Simulación de temperatura en un experimento de incubación de suelo

Los experimentos de calentamiento del suelo de laboratorio generalmente emplean dos o más temperaturas constantes en múltiples cámaras. Al presentar una cámara ambiental sofisticada, proporcionamos un método preciso de control de temperatura para imitar la magnitud y amplitud de la temperatura del suelo in situ y mejorar el diseño experimental de los estudios de incubación del suelo.

Este protocolo introducirá una cámara ambiental de última generación y demostrará un nuevo método de control de temperatura para mejorar el diseño experimental de una incubación de suelo. La principal ventaja de esta técnica es su capacidad para imitar la magnitud y amplitud de la temperatura del suelo. Este método se puede aplicar para simular los diferentes escenarios de calentamiento en la incubación del suelo, como el calor extremo.

Un desafío potencial de esta técnica es configurar el perfil de temperatura en la cámara. Se requeriría observar y comprender las variaciones diurnas de temperatura en el suelo. Para comenzar, abra el software en la computadora y haga clic en el botón Iniciar y Barra de herramientas de propiedades para configurar el registrador para los sensores externos que se utilizan.

Establezca el nombre de la estación del registrador y el intervalo de recopilación de datos. Luego, en la pantalla Propiedades, haga clic en Habilitado en los puertos del sensor externo que se están utilizando y seleccione el sensor y la unidad en el menú desplegable para cada puerto del sensor. Finalmente, haga clic en Aceptar para guardar la configuración.

Descargue el conjunto de datos una vez al mes y obtenga un registro completo de varios meses que cubra la temporada de crecimiento. Para analizar los datos de los registros de temperatura, obtenga la temperatura media por hora de la temporada de crecimiento promediando todas las observaciones. Para obtener la temperatura media para cada hora diaria, promedie las temperaturas en la misma hora durante todos los días durante la temporada de crecimiento.

En la cámara sofisticada, inicie el software y haga clic en el botón Perfil en la pantalla del menú principal para crear un nuevo archivo. En la línea File Name Input (Entrada de nombre de archivo), escriba SW Low. Al hacer clic en la opción Cambio instantáneo, ingrese 15.9 grados centígrados como temperatura inicial.

Introduzca dos en la fila Minutos para mantener la temperatura durante dos minutos y haga clic en el botón Listo. Luego, en la opción Tiempo de rampa, ingrese 15.9 grados centígrados como el punto de ajuste objetivo y en la fila Horas, ingrese 850 horas para mantener la temperatura, haga clic en el botón Listo. En la segunda cámara, agregue cinco grados centígrados a cada nodo de temperatura.

Cree un nuevo nombre de archivo SW High y repita los pasos mostrados anteriormente. En la tercera cámara, agregue 23 pasos adicionales correspondientes a 23 temperaturas horarias observadas del suelo y en el último paso llamado Saltar, establezca 42 bucles repetidos. Esto lleva al escenario de calentamiento gradual o GW Low.

En la cuarta cámara, agregue cinco grados centígrados a cada nodo de temperatura y repita los pasos mostrados anteriormente. Esto permitirá una simulación de temperaturas variables durante 42 días a un nivel de temperatura más alto. Realice una ejecución preliminar durante 24 horas y emita las temperaturas registradas por las cuatro cámaras.

Trazar las temperaturas registradas por las cámaras contra las programadas. Si las temperaturas alcanzadas en la cámara coinciden con las temperaturas programadas por una diferencia de temperatura de menos de 0,1 grados centígrados durante las 24 horas, las cámaras son adecuadas para el experimento de incubación del suelo. Si no se cumplen los criterios, repita otra prueba de 24 horas o busque una nueva cámara.

