Temperatuur simuleren in een bodemincubatie-experiment

Dit protocol introduceert een state-of-art milieukamer en demonstreert een nieuwe methode van temperatuurregeling om het experimentele ontwerp van een bodemincubatie te verbeteren. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is het vermogen om de grootte en amplitude van de bodemtemperatuur van het instituut te imiteren. Deze methode kan worden toegepast om de verschillende opwarmingsscenario's in bodemincubatie te simuleren, zoals extreme hitte.

Een mogelijke uitdaging van deze techniek is het opzetten van het temperatuurprofiel in de kamer. Het observeren en begrijpen van de dagelijkse temperatuurschommelingen in de bodem zou nodig zijn. Om te beginnen opent u de software op de computer en klikt u op de knop Start en eigenschappen werkbalk om de logger te configureren voor de externe sensoren die worden gebruikt.

Stel de naam van het loggerstation en het interval voor gegevensverzameling in. Klik vervolgens in het scherm Eigenschappen op Ingeschakeld op de externe sensorpoorten die worden gebruikt en selecteer de sensor en eenheid in het vervolgkeuzemenu voor elke sensorpoort. Klik ten slotte op OK om de instellingen op te slaan.

Download de dataset eenmaal per maand en verkrijg een volledig overzicht voor enkele maanden over het groeiseizoen. Om de gegevens van de temperatuurrecords te analyseren, verkrijgt u de gemiddelde uurtemperatuur van het groeiseizoen door alle waarnemingen te gemiddelden. Om de gemiddelde temperatuur voor elk uur per dag te verkrijgen, gemiddelde van de temperaturen op hetzelfde uur over alle dagen tijdens het groeiseizoen.

Start in de geavanceerde kamer de software en klik op de knop Profiel in het hoofdmenuscherm om een nieuw bestand te maken. Voer in de invoerregel Bestandsnaam SW Laag in. Door op de optie Instant Change te klikken, voert u 15,9 graden Celsius in als begintemperatuur.

Voer er twee in de rij Minuten in om de temperatuur twee minuten te handhaven en klik op de knop Gereed. Voer vervolgens onder de optie Ramp Time 15,9 graden Celsius in als het doelinstelpunt en voer in de rij Uren 850 uur in om de temperatuur te handhaven, klik op de knop Gereed. Voeg in de tweede kamer vijf graden Celsius toe aan elke temperatuurknoop.

Maak een nieuwe bestandsnaam SW High en herhaal de eerder getoonde stappen. Voeg in de derde kamer 23 extra stappen toe die overeenkomen met 23 waargenomen bodemtemperaturen per uur en stel bij de laatste stap genaamd Jump 42 herhaalde lussen in. Dit leidt tot het scenario van geleidelijke opwarming of GW Low.

Voeg in de vierde kamer vijf graden Celsius toe aan elk temperatuurknooppunt en herhaal de eerder getoonde stappen. Dit maakt een simulatie van variërende temperaturen gedurende 42 dagen mogelijk bij een hoger temperatuurniveau. voer een voorbereidende run uit gedurende 24 uur en voer de temperaturen uit die door de vier kamers zijn geregistreerd.

Zet de door de kamers geregistreerde temperaturen af tegen die zoals geprogrammeerd. Als de temperaturen die in de kamer worden bereikt overeenkomen met de temperaturen zoals geprogrammeerd door een temperatuurverschil van minder dan 0,1 graden Celsius gedurende de 24 uur, zijn de kamers geschikt voor het bodemincubatie-experiment. Als niet aan de criteria is voldaan, herhaal dan nog een 24-uurstest of zoek een nieuwe kamer.

Verzamel in de buurt van het temperatuursondegebied vijf bodemmonsters op nul tot 20 centimeter diepte en plaats ze in een plastic zak na het verwijderen van de oppervlaktestrooisellaag. Meng het monster grondig door de materialen in de zak te draaien, te persen en te mengen totdat er geen individueel bodemmonster zichtbaar is. Bewaar de monsters in een koeler gevuld met ijspakken en transporteer de monsters onmiddellijk naar het laboratorium.

