Pojemność hydrauliczna biomasy jest kluczowym składnikiem budżetu wodnego roślinności, który służy jako bufor przed krótko- i długoterminowymi stresami związanymi z suszą. W tym miejscu przedstawiamy protokół kalibracji i stosowania czujników pojemności wilgotności gleby do monitorowania zawartości wody w pniach dużych drzew.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Kalibracja i wykorzystanie czujników pojemnościowych do monitorowania zawartości wody w łodygach drzew
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Transport i magazynowanie wody przez kontinuum gleba-roślina-atmosfera jest kluczowe dla lądowego obiegu wody i stało się głównym obszarem badań. Pojemność biomasy odgrywa integralną rolę w unikaniu zakłóceń hydraulicznych spowodowanych transpiracją. Jednak pomiary dynamicznych zmian pojemności hydraulicznej dużych drzew w wysokiej rozdzielczości czasowej są rzadkie. W tym miejscu przedstawiamy procedury kalibracji i stosowania czujników pojemnościowych, zwykle używanych do monitorowania zawartości wody w glebie, do pomiaru objętościowej zawartości wody w drzewach na polu. Obserwacje w stylu reflektometrii w dziedzinie częstotliwości są wrażliwe na gęstość badanych ośrodków. W związku z tym konieczne jest przeprowadzenie kalibracji specyficznych dla danego gatunku w celu przekształcenia wartości przenikalności dielektrycznej podawanych przez czujnik na objętościową zawartość wody. Kalibracja jest wykonywana na zebranej gałęzi lub łodydze pociętej na segmenty, które są suszone lub ponownie nawadniane w celu wytworzenia pełnego zakresu zawartości wody używanej do generowania najlepiej dopasowanej regresji z obserwacjami czujników. Czujniki są umieszczane w segmentach kalibracyjnych lub instalowane na drzewach po wstępnym wywierceniu otworów w celu dopasowania tolerancji za pomocą spreparowanego szablonu, aby zapewnić prawidłowe wyrównanie wiertła. Szczególną uwagę zwrócono na to, aby zęby czujnika miały dobry kontakt z otaczającymi mediami, a jednocześnie umożliwiały ich wkładanie bez użycia nadmiernej siły. Dynamika objętościowej zawartości wody obserwowana za pomocą przedstawionej metodologii jest zgodna z pomiarami przepływu soków zarejestrowanymi przy użyciu technik rozpraszania ciepła i danymi dotyczącymi wymuszania środowiskowego. Dane dotyczące zawartości wody w biomasie mogą być wykorzystywane do obserwacji wystąpienia stresu wodnego, reakcji na suszę i odbudowy, a także mogą być stosowane do kalibracji i oceny nowych modeli hydrodynamicznych na poziomie roślin, a także do podziału teledetekcyjnych produktów wilgotności na składniki nadziemne i podziemne.
Wprowadzenie
Woda przechowywana w materiale roślinnym odgrywa integralną rolę w zdolności roślin do radzenia sobie z krótko- i długoterminowym stresem wodnym1,2. Rośliny magazynują wodę w korzeniach, łodygach i liściach zarówno w przestrzeniach wewnątrzkomórkowych, jak i zewnątrzkomórkowych (np. naczyniach ksylemowych) 2,3,4. Wykazano, że ta woda przyczynia się do od 10 do 50% wody transpirowanej dobowo2,5,6,
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Wybór drzewa do instrumentacji
- Wybierz drzewa do pomiaru. Idealnie powinny to być drzewa zdrowe, z ogólnie okrągłym przekrojem pnia i średnicą od 1 do 2 razy większą niż długość wypustek czujnika, lub z głębokością biela większą niż długość wypustek sensora (~5 cm dla zaprezentowanych tutaj czujników pojemnościowych). Zmierz głębokość biela za pomocą rdzeni drzewnych lub, w przypadku wielu gatunków, oblicz głębokość biela za pomocą równań allometrycznych wiążących powierzchnię biela ze średnicą pnia 29,54, zmierzoną standardową taśmą do pomiaru średnicy.
UWAGA: Niektóre rodzaje czujników po....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
W tej sekcji przedstawiamy dane kalibracyjne dla pięciu powszechnie występujących gatunków drzew lasów wschodnich, a następnie szczegółową analizę pomiarów terenowych zapasów wody w pniu u trzech osobników Acer rubrum podczas sezonu wegetacyjnego w 2016 roku. Krzywe kalibracyjne wygenerowano dla Acer rubrum, Betula papyrifera, Pinus strobus, Populus grandidentata oraz Quercus rubra (Rysunek 1). Nachylenia krzywych różniły się nawet .......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Sezonowe i dobowe wzorce zawartości wody w łodygach obserwowane za pomocą czujników pojemnościowych są zgodne z trendami w jednoczesnych pomiarach strumienia soków i wymuszania środowiskowego (Rysunek 3, Rysunek 4, Rysunek 5). Zbiorniki magazynujące wodę w łodygach wyczerpują się dobowo, gdy tempo transpiracji przekracza tempo ładowania przez tkanki drzewiaste, oraz sezonowo, gdy wilgotność gleby og.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Steven R. Garrity jest pracownikiem firmy METER Group Inc., która produkuje wzmocniony czujnik wilgotności gleby GS3 używany w tym artykule.
Podziękowania
Finansowanie tego badania zostało zapewnione przez Biuro Nauki Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, Biuro Badań Biologicznych i Środowiskowych, Nagroda Programu Nauk o Ekosystemach Lądowych No. DE-SC0007041, program zarządzania Ameriflux w ramach umowy nr 7096915 dotyczącej głównego ośrodka Flux za pośrednictwem Lawrence Berkeley National Laboratory oraz grant National Science Foundation Hydrological Science 1521238. Wszelkie opinie, ustalenia, wnioski lub zalecenia wyrażone w tym materiale są opiniami autorów i niekoniecznie odzwierciedlają poglądy agencji finansujących.
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Wytrzymały czujnik wilgotności gleby | METER Group Inc. | GS-3 | Czujniki pojemności |
| Wiertło 1/8" | Dowolna | N/A | |
| Wiertło 9/64" | Dowolna | N/A | |
| Piła łańcuchowa | Dowolna | N/A | |
| Wiertarka elektryczna | Dowolna | N/A | |
| Wiadro do kąpieli wodnej | Dowolna | N/A | |
| Alkohol waciki | Dowolna | Nie dotyczy | |
| Nóż do rysowania | Dowolna | nie dotyczy | |
| Rejestrator danych | Dowolna | nie dotyczy | |
| Uszczelniacz silikonowy | Dowolna | nie dotyczy |
Bibliografia
- Matheny, A. M., et al. Contrasting strategies of hydraulic control in two codominant temperate tree species. Ecohydrol. 10 (3), e1815(2017).
- Kocher, P., Horna, V., Leuschner, C. Stem water storage in five coexisting temperate broad-leaved tree species: significance, temporal dynamics and....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
