Name: PARbars: pas cher, facile à construire des Ceptomètres pour la mesure continue de l’interception de la lumière dans les auvents de plantes (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-05-09T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 32 s
Description: Découvrez comment construire des ceptomètres PARbars à faible coût pour mesurer en continu l'interception lumineuse dans les canopées végétales. Cette méthode permet d'estimer l'indice de surface foliaire dans les études écologiques de terrain.

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Les auteurs aimeraient remercier le Dr Richard Richards et le Dr Shek Kaïain au CSIRO, à l’agriculture et à l’alimentation pour l’accès et la gestion des parcelles de terrain utilisées pour cette recherche. Cette recherche a été appuyée par le partenariat international sur le rendement du blé, grâce à une subvention fournie par la société de recherche et de développement des grains (US00082). Le TNB a été appuyé par le Conseil australien de la recherche (DP150103863 et LP130100183) et la National Science Foundation (Award #1557906). Ces travaux ont été soutenus par l’Institut national de l’alimentation et de l’agriculture de l’USDA, Hatch Projects 1016439 et 1001480.

1. construisez et étalonnez les PARbars
<ol><li>Rassemblez toutes les pièces et tous les outils nécessaires à l’assemblage dans un espace de travail propre.</li>
	<li>Percer un trou de 4 mm de diamètre à 20 mm de chaque extrémité d’une barre de diffuseur acrylique blanche (1 200 mm de longueur x 30 mm de largeur x 4,5 mm d’épaisseur). Percer et tarauder les trous filetés de 20 mm de chaque extrémité d’une section de la barre en U en aluminium pour sécuriser le diffuseur. Percez et tapotez les trous filetés pour convenir au matériel de montage (p. ex. une plaque de montage sur trépied).</li>
	<li>Obtenir une longueur de 1,25 m de fil de cuivre nu (1,25 mm de diamètre). Si le fil est venu sur un rouleau, puis redressez-le en fixant une extrémité dans un étau ou une pince et l’autre extrémité dans les poignées d’une perceuse à main, puis en tournant sur la perceuse à une vitesse faible (100-200 tr/min). Répéter avec une seconde longueur de 1,25 m de fil de cuivre nu.</li>
	<li>Marquer les emplacements prévus des photodiodes le long du bord du diffuseur à l’aide d’un marqueur permanent à pointe fine, en commençant par la première position de photodiode à 13,5 cm d’une extrémité du diffuseur et les autres positions situées tous les 2 cm entre la première diode et l’extrémité du diffuseur.<ol>
<li>Marquer la position du premier fil de cuivre sur le diffuseur en centrant une photodiode sur la barre du diffuseur avec ses languettes de raccordement électrique pointant vers les côtés de la barre, en plaçant le fil sous l’un des onglets et en marquant l’emplacement du fil.</li>
		<li>Répétez l’étape précédente pour marquer la position du fil au centre et à l’extrémité opposée de la barre.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Utilisez de la colle cyanoacrylate pour coller le premier fil de cuivre redressé au diffuseur, en utilisant les emplacements marqués dans l’étape précédente pour aligner le fil.<ol>
<li>Utiliser de la colle cyanoacrylate pour coller 50 photodiodes face vers le bas le long du diffuseur à intervalles de 20 mm (comme indiqué à l’étape précédente), en veillant à ce qu’ils soient au centre du diffuseur et que tous soient disposés dans la même orientation de telle sorte que la grande languette se trouve sur la co le fil de la pince, et le petit onglet se trouve en face.</li>
		<li>Placez le deuxième fil de cuivre de telle sorte qu’il se trouve sous chacun des onglets plus petits des photodiodes, puis collez le fil au diffuseur avec de la colle cyanoacrylate.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Mouiller les deux onglets d’une photodiode, ainsi que les fils adjacents et sous-jacents, avec un flux à l’aide d’un stylo à flux de soudure. Souder chaque languette de la diode aux fils de cuivre sous-jacents à l’aide d’un fer à souder à pointe fine à une température d’environ 350-400 oC. tester les raccords de soudure en alluant une lumière sur la photodiode et en vérifiant un signal de tension à travers les fils à l’aide d’un multimètre. Répétez cette étape pour toutes les photodiodes 50. Remarque: l’étape 1,7 est facultative (si la résistance n’est pas soudée dans le PARbar, elle peut être connectée ultérieurement en parallèle avec les entrées de signal PARbar sur l’enregistreur de données).</li>
	<li>Souder une résistance de précision à faible coefficient de température de 1,5 Ω en parallèle sur les fils de cuivre.</li>
	<li>Souder l’extrémité mâle d’un connecteur DC étanche aux extrémités des fils de cuivre (les mêmes extrémités auxquelles la résistance a été soudée, si vous avez suivi l’étape optionnelle 1,7) et puis sceller les connexions en utilisant la colle doublée de la chaleur tuyau thermorétractable.</li>
	<li>Créer une barrière de silicone continue autour du circuit sur le diffuseur pour former un puits étanche au fluide, en appliquant un cordon de mastic de silicone à la surface du diffuseur, près du bord. Inspectez le talon de près pour vous assurer qu’il n’y a pas de trous d’air entre le silicone et la barre du diffuseur, car les interstices permettront à l’époxy de fuir. Une fois que le mastic a guéri, remplissez le puits avec de la résine époxy.</li>
	<li>Lorsque la résine époxy est durcie (pendant la nuit), enlevez le mastic à la silicone à l’aide d’une lame de rasoir. Vissez le diffuseur sur la barre en U en aluminium préfileté à l’aide de boulons M4.</li>
