Fabricación de sensores de temperatura de superficie del suelo y de contenido de agua gravimétrica simples y económicos

Este método permite a cualquier persona construir sensores que puedan medir la temperatura y la humedad de los cinco milímetros superiores del suelo, un área dinámica y difícil de medir. La medición simultánea del microclima en la superficie del suelo permite evaluar cómo la temperatura y la humedad del suelo influyen en los organismos, los flujos de gas y otros componentes de la función del ecosistema en la superficie del suelo. La superficie del suelo es particularmente propensa a grandes fluctuaciones de temperatura y humedad y puede ser desproporcionadamente importante para regular la actividad general del ecosistema.

Los sensores proporcionan nuevos conocimientos sobre cómo la biota de la superficie de humedad del suelo está regulada por y responde a los cambios de temperatura y humedad, que ha sido difícil de estudiar en el pasado. Para preparar el cable de termopar, desmonte la chaqueta de cable cuatro para dar centímetros del extremo del cable, y desmonte las fundas de diámetro pequeño recién expuestas a cinco milímetros de los extremos de los cables, y corte el cable de tierra en la chaqueta de cable para que no se exponga más allá de la chaqueta. Usando el equipo de protección adecuado, ARC soldar las puntas expuestas de los cables juntos y tirar suavemente sobre los cables para probar la resistencia de la soldadura, y para asegurarse de que las puntas no se separan.

Sumerja las puntas soldadas ARC del cable de termopar en cinta eléctrica líquida para cubrir el metal expuesto de los cables, y al menos tres milímetros de las fundas de alambre de diámetro pequeño. Después de permitir que la cinta eléctrica se seque durante al menos cuatro horas, o según lo recomendado por el fabricante, corte una pieza de aproximadamente 3,3 milímetros de tubo termorretráctil que sea lo suficientemente largo como para cubrir la cinta eléctrica en las fundas de diámetro pequeño y al menos un centímetro de la chaqueta de termopar, e inserte los cables en el tubo, luego mueva el tubo hacia atrás sobre la chaqueta del cable. Para preparar el cable de humedad del suelo, desmonte la chaqueta del cable a cinco centímetros del extremo del cable y corte el cable de tierra en la chaqueta del cable para que no se exponga más allá de la chaqueta.

Tira un centímetro de las fundas interiores de diámetro pequeño de los extremos de los cables de humedad del suelo y retuerce el metal expuesto de cada alambre para consolidar las pequeñas hebras. Luego, usando la protección adecuada para la piel y los ojos, aplique la soldadura al metal expuesto en cada extremo del alambre para estaño las hebras pequeñas y retorcidas. A continuación, corte un trozo de tubo termorretráctil de 10 milímetros de diámetro para que sea aproximadamente un centímetro más largo que la distancia a la que se despojó la chaqueta de cable hasta el final de los cables estañados, y coloque este tubo sobre ambos cables.

Deslice el tubo hacia atrás sobre la chaqueta del cable y corte dos piezas de 1,5 centímetros de tubo termorretráctil de 3,3 milímetros. Coloque una pieza de tubo sobre cada alambre y aplique el flujo de soldadura a las puntas de la tira de zócalo de dos puntas. Soldar los extremos estañados del alambre hasta los extremos de la tira de zócalo de dos puntas, asegurándose de mantener los dos extremos separados para que no se toquen.

Mueva las dos piezas de 3,3 milímetros de diámetro termorretráctil a la base de la tira de zócalo de dos puntas, de modo que todas las piezas metálicas estén cubiertas. Utilice la pistola de calor para adherir los tubos de termorretráctil, teniendo cuidado de no sobrecalentar y derretir la soldadura debajo de los tubos. Mueva el tubo termorretráctil de 10 milímetros de diámetro a un milímetro desde el extremo de la tira de zócalo de dos puntas para que esté cubriendo la tira de zócalo, los cables de diámetro pequeño y parte de la chaqueta de cable, y use la pistola de calor para fijar este tubo termorretráctil en su lugar.

