Een Gusseted Thermogradient Tabel naar grondtemperaturen controle voor het evalueren van Plant Groei en Monitoring bodemprocessen

Samenvatting

Traditionele thermogradiënttabellen creëren een temperatuurbereik over het oppervlak. Het lassen van verstevigingen loodrecht op het oppervlak van een thermogradiënttafel zal de temperatuur in diepte controleren, waardoor mogelijke onderzoekstoepassingen worden vergroot.

Samenvatting

Thermogradiënttabellen werden voor het eerst ontwikkeld in de jaren 1950, voornamelijk om zaadkieming tegelijkertijd over een bereik van temperaturen te testen zonder gebruik te maken van een reeks incubators. Een temperatuurgradiënt wordt passief vastgesteld over het oppervlak van de tafel tussen de verwarmde en gekoelde uiteinden en gaat snel verloren op afstanden boven het oppervlak. Aangezien de temperatuur alleen op het tafeloppervlak wordt geregeld, zijn experimenten beperkt tot ondiepe containers, zoals petrischalen, die op de tafel worden geplaatst. Het lassen van continue aluminium verticale stroken of steunribben loodrecht op het oppervlak van een tafel maakt temperatuurregeling in diepte mogelijk via convectief warmtestroom. Grond in de kanalen tussen steunribben werd gehandhaafd over een gradiënt van temperaturen waardoor een grotere diversiteit aan experimenten mogelijk was. Het ontwerp met steunribben werd geëvalueerd door haver-, sla-, tomaten- en meloenzaden te laten ontkiemen. Grondtemperaturen werden gecontroleerd met individuele, op batterijen werkende dataloggers die over de tafel waren geplaatst. LED-lampjes geïnstalleerd in de deksels of langs de zijkanten van de gradiënttafel creëren een gecontroleerde temperatuurkamer waar zaailingen over een bereik van temperaturen kunnen worden gekweekt. Het ontwerp met steunribben maakte een nauwkeurige bepaling mogelijk van de optimale temperaturen voor de snelste kiemingssnelheid en het hoogste percentage kieming voor elke soort. Kiemingsinformatie uit gradiënttafelexperimenten kan helpen bij het voorspellen van zaadkieming en zaailinggroei onder de ongunstige bodemcondities die vaak worden aangetroffen tijdens de productie van veldgewassen. Temperatuurinvloeden op zaadkieming, zaailinggroei en bodemecologie kunnen onder gecontroleerde omstandigheden in een laboratorium worden getest met behulp van een gegroefd thermogradiënttafel.

Inleiding

Thermogradient tabellen niet nieuw en het gebruik ervan is beschreven in de literatuur tientallen jaren ^1-6. Vroege tafels zogenaamd ontwikkeld voor laboratorium zaadkieming testen vaak papiersubstraat over een breed gebied van temperaturen in een enkel experiment (figuur 1). Er zijn verschillende ontwerpen van thermogradient tafels maar een van de meest voorkomende bestaat uit een relatief dikke rechthoekige plaat uit metaal, meestal aluminium zijn corrosieweerstand, met een lus van vierkante buis gelast aan de bodem aan de tegengestelde uiteinden. Plastic buizen sluit de tafel in- en uitlaat pijpen om de temperatuur gecontroleerde, circulerende baden dat het afgekoeld en verwarmde vloeistof te pompen door de leidingen aan tegenovergestelde uiteinden onder de tafel. De buis voert fluïdum, gewoonlijk een water-antivries (ethyleenglycol) mengsel om te voorkomen dat het bevriezen van het stelsel wordt gebruikt dichtbij of onder vriestemperaturen. Een ander ontwerp is het strippen van metaal aan elkaar te lassen om te createn een vloeistof reservoir aan elk uiteinde van de tafel met in- en uitlaten voor de circulatie van warme en koude oplossingen aan beide zijden. De circulerende baden kan worden geplaatst op de vloer onder de tafel of op een aparte elkaar liggende tafel. Elektrische thermogradient tafels met verwarmingselementen en / of Peltier koeling modules zijn gebouwd, maar de hoge kosten, uitdagingen het genereren van consistente lage temperaturen, en de betrouwbaarheid problemen zijn wijdverbreid commercieel gebruik ⁸ voorkomen.

