Name: Odpowiedź temperaturowa tempa rozkładu materii organicznej gleby: Konstrukcja i zastosowania bloku gradientu temperatury (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2026-01-30T13:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 46 s
Description: Poznaj metodę pomiaru tempa rozkładu materii organicznej gleby przy użyciu bloku gradientu temperatury. Technika ta umożliwia analizę 22 temperatur, poprawiając mechanistyczne zrozumienie procesów glebowych i prognozowanie zmian klimatu.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dziękujemy Pieterowi van de Broekowi za pomoc przy programowaniu, elektronice i testowaniu bloku. Dziękujemy Christopherowi Wedde za pomoc przy tworzeniu protokołu elektronicznego jednostki. Dziękujemy Henk Martens za pomoc w zamówieniu materiałów do tego zestawu. Dziękujemy również Tamasowi Salankiemu, Paolo Di Lonardo oraz Willeke van Tintelen za pomoc i ułatwienie podczas rozmieszczenia laboratorium bloku. Dziękujemy również Joint Research Center za udostępnienie próbek historycznych przedstawionych jako test wydajności bloku temperatury. Na koniec dziękujemy Antoine'owi Moinetowi i Tullii Calogiuri za pomoc podczas kampanii pobierania próbek gleby, aby przetestować ten protokół. Projekt ten został sfinansowany przez Klaster Nauk o Glebie z Uniwersytetu i Badań Wageningen.

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Zastosowanie bloku gradientu temperatury do pomiaru krótkoterminowej reakcji temperaturowej na tempo rozkładu SOM stanowi wyzwanie, zwłaszcza przy wykrywaniu tempa oddychania przy niskich temperaturach. Niskie temperatury mogą bezpośrednio hamować katalityczne działania enzymów wewnątrzkomórkowych i zewnątrzkomórkowych46,47. Dlatego czas inkubacji musi być wystarczająco długi, aby zapewnić, że niskie tempo oddychania na dolnym końcu zakresu temperatur pozwoli na wystarczające nagromadzenieCO2 w szklanych fiolkach, aby mieściło się w zakresie wykrywania przez analizator gazów. W tym układzie eksperymentalnym najniższa temperatura wynosiła 4,1 °C; To właśnie te próbki były pierwszymi załadowanymi do bloku i ostatnimi analizowane, co dawało dodatkowy czas inkubacji. ~3,5 godziny czasu inkubacji blokowej okazało się wystarczające, aby wywołać wykrywalne zmiany stężeniaCO2 w próbkach. Długość inkubacji prawdopodobnie zależy od rodzaju gleby, a szczególnie od zawartości materii organicznej. Na przykład może się zdarzyć, że gleby piaszczyste o niskiej zawartości materii organicznej wymagają dłuższego czasu inkubacji niż gleby bogate w węgiel. Jednak w testach tutaj stwierdzono, że czas inkubacji 3,5 godziny jest generalnie wystarczający dla większości typów gleby i poziomów zawartości organicznej.
Oprócz optymalizacji czasu inkubacji do wykrywaniaCO2 w niskich temperaturach, równie ważne jest minimalizowanie utraty wilgoci na wyższym końcu gradientu temperatury. Wilgotność gleby odgrywa kluczową rolę w transportie, dyfuzji i rozpuszczaniu podłoża do społeczności mikroorganizmów48. Na przykład wilgotność gleby może ograniczać tempo oddechu, ograniczając dyfuzję podłoża przy niskim poziomie wilgoci oraz zmniejszając dostępność tlenu przy wysokim poziomie wilgoci45,49. Dlatego minimalizacja utraty wilgoci w wysokich temperaturach jest istotna, aby zapobiec ograniczeniu dostępu mikroorganizmów do podłoża. Chociaż fiolki w tym protokole były całkowicie zamknięte, woda skraplała się na kapslach i wewnętrznych ściankach fiolek. Kondensacja ta była uznawana za wilgoć utraconą z gleby. W związku z tym skróciliśmy czas inkubacji z 4 godzin, jak w Robinson i in. 201741, do 3,5 godziny. Chociaż nie było możliwe utrzymanie całkowicie stałego poziomu wilgotności przy wszystkich zabiegach temperaturowych, gleby były utrzymywane na optymalnym poziomie wilgoci podczas 3,5-godzinnego okresu inkubacji. Nawet przy wysokich temperaturach WHC gleby pozostawało powyżej 50%, co zapewnia, że dostępność wody nie ograniczała dostępu mikroorganizmów do podłoża44,45.
Kolejnym ważnym aspektem jest zakres temperatur inkubacji. Podczas gdy system chłodzenia może osiągać temperatury nawet do -30 °C, a system grzewczy do 320 °C, materiał izolacyjny ma tolerancję temperaturową od -183 °C do 148 °C. Szklane fiolki używane w tym układzie wytrzymują temperaturę 500 °C. Chociaż zakres tych jest szeroki, inkubacja próbek powyżej 100 °C niesie ze sobą zagrożenie dla bezpieczeństwa operatora. Aby zapobiec przegrzewaniu, dodano rezystor termiczny, który zapewnia, że system grzewczy automatycznie wyłącza się, gdy aluminiowy blok osiągnie 90 °C. Obecność tego rezystora termicznego jest kluczowa ze względu na zaobserwowane przejście inicjalizacji (rysunek 13A). Jeśli temperatura podczas inicjalizacji przekroczy 90 °C, system zostanie wyłączony. Biorąc pod uwagę te ograniczenia, zalecamy pracę w tej konfiguracji do maksymalnej temperatury 60 °C dla bezpiecznej i niezawodnej pracy. Dodatkowe badania są wymagane przy inkubacji próbek gleby poniżej 0 °C, aby zapewnić wiarygodne wykrycieCO2 , ponieważ kondensacja i związana z nią zmienność wilgoci mogą wpływać na pomiary w temperaturach poniżej zera. Dla tego protokołu wybraliśmy niższy limit temperatury 4 °C, przy którym nie zaobserwowano kondensacji. Jeśli system jest używany w szerszych zakresach temperatur, zalecamy wdrożenie dodatkowych wytycznych dotyczących bezpieczeństwa termicznego.