	<li>Utilisez du ruban adhésif pour fixer le diffuseur à l’aluminium sur toute sa longueur, puis remplissez le vide à l’intérieur du ceptomètre avec un remplisseur de mousse de polyuréthane. Une fois que le remplisseur de mousse a réglé (pendant la nuit), enlevez le ruban adhésif de masquage.</li>
	<li>Souder l’extrémité femelle du connecteur DC à une longueur de câble à deux conducteurs et sceller les raccords avec une thermorétractable doublée de colle.</li>
	<li>Pour calibrer le PARbar contre un capteur quantique,<ol>
<li>Raccorder les deux capteurs à une centrale de mesure ou à un voltmètre capable de mesurer une sortie de tension différentielle (raccorder une résistance de précision à faible coefficient de température de 1,5 Ω en parallèle avec le PARbar si une résistance n’a pas été intégrée dans la conception à l’étape 1,7),</li>
		<li>Réglez-les à l’extérieur en plein soleil sur un plan de niveau (niveau avec un niveau d’esprit ou bulle d’esprit), enregistrer les sorties des deux capteurs sur une période pendant laquelle le rayonnement solaire varie largement, comme un cycle diurne complet, et de déterminer le facteur d’étalonnage pour le PARbar comme la pente d’une régression linéaire du PAR rapportée du capteur quantique (comme variable dépendante) PAR rapport à la sortie de tension brute (comme variable indépendante).</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. installation sur le terrain
<ol><li>Pour déduire l’indice efficace de surface végétale (PAIeff), installer un parbar au-dessus de la canopée (en veillant à ce qu’il ne soit pas ombragé par un élément absorbant la lumière dans la canopée) et un autre en dessous de tous les éléments absorbant la lumière dont vous souhaitez mesurer l’absorption ( en général, en dessous des feuilles les plus basses), les deux Parbarres étant alignées à un angle de 45 ° pour planter des rangées. Assurez-vous que le PARbar supérieur est positionné de manière à ne pas ombrager le PARbar inférieur. Niveler les PARbars à l’aide d’un niveau à bulle ou au niveau d’esprit.</li>
	<li>Raccordez les PARbars à une centrale de mesure ou à un voltmètre à l’aide de câbles réalisés à l’étape 1,11. Si une résistance de précision à faible coefficient de température de 1,5 Ω n’a pas été intégrée dans le circuit PARbar pendant la construction (étape 1,7), connectez-la en parallèle avec chaque PARbar à ce stade.</li>
	<li>Convertir la sortie de tension différentielle en PAR en utilisant le facteur d’étalonnage déterminé pour chaque PARbar à l’étape 1,13.</li>
</ol>3. calculer l’indice effectif de la zone végétale (PAIeff)
<ol><li>Calculer le PAIeff pour chaque paire de mesures de par au-dessus et en dessous de la verrière en utilisant les équations suivantes6: (1) <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59447/59447eq1.jpg"> , où a = 0,283 + 0,0785a – 0,159a2 (dans lequel a est l’absorptance foliaire), τ est le rapport du par inférieur à la canopée, et K et fb sont modélisés par l’équation 24 et Équation 39, respectivement: (2) <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59447/59447eq2.jpg"> , où est un paramètre sans dimension décrivant la distribution de l’angle des feuilles, θ est l’angle zénith solaire, et (3) <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59447/59447eq3.jpg"> , où r est par dessus la verrière (pardessus) comme une fraction de sa valeur maximale possible (parci-dessus, Max = 2550 ∙ cosθ); c.-à-d. r = pardessus/parci-dessus, Max. Consultez la documentation pour les valeurs de a et c appropriées à vos espèces d’étude (nous avons supposé a = 0,9 et c = 0,9610 pour les auvents de blé utilisés pour les mesures d’essai présentées ici). Remarque: un exemple de script R est fourni en tant que fichier supplémentaire pour aider les utilisateurs à développer du code pour le traitement automatisé de grands ensembles de données.</li>
</ol>

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<li>Breda, N. J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ground-based+measurements+of+leaf+area+index%3A+a+review+of+methods%2C+instruments+and+current+controversies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Botany%22%5BJournal%5D)">Ground-based measurements of leaf area index: a review of methods, instruments and current controversies.</a> Journal of Experimental Botany. 54 (392), 2403-2417 (2003).</li>
<li>Francone, C., Pagani, V., Foi, M., Cappelli, G., Confalonieri, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+leaf+area+index+estimates+by+ceptometer+and+PocketLAI+smart+app+in+canopies+with+different+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Field+Crops+Research%22%5BJournal%5D)">Comparison of leaf area index estimates by ceptometer and PocketLAI smart app in canopies with different structures.</a> Field Crops Research. 155, 38-41 (2014).</li>
<li>Campbell, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extinction+coefficients+for+radiation+in+plant+canopies+calculated+using+an+ellipsoidal+inclination+angle+distribution%5BTitle%5D)+AND+%22Agricultural+and+Forest+Meteorology%22%5BJournal%5D)">Extinction coefficients for radiation in plant canopies calculated using an ellipsoidal inclination angle distribution.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 36 (4), 317-321 (1986).</li>
<li>Cohen, S., Rao, R. S., Cohen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Canopy+transmittance+inversion+using+a+line+quantum+probe+for+a+row+crop%5BTitle%5D)+AND+%22Agricultural+and+Forest+Meteorology%22%5BJournal%5D)">Canopy transmittance inversion using a line quantum probe for a row crop.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 86 (3-4), 225-234 (1997).</li>
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</ol>

Les auteurs confirment qu’ils n’ont aucun conflit d’intérêts et rien à divulguer.

