Labor.

Entfernen Sie die Wurzeln in jedem Kern. Sieben Sie es durch ein Bodensieb von zwei Millimetern und mischen und homogenisieren Sie die Probe gründlich. Wiegen Sie 10 Gramm frische Erde.

Im Ofen 24 Stunden bei 105 Grad Celsius trocknen und den trockenen Boden wiegen. Leiten Sie die Differenz zwischen frischen und trockenen Bodenproben ab und berechnen Sie das Verhältnis der Differenz zum Gewicht des trockenen Bodens, um den Bodenfeuchtegehalt in einer Tabelle zu bestimmen. Wiegen Sie 10 Gramm der Feldfeuchtboden-Teilprobe und quantifizieren Sie den mikrobiellen Biomassekohlenstoff des Bodens durch Chloroformbegasung, Kaliumsulfatextraktion und Kalium pro Sulfataufschlussmethoden.

Als nächstes wiegen Sie ein Gramm der feldfeuchten Bodenunterprobe und messen die hydrolytische und oxidative extrazelluläre Enzymaktivität des Bodens. Dann wiegen Sie 16 feldfeuchte Bodenteilproben in 16 PVC-Kernen, die mit Glasfaserpapier auf dem Boden versiegelt sind. Legen Sie die Kerne in Ein-Liter-Einmachgläser, die mit einem Bett aus Glasperlen ausgekleidet sind, um sicherzustellen, dass die Kerne keine Feuchtigkeit aufnehmen.

Stellen Sie vier Gläser in jede der vier Kammern. Schalten Sie die Kammern ein und starten Sie das Programm gleichzeitig in vier Kammern. Nehmen Sie während der Inkubation alle Gläser in jeder der vier Kammern und legen Sie die Farbe des tragbaren Kohlendioxid-Gasanalysators auf jedes Glas, um die Bodenatmungsrate zu messen.

Sammeln Sie destruktiv alle Gläser am Ende der Inkubation, also am Tag 42, und quantifizieren Sie die mikrobielle Biomasse des Bodens Kohlenstoff und die Bodenenzymaktivität. Unter der Annahme einer konstanten Atemfrequenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Entnahmen verwenden Sie die Atemfrequenz multipliziert mit der Dauer, um die kumulative Atmung abzuleiten. Führen Sie eine dreiseitige Analyse der Varianz oder ANOVA mit wiederholten Messungen durch, um die wichtigsten und interaktiven Auswirkungen von Zeit, Temperatur und Temperaturmodus auf die Atemfrequenz und die kumulative Atmung zu testen.

Führen Sie außerdem eine Zwei-Wege-ANOVA durch, um die Auswirkungen des Erwärmungs- und Erwärmungsszenarios auf die mikrobielle Kohlenstoff- und extrazelluläre Enzymaktivität der mikrobiellen Biomasse zu testen. Die Illustration des Temperaturänderungsmodus in einem Bodenerwärmungsexperiment wird hier vorgestellt. Konstante Temperatur, die von den meisten Studien angenommen wird, konstante Temperatur mit unterschiedlicher Größe, lineare Änderung mit positiven und negativen Raten und nichtlineare Änderung mit unregelmäßigen und täglichen Mustern werden hier gezeigt.

Die mittlere kumulative Bodenatmungsrate unter Kontrolle und Wärmebehandlungen bei schrittweiser Erwärmung und allmählicher Erwärmung in einem 42-tägigen Bodeninkubationsexperiment ist in dieser Abbildung dargestellt. Die Einschübe zeigen die Bodenatmungsraten, die zur Schätzung und kumulativen Atmung unter der Annahme einer konstanten Atemfrequenz angewendet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Erwärmung in beiden Erwärmungsszenarien zu signifikant größeren Atemverlusten führte und die allmähliche Erwärmung den durch die Erwärmung verursachten Atemverlust im Vergleich zur schrittweisen Erwärmung verdoppelte, 81% gegenüber 40%Der mittlere mikrobielle Biomassekohlenstoff unter Kontrolle und Wärmebehandlungen in einer schrittweisen und allmählichen Erwärmung in einem 42-tägigen Bodeninkubationsexperiment ist in dieser Abbildung dargestellt.

Hier bezeichnet S den signifikanten Effekt des Erwärmungsszenarios basierend auf einer dreifach wiederholten Mess-ANOVA. Diese Zahl stellt die mittleren Hydrolasen und Oxidasen Aktivitäten unter Kontrolle und Erwärmungsbehandlungen in schrittweiser und allmählicher Erwärmung in einem 42-tägigen Experiment dar. Nach einer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Bodenbiogeochemiker, die Auswirkungen verschiedener Erwärmungsszenarien auf die Bodenatmung und die Mikros durch ausgeklügelte Programmierung in der Kammer zu untersuchen.