Kolejnym potencjalnym ograniczeniem tej metody jest stosunkowo krótki okres inkubacji, który nie pozwala społecznościom mikroorganizmów dostosować się do zmian temperatury. Odpowiedź temperaturowa gleby narażonych na długotrwałe ocieplenie była przedmiotem wielu badań, szczególnie mających na celu przetestowanie teorii adaptacji mikroorganizmów nr 27,43,47,50,51. Adaptacja mikroorganizmów została zaproponowana w celu wyjaśnienia malejącego wpływu eksperymentalnego ocieplenia na tempo oddychania glebyw czasie 47. Jednak przedstawiona tutaj metodologia została opracowana do pomiaru krótkoterminowej reakcji temperaturowej na tempo rozkładu SOM. Chociaż adaptacja mikroorganizmów jest mało prawdopodobna w krótkimczasie, niedawne badanie zastosowało podobną metodologię do ilościowego określenia tempa adaptacji mikroorganizmów poprzez inkubację gleby z gradientu geotermalnego. W tym badaniu MMRT został dostosowany, aby oszacować kluczowe parametry, w tym optymy temperatury i punkty zwrotne. Porównując te parametry na glebach względem gradientu geotermalnego, wyniki pokazują, że tempo adaptacji mikroorganizmów jest znacznie niższe niż tempo ocieplenia52. Badanie to podkreśla znaczenie zrozumienia całej krzywej odpowiedzi temperaturowej, w szczególności uchwycenia optymalnych temperatur oraz punktów zwrotu procesów glebowych biologicznych (rysunek 19C,D). W świetle tych ustaleń zalecamy pobieranie próbek społeczności mikroorganizmów w wielu punktach temperaturowych podczas inkubacji blokowej, aby ocenić, jak skład i funkcje społeczności mikroorganizmów korelują z tempem oddechu i parametrami wrażliwości na temperaturę.
Blok gradientu temperatury opisany w tym artykule oferuje znaczące zalety w porównaniu z tradycyjnymi metodami. Jedną z głównych zalet jest to, że umożliwia naukowcom efektywne i dokładne mierzenie tempa rozkładu SOM przy 22 oddzielnych temperaturach przy niewielkich ilościach gleby. Stanowi to metodologiczną poprawę w porównaniu do inkubacji próbek gleby w kilku oddzielnych temperaturach, co zmusza badaczy do zastosowania współczynnika temperatury Q10 – metody, którą wiele badań podważyło 12,13,15. Kolejną istotną zaletą jest to, że ten układ zbiera dane, które wyraźnie oddają kształt i stromość krzywej odpowiedzi na temperaturę. Liczba dyskretnych zabiegów temperaturowych wzdłuż szerokiego gradientu temperaturowego pozwala nam określić temperaturę punktu zwrotnego oraz optymalny poziom procesów biologicznych, umożliwiając porównania między leczeniami. Przykłady przedstawione w tym manuskrypcie pokazują dwa odrębne wzorce (rysunek 19A, B vs. rysunek 19C, D), które badacze mogą dalej analizować, wykorzystując różne teorie wrażliwości na temperaturę. Niektóre przykłady wspierają teorię Arrheniusa, w której szybkość reakcji rośnie wykładniczo wraz z temperaturą (rysunek 19A,B). W przeciwieństwie do tego, inne przykłady pokrywają się z teorią MMRT, pokazując odpowiedź unimodalną z wyraźnym optymalnym względem temperatury (rysunek 19C,D). Te dwa różne wzorce wskazują, że prezentowany protokół inkubacji blokowej temperatury jest zdolny do odtworzenia obu typów krzywych odpowiedzi, co może być wykorzystane do testowania teorii wrażliwości na temperaturę tempa rozkładu SOM, pogłębiając tym samym naszą wiedzę o termodynamice, biologii i chemii.

Wzrost stężenia dwutlenku węgla (CO2) w atmosferze prowadzi do wyższych temperatur na Ziemi1. Zjawisko to zostało po raz pierwszy opisane w 1856 roku przez Eunice FooteII, która przeprowadziła prosty, lecz przełomowy eksperyment. Napełniła jeden cylinder powietrzem otoczenia, a drugiCO2, i zarejestrowała temperaturyw obu 1. Wyniki były jasne: cylindry o wyższym stężeniu CO2 wykazywały wyższe temperatury, co świadczyło o efektie ocieplenia wynikającym zewzrostu stężenia CO21 w atmosferze. Ta obserwacja ma istotne konsekwencje dla zmian klimatu. Dziś wczesne spostrzeżenia Foote'a nadal wspierają współczesną naukę o klimacie, kierując badaniami nad tym, jak wzrost poziomuCO2 wpływa na globalne ocieplenie i różne ekosystemy.
Gleby magazynują prawie dwa razy więcej węgla (C) niż atmosfera w pierwszym metrze, odgrywając kluczową rolę w globalnym cykluC 3. Kluczowym procesem wpływającym na zasoby C w glebie jest rozkład materii organicznej (SOM), który decyduje o tempie, z jakim C jest uwalniane z powrotem do atmosfery 4,5. Wyższe średnie roczne temperatury, spowodowane zmianami klimatu, mogą stymulować rozkład materii organicznej gleby (SOM), przyspieszając uwalnianieCO2 do atmosfery 6,7. Stanowi to pozytywny mechanizm sprzężenia zwrotnego wobec zmian klimatu, szczególnie gdy wyższe temperatury przyspieszają straty C przez rozkład SOM bardziej niż stymulują fotosyntetyczne wejścia C6. Pomimo szeroko zakrojonych badań na ten temat, skala i kierunek tzw. sprzężenia zwrotnego między ziemią a węglem i klimatem pozostaje szeroko dyskutowany 8,9,10,11. Ta niepewność wynika głównie z fundamentalnych luk w wiedzy dotyczącej odpowiedzi temperaturowej tempa rozkładu SOM. Wypełnienie tych luk jest niezbędne do udoskonalania modeli układu ziemskiego oraz uwzględniania teoretycznie ugruntowanych reprezentacji odpowiedzi temperaturowej tempa rozkładu SOM.
Odpowiedź temperaturowa tempa dekompozycji SOM jest zwykle reprezentowana przez wartość Q10 oraz równanie Arrheniusa. Wartość Q10 definiowana jest jako czynnik, przez który szybkość jest mnożona, gdy temperatura wzrasta o 10 °C. Pomimo kwestionacji co do jego wiarygodności 12,13,14,15, Q10 stało się domyślnym podejściem do porównywania reakcji temperaturowej różnych preparatów i gleb. Teoria Arrheniusa sugeruje wykładniczy wzrost szybkości procesów, podobnych do rozkładu SOM, wraz ze wzrostem temperatury16. Jednak rzeczywista aktywność enzymów zwykle przebiega po formie unimodalnej z wyraźnym optymalnym termikiem i maleje przy wyższych temperaturach 17,18,19. Równania oparte na Arrheniu próbują wyjaśnić ten spadek, sugerując denaturację enzymów przekraczającą optimum termiczne6. Jednak denaturacja enzymów zachodzi w wyższych temperaturach niż te powszechnie występujące w glebach, co wskazuje, że enzymy osiągają optimum termiczne zanim nastąpi denaturacja19,20. Co więcej, samo dodanie drugiej funkcji do równania Arrheniusa, aby uwzględnić załamanie się tempa oddychania spowodowanego denaturacją, nie pozwala oszacować temperatury punktu zwrotnego – temperatury, przy której tempo zmiany oddechu jest maksymalizowanena poziomie 21,22. W konsekwencji równania oparte na Arrheniu nie oddają w pełni powszechnie mierzonego kształtu ogólnej reakcji temperaturowej na tempo rozkładu SOM w zakresie temperatur obserwowanych w glebach14,23.