La mise en œuvre réussie du protocole décrit ici pour les ceptomètres de construction (PARbars) dépend le plus judicieusement sur deux étapes: 1,5 (photodiodes de collage en place) et 1,6 (photodiodes à souder au fil de cuivre). L’étape 1,5 est sujette à erreur en alignant incorrectement les photodiodes par rapport à leur polarité intrinsèque. Pour les photodiodes que nous avons utilisées, et que nous recommandons comme éléments spécifiques essentiels, la polarité est identifiée en vertu des deux onglets de connecteur électrique sur la diode ayant des tailles clairement différentes. Ainsi, avant d’appliquer la colle cyanoacrylate et de souder les photodiodes en place, il est fortement conseillé de vérifier que toutes les diodes sont placées avec les grands onglets de connecteur orientés dans une direction et les petits onglets orientés dans l’autre sens. L’étape 1,6 est sujette à l’échec en raison de la mauvaise technique de brasage et de la formation d’une jonction soudée à froid. Ceci peut être évité en appliquant un flux de soudure mince à l’aide d’un stylo-flux immédiatement avant la soudure et en veillant à ce que le fil et la languette de la photodiode soient chauffés avec la pointe de soudure (à environ 350-400 °C) avant que la soudure elle-même soit appliquée à la bifurcation. Les problèmes de connexions électriques dans un PARbar se manifestent généralement sous la forme d’une pente d’étalonnage nettement différente de celle des autres PARbars. De tels problèmes peuvent être pris au début en testant chaque raccordement électrique pendant la construction (comme décrit dans l’étape 1,6), et de nouveau après que toutes les connexions aient été soudées, mais avant qu’elles aient été encastrés dans l’époxy (étape 1,9). Une troisième source potentielle d’erreur découle de la non-utilisation d’une résistance de précision à faible coefficient de température, dont la résistance est insensible à la température; l’utilisation d’une résistance ordinaire provoquera l’erreur comme résistance, et donc la sortie de tension par unité de lumière absorbée par les diodes, change avec la température ambiante. La principale source d’erreur finale n’est pas propre à PARbars, mais s’applique à toutes les mesures de la ceptométrie: à savoir, l’inférence de l’indice de surface végétale efficace ou de l’indice de surface foliaire de la capture de la lumière dépend des caractéristiques de la structure de la canopée (notamment l’absorption foliaire moyenne et distribution de l’angle des feuilles; a et c dans les eqns 1 et 2) qui peuvent varier au cours du développement des plantes et entre les génotypes.
Il y a deux domaines principaux dans lesquels le protocole décrit ici pourrait être modifié ou adapté. Premièrement, les PARbars que nous présentons ici ont été conçus spécifiquement pour être utilisés dans les cultures en rangée, comme le blé et l’orge, mais la conception pourrait facilement être modifiée pour d’autres applications. Par exemple, on pourrait utiliser une résistance shunt avec une plus grande résistance pour améliorer le gain (sortie mV par unité par) à des intervalles de PAR inférieurs. Pour la polyvalence, un potentiomètre de précision à coefficient de basse température (résistance variable) pourrait être utilisé pour modifier la plage de sensibilité du PARbar selon les besoins ou pour faire de petits ajustements à gagner afin que chacun de plusieurs PARbars aient des pentes d’étalonnage identiques. Deuxièmement, les photodiodes pourraient également être utilisées individuellement comme des capteurs quantiques, permettant à l’utilisateur de capturer l’espace ainsi que la variation temporelle dans les auvents individuelles pour un coût beaucoup plus faible que possible en utilisant des capteurs quantiques disponibles dans le commerce. Cela pourrait être particulièrement utile compte tenu de l’intérêt croissant pour la photosynthèse dynamique dans des conditions de lumière fluctuantes12. Troisièmement, même si nous avons utilisé un enregistreur de données conventionnel (et coûteux) pour les informations présentées dans cette étude, il est possible de construire des centrales de enregistreur à la place en utilisant des composants hors-étagère, ce qui permet la création d’un système de ceptométrie et de enregistreur combinés sur un budget limité. La popularité des plateformes dites Maker, comme Arduino et Raspberry pi, offre une grande promesse dans ce domaine; Nous suggérons le projet d’open-source d’Arduino-basé de cave Pearl13 comme amorce pour le développement ultérieur. Les centrales de mesure de cave Pearl ont été conçues pour la surveillance environnementale des écosystèmes des grottes, de sorte que la robustesse et la faible demande de puissance ont été des considérations essentielles dans leur conception. Des considérations similaires sont pertinentes pour la mise en œuvre du travail de phénotypage végétal. Les composants de la centrale de enregistreur de cave Pearl sont peu coûteux (moins de USD $50 par unité) et petits, ce qui pourrait leur permettre d’être directement incorporés dans les parbars.
L’application des PARbars décrits ici fait face à trois limitations principales. Premièrement, l’inférence de l’indice de surface végétale ou de l’indice de surface foliaire de la capture de la lumière mesurée est entravée par des biais fortement dépendants du temps, en particulier dans les cultures en rangées7. Cela peut être surmonté en effectuant des mesures répétées ou continues sur une journée. Deuxièmement, les photodiodes peu coûteuses n’ont pas une sortie spectrale qui est exactement proportionnelle au flux de photons (la variable du plus grand intérêt dans la recherche de la photosynthèse). Cela peut provoquer un biais lorsque la qualité de la lumière change grandement à travers un auvent, bien que les estimations précédentes de l’erreur résultante indiquent qu’il est de l’ordre de quelques pour cent7. Troisièmement, les PARbars ne peuvent distinguer entre le faisceau direct et les composantes diffuses du PAR au-dessus de la canopée. Comme le rayonnement diffus pénètre plus profondément dans la canopée que la lumière directe du soleil14, la transmission sera augmentée et le PAIeff sera sous-estimé comme la fraction diffuse de l’irradiance totale augmente. Lorsque tous les rayonnements sont diffus, le PAIeff est directement proportionnel au logarithme de 1/τ plutôt qu’à la relation indiquée dans l’équation 115. Cruse et coll. (2015) 16 a fait remarquer que les instruments commerciaux actuellement disponibles qui peuvent mesurer la par directe et diffuse sont coûteux et nécessitent un entretien régulier, de sorte qu’ils ont conçu un appareil simple et peu coûteux pour résoudre ce problème. Leur système se compose d’un capteur quantique qui est systématiquement ombragé par une bande d’ombre motorisée, mobile et permet de mesurer en continu du PAR total, direct et diffuse. Le capteur utilisé dans le Cruse et al. 16 système pourrait être remplacé par la même photodiode utilisée dans parbars pour réduire encore le coût et peut être facilement incorporé dans la configuration existante de parbar. Ces mesures pourraient être intégrées dans le pipeline de traitement des données et amélioreraient encore la fiabilité des estimations de l'effde PAI.
L’avantage majeur des PARbars par rapport aux ceptomètres commerciaux existants est leur faible coût, ce qui rend possible leur production en grand nombre. Récemment, il y a eu un intérêt croissant pour les nouvelles technologies de phénotypage des plantes à haut débit pour l’estimation des traits de la canopée (pour examen voir Yang et al., 201717). Bien que ces méthodes soient prometteuses en ce qu’elles produisent d’énormes quantités de données, elles sont généralement très indirectes et nécessitent une validation contre les techniques conventionnelles. PARbars pourrait servir d’outil de validation rentable et fondé sur le sol pour ces nouvelles techniques.
Le faible coût de production des PARbars en font également une option viable pour les mesures continues sur le terrain. Cela pourrait être utile pour plusieurs raisons. Par exemple, des mesures continues peuvent être utilisées pour caractériser les biais d’orientation des lignes afin de développer des fonctions de correction temporelles pour les mesures instantanées (pour plus d’informations, voir Salter et al. 20187). La ceptométrie continue peut également capturer de courtes fluctuations dans la capture de la lumière du couvert au fil du temps (taches solaires et taches de soleil) causées par les nuages passant au-dessus, le mouvement de la canopée, etc. La photosynthèse est connue pour être très sensible aux petits changements dans les conditions environnementales et les changements «dynamiques» de la photosynthèse sont maintenant considérés comme importants dans la conduite du rendement des récoltes (pour examen voir Murchy et coll., 201812). Les PARbars installés sur le terrain avec un intervalle de journalisation suffisamment court pourraient être utilisés pour capturer ces fluctuations courtes et fournir une meilleure compréhension de la nature dynamique des auvents végétaux.

