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Estabilidad y distribución de la temperatura del bloque
Durante el desarrollo de este protocolo, probamos la linealidad y estabilidad temporal de la temperatura dentro del bloque. Tras encender el sistema de refrigeración y el calentador, el tiempo de inicialización del bloque es de aproximadamente una hora, durante la cual la mayoría de los ocho sensores de temperatura distribuidos uniformemente alcanzan la temperatura objetivo y luego permanecen constantes tras un sobrepaso (Figura 13A). Tras este periodo, las temperaturas registradas por los ocho sensores confirman una distribución lineal perfecta de la temperatura a lo largo del bloque de aluminio (Figura 13B).

Figura 13: Linealidad y estabilidad temporal dentro del bloque de gradiente de temperatura. (A) Estabilidad temporal de las temperaturas dentro del bloque durante el periodo de incubación, y (B) temperatura registrada por los sensores en el momento de inicio de la incubación. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Temperatura del bloque y temperatura del suelo
Probamos el tiempo necesario para que la muestra de suelo dentro del bloque alcance la temperatura registrada por los ocho sensores (Figura 14). En este estudio, medimos la temperatura de las muestras de suelo en ocho posiciones diferentes dentro del bloque, situadas cerca de los sensores. Los sensores, situados dentro del bloque, estaban preestabilizados a la temperatura objetivo. Siguiendo el protocolo descrito anteriormente, una vez que las temperaturas del bloque se establecieron, se colocaron muestras de suelo dentro del bloque. Para esta prueba, utilizamos sensores adicionales que están separados del bloque. Usamos 15 g de tierra, asegurándonos de que la sonda sensor estuviera en contacto total con el suelo. Las muestras de suelo se dejaron sin tapar y la temperatura se registró cada minuto durante un total de 30 minutos. Durante esta prueba, el bloque se cerró ligeramente para minimizar la variación de temperatura y reproducir tantas condiciones reales de utilización como fuera posible (completamente cerrado). Comprobamos que las muestras de suelo tardan aproximadamente 12 minutos en estabilizarse a la temperatura objetivo. Consideramos aceptable este tiempo de estabilización, dado que las incubaciones duran un mínimo de 3,5 horas. Además, evaluamos la linealidad de la temperatura del suelo tras 12 minutos de incubación en bloques. Los resultados indican que las temperaturas del suelo muestran una relación lineal, estrechamente alineada con la linealidad observada en los ocho sensores (Figura 15).

Figura 14: Temperatura del suelo registrada incubada a diferentes temperaturas. Las muestras A, B, C y D se incubaron en viales situados cerca de los sensores correspondientes (véase la Figura 10 para referencia). La temperatura del suelo se registraba mediante un termopar insertado directamente en las muestras de suelo. Las temperaturas específicas monitorizadas por cada sensor son las siguientes: (A) Sensor 1 (S1) a 4,1 °C, (B) Sensor 2 (S2) a 12,5 °C, (C) Sensor 3 (S3) a 20,1 °C, (D) Sensor 4 (S4) a 28,1 °C, (E) Sensor 5 (S5) a 36,1 °C, (F) Sensor 6 (S6) a 43,8 °C, (G) Sensor 7 (S7) a 51,9 °C, y (H) Sensor 8 (S8) a 60 °C. Después de colocar las muestras de suelo en el bloque, se tarda aproximadamente 12 minutos en alcanzar la temperatura objetivo. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 15: Fuerte correlación lineal entre la temperatura del suelo y la temperatura del sensor. Cuatro frascos con tierra se colocaron cerca de los ocho sensores en las posiciones de bloque A, B, C y D. La temperatura del suelo se registraba mediante un termopar insertado directamente en las muestras de suelo. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Interacción temperatura-humedad
Existe una interacción inevitable entre temperatura y humedad que debe evaluarse durante el periodo de incubación. Por ejemplo, las altas temperaturas pueden acelerar la evaporación, mientras que las bajas pueden causar condensación del agua. Para esta prueba, utilizamos cuatro muestras de suelo seleccionadas al azar con diferentes texturas (Tabla Suplementaria 2). Según el protocolo, cada muestra de suelo se colocó en la misma posición de bloque en las 22 temperaturas. Los resultados muestran que, tras un tiempo medio de incubación de 3,5 h, temperaturas más altas provocaban una mayor pérdida de humedad en comparación con temperaturas más bajas, independientemente de la textura del suelo (Figura 16). Los suelos incubados a 60 °C perdieron de media el 12% del agua total añadida, mientras que los suelos incubados a 4,1 °C perdieron de media solo el 1,88% del agua total añadida. Esto significa que durante las 3,5 horas de incubación en bloques, los suelos se mantuvieron dentro de condiciones óptimas de humedad, entre el 50% y el 60% de capacidad de retención de agua, independientemente de la temperatura deincubación 44,45 (Figura suplementaria 6).