Aby rozwiązać ograniczenia teorii Arrheniusa, opracowano wiele równań reprezentujących wrażliwość na temperaturę procesów biologicznych; jednak niewiele z nich opiera się na teorii biologicznej lub zostało zastosowanych do gleb24,25. Wśród podejść opartych na biologii, teoria szybkości makrocząsteczek (MMRT) przezwycięża niektóre ograniczenia równania Arrheniusa, uwzględniając właściwości termodynamiczne makrocząsteczek biologicznych, takich jak enzymy26. Podobnie teoria Enzyme-Assisted Arrhenius (EAAR) uwzględnia zależną od temperatury rolę enzymów w obniżaniu energii aktywacji reakcji24. Oba równania zostały z powodzeniem zastosowane w badaniach reakcji biochemicznych na temperaturę w glebach i mikroorganizmach 17,24,27,28. Te równania dostarczają cennych mechanistycznych informacji na temat odpowiedzi temperaturowej rozkładu SOM oraz leżących u podstaw kroków reakcji. Jednak ich szerokie wdrożenie i parametryzacja często są utrudnione przez wyzwania eksperymentalne.
Zarówno badania terenowe, jak i laboratoryjne mają zalety i ograniczenia w zrozumieniu odpowiedzi temperaturowej tempa rozkładu SOM. Eksperymenty terenowe dostarczają cennych informacji na temat długoterminowej reakcji temperaturowej tempa rozkładu SOM. Jednak interpretacja pomiarów strumieniaCO2 w terenie może być trudna ze względu na zakłócające zmienne, takie jak oddychanie autotroficzne, zmienność wilgotności oraz dostępność podłoża 29,30,31,32,33. Chociaż te interakcje są niezbędne do ilościowego określenia procesów rzeczywistych, takie badania koncentrują się zazwyczaj na długoterminowych reakcjach ekosystemów, a nie na pomiarach krótkoterminowych procesów mechanistycznych. Zrozumienie krótkoterminowej odpowiedzi temperaturowej jest kluczowe dla parametryzacji równań zdefiniowanych przez najnowsze teorie, takie jak MMRT i EAAR, dlatego kluczowe są badania laboratoryjne. Wiele badań laboratoryjnych zazwyczaj cierpi na zakłócające skutki związane z wyczerpywaniem podłoża, które wzrastają wraz z czasem inkubacji i obróbką temperaturą34, 35, 36. Dodatkowo większość eksperymentów laboratoryjnych wykorzystuje tylko kilka metod obróbki temperaturą37, 38, 39, 40, co skutkuje dopasowaniem prostych równań wykładniczych lub obliczaniem stosunków Q10 zamiast bardziej zaawansowanych równań, które wymagają pomiaru szybkości przy większej liczbie dyskretnych temperatur41. Aby rozwiązać te problemy, kluczowe jest opracowanie nowych metod eksperymentalnych, które umożliwiają dokładne pomiary tempa rozkładu SOM w szerszym zakresie temperatur, wspierając tym samym rygorystyczne testowanie i rozwój teorii dekompozycji SOM w odniesieniu do reakcji na temperaturę.
W niniejszym artykule opisujemy konstrukcję i wykorzystanie bloku gradientu temperatury, który nie tylko odpowiada na obecne ograniczenia eksperymentalne, ale także stanowi nowoczesne badanie pokazujące krótkoterminową reakcję rozkładu SOM na temperaturę. Projekt przedstawiony tutaj jest adaptacją metodologii opracowanej po raz pierwszy przez Thomasa i in. (1963)42, a później zmodyfikowanej przez Robinsona i in. (2017)41. Główne różnice obejmują 1) ulepszenie systemu chłodzenia, 2) skrócenie czasu pracy dzięki sprzężeniu bloku z analizatoremCO2 do bezpośredniego pomiaru stężeniaCO2 oraz 3) wyeliminowanie konieczności transportu fiolek podczas eksperymentu. Podczas gdy wcześniejsze raporty21, 41, 43 zawierały szeroki opis bloku temperatury, szczegółowy projekt, metody budowy i testy były minimalne, co ograniczało możliwości innych badaczy korzystania z tego podejścia. Tutaj przedstawiamy pełne szczegóły zarówno projektu, jak i budowy oraz prezentujemy wyniki wielu testów, aby wykazać prawidłową funkcjonalność instalacji dla różnych próbek gleby.

<table><tbody><tr><td>630 mA szklany bezpiecznik&nbsp;</td><td>RS</td><td>563-637</td><td>https://uk.rs-online.com/web /p/cartridge-fuses / 0563637?gb=s</td></tr><tr><td>Klej do uszczelniania i nbsp;</td><td>Innotec</td><td>01.2451.0000</td><td>https://www.innotec.nl /producten/adheseal</td></tr><tr><td>Aluminiowy blok&nbsp;</td><td>metaalketen</td><td>96082150.1</td><td>https://www.metaalketen .com/aluminium/</td></tr><tr><td>Taśma aluminiowa</td><td>Manutan</td><td>A159435</td><td>https://www.manutan.nl/nl/mnl/aluminiumtape -met-schutlaag-50565-50-m-x-50-mm-tesa -a159435?shoppingab=true& gad_source= 1& gclid=CjwKCAjw74e1Bh BnEiwAbqOAjE5Tw3-r3xiW 9FWALDZMlVUWpqJpQQ R_zwwXR8_R6Sb1Ce_8v x96jxoCtx4QAvD_BwE</td></tr><tr><td>przewód</td><td>RS</td><td>361-787</td><td>https://nl.rs-online.com/web /p/hook-up-wire/0361787</td></tr><tr><td>Niebieski przewód</td><td>RS</td><td>724-4392</td><td>https://nl.rs-online.com/web /p/hook-up-wire/7244392</td></tr><tr><td>Brązowy drut</td><td>RS</td><td>724-4395</td><td>https://nl.rs-online.com/web /p/hook-up-wire/7244395</td></tr><tr><td>Przepustka kablowa</td><td>RS</td><td>807-9786</td><td>https://nl.rs-online.com/web/p /cable-glands/8079786?cm_ mmc=NL-PLA-DS3A-_-goog le-_-CSS_NL_EN_Cables_% 26_Wires_Whoop-_-(NL:Who op!)