Les ceptomètres (matrices linéaires de capteurs de lumière) sont utilisés pour mesurer la proportion de rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) intercepté par les auvents végétaux. Les ceptomètres sont largement utilisés pour la recherche sur les cultures agricoles en raison de la nature relativement simple des mesures et de la simplicité d’interprétation des données. Le principe de base de la ceptométrie est que la transmission de la lumière à la base d’un couvert végétal (τ) dépend de la surface projetée des matériaux absorbant la lumière ci-dessus. Les mesures de la par au-dessus et au-dessous de la canopée peuvent donc être utilisées pour estimer les traits de la canopée tels que l’indice de surface foliaire (LAI) et l’indice de surface végétale efficace (PAIeff) (qui comprend les tiges, les chaumes et les structures de reproduction en plus des feuilles)1 ,2,3. La fiabilité des estimations de PAIeff déduites de τ est améliorée par la modélisation des effets de la fraction de faisceau du par (fb) entrant, de l’absorption foliaire (a) et du coefficient d’extinction effectif de la canopée (K ); K, à son tour, dépend à la fois de l’angle zénith solaire (θ) etde la distribution de l’angle de feuille (c)1,4,5,6. C’est une pratique courante de corriger ces effets. Cependant, il existe d’autres préjugés qui n’ont pas été dûment pris en compte par le passé en raison des limitations méthodologiques et des coûts.
Nous avons récemment identifié un biais significatif dépendant du temps dans les mesures de la ceptométrie instantanée des cultures en rangs, comme le blé et l’orge7. Ce biais est provoqué par une interaction entre l’orientation de plantation de ligne et l’angle zénith solaire. Pour surmonter ce biais, les ceptomètres de journalisation continue peuvent être montés sur le terrain pour surveiller les cycles diurnes d’interception de la lumière du couvert, puis les moyennes quotidiennes de τ et de PAIeff peuvent être calculées. Cependant, les mesures continues sont souvent inréalisables en raison du coût prohibitif des ceptomètres disponibles dans le commerce – souvent plusieurs milliers de dollars américains pour un seul instrument – et de la nécessité de mesurer de nombreuses parcelles de terrain. Cette dernière est particulièrement évidente dans l’ère de l’OMICS où plusieurs centaines de génotypes sont nécessaires pour les analyses génomiques, comme les études d’association à l’échelle du génome (GWAS) et la sélection génomique (GS) (pour examen voir Huang & Han, 20148). Nous avons reconnu qu’il y avait un besoin de ceptomètres rentables qui pourraient être produits en grand nombre et être utilisés pour des mesures continues sur de nombreux génotypes.
En guise de solution, nous avons conçu des ceptomètres à haute précision (PARbars) faciles à construire, à un coût de $75 USD par unité et nécessitant environ une heure de travail à construire. Les PARbars sont construits à l’aide de 50 photodiodes sensibles uniquement dans la bande de fréquences PAR (longueurs d’onde 390 – 700 nm), avec très peu de sensibilité en dehors de cette plage, ce qui évite l’utilisation de filtres coûteux. Les photodiodes sont reliées en parallèle sur une longueur de 1 m pour produire un signal de tension différentielle intégré qui peut être enregistré avec une centrale de mesure. Les circuits sont encastrés dans de l’époxy pour l’imperméabilisation et les capteurs fonctionnent sur une grande plage de température (-40 à + 80 ° c), ce qui permet de déployer les PARbars sur le terrain pendant de longues périodes de temps. À l’exception des photodiodes et d’une résistance à faible coefficient de température, toutes les pièces nécessaires à la construction d’un PARbar peuvent être achetées dans un magasin de matériel. Une liste complète des pièces et outils requis est fournie dans le tableau des matériaux. Ici, nous présentons des instructions détaillées sur la façon de construire et d’utiliser les PARbars pour l’estimation de PAIeff et les résultats représentatifs actuels des auvents de blé.