Cerca del área de la sonda de temperatura, recoja cinco muestras de suelo de cero a 20 centímetros de profundidad y colóquelas en una bolsa de plástico después de quitar la capa de basura superficial. Mezcle bien la muestra retorciendo y presionando y mezclando los materiales en la bolsa hasta que no se vea ninguna muestra de suelo individual. Guarde las muestras en una hielera llena de bolsas de hielo y transporte las muestras al laboratorio inmediatamente.

Retire las raíces en cada núcleo. Tamizarlo a través de un tamiz de tierra de dos milímetros y mezclar y homogeneizar bien la muestra. Pesar 10 gramos de tierra fresca.

Seque al horno durante 24 horas a 105 grados centígrados y pese el suelo seco. Derive la diferencia entre muestras de suelo fresco y seco y calcule la relación de diferencia sobre el peso del suelo seco para determinar el contenido de humedad del suelo en una hoja de cálculo. Pesar 10 gramos de la submuestra de suelo húmedo de campo y cuantificar el carbono de biomasa microbiana del suelo mediante fumigación con cloroformo, extracción de sulfato de potasio y potasio por métodos de digestión de sulfato.

A continuación, pese un gramo de la submuestra de suelo húmedo de campo y mida la actividad enzimática extracelular hidrolítica y oxidativa del suelo. Luego pese 16 submuestras de suelo húmedo de campo en 16 núcleos de PVC sellados con papel de fibra de vidrio en la parte inferior. Coloque los núcleos en frascos de un litro forrados con una cama de cuentas de vidrio para asegurarse de que los núcleos no absorban la humedad.

Coloque cuatro frascos en cada una de las cuatro cámaras. Encienda las cámaras e inicie el programa simultáneamente en cuatro cámaras. Durante la incubación, tome todos los frascos en cada una de las cuatro cámaras y coloque el color del analizador portátil de gas de dióxido de carbono en la parte superior de cada frasco para medir la tasa de respiración del suelo.

Recoja destructivamente todos los frascos al final de la incubación, es decir, el día 42, y cuantifique el carbono de la biomasa microbiana del suelo y la actividad enzimática del suelo. Suponiendo una tasa de respiración constante entre dos colecciones consecutivas, use la tasa de respiración multiplicada por la duración para derivar la respiración acumulada. Realice un análisis de varianza de medidas repetidas de tres vías o ANOVA para probar los efectos principales e interactivos del tiempo, la temperatura y el modo de temperatura sobre la frecuencia respiratoria y la respiración acumulativa.

Además, realice un ANOVA bidireccional para probar los efectos del escenario de calentamiento y calentamiento en el carbono de la biomasa microbiana y la actividad de las enzimas extracelulares. Aquí se presenta la ilustración del modo de cambio de temperatura en un experimento de calentamiento del suelo. Aquí se muestran la temperatura constante adoptada por la mayoría de los estudios, la temperatura constante con magnitud variable, el cambio lineal con tasas positivas y negativas, y el cambio no lineal con patrones irregulares y diurnos.

La tasa media acumulada de respiración del suelo bajo control y los tratamientos de calentamiento en el calentamiento gradual y el calentamiento gradual en un experimento de incubación del suelo de 42 días se muestra en esta figura. Los recuadros muestran las tasas de respiración del suelo aplicadas a la estimación y la respiración acumulada asumiendo una tasa de respiración constante. Los resultados muestran que el calentamiento condujo a pérdidas respiratorias significativamente mayores tanto en escenarios de calentamiento como en el calentamiento gradual duplicó la pérdida respiratoria inducida por el calentamiento en relación con el calentamiento escalonado, 81% versus 40%.

Aquí, S denota el efecto significativo del escenario de calentamiento basado en un ANOVA de tres medidas repetidas. Esta figura representa las actividades medias de hidrolasas y oxidasas bajo control y tratamientos de calentamiento en calentamiento gradual y gradual en un experimento de 42 días. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los biogeoquímicos del suelo examinaran los efectos de varios escenarios de calentamiento en la respiración del suelo y los micros mediante una programación sofisticada en la cámara.