+Kabel+Przypustki-_-807978 6& matchtype=& AUD-8271861 83926:PLA-33959848905& gcli d=Cj0KCQiAw8OeBhCeARIsA GxWtUyscrqjF3FwA6j2jqUyeg_ s70tOXBRuYRF90pwubv3Po8v sbZSJhV4aAq84EALw_wcB& gc lsrc=aw.ds</td></tr><tr><td>Piła tarczowa</td><td>Ryobitools</td><td>RWSL1801M</td><td>https://nl.ryobitools.eu/elektrisch-g Ereedschap/ZaagMachines/Cirkelz Agen/RWSl1801/RWSl1801M/?gad_so urce=1& gclid=Cj0KCQjw2ou2BhCC ARIsANAwM2Easx4PAZzvVYvFFUD ZKemTdqNDXsde_NDPSB8FAlGu7 8Hzy2j3TuoaAhTjEALw_wcB</td></tr><tr><td>Zamknięcia</td><td>Kramp</td><td>HS491976</td><td>https://www.kramp.com/shop-nl/nl/p /verstelbare-haakvergrendeling-118- 128-typ.3--HS491976</td></tr><tr><td>Chłodzący i naturalny środek chłodzący</td><td>Dijkstra Vereenigde</td><td>L035004186</td><td>https://www.laboratorium-apparatuur .nl/ika-rc2-green-basic-koelthermo staat-30-c-bad-volume-4-litr-l035004186</td></tr><tr><td>Szyna DIN</td><td>RS</td><td>648-5722</td><td>https://nl.rs-online.com/web/p/din-ra ils/6485722?cm_mmc=NL-PLA-DS 3A-_-google-_-CSS_NL_NL_Pmax _Test-_--_-6485722& matchtype=& & g ad_source=1& gclid=CjwKCAjw8f u1BhBsEiwAwDrsjOqGDs92gjrJHkp SsYmOiS0OK6tC9U_fMHEhlmvu7r SbNp8VnmuDERoCC0UQAvD_ BwE& gclsrc=aw.ds</td></tr><tr><td>Mostki podwójne</td><td>RS</td><td>803-7530</td><td>https://nl.rs-online.com/web/p/din-rail -terminal-accessories/8037530?sear chId=11c9702f-3312-4bb0-a826-e9d 50bd91ee1& Gb=S</td></tr><tr><td>Kabel Ethernet</td><td>RS</td><td>657-2090</td><td>https://nl.rs-online.com/web/p/ Kabel ethernetowy/6572090</td></tr><tr><td>Maska na twarz</td><td>KN95</td><td>NA</td><td>https://www.bol.com/nl/nl/p/kn95- jednorazowa-maska-ffp2-x-1-maska s-kn95-wegwerp-gezichtsmasker-ffp 2-x-1mondkapjes/930000000131403 0/? Referrer=NLGOOFS& utm_source =google& utm_medium=free_shopping</td></tr><tr><td>Złącze żeńskie</td><td>qosina</td><td>17642</td><td>https://www.qosina.com/female- to-female-luer-lock-connector-17642</td></tr><tr><td>Filtr 0,45 & mikro; m</td><td>Co, człowieku</td><td>10462650</td><td>https://us.vwr.com/store/product/1394 3097/whatmantm-puradisc-aqua-30-m m-strzykawka-filter-0-45-m-whatman- produkty-cytiva</td></tr><tr><td>Elastyczna izolacja (wąż)</td><td>Celsis</td><td>4600000198</td><td>https://www.celsisbv.nl/k-flex-plaati Solatie-Op-rol-St-10E-1x10mtr-10mm .-bl-s3-d0/4600000198?gad_source =1& gclid=Cj0KCQjw8MG1BhCoARI sAHxSiQknvLK3RcqgqXwR1Ma7V PznSz8IasKUGvLo0SySzLiff2o_kK Vjip0aAtATEALw_wcB</td></tr><tr><td>Rurka elastyczna</td><td>Avantor</td><td>MFLX06491-14</td><td>https://www.avantorsciences.com /de/en/product/38670173/bev-a- rura linia V-transfer-pompa-rura</td></tr><tr><td>Zestaw redukcji przepływu</td><td>LICOR</td><td>7800-113</td><td>https://www.licor.com/support /Analizatory gazów śladowych/tematy/re duced-flow-rate-kit-7800-113.html</td></tr><tr><td>Zacisk uchwytu na bezpiecznik</td><td>Elektramat</td><td>401144228</td><td>https://nl.mouser.com/ProductD etail/Phoenix-Contact/3270200? qs=zdVlZaK%252BC241RFTPi Xj4mA%3D%3D& mgh=1& utm_i d=20328035028& gad_source=1 & gclid=CjwKCAjw8fu1BhBsEiwA wDrsjBg9elAMYS9bWJ1Bd086J 7fGBWvcRWZ51okdr2qJgOlOTd BdrUZ_rBoCvuUQAvD_BwE</td></tr><tr><td>Analizator gazów</td><td>LICOR</td><td>LI-7815</td><td>https://www.licor.com/env/ produkty/gazy śladowe/LI-7815</td></tr><tr><td>Szklane fiolki z kapslami 60 mL</td><td>Cole-Parmer &nbsp;</td><td>GZ-99535-25</td><td>https://www.coleparmer.com/i/ Cole-Parmer-Precleaned-EPA- fiolki-przezroczyste szkło-60-ml-72-cs/9953525</td></tr><tr><td>Zielony/żółty przewód</td><td>RS</td><td>721-0636</td><td>https://nl.rs-online.com/web /p/hook-up-wire/7210636</td></tr><tr><td>Uchwyty</td><td>RS</td><td>456-539</td><td>https://nl.rs-online.com/web/p/ uchwyty szuflad, szafki-HAN DOLS/0456539</td></tr><tr><td>Pręty grzewcze</td><td>RS</td><td>860-6984</td><td>https://www.reichelt.com/nl/nl/shop /product/verwarmingspatroon_hotr od_20_0x250_mm_1250_w_230_ v_-317248? PROVID=2809& gad_s ource=1& gad_campaignid=22415 164764& gbraid=0AAAAADwnxtY mY6n2NPja4HF_ftn_kJY-U& gcli d=CjwKCAjwiNXFBhBKEiwAPSa PCaYMjfVMKQazvkQk_deE2koc XA9SZ_ltbPIefniuRsmzBwN_oQ rfQhoCegUQAvD_BwE</td></tr><tr><td>Zawiasy</td><td>RS</td><td>448-1497</td><td>https://benl.rs-online.com/ web/p/zawiasy/4481497</td></tr><tr><td>Wąż</td><td>Wildkamp</td><td>750568</td><td>https://www.slangenboer.nl/wat Erslang-Cristal-al-961?channabl e=41cdee736b7500534230313 0353131333924& bg_source=ga & bg_campaign=21584331548& bg_kw=pla-293946777986-mi-1 09646330-pi-SB01051139-ppi- 293946777986& bg_source_id= 709628610149& gad_source=1 & gad_campaignid=215843315 48& gbraid=0AAAAADegGXwz 91MJFzGxBRxjCSRew10eG& gclid=CjwKCAjwiNXFBhBKEiw APSaPCZNCdBEfvnV2pYYPeV SQaiG_UKP0q_eknv0lC_N_0Y WIIZQvze8TEhoCzPUQAvD_BwE</td></tr><tr><td>Węż z węża</td><td>Wildkamp</td><td>11000357</td><td>https://www.wildkamp.nl/pro duct/slangtule-rvs-316l-lost-w AX-buitendraad-x-slangtule-bs p-x-10-0-mm/11000357</td></tr><tr><td>Igła do wtrysku</td><td>Merkala</td><td>303262</td><td>https://www.merkala.nl/bd-mic rolance-injectienaalden-18g-ro ze-1-2x40mm-100-stuks.html? gclid=CjwKCAjw_Na1BhAlEiw AM-dm7DrC9mGkmpNN8krYe CmkvpEeSv4CuH3I2Px71KJxY YSm-vjVu2LclRoCwuwQAvD_BwE</td></tr><tr><td>Analizator gazów rurowy z wtryskiem 1/4"&nbsp;</td><td>VWR</td><td>MFLX06491-12</td><td>https://us.vwr.com/store/pr Rura oduct/39537334/Bev-A-Line- V-Transfer-Pump-Tubing</td></tr><tr><td>Materiał izolacyjny</td><td>Technische Unie</td><td>3603842</td><td>https://www.technischeunie. nl/product/prd1899911190</td></tr><tr><td>Sprzęgła kolanowe</td><td>Kramp</td><td>MMI9006K</td><td>https://www.kramp.com/shop-nl/ NL/p/Haakse-Köppeleing-instelbaa R-Bu-Bu-3-8-BSP--MMI9006K</td></tr><tr><td>Rura o dużej średnicy 3/8"</td><td>Avantor</td><td>39213360</td><td>https://www.avantorsciences.co m/us/en/product/39213360/mast erflex-transfer-tubing-flexible- vinyl-avantor</td></tr><tr><td>Śruby M6, sześciokątne</td><td>RS</td><td>281-120</td><td>https://nl.rs-online.com/web/p/so cket-screws/0281120?srsltid=Afm BOorVGq-ZyA2yrJG1kU7SHGiZ EblaRz0nDmX7MwhzIRjcc6P4YIYE</td></tr><tr><td>Główna skrzynka rozdzielcza</td><td>RS</td><td>Sprawdź Dia.</td><td>https://nl.rs-online.com/w eb/p/general-purpose-enclo sures/2896320?gb=s</td></tr><tr><td>Złącze męskie</td><td>qosina</td><td>12090</td><td>https://www.qosina.com/male- to-male-luer-lock-connector-12090</td></tr><tr><td>Samiec Luer</td><td>Walternedical</td><td>BPC04M</td><td>https://www.waltersmedical.co. UK/product/nibp-connector-male-luer-slip/</td></tr><tr><td>MCB - Siemens SENTRON</td><td>RS</td><td>3RF2320-1AA02</td><td>https://nl.rs-online.com/we B/P/MCBS/2383188?GB=S</td></tr><tr><td>PE/DND feedtrhough</td><td>RS</td><td>687-9411</td><td>https://uk.rs-online.com/we b/p/din-rail-terminal-blocks/ 6879411?searchId=c9a9c1 b1-3def-40d0-8b14-b792f8269615& Gb=S</td></tr><tr><td>Dioda Wskazająca Moc</td><td>RS</td><td>909-2437</td><td>https://uk.rs-online.com/ web/p/pilot-lights/9092437?gb=s</td></tr><tr><td>Zasilacz</td><td>Antratek</td><td>X-2902992</td><td>https://nl.rs-online.com/web/ p/din-rail-power-supplies/054 0731?srsltid=AfmBOoqMPIO Av7bZd1Qu_Acy3KMFR0-x OD_Hkw3NeQCYyzKJLzEGXzxQ</td></tr><tr><td>Mostki z pięciokrotnym przewodnikiem</td><td>RS</td><td>803-6713</td><td>https://uk.rs-online.com/web /p/din-rail-terminal-blocks/80 36713?searchId=7de6627a- 3634-42ed-a600-2e3ce8974fe7& Gb=S</td></tr><tr><td>Czerwony przewód</td><td>RS</td><td>361-822</td><td>https://nl.rs-online.com/web /p/hook-up-wire/0361822</td></tr><tr><td>Zacisk Ring 2,5 mm&sup2;</td><td>RS</td><td>534-569</td><td>https://uk.rs-online.com/ web/p/ring-terminals/0534569</td></tr><tr><td>Czujniki</td><td>Antratek</td><td>X-DTS-S3C</td><td>https://www.antratek.nl/dig Ital-Czujnik-Temperatury-1M-Kabel</td></tr><tr><td>Septa Red Butyl</td><td>HomeGreen</td><td>A255</td><td>https://www.homegreen.nl/la b-Benodigdheden/Septa-Rood -butyl-20-mm?srsltid=AfmBO ooStonU5v9Q9j7i_RgQMJ9F m6ZVbPbIRU0cD1_47-BEVmb1r5I5</td></tr><tr><td>Przejście jednoprzewodowe</td><td>Elektramat</td><td>401167865</td><td>https://www.elektramat.nl/ catalogsearch/result/?q=401167865</td></tr><tr><td>Kabel zasilający jednofazowy</td><td>RS</td><td>626-6694</td><td>https://nl.rs-online.com/w eb/p/power-cords/6266694?gb=s</td></tr><tr><td>Przewód jednofazowy</td><td>RS</td><td>775-6123</td><td>https://uk.rs-online.com/web /p/power-cable/7756123?gb=s</td></tr><tr><td>Mała puszka rozdzielcza</td><td>RS</td><td>498-5387</td><td>https://nl.rs-online.com/web/p /obudowy ogólnego przeznaczenia/4985387</td></tr><tr><td>Przekaźnik półprzewodnikowy</td><td>RS</td><td>467-4762</td><td>https://nl.rs-online.com/web/p /przekaźniki półprzewodnikowe/4674762</td></tr><tr><td>Spiralna wiertarka&nbsp;</td><td>Ericks</td><td>10471300</td><td>https://shop.eriks.nl/nl/gereed schappen-verspanende-geree DSChappen-boren-HSS-en-HSSE -boren-cilindrische-schacht/spir aalboor-din340-hsse-geslepen- type-ti-5-80mm-12592599/?srslt id=AfmBOoopMLgX1mtyuUxkU KU7jW4fYY1bY5wSTvSGQUkO zTc6E2wdxUZQ</td></tr><tr><td>Obudowa i pokrywa ze stali nierdzewnej</td><td>247 Tailore steel</td><td></td><td>https://247tailorsteel.com/nl/?ut m_term=24%207%20stal& utm _campaign=B+-+NL+-+247tailo rsteel+-+NL+-+Doelvertonings percentage+%3E+Conv.