Verwijder de wortels in elke kern. Zeef het door een bodemzeef van twee millimeter en meng en homogeniseer het monster grondig. Weeg 10 gram verse grond.

Ovendroog het gedurende 24 uur op 105 graden Celsius en weeg de droge grond. Leid het verschil af tussen verse en droge bodemmonsters en bereken de verhouding van verschil met droog bodemgewicht om het bodemvochtgehalte in een spreadsheet te bepalen. Weeg 10 gram van de veld vochtige bodem substeekproef en kwantificeer de microbiële biomassa koolstof in de bodem door chloroform fumigatie, kaliumsulfaatextractie en kalium per sulfaat verteringsmethoden.

Weeg vervolgens een gram van de veldvochtige bodemsubsteekproef en meet de hydrolytische en oxidatieve extracellulaire enzymactiviteit van de bodem. Weeg vervolgens 16 veldvochtige grondsubsamples in 16 PVC-kernen die op de bodem zijn afgedicht met glasvezelpapier. Plaats de kernen in een liter mason jars bekleed met een bed van glazen kralen om ervoor te zorgen dat de kernen geen vocht absorberen.

Plaats vier potten in elk van de vier kamers. Zet de kamers aan en start het programma tegelijkertijd in vier kamers. Neem tijdens de incubatie alle potten in elk van de vier kamers en plaats de kleur van de draagbare kooldioxidegasanalysator bovenop elke pot om de ademhalingssnelheid van de grond te meten.

Verzamel alle potten destructief aan het einde van de incubatie, dat wil zeggen op dag 42, en kwantificeer microbiële biomassa-koolstof en bodemenzymactiviteit. Uitgaande van een constante ademhalingsfrequentie tussen twee opeenvolgende verzamelingen, gebruikt u de ademhalingsfrequentie maal de duur om de cumulatieve ademhaling af te leiden. Voer een drievoudige herhaalde metingenanalyse van variantie of ANOVA uit om de belangrijkste en interactieve effecten van tijd, temperatuur en temperatuurmodus op de ademhalingssnelheid en cumulatieve ademhaling te testen.

Voer daarnaast een tweerichtings-ANOVA uit om de effecten van opwarmings- en opwarmingsscenario's op microbiële biomassakoolstof en extracellulaire enzymactiviteit te testen. De illustratie van de temperatuurveranderingsmodus in een bodemopwarmingsexperiment wordt hier gepresenteerd. Constante temperatuur die door de meeste studies wordt aangenomen, constante temperatuur met verschillende grootte, lineaire verandering met positieve en negatieve snelheden en niet-lineaire verandering met onregelmatige en dagelijkse patronen worden hier weergegeven.

De gemiddelde cumulatieve bodemademhalingssnelheid onder controle en opwarmingsbehandelingen bij stapsgewijze opwarming en geleidelijke opwarming in een 42-daags bodemincubatie-experiment wordt weergegeven in deze figuur. De inzetstukken tonen de bodemademhalingssnelheden die worden toegepast om de geschatte en cumulatieve ademhaling te schatten, uitgaande van een constante ademhalingssnelheid. De resultaten tonen aan dat opwarming leidde tot aanzienlijk grotere ademhalingsverliezen in beide opwarmingsscenario's en geleidelijke opwarming verdubbelde het door opwarming geïnduceerde ademhalingsverlies ten opzichte van stapsgewijze opwarming, 81% versus 40% De gemiddelde microbiële biomassakoolstof onder controle en opwarmingsbehandelingen in stapsgewijze en geleidelijke opwarming in een 42-daags bodemincubatie-experiment wordt in deze figuur gepresenteerd.

Hier duidt S op het significante effect van het opwarmingsscenario op basis van een drievoudig herhaalde metingen ANOVA. Deze figuur vertegenwoordigt de gemiddelde hydrolasen en oxidasen activiteiten onder controle en opwarming behandelingen in stapsgewijze en geleidelijke opwarming in een 42 dagen experiment. Nadat het een ontwikkeling was, maakte deze techniek de weg vrij voor bodembiogeochemici om de effecten van verschillende opwarmingsscenario's op de bodemademhaling en de micro's te onderzoeken door middel van geavanceerde programmering in de kamer.