De circulerende vloeistof ontwerpen passief maken van een eendimensionale gradiënt via thermische geleiding. Als de aluminium plaat met een gelijkmatige vorm en dikte en goed geïsoleerd, stroomt gelijkmatig warmte van de warme naar de koude einde van een tabel instelling van een continue eendimensionale temperatuurgradiënt, na de tweede wet van de thermodynamica ^7. De gradiënt over het wegdek is afhankelijk van de lengte van de tafel en de verschillen tussen het einde temperaturen. De tafel en plumbing zijn meestal ondergebracht in een geïsoleerde behuizing met deksels voor toegang. De behuizing isoleert de tafel van zijn omgeving, het creëren van een uniforme gradiënt over het oppervlak met kleine temperatuurverschillen. De geïsoleerde behuizing kan worden ondersteund door poten of op een vlak oppervlak zoals een tafel of een bank. Voor toepassingen waarbij gelijkmatige temperatuurregeling nodig zonder gradiënt, kan een tabel worden opgezet om isotherme omstandigheden te produceren als beide uiteinden circuleren fluïdum bij dezelfde temperatuur.

Wanneer de gradiënt tabel goed functioneert Petrischalen afgesloten plastic zakken, platte bodem containers, etc., worden op het oppervlak geplaatst en thermo-evenwicht voor de verschillende temperaturen (figuur 1). De experimentele temperatuur van elke container hangt in luchtruimtes die kunnen bestaan ​​tussen de houder en het tafeloppervlak en de dikte en isolerende eigenschappen van elke container. De gradiënt tafel effectief handhaaft monster temperatures dicht bij het oppervlak, maar de controle verliest boven het oppervlak. Het gebrek aan controle verticale temperatuur beperkt de typen experimenten mogelijk een traditionele gradiënt tafel.

Aluminium strips of soufflets werden toegevoegd aan de traditionele gradient tafel ontwerp tot temperatuurregeling boven het tafeloppervlak te verbeteren. Geren werden gelast tussenpozen loodrecht op het tafeloppervlak. De loopsplitten vergemakkelijken convectieve warmtestroom verticaal boven de vlakke tafel oppervlak. Monsters geplaatst tussen splitten hebben op temperatuur oppervlakken aan drie zijden met meer temperatuurregeling. Clegg en Eastin ² geplaatst kwartszand op een helling tafeloppervlak om temperatuurregeling in de diepte te creëren. Clegg en Eastin ² ook geëxperimenteerd met het plaatsen van isolatie op de top van de tafel. Webb et al. ⁹ geplaatst buizen gevuld met grond op een tafel in een poging om temperatuurregeling eenduidig de.

De nieuwe table ontwerpen gemeld heeft negen 7,6 cm (3 inch) hoog hoeksteunen (aluminium strips) die zijn gelast aan het oppervlak over de lengte van de tabel (figuur 2). LED lampen emitting fotosynthetisch actieve frequenties worden geïnstalleerd op de zijkanten van de tafel zaailingsgroei ondersteunen wanneer de tafel wordt gesloten. De geïsoleerde behuizing voor de inslag voorziene thermogradient tafel is opgebouwd uit een witte kunststof borden die water, afwijking zijn, en crack bestendig. Het doel van dit document is om de nieuwe gusseted gradient tafel ontwerp en de mogelijke toepassingen te beschrijven.

Protocol

1. Voorbereiding van het circulerende Baden en Table

1. Verwerven twee circulerende baden met reservoirs die ten minste 10 l / min om temperatuur te regelen aan elk uiteinde van de thermogradient tabel pompen.
   Opmerking: Een van de circulerende baden moet koel het reservoir terwijl de andere behoeften alleen warmte.
2. Inspecteer circulerende baden om ervoor te zorgen dat hun filters en reservoirs schoon zijn.
3. Identificeren van een locatie voor de tafel en baden. Plaats de baden onder de tabel zolang de pomp vloeistof kan circuleren door de bovenstaande tabel. Plaats de helling tafel op een geschikte hoogte deksels te verwijderen en te bereiken alle posities op het oppervlak.
   LET OP: De locatie voor de tabel en baden moet goed geventileerd, vrij van extreme temperaturen, relatief stofvrij, en hebben toegang tot elektrische circuits om adequaat de macht van de baden en lichtinstallatie.
4. Vul elk bad naar de bovenkant van het reservoir met een mengsel van water en antivries (1: 1ratio) om warmte-uitwisseling te verbeteren en bevriezing te voorkomen.
   Opmerking: De concentratie antivries afhankelijk van het bad specificatie en temperatuur van de oplossing. Hoge antivries concentraties zijn niet nodig, tenzij temperaturen onder het vriespunt worden gegenereerd. Pure antivries kan bepaalde waterbad pompen beschadigen.
5. Sluit de inlaten en uitlaten van de baden met flexibele slang aan de uitlaat en de inlaat pijpen op de tafel respectievelijk een continue stromingspatroon zowel de tegenoverliggende warme en koude uiteinden van de tabel.
6. Gebruik dikwandige flexibele kunststof buis met inelastisch muren die niet onder druk of kink zal uitbreiden wanneer gebogen. Gebruik collared-schroef, slangklemmen op de buis vakbonden om een ​​infuus-gratis verbinding behouden wanneer het systeem onder druk staat. Wikkel de bloedsomloop buis met schuim isolatie van de leidingen om warmte-uitwisseling te verminderen met de omringt.
7. Met de pijp kleppen geopend, even zet de circulatiepompen om te controleren op lekkages en ingestorte buisdie mogelijk wordt geremd. Stel lijmtangen indien lekkages optreden. Controleer verlichting te zorgen dat ze goed werken.