+Waa rde+met+Doel-ROAS& utm_so urce=adwords& utm_medium= ppc& hsa_acc=2007690635& h sa_cam=783787418& hsa_grp =118504886580& hsa_ad=67 1662182959& hsa_src=g& has _tgt=KWD-374862287021& HS a_kw=24%207%20stal& has _mt=p& hsa_net=adwords& has _ver=3& gad_source=1& gclid= Cj0KCQjw8MG1BhCoARIsAHx SiQnhmktBk_3c_wobSJobrTVp4 _nqiW26Zt7XzSkHdK-htW8medy NCcQaAjbrEALw_wcB</td></tr><tr><td>Przełącznik dwudrożny</td><td>RS</td><td>746-9336</td><td>https://nl.rs-online.com/web/p /uchwyty przełącznika krzywki/7469336</td></tr><tr><td>Most końcowy</td><td>Elektramat</td><td>401043503</td><td>https://www.elektramat.nl/phoenix-c Ontact-doorverbindingsbrug-voor-rijg klem-2-polig-5-2-mm-rood-fbs-2-5/?c Hannable=0141ac6964003330383936 ec& utm_source=google-surfaces& utm _medium=organiczne& bg_source=ga& bg_ kampania=19011971421& bg_kw=-mi-9 214030-pi-401043503-ppi-& bg_source _id= & gad_source=1& gclid=CjwKCAjw 8fu1BhBsEiwAwDrsjE2kRcDZUHPupfy haLoTzWLqM9v8HKaiI67st4UOmUXIN 9OaI25ALRoCvmUQAvD_BwE</td></tr><tr><td>Termostat DAQ</td><td>Antratek</td><td>X-300-I</td><td>temperatur&uuml; Berwachung & Termostat (+X-DTS-S3C) von ControlByWeb (antratek.nl)</td></tr><tr><td>Uniwersalna frezarka</td><td>Mach4Metal</td><td>MACH-ID 7580</td><td>https://mach4metal.com/en /frezarki/CNC/FEHLM Ann-Picomax-P54-2</td></tr><tr><td>Przejście przewodowe Wago 3</td><td>RS</td><td>803-6713</td><td>https://nl.rs-online.com/web/ p/din-rail-terminal-blocks/80 36713?cm_mmc=NL-PLA-D S3A-_-google-_-CSS_NL_N L_Pmax_0525-_--_-803671 3& matchtype=& & gclsrc=aw.d s& gad_source=1& gad_campa ignid=22555696009& gbraid=0 AAAAADkeWNNXeREaDmJ5n yYqYMqp-c7A6& gclid=CjwKCAj wtfvEBhAmEiwA-DsKjilXxL8uO 4Jo6XyDesHGaQkoz6Ggi4ATI6 FUInWV9TxmIX519DGIZBoCh9 YQAvD_BwE</td></tr><tr><td>Złącze wago</td><td>RS</td><td>883-7557</td><td>https://uk.rs-online.com/ web/p/standard-terminal-b locks/8837557?gb=s</td></tr><tr><td>Tuleje na końcach drutu (100 PC)</td><td>Elektramat</td><td>401173609</td><td>https://www.elektramat.nl/solar -adereindhuls-geisoleerd-2-5mm 2-hulslengte-8mm-blauw-per-100 -stuks-1505145/?channable=014 1ac696400343034a4& utm_source =google-surfaces& utm_medium =organiczny i bg_source=ga& bg_c ampaign=17673967332& bg_kw= -mi-9214030-pi-401173609-ppi-& bg _source_id=& gad_source=1& gclid= CjwKCAjw8fu1BhBsEiwAwDrsjNms VYTNZ5TuXEHtsF34hcY-T5kLFnhi zir1fUsR3UYcG9bxmugqJRoCp_Y QAvD_BwE</td></tr></tbody></table>

odpowiedź temperaturowa tempa rozkładu materii organicznej gleby: konstrukcja i zastosowania bloku gradientu temperatury

Temperature Response of Soil Organic Matter Decomposition Rates: Construction and Applications of a Temperature Gradient Block

Gleba jest największym na Ziemi zbiornikiem węgla (C), zawierającym prawie dwa razy więcej C niż atmosfera. Wzrost temperatury wywołany zmianami klimatu może przyspieszyć rozkład materii organicznej gleby (SOM), potencjalnie uwalniając dwutlenek węgla (CO2) do atmosfery, co skutkuje pozytywnym sprzężeniem zwrotnym na zmiany klimatu. To rodzi pytanie: jak możemy zdefiniować reakcję tempa rozkładu SOM na krótkotrwałe zmiany temperatury? Czy możemy wykorzystać te dane do dopasowania mechanistycznie określonych równań do modeli układu Ziemi do prognozowania klimatu? Większość dotychczasowych badań koncentrowała się na laboratoryjnych inkubacjach gleby w różnych oddzielnych temperaturach. Nie skutkuje to jednak szczegółową krzywą odpowiedzi temperaturowej, która jest niezbędna do testowania nowych hipotez narzuconych przez najnowsze osiągnięcia w tej dziedzinie, takie jak teoria szybkości makrocząsteczek (MMRT). W niniejszym artykule wprowadzamy blok gradientu temperatury, zmodyfikowany i ulepszony względem wcześniejszych prac, szczegółowo opisujemy proces budowy oraz szczegółowo wyjaśniamy jego zastosowanie. Blok gradientu temperatury to aluminiowy blok z czterema rzędami po 22 oddzielne otwory, umożliwiający jednoczesną inkubację 88 mikrokosmów (fiolki 60 mL). Blok jest chłodzony na jednym końcu, a podgrzewany na drugim, tworząc liniowy rozkład temperatur. Zapewnia 22 oddzielne punkty temperatury w zakresie zdefiniowanym przez użytkownika, w granicach od 0 do 90 °C. Po 3,5 godzinie inkubacji produkcjaCO2 jest mierzona w każdym z 88 mikrokosmów. Wyniki pokazują, że blok generuje zdefiniowany przez użytkownika gradient temperatury i ułatwia konstrukcję krzywych odpowiedzi temperaturowej dekompozycji SOM. Dodatkowo, dane zebrane w tym systemie mogą być wykorzystywane do testowania i opracowywania nowych hipotez oraz teorii dotyczących wpływu zmian temperatury na tempo rozkładu SOM, co jest obszarem rosnącym w kontekście zmian klimatu.