<table><tbody><tr><td>1.5 &Omega ; résistance de précision à faible coefficient de température</td><td>TE Connectivity Ltd., Schaffhouse, Suisse.</td><td>La série UPW25</td><td>peut être fabriquée en utilisant plusieurs résistances plus grandes en parallèle, mais elles doivent avoir un faible coefficient de température (c’est-à-dire &plusmn ; 3 ppm/&deg ; C). URL de la source commerciale : https://bit.ly/2DFuPpm</td></tr><tr><td>Diffuseur acrylique</td><td>Plastix Australia Pty. Ltd., Arncliffe, NSW, Australie.</td><td>445 - Blanc opale</td><td>1200 mm de longueur x 30 mm de largeur x 4,5 mm d’épaisseur. URL pour la source commerciale : https://bit.ly/2Bq0fyc</td></tr><tr><td>Aluminum U-bar</td><td>Capral Ltd., Bundamba, QLD, Australie.</td><td>EK9160</td><td>1220 mm de longueur x 35 mm de largeur x 25 mm de profondeur. URL de la source commerciale : https://bit.ly/2PPfJou</td></tr><tr><td>Fil de cuivre à âme solide nue Pièce</td><td></td><td></td><td>non spécifique</td></tr><tr><td>Boulons Pièce</td><td></td><td></td><td>non spécifique</td></tr><tr><td>Pinces</td><td>Pièce non spécifique Résine</td><td></td><td></td></tr><tr><td>d’enrobage époxy transparente</td><td>Solid Solutions, East Bentleigh, VIC, Australie.</td><td>651 - Universal Epoxy Potting Resin</td><td>Résine époxy transparente pour applications électriques. URL de la source commerciale : https://bit.ly/2qY0pHa</td></tr><tr><td>Colle cyanoacrylate</td><td>Pièce</td><td></td><td></td>non spécifique</tr><tr><td>Datalogger</td><td>Campbell Scientific, Logan, Utah, États-Unis.</td><td>CR5000</td><td>D’autres enregistreurs de données qui enregistrent les tensions différentielles peuvent être utilisés. URL pour la source commerciale : https://bit.ly/2U7Io5H</td></tr><tr><td>Perceuse ou perceuse à colonne</td><td>Pièce non spécifique Thermorétractable</td><td></td><td></td></tr><tr><td>doublé de colle</td><td>Pièce</td><td></td><td></td>non spécifique</tr><tr><td>Pistolet thermique</td><td>Pièce</td><td></td><td></td>non spécifique</tr><tr><td>Torche LED</td><td>Pièce</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>non spécifiqueRuban de masquage</td><td>Pièce</td><td></td><td></td>non spécifique</tr><tr><td>Photodiodes (50)</td><td>Everlight Americas Inc., Carrollton, Texas, États-Unis.</td><td>EAALSDSY6444A</td><td>Il est important que ce composant spécifique soit utilisé en raison de la réponse spectrale. URL de la source commerciale : https://bit.ly/2FzVnuH</td></tr><tr><td>Charge en mousse de polyuréthane</td><td>Pièce</td><td></td><td></td>non spécifique</tr><tr><td>Capteur quantique</td><td>LI-COR, Lincoln, Nebraska, États-Unis.</td><td>LI-190R</td><td>Pour l’étalonnage des PARbars uniquement. URL pour la source commerciale : https://bit.ly/2HEfKbh</td></tr><tr><td>Tournevis</td><td>Pièce</td><td></td><td></td>non spécifique</tr><tr><td>Mastic silicone</td><td>Pièce</td><td></td><td></td>non spécifique</tr><tr><td>Soudure</td><td>Pièce</td><td></td><td></td>non spécifique Stylo</tr> de <tr><td>flux de soudure</td><td>Pièce</td><td></td><td></td>non spécifique</tr><tr><td>Fer à souder</td><td>Pièce non spécifique</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Niveau à bulle/à bulle</td><td>Pièce</td><td></td><td></td>non spécifique</tr><tr><td>Set de tarauds et de matrices</td><td>Pièce</td><td></td><td></td>non spécifique</tr><tr><td>Câble bipolaire</td><td>Pièce</td><td></td><td></td>non spécifique</tr><tr><td>Voltmètre</td><td>Pièce</td><td></td><td></td>non spécifique</tr><tr><td>Connecteurs étanches</td><td>Core Electronics, Adamstown, NSW, Australie.</td><td>Connecteur étanche ADA743</td><td>à 2 conducteurs. Les connecteurs d’alimentation CC fonctionnent bien. URL de la source commerciale : https://bit.ly/2Brcrik</td></tr></tbody></table>

