Symulacja temperatury w eksperymencie inkubacji gleby

Laboratoryjne eksperymenty z ocieplaniem gleby zazwyczaj wykorzystują dwie lub więcej stałych temperatur w wielu komorach. Prezentując wyrafinowaną komorę środowiskową, zapewniamy dokładną metodę kontroli temperatury, aby naśladować wielkość i amplitudę temperatury gleby in situ oraz ulepszać eksperymentalny projekt badań inkubacji gleby.

Protokół ten wprowadzi najnowocześniejszą komorę środowiskową i zademonstruje nową metodę kontroli temperatury w celu ulepszenia eksperymentalnego projektu inkubacji gleby. Główną zaletą tej techniki jest jej zdolność do naśladowania wielkości i amplitudy temperatury gleby instytutu. Metodę tę można zastosować do symulacji różnych scenariuszy ocieplenia w inkubacji gleby, takich jak ekstremalne upały.

Jednym z potencjalnych wyzwań związanych z tą techniką jest ustawienie profilu temperatury w komorze. Wymagana byłaby obserwacja i zrozumienie dobowych zmian temperatury w glebie. Aby rozpocząć, otwórz oprogramowanie na komputerze i kliknij przycisk Uruchom i właściwości paska narzędzi, aby skonfigurować rejestrator dla używanych czujników zewnętrznych.

Ustaw nazwę stacji rejestratora i interwał zbierania danych. Następnie na ekranie Właściwości kliknij opcję Włączone na używanych portach czujnika zewnętrznego i wybierz czujnik i jednostkę z menu rozwijanego dla każdego portu czujnika. Na koniec kliknij OK, aby zapisać ustawienia.

Pobieraj zestaw danych raz w miesiącu i uzyskaj pełny zapis za kilka miesięcy obejmujący sezon wegetacyjny. Aby przeanalizować dane z zapisów temperatury, należy uzyskać średnią godzinową temperaturę sezonu wegetacyjnego poprzez uśrednienie wszystkich obserwacji. Aby uzyskać średnią temperaturę dla każdej godziny dziennie, należy uśrednić temperatury o tej samej godzinie we wszystkich dniach sezonu wegetacyjnego.

W wyrafinowanej komorze uruchom oprogramowanie i kliknij przycisk Profil na ekranie menu głównego, aby utworzyć nowy plik. W wierszu File Name Input (Wprowadzanie nazwy pliku) wprowadź wartość SW Low. Klikając opcję Natychmiastowa zmiana, wprowadź 15,9 stopni Celsjusza jako temperaturę początkową.

Wprowadź dwie w wierszu Minuty, aby utrzymać temperaturę przez dwie minuty, a następnie kliknij przycisk Gotowe. Następnie w opcji Ramp Time wprowadź 15,9 stopnia Celsjusza jako nastawę docelową i w wierszu Godziny wprowadź 850 godzin, aby utrzymać temperaturę, kliknij przycisk Gotowe. W drugiej komorze dodaj pięć stopni Celsjusza do każdego węzła temperatury.

Utwórz plik o nowej nazwie SW High i powtórz kroki pokazane wcześniej. W trzeciej komorze dodaj 23 dodatkowe stopnie odpowiadające 23 obserwowanym godzinowym temperaturom gleby, a w ostatnim kroku zwanym Skokiem ustaw 42 powtarzające się pętle. Prowadzi to do scenariusza stopniowego ocieplenia lub GW Low.

W czwartej komorze dodaj pięć stopni Celsjusza do każdego węzła temperatury i powtórz kroki pokazane wcześniej. Pozwoli to na symulację zmiennych temperatur przez 42 dni przy wyższym poziomie temperatury. Przeprowadź wstępny bieg przez 24 godziny i wyprowadź temperatury zarejestrowane przez cztery komory.

Wykreśl temperatury zarejestrowane przez komory w stosunku do temperatur zaprogramowanych. Jeśli temperatury osiągane w komorze odpowiadają temperaturom zaprogramowanym przez różnicę temperatur mniejszą niż 0,1 stopnia Celsjusza w ciągu 24 godzin, komory nadają się do eksperymentu inkubacji gleby. Jeśli kryteria nie zostały spełnione, powtórz kolejny 24-godzinny test lub poszukaj nowej komory.

W pobliżu obszaru sondy temperatury zbierz pięć próbek gleby na głębokości od zera do 20 centymetrów i włóż je do plastikowej torby po usunięciu powierzchniowej warstwy ściółki. Dokładnie wymieszać próbkę, skręcając, wyciskając i mieszając materiały w worku, aż nie będzie widoczna pojedyncza próbka gleby. Przechowuj próbki w chłodziarce wypełnionej wkładami z lodu i natychmiast przetransportuj próbki do laboratorium.