Stabilność i rozkład temperatury bloku Podczas opracowywania tego protokołu testowaliśmy liniowość i stabilność czasową temperatury wewnątrz bloku. Po włączeniu systemu chłodzenia i grzejnika czas inicjalizacji bloku wynosi około godziny, podczas której większość z ośmiu równomiernie rozłożonych czujników temperatury osiąga temperaturę docelową i pozostaje stała po przekroczeniu (rysunek 13A). Po tym okresie temperatury rejestrowane przez osiem czujników potwierdzają idealny liniowy rozkład temperatury wzdłuż bloku aluminiowego (rysunek 13B).
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69785/69785fig13.jpg" /> 
Rysunek 13: Liniowość i stabilność czasowa wewnątrz bloku gradientu temperatury. (A) Stabilność czasową temperatur wewnątrz bloku w okresie inkubacji oraz (B) temperaturę rejestrowaną przez czujniki w momencie rozpoczęcia inkubacji. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/69785fig13large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.</a>
Temperatura bloku i temperatura gleby Sprawdziliśmy czas potrzebny na osiągnięcie temperatury pobranej przez osiem czujników próbki gleby wewnątrz bloku (Rysunek 14). W tym badaniu mierzyliśmy temperaturę próbek gleby w ośmiu różnych miejscach w bloku, zlokalizowanych w pobliżu czujników. Czujniki, umieszczone wewnątrz bloku, były wstępnie ustabilizowane w docelowej temperaturze. Zgodnie z opisanym powyżej protokołem, gdy temperatura bloku była stabilna, próbki gleby umieszczano wewnątrz bloku. Do tego testu użyliśmy dodatkowych czujników oddzielonych od bloku. Użyliśmy 15 g gleby, zapewniając, że sonda sensora jest w pełnym kontakcie z glebą. Próbki gleby pozostawiano bez zakapłowania, a temperatura była rejestrowana co minutę przez łącznie 30 minut. Podczas tego testu blok był lekko zamknięty, aby zminimalizować wahania temperatury i odtworzyć jak największe rzeczywiste warunki wykorzystania (całkowicie zamknięte). Stwierdziliśmy, że próbki gleby potrzebują około 12 minut, aby ustabilizować się w docelowej temperaturze. Uznaliśmy ten czas stabilizacji za akceptowalny, biorąc pod uwagę, że inkubacje trwają co najmniej 3,5 godziny. Dodatkowo oceniliśmy liniowość temperatury gleby po 12 minutach inkubacji blokowej. Wyniki wskazują, że temperatury gleby wykazują liniową zależność, ściśle zgraną z liniowością obserwowaną w ośmiu czujnikach (Rysunek 15).
<img alt="Figure 14" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69785/69785fig14.jpg" /> 
Rysunek 14: Zarejestrowana temperatura gleby inkubowana w różnych temperaturach. Próbki A, B, C i D były inkubowane w fiolkach umieszczonych blisko odpowiednich czujników (patrz Rysunek 10 dla odniesienia). Temperatura gleby była rejestrowana za pomocą termopary umieszczonej bezpośrednio w próbkach gleby. Temperatury monitorowane przez każdy czujnik są następujące: (A) Czujnik 1 (S1) przy 4,1 °C, (B) Czujnik 2 (S2) przy 12,5 °C, (C) Czujnik 3 (S3) przy 20,1 °C, (D) Czujnik 4 (S4) przy 28,1 °C, (E) Czujnik 5 (S5) w 36,1 °C, (F) Sensor 6 (S6) w 43,8 °C, (G) Sensor 7 (S7) przy 51,9 °C oraz (H) Sensor 8 (S8) przy 60 °C. Po umieszczeniu próbek gleby w bloku, osiągnięcie docelowej temperatury zajmuje około 12 minut. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/69785fig14large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.</a>
<img alt="Figure 15" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69785/69785fig15.jpg" /> 
Rysunek 15: Silna liniowa korelacja między temperaturą gleby a temperaturą czujnika. Cztery fiolki z ziemią umieszczono blisko ośmiu czujników w pozycjach blokowych A, B, C i D. Temperatura gleby była rejestrowana za pomocą termopary umieszczonej bezpośrednio w próbkach gleby. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/69785fig15large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.</a>
Interakcja temperatura z wilgocią Istnieje nieunikniona interakcja między temperaturą a wilgocią, którą należy ocenić podczas okresu inkubacji. Na przykład wysokie temperatury mogą przyspieszać parowanie, podczas gdy niskie mogą powodować kondensację wody. W tym teście użyliśmy czterech losowo wybranych próbek gleby o różnych fakturach (Tabela Uzupełniająca 2). Zgodnie z protokołem każda próbka gleby była umieszczana w tej samej pozycji blokowej we wszystkich 22 temperaturach. Wyniki pokazują, że po średnim czasie inkubacji wynoszącym 3,5 godziny wyższe temperatury powodowały większą utratę wilgoci w porównaniu z niższymi, niezależnie od tekstury gleby (Rysunek 16). Gleby inkubowane w temperaturze 60 °C tracą średnio 12% całkowitej dodanej wody, podczas gdy gleby inkubowane przy 4,1 °C tracą średnio tylko 1,88% całkowitej dołączonej wody. Oznacza to, że podczas 3,5 godziny inkubacji blokowej gleby były utrzymywane w warunkach optymalnej wilgotności, od 50% do 60% zdolności zatrzymywania wody, niezależnie od temperatury inkubacji44,45 (Rysunek uzupełniający 6).
<img alt="Figure 16" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69785/69785fig16.jpg" /> 
Rysunek 16: Względna utrata wilgotności gleby podczas inkubacji blokowej w czterech różnych próbkach. Utrata wilgoci została obliczona względem całkowitej ilości dodanej wody, aby uwzględnić WHC. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/69785fig16large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.</a>
 Pomiary stężenia CO2 Aby przetestować dokładność i precyzję analizatora gazów, przeprowadziliśmy cztery pomiary certyfikowanego gazu referencyjnego (413 ± 5 ppmCO2), dla których analizator zarejestrował 413,71 ± 0,60 (ppmCO2, średnia ± SD). Potwierdziło to wysoką dokładność i precyzję pomiarówCO2 rejestrowanych przez analizator gazów. Ponadto, aby spełnić wymagania producenta, należy co roku przeprowadzać test z użyciem certyfikowanego gazu referencyjnego.
Biorąc pod uwagę opóźnienie spowodowane linią wtryskową oraz zestawem redukcji przepływu do analizatora gazów, przeprowadzono wiele testów w celu określenia optymalnego czasu pomiaru. Wyniki pokazują, że linia wtrysku powoduje opóźnienie około pięciu sekund. W tym układzie idealny czas pomiaru wynosi 20 s, co pozwala na napełnienie jednostki detekcjiCO2 i osiągnięcie równowagi przez 5 s (rysunek 17). Biorąc pod uwagę, że zestaw redukujący przepływ mierzy 1,17 mL/s, czas pomiaru odpowiada pobieraniu 39% zawartości powietrza z fiolek 60 mL. Dodatkowo zaobserwowaliśmy, że gdy analizator gazów jest używany jako zamknięty system, następuje spadek ciśnienia. Spadek ten występuje w odstępie jednej sekundy, gdy nie ma wtrysku powietrza podczas wyciągania igły z fiolki. Aby uwzględnić ten spadek ciśnienia podczas przetwarzania danych, wykluczyliśmy wartościCO2 , które są nieco niższe (od 3% do 5%) niż poprzednia lub następna wartość.
