Produkcja prostych i niedrogich czujników temperatury powierzchni gleby i grawimetrycznej zawartości wody

Ta metoda pozwala każdemu zbudować czujniki, które mogą mierzyć temperaturę i wilgotność górnych pięciu milimetrów gleby, dynamicznego i trudnego do zmierzenia obszaru. Jednoczesny pomiar mikroklimatu na powierzchni gleby pozwala ocenić, w jaki sposób temperatura i wilgotność gleby wpływają na organizmy, strumienie gazów i inne elementy funkcjonowania ekosystemu na powierzchni gleby. Powierzchnia gleby jest szczególnie podatna na duże wahania temperatury i wilgotności i może mieć nieproporcjonalne znaczenie w regulowaniu ogólnej aktywności ekosystemu.

Czujniki dostarczają nowych informacji na temat tego, w jaki sposób wilgotność gleby i fauna i flora jest regulowana przez zmiany temperatury i wilgotności oraz reaguje na nie, co w przeszłości było trudne do zbadania. Aby przygotować termopary, zdejmij osłonę o cztery, aby uzyskać centymetry od końca, i zdejmij nowo odsłonięte osłony o małej średnicy pięć milimetrów od końców przewodów i odetnij przewód uziemiający na osłonie, aby nie był odsłonięty poza osłoną. Nosząc odpowiedni sprzęt ochronny, ARC zespawaj ze sobą odsłonięte końcówki drutów i delikatnie pociągnij za druty, aby przetestować wytrzymałość spoiny i upewnić się, że końcówki się nie rozdzielają.

Zanurz spawane w łuk końcówki termopary w płynnej taśmie elektrycznej, aby zakryć odsłonięty metal przewodów i co najmniej trzy milimetry osłon drutu o małej średnicy. Po pozostawieniu taśmy izolacyjnej do wyschnięcia przez co najmniej cztery godziny lub zgodnie z zaleceniami producenta, wytnij kawałek rurki termokurczliwej o długości około 3,3 milimetra, który jest wystarczająco długi, aby zakryć taśmę izolacyjną na osłonach o małej średnicy i co najmniej jeden centymetr osłony termopary, a następnie włóż przewody do rurki, Następnie przesuń rurkę z powrotem przez osłonę. Aby przygotować do wilgotności gleby, zdejmij osłonę pięć centymetrów od końca i odetnij przewód uziemiający na osłonie, aby nie był odsłonięty poza osłoną.

Zdejmij jeden centymetr wewnętrznych osłon o małej średnicy z końców drutów nawilżających glebę i skręć odsłonięty metal każdego drutu, aby skonsolidować małe pasma. Następnie, stosując odpowiednią ochronę skóry i oczu, nałóż lut na odsłonięty metal na każdym końcu drutu, aby ocynować małe, skręcone pasma. Następnie wytnij kawałek rurki termokurczliwej o średnicy 10 milimetrów tak, aby był o około jeden centymetr dłuższy niż odległość, na której osłona została zdjęta do końca ocynowanych drutów, i umieść tę rurkę na obu przewodach.

Nasuń rurkę z powrotem na osłonę i wytnij dwa 1,5-centymetrowe kawałki rurki termokurczliwej o średnicy 3,3 milimetra. Umieść jeden kawałek rurki na każdym przewodzie i nałóż topnik lutowniczy na zęby dwubolcowej listwy z gniazdem. ocynowane końce drutu do końców dwubolcowej listwy gniazdowej, upewniając się, że oba końce są oddzielone, aby się nie stykały.

Przesuń dwa kawałki koszulki termokurczliwej o średnicy 3,3 milimetra do podstawy dwubolcowej listwy zasilającej, tak aby wszystkie metalowe części były zakryte. Użyj opalarki, aby przykleić rurki termokurczliwe, uważając, aby nie przegrzać i nie stopić lutu znajdującego się pod rurkami. Przesuń rurkę termokurczliwą o średnicy 10 milimetrów na jeden milimetr od końca dwubolcowej listwy zasilającej, tak aby zakrywała listwę zasilającą, przewody o małej średnicy i część osłony, a następnie użyj opalarki, aby zamocować tę rurkę termokurczliwą na miejscu.

Aby zmodyfikować ośmiobolcową listwę zaciskową, ustaw pasek tak, aby górne bolce zakrzywiały się z dala od widoku i użyj nożyc do drutu, aby przeciąć drugi, czwarty i siódmy bolec od lewej strony, tuż pod czarną plastikową listwą stykową. Zmierz pięć milimetrów poniżej czarnej plastikowej listwy stykowej i zaznacz trzeci, piąty i szósty bolec od lewej na pięciu milimetrach, a następnie przytnij te zęby w oznaczeniach pięciu milimetrów. W celu montażu głowicy czujnika wytnij dwa centymetrowe kawałki rurki termokurczliwej o średnicy około 13 milimetrów i nasuń po jednym na każdy z przewodów termopary i wilgotności gleby.