Figura 16: Pérdida relativa de humedad del suelo durante la incubación en bloques en cuatro muestras diferentes. La pérdida de humedad se calculó en relación con la cantidad total de agua añadida para ajustar por el WHC. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Mediciones de concentración de CO2
Para comprobar la precisión y exactitud del analizador de gases, realizamos cuatro mediciones de un gas de referencia certificado (413 ± 5 ppm CO2), para las cuales el analizador registró 413,71 ± 0,60 (ppm CO2, media ± SD). Esto confirmó la alta precisión y exactitud de las mediciones deCO2 registradas por el analizador de gases. Además, para cumplir con las especificaciones del fabricante, debe realizarse una prueba anual utilizando un gas de referencia certificado.
Teniendo en cuenta el tiempo de retardo causado por la línea de inyección y el kit de reducción de caudal hacia el analizador de gases, se realizaron múltiples pruebas para determinar el tiempo óptimo de medición. Los resultados muestran que la línea de inyección provoca un retraso de aproximadamente cinco segundos. En este sistema, el tiempo ideal de medición es de 20 s, permitiendo suficiente tiempo para llenar la unidad de detección de CO2 y alcanzar un equilibrio durante 5 s (Figura 17). Dado que el kit de reducción de caudal mide a una tasa de 1,17 mL/s, este tiempo de medición corresponde a muestrear el 39% del contenido de aire en los 60 mL de los viales. Además, observamos que cuando el analizador de gases se utiliza como un sistema cerrado, se produce una caída de presión. Esta caída se produce durante el intervalo de un segundo en el que no hay inyección de aire al extraer la aguja del vial. Para tener en cuenta esta caída de presión durante el procesamiento de datos, excluimos valores deCO2 que son ligeramente inferiores (entre el 3% y el 5%) que el valor anterior o el siguiente.

Figura 17: Tiempo óptimo de medición para una muestra individual de suelo incubada a tres temperaturas diferentes. Este gráfico muestra el tiempo de inyección y extracción de la aguja, el equilibrio de CO2 durante 5 s y la caída de presión asociada al marco temporal seleccionado. Incubation_ID muestra la posición del bloque (C) y las posiciones del vial (5, 10 y 15). Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Probando el protocolo completo
Para evaluar la funcionalidad y reproducibilidad del protocolo, incubamos dos muestras diferentes, cada una con cuatro réplicas técnicas, a lo largo de las 22 temperaturas discretas que oscilaban entre 4 °C y 60 °C. Estas muestras de suelo fueron seleccionadas para demostrar el tipo de datos generados con este sistema y su desempeño. Las características específicas de la muestra pueden encontrarse en la Tabla Suplementaria 2. El bloque de gradiente de temperatura capturó de forma fiable las tasas de respiración del suelo de las diferentes muestras en cada punto de temperatura, permitiéndonos visualizar la curva de respuesta térmica. Además, las curvas de respuesta a la temperatura resultantes para todas las réplicas fueron casi idénticas, como refleja la pequeña desviación estándar alrededor de las tasas respiratorias medias en todas las temperaturas (Figura 18). Estos resultados demuestran una alta reproducibilidad y confirman la precisión del protocolo.