parbars: pas cher, facile à construire des ceptomètres pour la mesure continue de l’interception de la lumière dans les auvents de plantes

PARbars: Cheap, Easy to Build Ceptometers for Continuous Measurement of Light Interception in Plant Canopies

La ceptométrie est une technique utilisée pour mesurer la transmission du rayonnement photosynthétiquement actif à travers un couvert végétal à l’aide de plusieurs capteurs de lumière reliés en parallèle sur une longue barre. La ceptométrie est souvent utilisée pour déduire les propriétés de la structure de la canopée et de l’interception de la lumière, notamment l’indice de surface foliaire (LAI) et l’indice de surface végétale efficace (PAIeff). En raison du coût élevé des ceptomètres disponibles dans le commerce, le nombre de mesures qui peuvent être prises est souvent limité dans l’espace et le temps. Cela limite l’utilité de la ceptométrie pour étudier la variabilité génétique dans l’interception de la lumière, et exclut l’analyse approfondie et la correction des biais qui peuvent fausser les mesures en fonction de l’heure de la journée. Nous avons développé continuellement des ceptomètres de journalisation (appelés PARbars) qui peuvent être produits pour USD $75 chacun et produire des données de haute qualité comparables aux alternatives disponibles dans le commerce. Ici, nous fournissons des instructions détaillées sur la façon de construire et calibrer parbars, comment les déployer sur le terrain et comment estimer PAI à partir des données de transmission collectées. Nous fournissons des résultats représentatifs des auvents de blé et discutons des autres considérations qui devraient être faites lors de l’utilisation de PARbars.

