PARbars: tanie, łatwe w budowie ceptometry do ciągłego pomiaru przechwytywania światła w koronach roślin

Nasze ręcznie robione ceptometry pozwalają nam na ciągły pomiar przepuszczalności światła przez korony roślin. Następnie możemy wykorzystać te pomiary do oszacowania właściwości baldachimu, takich jak wskaźnik powierzchni liści i wskaźnik powierzchni roślin. PARbary są znacznie tańsze niż dostępne na rynku ceptometry.

Dzięki temu możemy kupować je w dużych ilościach i wykorzystywać w terenie przez dłuższy czas. Aby skonstruować ceptometr do ciągłego rejestrowania, zacznij od wywiercenia jednego otworu o średnicy czterech milimetrów, 20 milimetrów od każdego końca białego akrylowego pręta dyfuzora o wymiarach 1200 na 30 na 4,5 milimetra, a następnie wywiercić i nagwintować gwintowane otwory 20 milimetrów od każdego końca odcinka aluminiowego pręta w kształcie litery U. Następnie wywierć i wkręć gwintowane otwory w podstawę aluminiowego pręta w kształcie litery U, aby pasowały do elementów montażowych.

Następnie wyprostuj dwa gołe druty miedziane o długości 1,25 metra i średnicy 1,25 milimetra, jeden po drugim, mocując jeden koniec do imadła, a drugi koniec w uchwytach wiertarki ręcznej, a następnie włączając wiertło z niską prędkością. Użyj markera permanentnego z cienką końcówką, aby zaznaczyć zamierzone lokalizacje fotodiod wzdłuż krawędzi dyfuzora, zaczynając od pierwszej pozycji fotodiody w odległości 13,5 centymetra od jednego końca dyfuzora, a pozostałe pozycje znajdują się co dwa centymetry między pierwszą diodą a dalszym końcem dyfuzora. Wyśrodkuj jedną fotodiodę na pręcie dyfuzora tak, aby jej wypustki połączeń elektrycznych były skierowane w stronę boków pręta, a następnie umieść drut pod jedną z wypustek, aby zaznaczyć położenie pierwszego drutu miedzianego na dyfuzorze.

Zaznacz położenie drutu pośrodku i na przeciwległym końcu pręta w ten sam sposób, przed użyciem kleju cyjanoakrylowego do przymocowania pierwszego wyprostowanego drutu miedzianego do dyfuzora wzdłuż znaków. Użyj kleju, aby przymocować 50 fotodiod skierowanych w dół wzdłuż dyfuzora w zaznaczonych odstępach 20 milimetrów, uważając, aby diody znajdowały się w środku dyfuzora i były ułożone w tej samej orientacji, tak aby duża wypustka znajdowała się na drucie miedzianym, a mała wypustka znajdowała się naprzeciwko drutu. Wszystkie nasze fotodiody muszą być ustawione w tej samej orientacji ze względu na ich polaryzację.

Zdecydowanie zalecamy sprawdzenie orientacji wszystkich fotodiod przed klejeniem i. Umieść drugi drut miedziany tak, aby znajdował się pod każdą z mniejszych wypustek fotodiod i przymocuj drut do dyfuzora za pomocą większej ilości kleju cyjanoakrylowego. Za pomocą topnika zwilż oba wypustki jednej fotodiody oraz sąsiednie i leżące pod spodem przewody topnikiem.

Użyj lutownicy z cienką końcówką ustawioną na temperaturę od 350 do 400 stopni Celsjusza, aby każdą zakładkę diody do leżących pod spodem drutów miedzianych. Skieruj światło na każdą fotodiodę, aby przetestować połączenia lutowane i użyj multimetru, aby sprawdzić sygnał napięcia dla każdej diody na przewodach. Opcjonalnie rezystor precyzyjny o współczynniku niskiej temperatury 1,5 oma równolegle w poprzek przewodów miedzianych i męski koniec wodoodpornego złącza prądu stałego do końców przewodów miedzianych.