Figura 18: Tasas representativas de descomposición (Rs) de SOM para dos suelos, cada uno medido con cuatro réplicas técnicas incubadas a lo largo del gradiente total de temperatura. Los puntos representan la media de las tasas respiratorias a cada temperatura, y las barras de error indican la desviación estándar entre réplicas técnicas. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Se realizó una segunda prueba para demostrar la aplicabilidad científica del protocolo. Medimos las tasas de respiración del suelo a lo largo del gradiente total de temperatura y ajustamos los datos utilizando el modelo de Arrhenius o MMRT (Figura 19). Estas muestras de suelo fueron seleccionadas para demostrar el rendimiento del sistema en curvas de respuesta de temperatura contrastantes (las características de la muestra se proporcionan en la Tabla Suplementaria 2). Los resultados muestran que los datos recogidos con el bloque de gradiente de temperatura pueden analizarse más a fondo probando diferentes teorías sobre la sensibilidad a la temperatura de las tasas de descomposición de SOM. Sin embargo, surgen desafíos al trabajar con suelo fresco en cualquier experimento. Durante el periodo de 10 días previo a la incubación, observamos comunidades fúngicas creciendo dentro de algunos de los frascos en muestras de suelo más allá del conjunto de muestras representativas. A pesar de nuestros esfuerzos por eliminar cuidadosamente las comunidades fúngicas sin alterar el suelo, este crecimiento afectó los resultados de algunas muestras (Figura 20). Por ello, decidimos descartar las muestras afectadas eliminando la muestra completa, no solo los viales individuales afectados por el crecimiento fúngico.

Figura 19: Resultados representativos y tasas de respiración (Rs) de cuatro muestras diferentes de suelo incubadas en el bloque de gradiente de temperatura. La línea roja representa el ajuste de Arrhenius (A,B), y la línea azul representa el ajuste MMRT (C,D). Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 20: Patrones de frecuencia respiratoria en algunas muestras afectadas por el crecimiento fúngico. Estos resultados son ejemplos de (A,B) dos muestras contaminadas que fueron excluidas de análisis posteriores. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.
Figura suplementaria 1: Circuito básico NO/NC. " C" también puede etiquetarse como "COM" de Común. Por favor, haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura suplementaria 2: Panel de control del sistema de refrigeración. Por favor, haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura complementaria 3: Interruptor del sistema e indicador de luz. (A) Interruptor del sistema de control del bloque de gradiente de temperatura; y (B) luz verde que indica que los sensores y el sistema de calefacción están ENCENDIDOS. Por favor, haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura suplementaria 4: Control del bloque de calentamiento por gradiente de temperatura en la interfaz online. Por favor, haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura suplementaria 5: Sección diagnóstica del analizador de gases. Todo es verde significa que el instrumento está listo para las mediciones. Por favor, haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura suplementaria 6: Capacidad de retención de agua de suelos incubados a diferentes temperaturas, mediciones registradas tras 3,5 horas de incubación en bloques. Por favor, haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo suplementario 1: Instrucciones detalladas de cableado. Por favor, haga clic aquí para descargar este archivo.
Tabla suplementaria 1: Lista de materiales con la cantidad requerida. Por favor, haga clic aquí para descargar este archivo.
Tabla suplementaria 2: Características de las muestras de suelo utilizadas para la prueba de pérdida de humedad y el protocolo completo. Estas muestras fueron seleccionadas para demostrar la funcionalidad del protocolo. La clasificación de texturas sigue el sistema USDA, con la arcilla, el limo y la arena expresados en porcentajes. OC se refiere al contenido de carbono orgánico (g C·kg-1 suelo), el pH se midió en agua y CaCO3 representa el contenido de carbonato cálcico (g·kg-1 suelo). Por favor, haga clic aquí para descargar este archivo.