Un schéma pour la construction PARbar est illustré à la figure 1. Une courbe d’étalonnage représentative pour un PARbar est illustrée à la figure 2. La sortie de tension différentielle d’un PARbar est linéairement proportionnelle à la sortie PAR d’un capteur quantique, avec R2 = 0,9998. Les PARbars ont été déployés dans des auvents de blé et ont été consignés tous les 20 s dans le développement des plantes. Un cours de temps diurne typique de l’environnement de lumière de la canopée recueilli à l’aide d’un parbar sur une journée ensoleillée claire est illustré à la figure 3 (les données de transmission brute et le PAIeff corrigé sont indiqués pour comparaison). Les figures 3b et 3C démontrent le biais qui pourrait être introduit en prenant des mesures de ceptométrie instantanées à divers moments de la journée (selon Salter et al. 20187). Les parcelles de blé utilisées pour la collecte de ces données ont eu une orientation de plantation de ligne due au nord-sud avec la transmission de la lumière au sommet de la canopée inférieure à 12:30 (figure 3b). Si une mesure instantanée devait être prise à ce stade, le PAIeff serait sous-estimé, alors que s’il était pris le matin ou l’après-midi, il pourrait être surestimant. Les PARbars résistants aux intempéries peuvent également être déployés sur le terrain pour de longues périodes de temps; La figure 4 montre comment les parbars pourraient être utilisés pour surveiller la façon dont les changements d’environnement de la lumière du couvert comme les plantes se développent.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59447/59447fig1.jpg"> La figure 1. Schematics pour la construction PARbar. (a) emplacement et agencement du connecteur étanche et de la résistance de shunt interne; b) l’agencement et l’espacement des photodiodes; c) les emplacements de forage sur la barre de diffuseur en acrylique; d) les emplacements de forage sur la barre en U en aluminium; et (e) schéma de circuit électronique d’un PARbar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59447/59447fig1large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59447/59447fig2.jpg"> La figure 2. Courbe d’étalonnage PARbar représentative. La relation entre la sortie de tension différentielle d’un PARbar (mV) et la densité de flux photonique photosynthétique ou PAR (mmol m-2 s-1) à partir d’un capteur quantique. Chaque point représente une seule paire de mesures de la PARbar et du capteur quantique, enregistrées une fois toutes les 20 secondes sur une période de 4 heures pour une journée. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59447/59447fig2large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59447/59447fig3.jpg"> La figure 3. Timecourse quotidien représentatif de sortie PARbar. Données recueillies sur une journée claire à l’aide de parbars dans les auvents de blé à l’anthèse à Canberra, Australie (-35 ° 12 ' 00.1008 ", 149 ° 05 ' 17.0988"). a) par mesuré au-dessus de la canopée (mmol m-2 s-1), b) transmission non corrigée (le rapport du parci-dessus/parci-dessous) (sans unité) et (c) l’indice effectif de la zone végétale (PAIeff, m2 m-2), calculée à partir de l’équation 1. Les points de données indiqués en (b) et (c) sont des moyennes (n = 30), les lignes pleines sont des régressions locales loess montées en R (a = 0,5), les zones ombragées sont des erreurs standard de l’ajustement et les lignes horizontales en pointillés représentent les moyennes quotidiennes. La zone ombragée entre les lignes pointillées est la fenêtre temporelle (1100 – 1400h) recommandée pour les mesures de ceptomètres instantanés chez le blé par CIMMYT11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59447/59447fig3large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59447/59447fig4.jpg"> La figure 4. Données représentatives recueillies au cours d’une saison de croissance. Données parbar recueillies à partir de tallage précoce à l’anthèse dans les auvents de blé à Canberra, Australie (-35 ° 12 ' 00.1008 ", 149 ° 05 ' 17.0988"). a) données de transmission non corrigées (sans unité) et (b) indice effectif de la zone végétale (PAIeff, m2 m-2) calculé à partir de l’équation 1. Les points de données représentés représentent des moyennes quotidiennes pour la période 1 000 – 1 400 h (n = 30). Les lignes pleines sont des régressions locales LOESS montées en R (a = 0,75), les zones ombragées sont des erreurs standard de l’ajustement. Les données brutes n’ont pas été incluses dans une analyse plus poussée si le PARci-dessus était &lt; 1 500 μmol m-2 s-1 et si par-dessous/par ci-dessus était &gt; 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59447/59447fig4large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.</a>

Ici, nous présentons des instructions détaillées sur la façon de construire et de calibrer les ceptomètres de qualité de recherche (capteurs de lumière qui intègrent l’intensité lumineuse sur de nombreux capteurs disposés linéairement le long d’une barre horizontale).

PARbars: pas cher, facile à construire des Ceptomètres pour la mesure continue de l’interception de la lumière dans les auvents de plantes

Ceptometry is a technique used to measure the transmittance of photosynthetically active radiation through a plant canopy using multiple light sensors ...