2. Voorbereiding van de tabel voor experimenten

1. Bedek de bodem van de thermogradient tafel tussen loopsplitten met hydrofiel materiaal, zoals kas capillaire matten, papieren handdoeken, of nonglossy krant water meer gelijkmatig te verdelen.
2. Vul de tabel gelijkmatig met een groeimedium tot onder of zelfs met de toppen van de hoeksteunen. Verpak de groeiende media stevig genoeg om luchtbellen die interfereren met de temperatuur equilibratie te verwijderen.
   OPMERKING: Native grond kan ook worden gebruikt.
3. De tabel inlaat- en uitlaatleiding afsluiters geopend, activeert de circulatiebad door een bad met een temperatuur van 5 ° C onder de tegenoverliggende bad tot een temperatuur 5 ° C boven het minimale en maximale gewenste temperatuur (5 tot 40 ° C), respectievelijk, om rekening te houden voor warmte-verlies en winst tijdens het verkeer. Monitor het reservoir baden en voeg een mengsel van water en antivries (ethyleenglycol) zoals nodig wanneer de spiegels dalen als de circulerende oplossing van de leidingen in de tabel vult.
4. Pas badtemperatuur tot de gewenste groeimedia temperaturen (5-40 ° C of andere gewenste experimentele temperaturen) bereikt op het verloop tafel.
   OPMERKING: De exacte temperatuur wordt bereikt door een iteratief proces voor het meten groeimedia temperatuur en aanpassen van de baden totdat de gewenste groeimedia temperaturen over de tafel worden bereikt.
5. Plaats temperatuur dataloggers op verschillende posities op de tafel om de temperaturen van de groeiende media of de bodem op te nemen tijdens een experiment. Dataloggers aanbevolen zijn even groot als een klein rondje wafer batterij. Wikkel de dataloggers in Parafilm om waterschade en plaats op experimentele posities in de groeiende media te voorkomen.
6. Bevochtig de groeiende media gelijkmatig tot 70-80% van de maximale-waterhoudend vermogenvan de media. Wetter bodems geleiden de warmte efficiënter tussen loopsplitten.
   OPMERKING: Water heeft de neiging om sneller verdampen uit het warme einde van de tafel, zodat frequentere toepassingen nodig zijn om verdampingsverliezen te vervangen. Maximale watergehalte is de hoeveelheid water na verzadiging en afvoer van gravitatie water gedurende 2 dagen in de groeimedia vastgehouden door een houder met een geperforeerde bodem. Het vochtgehalte werd gravimetrisch bepaald voor en na drogen in een oven bij 105 ° C gedurende 72 uur.
7. Laat de tabel equilibreren gedurende 24 uur op de gewenste temperatuur (5-40 ° C) worden bereikt gedurende garanderen voor het begin van een experiment.
8. Kantel de tafel door het aanpassen van de voeten op elke hoek totdat de tafel pistes zeer licht in de richting van de hoek met de afvoer. Dit verwijdert overtollige vocht, voorkomt natte plekken op de tafel, en moedigt uniforme media vochtgehalte. Plaats een houder onder de afvoer naar afvoer te vangen.
9. Plant zaden in groeimedia en water per dag of zoals nodig is om media vochtig te houden.
   LET OP: Als een voorbeeld van hoe de kieming tests kunnen worden uitgevoerd, plantte we 25 zaden van de tomaat (. Solanum lycopersicum L. cv Legend), meloen (Cucumis melo cv Hales Best Jumbo.), Sla (Lactuca sativa L. cv zwarte zaadjes. Simpson), en haver (Avena sativa L. cv Zwaan) 2 cm diep.
10. Tel het aantal uitgekomen zaailingen dagelijks tussentijd berekenen ontstaan ​​volgens de vergelijking:
      Σ (n _i xt _i)
    MTE = -------------
    Σ _(ni)
    LET OP: Waar n _{i is het aantal ontstond zaden op i tijdstip t; t is het aantal dagen vanaf het begin van de opkomst; en Σ n i totale aantal ontstond zaden.}