Para modificar la tira de terminales de ocho puntas, oriente la tira para que las puntas superiores se curvan lejos de la vista y utilice recortes de alambre para cortar la segunda, cuarta y séptima puntas de la izquierda, justo debajo de la tira de contacto de plástico negro. Mida cinco milímetros por debajo de la tira de contacto de plástico negro y marque la tercera, quinta y sexta puntas de la izquierda a cinco milímetros, luego ciérralas en las marcas de cinco milímetros. Para el ensamblaje del cabezal del sensor, corte dos piezas de un centímetro de tubo termorretráctil de aproximadamente 13 milímetros de diámetro y deslice una sobre cada uno de los cables de humedad del suelo y termopar.

Mueva el extremo soldado ARC de los cables del termopar sobre la parte superior de la tercera punta recortada de modo que la punta del termopar esté orientada con el extremo del extremo de la punta recortada, y doble los cables para que sigan la curva superior de la punta. Deslice el tubo termorretráctil de 3,3 milímetros de diámetro sobre la parte curva de la punta y los cables del termopar y compruebe que el tubo termorretráctil también está cubriendo parte de la chaqueta de cable del termopar. Utilice una pistola de calor para adherir el tubo termorretráctil en su lugar y use los dedos para apretar la parte del tubo termorretráctil que está sobre la punta curva.

Inserte los extremos curvos superiores de las puntas de cinco y seis en la tira de zócalo de dos puntas y mueva la pieza superior del tubo termorretráctil de 13 milímetros de diámetro hacia el cabezal del sensor hasta que se coloque aproximadamente a un centímetro de la cabeza. Utilice una pistola de calor para fijar el tubo en su lugar, teniendo cuidado de mantener la tira de la toma firmemente conectada a las puntas cinco y seis, y al cable termopar en la punta tres, y coloque la otra pieza de 13 milímetros de diámetro de tubo termorretráctil unos pocos centímetros detrás de la pieza anterior de tubo de reducción de calor. Al fijar el tubo termorretráctil en su lugar, una buena conexión entre la tira de zócalo de dos puntas y las puntas cinco y seis del cabezal del sensor modificado es crítica.

A continuación, aplique cinta eléctrica líquida a todos los lados del cable de termopar y la punta tres, y a todos los lados de la conexión de la tira de zócalo, asegurando que todo el metal expuesto esté cubierto. Sin embargo, no cubra las puntas recortadas de 5 milímetros asociadas con la conexión. Aquí se muestran los datos de calibración en seco de dos muestras de cada uno de los tres sustratos del suelo, cada uno con su propia sonda.

Las regresiones para las muestras de suelo de limo son distintas de los otros dos sustratos del suelo, por lo tanto, aplicar la ecuación de regresión del suelo de limo al biocrusticio de musgo o viceversa conduciría a valores dramáticamente diferentes. Por otro lado, la relación entre el agua gravimétrica y las resistencias de la sonda para el suelo de arena fina y el biocrust de musgo fue similar. Como puede haber variación dentro de los sustratos, es importante obtener un tamaño de muestra lo suficientemente grande como para producir una curva de calibración precisa y crear curvas de calibración individuales para todos los sitios.

En estos gráficos, se puede observar la temperatura media y el contenido de agua gravimétrica de las parcelas calentadas y controladas para dos eventos de lluvia separados que ocurrieron a principios de mayo de 2018. Las temperaturas medias en las parcelas calentadas fueron consistentemente más altas que las temperaturas medias de las parcelas controladas. En el transcurso de estos dos eventos de lluvia, los sensores de resistividad en las parcelas calentadas registraron menos humedad del suelo que los controles y las parcelas calentadas se secaron más rápidamente.

Es importante asegurarse de que se ha realizado una buena conexión al soldar ARC los cables de termopar y al conectar la segunda tira al cabezal del sensor. Hemos instalado estos sensores para su uso en múltiples experimentos de calentamiento, ya que comprender cómo los tratamientos de temperatura afectan las lecturas de humedad del suelo es fundamental para interpretar los datos de microclima de la superficie del suelo. Junto con otros instrumentos, estos sensores han permitido investigar cómo la temperatura y la humedad en la superficie del suelo afectan a los procesos fundamentales del suelo, como el eflujo de dióxido de carbono a la atmósfera.

Este nuevo vínculo entre el microclima del suelo superficial y el eflujo del suelo ha sido fundamental para nuestra comprensión de cómo los suelos de tierras secas pueden crear retroalimentación al cambio global.