Przesuń spawany łukiem koniec drutów termopary nad górną częścią trzeciego przyciętego bolca, tak aby końcówka termopary była zorientowana w kierunku końca końca przyciętego bolca, i zegnij druty tak, aby podążały za górną krzywą bolca. Nasuń rurkę termokurczliwą o średnicy 3.3 milimetra w górę na zakrzywioną część bolca i druty termopary i sprawdź, czy rurka termokurczliwa zakrywa również część osłony termopary. Użyj opalarki, aby przykleić rurkę termokurczliwą na miejscu i palcami ściśnij część rurki termokurczliwej, która znajduje się nad zakrzywionym bolcem.

Włóż górne zakrzywione końce zębów piątego i szóstego do dwubolcowej listwy gniazdowej i przesuń górny kawałek rurki termokurczliwej o średnicy 13 milimetrów w kierunku głowicy czujnika, aż znajdzie się około jednego centymetra od głowicy. Użyj opalarki, aby zamocować rurkę na miejscu, uważając, aby listwa zasilająca była mocno połączona z bolcami piątym i szóstym oraz z drutem termopary na bolcu trzecim, a drugi kawałek rurki termokurczliwej o średnicy 13 milimetrów przymocuj kilka centymetrów za poprzednim kawałkiem rurki termokurczliwej. Podczas mocowania rurki termokurczliwej na miejscu, dobre połączenie między dwubolcową listwą zasilającą a bolcami piątym i szóstym zmodyfikowanej głowicy czujnika ma kluczowe znaczenie.

Następnie nałóż płynną taśmę izolacyjną na wszystkie boki przewodu termopary i bolec trzeci oraz na wszystkie boki połączenia listwy zasilającej, upewniając się, że cały odsłonięty metal jest zakryty. Nie zakrywaj jednak 5-milimetrowych przyciętych zębów związanych z połączeniem. W tym miejscu pokazane są dane kalibracyjne na sucho dla dwóch próbek każdego z trzech substratów glebowych, z których każda ma własną sondę.

Regresje dla próbek gleby gliniastej różniły się od pozostałych dwóch substratów glebowych, dlatego zastosowanie równania regresji gleby gliniastej do bioskorupy mchu lub odwrotnie doprowadziłoby do dramatycznie różnych wartości. Z drugiej strony, zależność między wodą grawimetryczną a oporami sondy dla gleby z drobnego piasku i bioskorupy mchu była podobna. Ponieważ w obrębie substratów mogą występować różnice, ważne jest, aby uzyskać wystarczająco dużą próbkę, aby uzyskać dokładną krzywą kalibracyjną i utworzyć indywidualne krzywe kalibracyjne dla wszystkich miejsc.

Na tych wykresach można zaobserwować średnią temperaturę i grawimetryczną zawartość wody z ogrzewanych i kontrolowanych działek dla dwóch oddzielnych opadów, które miały miejsce na początku maja 2018 r. Średnie temperatury na ogrzanych poletkach były konsekwentnie wyższe niż średnie temperatury na kontrolowanych poletkach. W trakcie tych dwóch opadów deszczu czujniki rezystywności na ogrzewanych poletkach rejestrowały mniejszą wilgotność gleby niż kontrolne, a ogrzewane działki wysychały szybciej.

Ważne jest, aby upewnić się, że zostało wykonane dobre połączenie podczas spawania łukowego drutów termopary oraz podczas podłączania drugiego paska do głowicy czujnika. Zainstalowaliśmy te czujniki do wykorzystania w wielu eksperymentach związanych z ociepleniem, ponieważ zrozumienie, w jaki sposób obróbka temperaturą wpływa na odczyty wilgotności gleby, ma kluczowe znaczenie dla interpretacji danych mikroklimatycznych powierzchni gleby. W połączeniu z innymi instrumentami, czujniki te umożliwiły zbadanie, w jaki sposób temperatura i wilgotność na powierzchni gleby wpływają na podstawowe procesy zachodzące w glebie, takie jak odpływ dwutlenku węgla do atmosfery.

Ten nowy związek między mikroklimatem powierzchniowym gleby a odpływem gleby miał kluczowe znaczenie dla zrozumienia, w jaki sposób gleby na terenach suchych mogą tworzyć sprzężenia zwrotne na globalne zmiany.