3. Bediening van de Thermogradient Table

1. Na aanpassing van de baden op de gewenste temperatuur, vervangt de twee thermogradient tafellakens, de transparante acrylplaat binnenste deksels en een grotere polyvinylchloride (PVC) deksel geïsoleerd met polystyreen, de tabel omsluiten. Zowel covers in plaats zorgen voor de best isolerende eigenschappen om warmte en water te verminderen tijdens het testen.
   LET OP: Als omgevingslicht of extra verlichting boven de tafel is gemonteerd, mag alleen de binnenste deksel worden gebruikt om het licht te brengen.
2. Verwijder de buitenste deksel om de tafel te controleren door de binnenste acryl deksels. Verwijder het binnenste deksel tijdelijk aan water of andere inputs, check de temperatuur, of opnemen van gegevens toe te voegen.
   LET OP: Bij hogere temperaturen, water verdampt snel van vochtige grond en condenses op de bodem van het binnendeksel omdat het oppervlak koeler.
3. Bewaak het systeem nauw bij experimenten voor stroomuitval, bad storingen, lekken, of overdreven schommelingen in de tabel temperaturen. Bewaken van de bad reservoir niveau en periodiek toe te voegen vloeistof om verdampingsverliezen te vervangen.

Resultaten

Ondiepe containers, zoals petrischalen, kan worden geplaatst op een traditionele eendimensionale gradiënt tafel zodat de effecten van verschillende experimentele temperaturen gelijktijdig kan worden beoordeeld (Figuur 1). Om de diversiteit van het onderzoek toepassingen mogelijk op een thermogradient tafel in innig contact met het oppervlak te verhogen, 7,6 cm (3 inch) hoog aluminium inzetstukken werden steek gelast afwisselend aan beide zijden zodat elke kruisje staat loodrecht op het oppervlak 10,9 cm (4,2 inch) uit elkaar (Figuur 2). Terwijl een groot aantal zijvouw afstanden mogelijk zijn, werd 10,9 cm gekozen bij af plastic "sandwich" of vergelijkbare sized containers vaak gebruikt om kieming van kleine zaadsoorten of andere biologische monsters (figuur 3) testen tegemoet. In tegenstelling tot een conventionele vlakke verloop tafel, het kruisje ontwerp is geschikt voor de bodem en andere amorfe brosse materialen voor gecontroleerde temperatuur experimenten. Om het overtollige water te verwijderen, werd een afgeschermd en gefilterd drain gat ingebouwd in een hoek. Pasringen of "feet" op elke hoek kan worden aangepast aan de tabel kantelen zwaartekracht drainage te vergemakkelijken. Een kleine spleet tussen inzetstuk en eindigt buiten de tabel laat water stroomt langs een zijde corner afvoer.

Bodem kamertemperaturen werden na 70-80% bodemvochtgehalte nadat de baden had gecirculeerd bij constante temperatuur gedurende 24 uur met de deksels (afbeelding 4). De temperatuurvariatie gemeten na een 12 uur equilibratie periode bij vier verschillende posities in de tabel was 0,4 ° C of minder (figuur 4). Variatie in het bodemprofiel temperaturen gemeten op drie bodem diepten groter was aan de uiteinden. Op een doel temperatuur van 13 ° C, dataloggers geplaatst op het aluminium oppervlak tussen loopsplitten noteerde een gemiddelde van 11,0 ± 0,0 ° C. houthakkers placed op de bodem oppervlak, gemiddeld 13,5 ± 0,1 ° C. De totale gemiddelde bodemtemperatuur op drie niveaus van de doeltemperatuur van 13 ° C was 12,3 ± 0,1 ° C. Bij een doeltemperatuur van 18 ° C, de gemiddelde temperatuur in het bodemprofiel was 19,1 ± 0,1 ° C. Variatie bij de doeltemperatuur van 23 ° C groter dan bij 18 ° C met een gemiddelde van 23,8 ± 0,2 ° C. Aan het andere uiterste temperatuur, 29 ° C, de tabel aluminiumoppervlak temperatuur was 30,8 ± 0,2 ° C terwijl het bodemoppervlak temperatuur was 25,7 ± 0,4 ° C. De totale gemiddelde bodemtemperatuur op 29 ° C was 28,2 ± 0,3 ° C (Figuur 4).

