BtM, un Datalogger de código abierto de bajo costo para estimar el contenido de agua de criptógamas no vasculares

Las criptogamas no vasculares son cruciales para varias funciones del ecosistema. Por ejemplo, son responsables de casi el 50% del nitrógeno fijo biológicamente. Hemos diseñado un registrador de datos para abordar preguntas en el campo de la ecología criptogámica.

Los métodos están midiendo in situ el período en que estos organismos permanecen hidratados, relacionando la actividad del bryophyte con las condiciones ambientales. La principal ventaja de esta técnica es que es un registrador de datos de bajo costo, de código abierto y fácil de montar, que se puede construir sin conocimientos técnicos. El método se puede aplicar a una amplia gama de ecosistemas y organismos modelo, desde bioescríticas en tierras secas hasta turberas en regiones boreales.

Prepare un soldador y un carrete de alambre. Espere a que el soldador se caliente y humedezca la esponja de limpieza. Corte las tiras de cabezal de pasador a la longitud deseada para el sensor de temperatura y humedad, el microcontrolador y los módulos de ruptura de reloj y microSD RTC.

Para soldar las tiras de cabezal de pasador en los zócalos, precaliente la unión deseada con la punta del soldador. A continuación, aplique una pequeña cantidad de material del alambre de soldadura, suficiente para llenar la unión. Por último, retire el soldador y espere a que la unión se enfríe.

Con la misma técnica, comience a ensamblar los componentes en la placa de circuito impreso. Primero, soldar las resistencias. A continuación, suelde los zócalos para los amplificadores operacionales, el sensor SHT7x y los módulos de ruptura de reloj y microSD RTC.

A continuación, soldar los dos transistores. La placa también necesita ser soldada ahora, usando cabezales de pasador. Por último, suelde los conectores a la placa.

Ahora, suelde el sensor de humedad-temperatura SHT7x en un cabezal de pasador o un cable de extensión para reforzar los cables. Prepare un multímetro en el modo de prueba de continuidad o prueba de conductividad. Utilice el multímetro para verificar que no hay cortocircuitos entre ninguno de los pines o conexiones.

Compruebe dos veces los terminales positivos y negativos de la fuente de alimentación. Además, verifique que cada junta de soldadura cree una conexión estable entre los pines del componente y las pistas de cobre del circuito. Para conectar los terminales de la batería y los clips de cable a la placa, utilice cualquier herramienta de corte para quitar aproximadamente cuatro milímetros de cada extremo del cable, exponiendo el núcleo conductor.

A continuación, introduzca cada cable en el terminal adecuado y apriete el tornillo con el destornillador. Asegurar y comprobar la polaridad correcta de los cables, especialmente los de la fuente de alimentación. Pruebe la resistencia de la conexión tirando ligeramente de los cables, verificando que todo esté firmemente conectado.

Para reducir aún más el consumo de energía, retire el LED de potencia de la placa del microcontrolador desoldando o cortando el diodo LED de la placa. Por último, monte la placa BtM en un gabinete resistente a la intemperie para mantener la humedad lejos de la electrónica. Monte el sensor de humedad-temperatura fuera de la caja, dejándolo conectado a la placa BtM.

Enrute los ocho pares de clips de cocodrilo necesarios para las mediciones de conductividad al exterior del recinto resistente a la intemperie. Por último, recorta cada hebra de musgo con los clips de cocodrilo. Para asegurarse de que las muestras estén secas, realice la calibración al mediodía, en un día con baja humedad del aire y precedido por al menos uno, y preferiblemente dos días secos.

Seleccione una comunidad de musgo o líquen que esté sana y bien estructurada. Conecte el registrador de datos al musgo o líquen colocando los clips de cocodrilo en una posición central de las comunidades en los casos de bryophytes, líquenes de fruticeza y líquenes de folios. Para líquenes fruticos, adjunte los clips en el tallo.

Para musgos, adjunte los clips directamente en el vástago de un individuo. En el caso de los líquenes de foliose, coloque los clips en el borde del tallo. Mantenga una distancia mínima de aproximadamente cinco milímetros entre los electrodos.

Asegúrese de que los clips no se desmontan fácilmente antes de iniciar las mediciones. Inicie las mediciones activando el registrador de datos y deje la placa BtM funcionando durante aproximadamente tres minutos para estabilizar los valores registrados. Realice una prueba de precalibración para estimar la cantidad de agua necesaria en cada evento de riego.

Conecte los clips a la muestra. Luego, agregue agua hasta que la conductividad alcance un valor que no aumente con la adición de más agua. Este es el valor máximo de conductividad de esa muestra y se utilizará para establecer los pasos de riego de la calibración.

Espere hasta que las medidas de conductividad vuelvan a los valores iniciales. Utilice un spray pequeño para humedecer las muestras con una cantidad de agua equivalente a 1/10 de la cantidad predeterminada de agua necesaria para lograr la máxima conductancia en la muestra. Espere hasta que el musgo o líquen absorba completamente el agua y las mediciones de conductividad sean estables antes de regar de nuevo.

Repita hasta que la conductividad alcance el valor máximo y el musgo o líquen esté completamente hidratado. Cada prueba de calibración debe tardar alrededor de 15 minutos, dependiendo del intervalo entre los riegos, que debe ser de uno a dos minutos. Después de finalizar la calibración, tome la tarjeta microSD de la placa BtM y copie el archivo de datos en un ordenador.

Aquí se muestra una figura que representa la evolución de las mediciones de conductividad durante la fase de calibración. Las curvas de desicación de Homalothecium aureum y Dicranum scoparium revelan variabilidad entre las muestras de la misma especie. La variabilidad intra e interespecie encontrada era bastante grande y se puede atribuir a diferencias en biomasa y morfología de cada tallo.

Debido a su facilidad de montaje, este dispositivo supera las limitaciones técnicas de diseño y construcción de un registrador de datos, permitiendo el establecimiento de redes de monitoreo a medio y largo plazo. Esta técnica allana el camino para que los investigadores en biogeografía y ecofisiología exploren cuándo, cómo y por qué las criptogamas vasculares conocidas, como líquenes o musgos, están creciendo en diferentes regiones y a través de gradientes ambientales. Además, esta técnica puede ayudar a entender los impulsores del éxito de una especie o individuos dentro de comunidades ecológicas o establecer lo que determina la prestación de servicios ecosistémicos por estos organismos clave.