Usuń korzenie z każdego rdzenia. Przesiać ją przez dwumilimetrowe sito glebowe, a następnie dokładnie wymieszać i homogenizować próbkę. Waż 10 gramów świeżej gleby.

Suszyć w piekarniku przez 24 godziny w temperaturze 105 stopni Celsjusza i zważyć suchą glebę. Wyznacz różnicę między świeżymi i suchymi próbkami gleby i oblicz stosunek różnicy do masy suchej gleby, aby określić zawartość wilgoci w glebie w arkuszu kalkulacyjnym. Zważyć 10 gramów podpróbki gleby wilgotnej na polu i określić ilościowo zawartość węgla w biomasie mikrobiologicznej gleby za pomocą fumigacji chloroformu, ekstrakcji siarczanem potasu i metod trawienia potasu na siarczan.

Następnie zważ jeden gram podpróbki wilgotnej gleby polowej i zmierz aktywność hydrolityczną i oksydacyjną enzymów zewnątrzkomórkowych w glebie. Następnie zważyć 16 podpróbek gleby wilgotnej w 16 rdzeniach PVC uszczelnionych papierem z włókna szklanego na dnie. Umieść rdzenie w jednolitrowych słoikach wyłożonych szklanymi koralikami, aby upewnić się, że rdzenie nie wchłaniają wilgoci.

Umieść cztery słoiki w każdej z czterech komór. Włącz komory i uruchom program jednocześnie w czterech komorach. Podczas inkubacji weź wszystkie słoiki z każdej z czterech komór i umieść kolor przenośnego analizatora dwutlenku węgla na każdym słoiku, aby zmierzyć tempo oddychania gleby.

Destrukcyjnie zbierz wszystkie słoiki pod koniec inkubacji, czyli w 42 dniu, i określ ilościowo zawartość węgla w biomasie mikrobiologicznej gleby i aktywność enzymów glebowych. Zakładając stałą częstość oddechów między dwiema kolejnymi kolekcjami, użyj częstości oddechów pomnożonej przez czas trwania, aby uzyskać skumulowane oddychanie. Przeprowadź trójelementową analizę wariancji lub ANOVA powtarzających się pomiarów, aby przetestować główne i interaktywne efekty czasu, temperatury i trybu temperatury na częstość oddechów i oddychanie skumulowane.

Ponadto należy przeprowadzić dwukierunkową analizę ANOVA w celu przetestowania wpływu scenariusza ocieplenia na biomasę mikrobiologiczną, węgiel i aktywność enzymów zewnątrzkomórkowych. Ilustracja trybu zmiany temperatury w eksperymencie ocieplania gleby jest przedstawiona tutaj. Pokazano tutaj stałą temperaturę przyjętą w większości badań, stałą temperaturę o zmiennej wielkości, zmianę liniową ze wskaźnikami dodatnimi i ujemnymi oraz zmianę nieliniową z nieregularnymi i dobowymi wzorcami.

Średnia skumulowana szybkość oddychania gleby pod kontrolą i zabiegi ocieplające w stopniowym ocieplaniu i stopniowym ocieplaniu w 42-dniowym eksperymencie inkubacji gleby pokazano na tym rysunku. Wstawki pokazują tempo oddychania gleby zastosowane do oszacowania i skumulowanego oddychania przy założeniu stałego tempa oddychania. Wyniki pokazują, że ocieplenie doprowadziło do znacznie większych strat oddechowych zarówno w scenariuszach ocieplenia, jak i stopniowe ocieplenie podwoiło utratę oddechów wywołaną ociepleniem w porównaniu z ociepleniem stopniowym, 81% w porównaniu z 40%Średnia zawartość węgla w biomasie mikrobiologicznej pod kontrolą i zabiegami ocieplającymi w stopniowym i stopniowym ocieplaniu w 42-dniowym eksperymencie inkubacji gleby przedstawiono na tym rysunku.

W tym przypadku S oznacza znaczący wpływ scenariusza ocieplenia opartego na trójczynnikowych powtarzanych pomiarach ANOVA. Liczba ta przedstawia średnią aktywność hydrolaz i oksydaz pod kontrolą i zabiegami ocieplającymi w stopniowym i stopniowym ocieplaniu w 42-dniowym eksperymencie. Po jej opracowaniu, technika ta utorowała drogę biogeochemikom glebowym do badania wpływu różnych scenariuszy ocieplenia na oddychanie gleby i mikros za pomocą zaawansowanego programowania w komorze.