Zaadsoorten kunnen worden getest op hun optimale kieming en groei van zaailingen temperaturen aan een thermogradient tafel met zijvouwen. Tomaat en meloen, zowel als warm-seizoen gewassen, ontkiemd over een bereik 14,1-40.2 ° C (tabel 1, figuur 3). LED arrays gemonteerd in de tabel deksels en / of zijkanten uitstoten de fotosynthetische spectrum waardoor planten groeien in de bodem bij experimentele bodemtemperatuur wanneer de tafel wordt omsloten (figuur 3). Optimale groei van zaailingen van tomaat trad bij 29,6 ° C met een opkomstpercentage van 100% en een gemiddelde tijd tot verschijnen van 5,3 dagen (tabel 1, figuur 5). Opkomst was trager bij andere temperaturen. Voor meloen, de optimale opkomstpercentage was 96% en de gemiddelde tijd ontstaan was 5,1 dagen zowel bij 24,7 ° C (Tabel 1). Zowel sla en haver worden beschouwd als cool-seizoen gewassen. Haverzaden ontkiemd een bereik 5,1-40,2 ° C de breedste van elke geteste zaad (Tabel 1, Figuur 5). Voor haver, het hoogste opkomstpercentage was 100% bij 24,7 ° C en de snelste ontstaan was 3,4 dagen bij 29,6 ° C (Tabel 1, Figuur 5). Voor sla, werd opkomst gemeten over een bereik van 5,1-29,6 ° C. Voor sla, het hoogste opkomstpercentage was 100% bij 24,7 ° C en de snelste ontstaan was 3,4 dagen bij 29,6 ° C (Tabel 1).

Figuur 1: Een traditionele platte thermogradient tafel met de geïsoleerde deksels verwijderd, maar met een inwendige acryl deksel dat ½ de tabel De traditionele vlakke tafel ontwerp testen effecten van temperatuur op monsters in ondiepe containers.. Temperatuurregeling van de gradiënt snel verloren op afstand boven het oppervlak aangezien er geen belemmering voor luchtmenging. Experimenten die vereist een constante temperatuur in de diepte niet haalbaar zijn met behulp van dit ontwerp. Klik hier om een la te bekijkenrger versie van deze figuur.

Figuur 2: Schematische weergave van een thermogradient plaat met inzetstukken Gussets worden Steek overlangs gelast over de tafel loodrecht op het oppervlak.. Een drain in een hoek verwijdert overtollige water. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3:. Verlichte thermogradient tafel met loopsplitten gevuld met grond, zode, en containers voor zaadgerminatie experimenten De gradiënt in deze tabel is ingesteld van links (warme einde) naar rechts (koude einde). Terwijl het tussenstuk is ontwikkeld voor gebruik met bodem, containerskan worden geplaatst tussen loopsplitten voor experimenten met kleine monsters. De LED-planten kweeklampen kan in het deksels of periferie worden gemonteerd en stoten fotosynthetisch actieve frequenties en laat planten worden gekweekt in de behuizing. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4. De temperatuur lezingen uit verschillende bodem posities op een soufflets thermogradient tafel. Temperatuur loggers werden in de bodem geplaatst over de tafel op de linker muur, links in het midden (20 cm van de linker muur), rechts midden (40 cm van de linker muur) , en op de juiste muur halverwege tussen loopsplitten. Bodem positioneren van temperatuurlogger was nabij het aluminium tafeloppervlak 8 cm onder de top van de bodem, terwijl centrumplaatsing was approximatEly 4 cm onder de grond. Temperatuurloggers geplaatst op de top van de bodem werden ontdekt. Waarden boven balken geven de totale gemiddelde temperatuur ± standaardafwijking van het gemiddelde (n = 72). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5:. Zaailingen haver en tomaat gekweekt 14 dagen thermogradient tafels een temperatuurgebied van 5 tot 40 ° C Het beeld illustreert hoe ontkieming en groei van zaailingen van verschillende soorten in de bodem kan worden bepaald gelijktijdig over een bereik van temperaturen in een enkel experiment om veldomstandigheden te simuleren. Top (links en rechts) foto's tonen de thermogradient tafel bij verticale bekeken. Bodem (links en rechts) beelden tonen de tabel in horizontale oriëntatie. alcohol thermometers werden in de grond geplaatst snel controleren temperatuur gedurende het experiment.

