BtM, un Datalogger di Open-source di basso costo per stimare il contenuto di acqua delle crittogame non vascolari

I criptogami nonvascolari sono cruciali per diverse funzioni dell'ecosistema. Ad esempio, sono responsabili di quasi il 50% dell'azoto biologicamente fisso. Abbiamo progettato un datalogger per affrontare le domande nel campo dell'ecologia criptogamica.

I metodi misurano in situ il periodo in cui questi organismi rimangono idratati, relazionando l'attività dei bryophyte con le condizioni ambientali. Il vantaggio principale di questa tecnica è che è un datalogger a basso costo, open source e facile da assemblare, che può essere costruito senza conoscenze tecniche. Il metodo può essere applicato a una vasta gamma di ecosistemi e organismi modello, dal biocrosto nelle terre secche alle torbiere nelle regioni boreali.

Preparare un ferro da saldare e una bobina di filo. Attendere che il ferro da saldare si riscriva e inumidire la spugna di pulizia. Tagliare le strisce di intestazione del pin alla lunghezza desiderata per il sensore di temperatura e umidità, il microcontroller e i moduli di rottura dell'orologio RTC e del microSD.

Per saldare le strisce di testata del perno nelle prese, prerimettere l'unione desiderata con la punta del ferro da saldare. Quindi, applicare una piccola quantità di materiale dal filo di saldatura, sufficiente per riempire la giunzione. Infine, rimuovere il ferro da saldare e attendere che la giunzione si raffredda.

Utilizzando la stessa tecnica, iniziare a assemblare i componenti sul circuito stampato. In primo luogo, saldare i resistori. Quindi, saldare le prese per gli amplificatori operativi, il sensore SHT7x e i moduli di rottura dell'orologio e del microSD RTC.

Successivamente, saldare i due transistor. Anche la scheda deve essere saldata ora, utilizzando intestazioni pin. Infine, saldare i connettori alla scheda.

Ora, saldare il sensore di temperatura di umidità SHT7x in un'intestazione pin o in un cavo di estensione per rinforzare i cavi. Preparare un multimetro nella modalità di test di continuità o di test di conducibilità. Utilizzare il multimetro per verificare che non vi siano cortocircuiti tra nessuno dei pin o delle connessioni.

Ricontrollare i terminali positivi e negativi dell'alimentatore. Inoltre, verificare che ogni giunto di saldatura crei una connessione stabile tra i perni dei componenti e le tracce di rame del circuito. Per collegare i terminali della batteria e le clip dei cavi alla scheda, utilizzare qualsiasi utensile da taglio per rimuovere circa quattro millimetri di ciascuna estremità del filo, esponendo il nucleo conduttivo.

Quindi, introdurre ogni cavo nel terminale appropriato e stringere la vite con il cacciavite. Garantire e ricontrollare la corretta polarità dei cavi, in particolare quelli dell'alimentatore. Testare la resistenza della connessione tirando leggermente i cavi, verificando che tutto sia saldamente collegato.

Per ridurre ulteriormente il consumo energetico, rimuovere il LED di alimentazione della scheda del microcontrollore disossando o tagliando il diodo LED dalla scheda. Infine, monta la scheda BtM in un involucro resistente alle intemperie per tenere l'umidità lontana dall'elettronica. Montare il sensore di umidità-temperatura all'esterno della scatola, lasciandolo collegato alla scheda BtM.

Instrada le otto paia di clip coccodrillo necessarie per le misurazioni della condutto verso l'esterno dell'involucro resistente alle intemperie. Infine, aggancia ogni filamento di muschio con le clip di coccodrillo. Per assicurarsi che i provini siano asciutti, eseguire la taratura a mezzogiorno, in un giorno con bassa umidità dell'aria e preceduto da almeno uno, e preferibilmente due, giorni asciutti.

Seleziona una comunità di muschio o lichene sana e ben strutturata. Collega il datalogger al muschio o al lichene posizionando le clip di coccodrillo in una posizione centrale delle comunità nei casi di licheni di bryophytes, fruticose e licheni fogliasi. Per i licheni fruticosi, attaccare le clip nel tallolo.

Per i muschi, attaccare le clip direttamente sullo stelo di un individuo. Nel caso di licheni fogliasi, posizionare le clip sul bordo del tallolo. Mantenere una distanza minima di circa cinque millimetri tra gli elettrodi.

Assicurarsi che le clip non siano facilmente scollegate prima di iniziare le misurazioni. Avviare le misurazioni attivando il datalogger e lasciare la scheda BtM in funzione per circa tre minuti per stabilizzare i valori registrati. Eseguire un test di pre-calibrazione per stimare la quantità di acqua richiesta in ogni evento di irrigazione.

Collegare le clip all'esempio. Quindi, aggiungere acqua fino a quando la conduzione raggiunge un valore che non aumenta con l'aggiunta di più acqua. Questo è il valore massimo di conduzione di quel campione e verrà utilizzato per stabilire le fasi di irrigazione della calibrazione.

Attendere che le misure di conduzione ritornino ai valori iniziali. Utilizzare un piccolo spruzzo per inumidire i campioni con una quantità di acqua equivalente a 1/10 della quantità predeterminata di acqua necessaria per ottenere la massima conduzione nel campione. Attendere che il muschio o il lichene assorbano completamente l'acqua e le misurazioni della conduttività siano stabili prima di annaffiare di nuovo.

Ripetere fino a quando la conduzione raggiunge il valore massimo e il muschio o il lichene è completamente idratato. Ogni prova di taratura deve richiedere circa 15 minuti, a seconda dell'intervallo tra le annaffiature, che dovrebbe essere da uno a due minuti. Dopo aver completato la calibrazione, prendere la scheda microSD dalla scheda BtM e copiare il file di dati su un computer.

Qui è mostrata una figura che descrive l'evoluzione delle misurazioni della conduzione durante la fase di calibrazione. Le curve di essiccazione di Homalothecium aureum e Dicranum scoparium rivelano variabilità tra i campioni della stessa specie. La variabilità intra e interspecie riscontrata era piuttosto grande e può essere attribuita a differenze nella biomassa e nella morfologia di ogni fusto.

Grazie alla sua facilità di montaggio, questo dispositivo supera i vincoli tecnici della progettazione e della costruzione di un datalogger, consentendo la creazione di reti di monitoraggio a medio e lungo termine. Questa tecnica apre la strada ai ricercatori in biogeografia ed ecofisiologia per esplorare quando, come e perché i criptogami vascolari noti, come licheni o muschi, stanno crescendo in diverse regioni e in attraverso gradienti ambientali. Inoltre, questa tecnica può aiutare a comprendere i driver del successo di una specie o di individui all'interno di comunità ecologiche o stabilire cosa determina la fornitura di servizi ecosistemici da parte di questi organismi chiave.