Nos ceptomètres faits à la main nous permettent de mesurer en permanence la transmission de la lumière à travers les auvents végétaux. Nous pouvons ensuite utiliser ces mesures pour estimer les propriétés de la canopée telles que l’indice de la superficie des feuilles et l’indice de la superficie végétale. Parbars sont beaucoup moins coûteux que les ceptomètres disponibles dans le commerce.Cela nous permet de les acheter en grand nombre, et de les déployer sur le terrain pendant de longues périodes de temps. Pour construire un ceptomètre en exploitation forestière continue, commencez par percer un trou de quatre millimètres de diamètre, 20 millimètres de chaque extrémité d’un 1200 blanc par 30 par 4,5 millimètres de barre de diffuseur acrylique, puis perçant et tapant des trous filetés de 20 millimètres de chaque extrémité d’une section de u-bar en aluminium. Puis percer et appuyez sur des trous filetés dans la base de la barre u en aluminium, pour convenir au matériel de montage.Ensuite, redressez deux longueurs de 1,25 mètre de fils de cuivre nus de 1,25 millimètre de diamètre, un à la fois, en sécurisant une extrémité à un étau, et l’autre extrémité dans les poignées d’une perceuse à main, puis en tournant sur la perceuse à basse vitesse. Utilisez un marqueur permanent à pointe fine pour marquer les emplacements prévus des photodiodes le long du bord du diffuseur, en commençant par la première position de photodiode à 13,5 centimètres d’une extrémité du diffuseur, et les autres positions situées tous les deux centimètres entre la première diode et l’extrémité du diffuseur. Centrez une photodiode sur la barre de diffuseur avec ses onglets de connexion électrique pointant vers les côtés de la barre, et placez le fil sous l’un des onglets pour marquer la position du premier fil de cuivre sur le diffuseur.Marquer la position du fil au centre et à l’extrémité opposée de la barre de la même manière, avant d’utiliser de la colle cyanoacrylate pour fixer le premier fil de cuivre redressé au diffuseur le long des marques. Utilisez la colle pour fixer 50 photodiodes face cachée le long du diffuseur aux intervalles marqués de 20 millimètres, en prenant soin que les diodes sont au centre du diffuseur et disposées toutes dans la même orientation, de sorte que le grand onglet se trouve sur le fil de cuivre, et le petit onglet se trouve en face du fil. Tous nos photodiodes doivent être disposés dans la même orientation en raison de leur polarité.Nous vous conseillons fortement de vérifier l’orientation de tous les photodiodes avant le collage et la soudure. Placez le deuxième fil de cuivre de telle sorte qu’il se trouve sous chacun des petits onglets des photodiodes, et fixez le fil au diffuseur avec plus de colle cyanoacrylate. À l’aide d’un stylo à flux de soudeur, mouiller les deux onglets d’une photodiode, et les fils adjacents et sous-jacents avec le flux.Utilisez un fer à souder à pointe fine réglé à une température de 350 à 400 degrés Celsius pour souder chaque onglet de la diode aux fils de cuivre sous-jacents. Faites briller une lumière sur chaque photodiode pour tester les connexions de soudeur, et utilisez un multimètre pour vérifier un signal de tension pour chaque diode à travers les fils. En option, soudeur une résistance de précision de coefficient de basse température de 1,5 ohm en parallèle à travers les fils de cuivre, et soudeur de l’extrémité masculine d’un connecteur à courant direct étanche aux extrémités des fils de cuivre.Utilisez des tubes anti-chaleur doublés de colle pour sceller les connexions et appliquez une perle de scellant en silicone à la surface du diffuseur près du bord pour créer une barrière de silicone continue autour des circuits du diffuseur. Inspecter la perle de près pour s’assurer qu’il n’y a pas de trous d’air entre le silicone et la barre de diffuseur. Une fois le scellant durci, remplir le puits de résine époxy.Laisser durcir la résine toute la nuit, avant d’utiliser une lame de rasoir pour enlever le scellant en silicone. Utilisez des boulons M4 pour boulonner le diffuseur à la barre en aluminium pré-fileté, et utilisez du ruban masquant pour fixer le diffuseur à l’aluminium sur toute sa longueur. Remplissez le vide à l’intérieur du ceptomètre avec un remplisseur de mousse de polyuréthane.Laissez le remplisseur ensemble pendant la nuit, et retirez le ruban masquant, puis soudez l’extrémité femelle du connecteur à courant direct à une longueur de deux câbles de conducteur, et scellez les connexions avec le rétrécissement de chaleur doublé de colle. Pour calibrer le ceptomètre de rayonnement photosynthetically actif, ou PARbar, contre un capteur quantique, connectez les deux capteurs à un enregistreur de données, et réglez les capteurs à l’extérieur en plein soleil sur un plan de niveau. Enregistrez les sorties des deux capteurs sur une période au cours de laquelle le rayonnement solaire varie considérablement.Déterminer le facteur d’étalonnage de la barre PAR comme la pente d’une régression linéaire du PAR, signalée à partir du capteur quantique par rapport à la sortie de tension brute. Pour déduire l’indice effectif de la zone végétale, installez un PARbar au-dessus de la canopée, en prenant soin qu’il ne soit pas ombragé par des éléments absorbant la lumière à l’intérieur de la canopée. Installez-en un autre sous tous les éléments absorbant la lumière, pour lesquels l’absorption sera mesurée.Sur le terrain, les deux barres PAR doivent être alignées à un angle de 45 degrés par rapport aux rangées de plantation. Confirmez que la barre PAR supérieure n’ombragét pas la barre PAR inférieure et niveler les deux barres PAR avec un niveau d’esprit. Connectez ensuite les barres PAR à l’enregistreur de données et convertissez la sortie de tension différentielle en PAR, en utilisant le facteur d’étalonnage précédemment déterminé pour chaque barre PAR.La sortie de tension différentielle d’une barre PAR est linéairement proportionnelle à la sortie PAR d’un capteur quantique. Dans le cadre de cette expérience représentative, les PARbars ont été déployés dans des auvents de blé et enregistrés toutes les 20 secondes dans le développement des plantes. Ces données illustrent un cours du temps diurne typique de l’environnement lumineux de la canopée, recueilli à l’aide d’un PARbar par une journée claire et ensoleillée.Notez que le biais peut être introduit en prenant des mesures instantanées de ceptométrie à différents moments de la journée. Par exemple, les parcelles de blé utilisées pour la collecte de ces données avaient une réelle orientation de plantation en raison du nord/sud, la transmission de la lumière à la canopée inférieure ayant atteint un sommet à 12 h 30. Si une mesure instantanée devait être prise à ce stade, l’indice effectif de la superficie végétale serait sous-estimé.Alors que si une mesure a été prise le matin ou l’après-midi, elle peut être surestimée. Les barres PAR étanches peuvent également être déployées sur le terrain pendant de longues périodes. Par exemple, pour surveiller comment l’environnement lumineux de la canopée change au fur et à mesure que les plantes se développent.Parbars peut être installé sur le terrain pendant de longues périodes de temps. Cela permet aux chercheurs de surveiller le développement de la canopée d’une manière qui n’était pas possible auparavant en utilisant de l’équipement commercial coûteux.

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PARbars: pas cher, facile à construire des Ceptomètres pour la mesure continue de l’interception de la lumière dans les auvents de plantes (Vidéo) | JoVE Journal

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