Target Temperatuur	gemeten temperatuur	Tomaat		Meloen		Sla		Haver
		EM †	MTE ††	EM	MTE	EM	MTE	EM	MTE
° C	° C	%	dagen	%	dagen	%	dagen	%	dagen
5	5.1	0	0.0	0	0.0	78	11.4	46	12.7
10	8.7	0	0.0	0	0.0	92	7.5	58	12.5
15	14.1	100	10.8	16	13.8	68	5.9	96	7.2
20	19.8	100	7.2	84	7.5	66	6.5	100	5.4
25	24.7	100	6.0	96	5.1	22	8.1	100	3.7
30	29.6	100	5.3	92	5.5	4	12.5	98	3.4
35	36.1	94	7.0	92	4.4	0	0.0	94	4.5
40	40.2	72	7.8	88	5.1	0	0.0	10	8.2
† Succesvolle opkomst (EM) werd gescoord toen zaailingen had ten minste één open zaadlob.
†† tijd ontstaan ​​(MTE) gemiddelde werd berekend door het optellen van het product van het aantal zaden die elke dag ontstaan ​​door het dagnummer en delen door het totale aantal zaden die ontstaan ​​voor elke behandeling.

Tabel 1: Germinatie van tomaat, meloen, sla en haver zaden in de bodem bij Acht temperaturen op een Thermogradient Table. Bold cijfers tonen optimale waarden voor elke soort en illustreren de temperatuur afhankelijkheid van verschillende soorten gewassen. Het experiment werd gedurende 14 dagen in potgrond en het medium werd dagelijks bewaterd of naar behoefte in de grond zichtbaar vochtig. Gegevens op basis van 25 zaden voor elke soort.

Discussie

Thermogradient tabellen zijn gedurende vele jaren gebruikt voor het gelijktijdig uitvoeren van primair zaadkieming experimenten in ondiepe bakken over een bereik van temperaturen. Echter, de experimentele temperatuur beperkt tot het tafeloppervlak zodat de diepte van temperatuurregeling beperkt. Zaadcontrole protocollen uitgevoerd op traditionele gradient tabellen eindigen met een worteltje opkomst op papier substraat in petrischaaltjes of andere vlakke containers en niet realistisch te testen zaailing opkomst en groei zou van nature in de bodem. Vandaag zaadbedrijven willen vaak zaad kracht (de kiemkracht onder minder dan optimale omstandigheden) gesimuleerde praktijkomstandigheden dat telers waarschijnlijk zal tegenkomen na het planten te beoordelen. Bodemonderzoek blootstelt ook zaden om schimmel- en bacteriële ziekte druk niet gebruikelijk in gestandaardiseerde laboratorium kiemproeven op grondloze media. Wanneer de bodem wordt geplaatst op een vlakke niet-inslag voorziene tafel, grote variaties van 5 ºC of meer were niet ongewoon tussen posities in het bodemprofiel en tafel oppervlakken (niet gepubliceerde resultaten).

Een eendimensionale gradiënt tafel met zijvouwen is ontwikkeld voor verticale temperatuurregeling te verbeteren zodat de bodem kunnen worden gebruikt in kiemproeven en andere experimenten waarbij nauwkeurige regeling van de bodemtemperatuur kritisch. De loopsplitten beperken bodem of synthetische groeimedia en temperatuurregeling in de diepte. De hoekplaten zijn aluminium, hetzelfde materiaal als het tafelblad, en wanneer gelast loodrecht op het oppervlak zij temperatuurregeling van de ruimte tussen de door geleidende warmteoverdracht. De hoekplaten kunnen worden georiënteerd in de lengte langs de tafel of in de breedte over de tafel. Beide ontwerpen uit te voeren op dezelfde manier, maar de breedterichting spie oriëntatie is handig omdat de ruimte tussen de inzetstukken als een enkele experimentele temperatuur kan dienen als de gradiënt goed is afgesteld. Horizontale oriëntatie maakt experimentele eenheden (zaden in dit voorbeeld) met een tussenruimtesteek de tafel in een lijn naast elkaar. Kruisje afstand kan alleen tijdens de productie worden gevarieerd omdat soufflets gelast op zijn plaats zodat alternatieve positionering kan niet worden getest zodra tafel bouw is voltooid. Een kruisje tussenruimte van 10,9 cm werd geselecteerd om ondiepe containers vaak gebruikt voor het zaad te controleren in aanvulling op de bodem tegemoet te komen. Dichter spie afstand kan betere temperatuurbeheersing maar zou de soorten containers die kunnen worden gebruikt op de tafel beperken.

De temperatuur en vochtigheid van de groeimedia van de thermogradient tabel moet continu worden gecontroleerd om de gewenste proefomstandigheden bereiken. Voor het planten moet de circulerende baden iets onder het gewenste minimum en iets boven maximum temperaturen dan bijgesteld tot de monsters de gewenste experimentele temperatuur hebben bereikt worden ingesteld. Ongeveer 24 uur moet worden toegestaan ​​voor de monsters aan thermische evenwicht met het verloop tafel. Het vochtgehalte van the groeiende media moeten voldoende (70-80% van het veld capaciteit) voor het ontkiemen van de zaden of andere biologische processen om verder te gaan. De tabel isolatie en dubbele deksels te verminderen temperatuurschommelingen en verdamping van water als op zijn plaats.