Użyj rurki termokurczliwej wyłożonej klejem, aby uszczelnić połączenia i nałóż warstwę szczeliwa silikonowego na powierzchnię dyfuzora w pobliżu krawędzi, aby utworzyć ciągłą barierę silikonową wokół obwodów dyfuzora. Sprawdź dokładnie stopkę, aby upewnić się, że między silikonem a drążkiem dyfuzora nie pozostały żadne szczeliny powietrzne. Po utwardzeniu szczeliwa wypełnij studzienkę żywicą epoksydową.

Poczekaj, aż żywica stwardnieje przez noc, zanim użyjesz żyletki do usunięcia szczeliwa silikonowego. Użyj M4, aby przykręcić dyfuzor do wstępnie gwintowanego aluminiowego pręta w kształcie litery U i użyj taśmy maskującej, aby przymocować dyfuzor do aluminium na całej jego długości. Wypełnij pustkę wewnątrz ceptometru wypełniaczem z pianki poliuretanowej.

Poczekaj, aż wypełniacz stwardnieje przez noc i usuń taśmę maskującą, a następnie żeński koniec złącza prądu stałego do długości dwużyłowego i uszczelnij połączenia klejem termokurczliwym. Aby skalibrować fotosyntetycznie aktywny ceptometr promieniowania (PARbar) względem czujnika kwantowego, podłącz oba czujniki do rejestratora danych i ustaw czujniki na zewnątrz w pełnym słońcu na płaszczyźnie poziomej. Rejestruj dane wyjściowe obu czujników w okresie, w którym promieniowanie słoneczne jest bardzo zróżnicowane.

Określ współczynnik kalibracji dla PARbar jako nachylenie regresji liniowej PAR, zgłoszone z czujnika kwantowego w funkcji napięcia wyjściowego surowego. Aby wywnioskować efektywny wskaźnik powierzchni rośliny, zainstaluj jeden PARbar nad baldachimem, uważając, aby nie był zacieniony przez żadne elementy pochłaniające światło w baldachimie. Zainstaluj drugi poniżej wszystkich elementów pochłaniających światło, dla których zostanie zmierzona absorbancja.

Na polu oba pręty PAR powinny być ustawione pod kątem 45 stopni do rzędów sadzenia. Upewnij się, że górny PARbar nie zacienia dolnego PARbar i wypoziomuj oba PARbary za pomocą poziomicy. Następnie podłącz PARbars do rejestratora danych i zamień wyjście różnicy napięć na PAR, używając współczynnika kalibracyjnego wyznaczonego wcześniej dla każdego PARbar.

Napięcie różnicowe na wyjściu PARbar jest liniowo proporcjonalne do napięcia wyjściowego PAR z czujnika kwantowego. W tym reprezentatywnym eksperymencie pręty PARbar zostały rozmieszczone w koronach drzew pszennych i rejestrowane co 20 sekund przez cały okres rozwoju roślin. Dane te ilustrują typowy dobowy przebieg w czasie środowiska świetlnego korony drzewa, zebrane za pomocą PARbar w pogodny, słoneczny dzień.

Należy zauważyć, że odchylenie można wprowadzić, wykonując chwilowe pomiary ceptometrii o różnych porach dnia. Na przykład poletka pszenicy użyte do zebrania tych danych miały rzeczywistą orientację siewu na północ/południe, z transmisją światła do dolnego baldachimu osiągającą szczyt o godzinie 12:30. Gdyby w tym momencie miał zostać wykonany natychmiastowy pomiar, efektywny wskaźnik powierzchni roślin byłby niedoszacowany.

Natomiast jeśli pomiar został wykonany rano lub po południu, może być zawyżony. Odporne na warunki atmosferyczne pręty PARbar mogą być również stosowane w terenie przez długi czas. Na przykład, aby monitorować, jak zmienia się środowisko świetlne baldachimu wraz z rozwojem roślin.

Pręty PARbar mogą być instalowane w terenie przez dłuższy czas. Dzięki temu naukowcy mogą monitorować rozwój koron drzew w sposób, który wcześniej nie był możliwy przy użyciu drogiego sprzętu komercyjnego.