De resultaten in Tabel 1 vergelijkt zaailingsgroei van 4 soorten bij verschillende temperaturen. De groei van meloen en tomatenzaden begon bij 15 ° C en gekiemd en bij 40 ° C toegelicht waarom zij worden gekarakteriseerd als warm seizoen ¹⁰ gewassen. Daarentegen sla ontkiemd beste bij lage temperaturen. Haver zaden gekiemd over een breder scala van temperaturen dan de andere soorten (tabel 1). Terwijl soortgelijke resultaten kunnen worden verkregen met een reeks groeikamers in een reeks gecoördineerde experimenten werd het tussenstuk kunnen zowel ontkieming en groei van zaailingen te vergelijken over een reeks bodemtemperatuur tegelijkertijd. Ander veld bodems of groeienmedia worden gesubstitueerd aan een reeks veld te simuleren. Microbiële of chemische behandelingen, kunstmest regimes, droogtestress, en variaties in lichte omgeving kan heel temperaturen worden opgelegd aan het verloop tafel.

De kleine dataloggers gemeten temperatuur op verschillende posities op de tafel. Temperatuurgegevens bleek, relatief uniforme temperaturen in het midden van de tafel met grotere variatie, met name aan het warme einde. Positionering loggers in contact met het tafeloppervlak en blootgesteld aan de lucht op het grondoppervlak waarschijnlijk extra uitersten. Temperaturen opgenomen in de middenpositie waren waarschijnlijk meer indicatief voor bulk bodemgesteldheid. Bijvoorbeeld, een zaad in de grond op het verloop weergeeft tussen geren op veld planten simuleren uitgepoot worden blootgesteld aan bulk bodemtemperatuur en niet de lucht of het tafeloppervlak temperatuur. Het vochtgehalte en de textuur van de bodem speelt een rol bij het bepalen tabel temperaturen. Als the grond droog is, luchtruimten weerstaan ​​temperatuurverandering en niet effectief warmte te geleiden van de inzetstukken. Vochtige grond heeft weinig luchtruimten en meer vloeibaar water om warmte effectief uit te voeren door middel van het bodemprofiel. In dit experiment werd de bodem op 70 tot 80% van het maximale watergehalte maar hogere watergehalte kunnen hierdoor beperkt bodemtemperatuur variatie. Zand heeft tot minder grote poriën dan bodems met hoge organische stof en derhalve wordt verwacht dat meer gelijkmatige temperatuur.

Er was een grotere variatie van de bodemtemperatuur aan het warme einde van de tafel ten opzichte van het koude einde. Een mogelijke verklaring ligt in de verdeling van vocht in de tabel. Vocht heeft de neiging in het koude einde te behouden, terwijl het warme einde heeft de neiging om uit te drogen als gevolg van een grotere verdampingsverliezen. Aangezien water helpt gedrag hitte, is het belangrijk dat het vochtgehalte van de tabel zo uniform mogelijk. Webb et al. ⁹ gebruikt blotter papier om water uit te voeren over een thermogradient tafel via capillaire werking, terwijl de krant en werkte als een goedkoper alternatief in de soufflets thermogradient tafel. Hoewel loopsplitten werden bekleed met hydrofiele papier om vocht distributie toe te voegen, waardoor zowel de koele en warme uiteinden gelijkmatig nat is een uitdaging.

Snelle verdamping bij hoge temperaturen gebeurt op alle gradient tafel ontwerpen. Condensatie is vaak een probleem wanneer container experimenten worden uitgevoerd op een helling tafel bij temperaturen ver boven omgevingstemperatuur omdat de bodem van de houder is warmer dan de bovenkant waardoor water verzamelen over de binnenkant van de koeler deksel. In de bodem experimenten op de soufflets tafel, water verdampt uit de bovenste bodemlagen in de lucht boven in de inslag voorziene tafel. Als de bodem is erg nat, kunnen verdampingsverliezen aan het warme einde van de tabel condenseren op de koeler inner-acryl deksel. Rusten strak stukken acryl- of polystyreen isolatie directly bovenop de hoeksteunen minimaliseert damp uitwisseling met het luchtruim boven de tabel waarbij de bodem vochtig gelijkmatiger en constant (gegevens niet getoond). Wanneer de tafel was bedekt met polystyreen isolatie, temperatuurvariatie slechts 1-2 ° C door het bodemprofiel bij extreme temperaturen (gegevens niet getoond). Echter, polystyreen isolatie voorkomt zaailingen van nieuwe en moeten worden verwijderd na de eerste uur incubatie groei analyses. Een andere oplossing voor een snelle droging van warme bodem te voorkomen is om meer water bij voorkeur toe te voegen aan het warme einde te compenseren voor verdampingsverliezen. Hand water is problematisch omdat het deksel worden verwijderd en toepassing volumes minder precies. Micro irrigatie emitters kan worden ontworpen op een helling tafel en kan worden aangepast om meer water voorkeur van toepassing op het warme einde.

Thermogradient tafels hebben de functionaliteit en de mogelijkheid om als alternatieve groei kamers dienen. when beide baden worden op dezelfde, de tabel in evenwicht enkelvoudige experimentele temperatuur voor toepassingen waarbij een gradiënt niet vereist. Dag en nacht licht en temperatuurschommelingen kunnen ook worden gesimuleerd met behulp van programmeerbare circulerende baden en LED kweeklampen. Bevolken de binnenkant van de deksels met LED-verlichting groeien kan de lichtintensiteit te verhogen. De LED kweeklampen inbreng minimale warmte in het systeem en niet bemoeien met het verloop omdat soortgelijke bodem temperaturen werden opgenomen met lichten aan en uit te schakelen (gegevens niet getoond). De toevoeging van verlichting maakt de groei van planten en een grotere milieu-controle.

Thermogradient tabellen zijn voornamelijk gebruikt door de zaadindustrie kieming studies in het verleden, maar vele andere toepassingen mogelijk. Insect gedrag is onderzocht op een helling tafel om de temperatuur optima van bepaalde gedragingen ¹¹ te bepalen. Ijs kan worden bevroren op een helling tafeloppervlak voor het testen van verschijnselen op subfreezing temperatures (gegevens niet getoond). Gas-uitwisseling tussen de bodem en atmosfeer, met inbegrip van koolstofdioxide evolutie, is het mogelijk op een inslag voorziene helling tafel bij wisselende inhoud water, bodem ingangen en temperaturen. Bestuderen effecten van bacteriële en schimmelgroei in verschillende media over een bereik van temperaturen is ook mogelijk met dit experimentele systeem.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Thermogradient tafel	Appalachian Machinge Inc		Op maat gemaakte, verstevigde thermogradient tafel (schema's zijn opgenomen in het manuscript). De aluminium fabricage en lassen werden uitgevoerd door Appalachian Machinge Inc. 5304 State Rd 790, Dublin, VA 24084.
Geïsoleerde polymeerbordkast	TASCO LLC		De geïsoleerde polymeerbordkast met daarin de aluminium plaat werd geconstrueerd door TASCO LLC,  1440 Roanoke Street, Christiansburg, VA 24073
Blue Hawk Opvouwbare stalen verstelbare zaagpaard	Lowes Home Improvement	162111	Model #: 60142 Opvouwbare stalen verstelbare zaagpaarden
Circulerende gekoelde waterbaden of vergelijkbare eenheden	Brookfield Engineering	TC-550SD
Zaden (200 zaden)	Johnny's Selected Seeds		Haver-, sla-, tomaten-, meloenzaden van Johnny's Selected Seeds 955 Benton Ave, Winslow, ME 04901 of elke andere zaad voor kiemingstesten,
Professionele 550 Grow Light	SolarOasis	Pro550
ID gevlochten PVC-buis	United States Plastics Inc.	60703	0,6 m stukken van 200 cm OD, 130 mm (1/2")
Super Tech 50/50 Antivries/Koelvloeistof Voorgemengd	Walmart	1012574	4 liter mengsel van gedistilleerd water-antivries (ethyleenglycol)
WatchDog Data Loggers	Spectrum Technologies Inc	Model 100
Parafilm M 4 cm breed	Fisher Scientific	S37440
Container Acryl 5 1/4"x5"x1 3/8" plastic dozen	Hoffman Manufacturing Inc		Hoffman Manufacturing Inc. 16541 Green Bridge Road, Jefferson, OR
1" Halsband-schroef	Global Industrial	CS16H	Global Industrial,  11 Harbor Park Drive, Port Washington, NY
Halsbandschroef Worm Gear Slangklem	Global Industrial	WGB513588	3/4" - 1-1/2" Klemdiameter. 10-Pack.
Everbilt Model Schuimbuisisolatie	Home Depot	ORP11812	Internet # 204760805 Winkel SKU # 1000031792 1 inch. x 6 ft.
Capillaire Mat	Farmtek	106223	kas capillair matten - 4' x 100' of alternatief krantenpapier vellen
Sunshine Mix #3	TerraLink	3236320	3,8 kubieke voet gecomprimeerde bal, SKU: 3236320, Kiembaan