<img alt="Figure 17" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69785/69785fig17.jpg" /> 
Rysunek 17: Optimum czasu pomiaru dla pojedynczej próbki gleby inkubowanej w trzech różnych temperaturach. Ten wykres pokazuje czas wstrzyknięcia i ekstrakcji igły, równowagęCO2 przez 5 sekund oraz spadek ciśnienia związany z wybranym okresem. Incubation_ID pokazuje pozycję bloku (C) oraz fiolki (5, 10 i 15). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/69785fig17large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.</a>
Testowanie pełnego protokołu Aby ocenić funkcjonalność i powtarzalność protokołu, inkubowaliśmy dwie różne próbki, każda z czterema technicznymi replikacjami, w 22 oddzielnych temperaturach od 4 °C do 60 °C. Próbki gleby zostały wybrane, aby pokazać rodzaj danych generowanych w tym systemie oraz jego wydajność. Konkretne cechy próby można znaleźć w Tabeli Uzupełniającej 2. Blok gradientu temperatury wiarygodnie rejestrował tempo oddychania gleby różnych próbek gleby w każdym punkcie temperatury, co pozwoliło nam zobrazować krzywą odpowiedzi temperaturowej. Dodatkowo, powstałe krzywe odpowiedzi temperaturowej dla wszystkich replikacji były niemal identyczne, co odzwierciedla niewielkie odchylenie standardowe wokół średnich prędkości oddychania we wszystkich temperaturach (Rysunek 18). Wyniki te wykazują wysoką powtarzalność i potwierdzają precyzję protokołu.
<img alt="Figure 18" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69785/69785fig18.jpg" /> 
Rysunek 18: Reprezentatywne tempo rozkładu SOM (Rs) dla dwóch gleb, z których każda mierzona jest za pomocą czterech technicznych replik inkubowanych na całym gradientzie temperatury. Punkty oznaczają średnią szybkości oddechu przy każdej temperaturze, a paski błędu wskazują odchylenie standardowe wśród technicznych replik. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/69785fig18large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.</a>
Przeprowadzono drugi test, aby wykazać naukową przydatność protokołu. Zmierzyliśmy tempo oddechu gleby na całym gradiencie temperaturowym i dopasowaliśmy dane za pomocą modelu Arrheniusa lub MMRT (rysunek 19). Próbki gleby zostały wybrane, aby zdemonstrować działanie systemu dla kontrastujących krzywych odpowiedzi temperaturowej ( charakterystyka próbki podana jest w Tabeli Uzupełniającej 2). Wyniki pokazują, że dane zebrane za pomocą bloku gradientu temperatury można dodatkowo analizować poprzez testowanie różnych teorii dotyczących wrażliwości na temperaturę tempa rozkładu SOM. Jednak pojawiają się wyzwania przy pracy ze świeżą glebą w każdym eksperymencie. W ciągu 10 dni przed inkubacją obserwowaliśmy społeczności grzybów rozwijające się wewnątrz niektórych fiolek w próbkach gleby poza zestawem reprezentatywnych próbek. Pomimo naszych starań, by starannie usunąć zbiorowiska grzybowe bez zakłócania gleby, ten wzrost wpłynął na wyniki niektórych próbek (Rysunek 20). W związku z tym zdecydowaliśmy się wyrzucić zakażone próbki, usuwając całą próbkę, a nie tylko pojedyncze fiolki dotknięte wzrostem grzybów.
<img alt="Figure 19" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69785/69785fig19.jpg" /> 
Rysunek 19: Reprezentatywne wyniki i tempo oddychania (Rs) czterech różnych próbek gleby inkubowanych w bloku gradientu temperatury. Czerwona linia oznacza dopasowanie Arrheniusa (A,B), a niebieska linia oznacza dopasowanie MMRT (C,D). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/69785fig19large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.</a>
<img alt="Figure 20" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/69785/69785fig20.jpg" /> 
Rysunek 20: Wzorce tempa oddychania u niektórych próbek dotkniętych wzrostem grzybów. Wyniki te są przykładami (A,B) dwóch skażonych próbek, które zostały wykluczone z dalszej analizy. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/69785fig20large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.</a>
Ilustracja uzupełniająca 1: Podstawowy obwód NO/NC. "C" może być również oznaczone jako "COM" dla Common. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/Figure S1.png" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Dodatkowy rysunek 2: Panel sterowania systemem chłodzenia. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/Figure_S2.png" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Ilustracja uzupełniająca 3: Przełącznik systemowy i wskaźnik światła. (A) Przełącznik blokowego systemu sterowania gradientem temperatury; oraz (B) zielona dioda wskazująca, że czujniki i system grzewczy są WŁĄCZONE. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/Figure S3.png" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Dodatkowy rysunek 4: Sterowanie nagrzewaczem blokowym z gradientem temperatury w interfejsie online. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/Figure S4.png" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rysunek uzupełniający 5: Sekcja diagnostyczna analizatora gazów. Wszystko jest zielone, co oznacza, że instrument jest gotowy do pomiarów. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/Figure S5.png" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rysunek uzupełniający 6: Pojemność zatrzymywania wody gleb inkubowanych w różnych temperaturach, pomiary zarejestrowane po 3,5 godzinie inkubacji blokowej. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/Figure S6.png" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Plik uzupełniający 1: Szczegółowe instrukcje okablowania. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/Supplementary File 1.docx" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Tabela uzupełniająca 1: Lista materiałów o wymaganej ilości. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/Supplementary Table 1.xlsx" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Tabela uzupełniająca 2: Charakterystyka próbek gleby używanych do testu utraty wilgoci oraz pełny protokół. Te próbki zostały wybrane, aby zademonstrować funkcjonalność protokołu. Klasyfikacja tekstur podąża za systemem USDA, gdzie gruboziarnisty, glina, muł i piasek wyrażane są w procentach. OC odnosi się do zawartości węgla organicznego (gleby g C·kg-1), pH mierzono w wodzie, aCaCO3 oznacza zawartość węglanu wapnia (gleba g·kg-1). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/69785/Supplementary Table 2.xlsx" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.</a>

Wprowadzamy blok gradientu temperatury oraz szczegółowo opisujemy jego konstrukcję i wykorzystanie. Blok zapewnia 22 oddzielne temperatury, liniowo rozłożone w określonym przez użytkownika zakresie od 0 do 90 °C. Dane zebrane z tego zestawu umożliwiają testowanie i rozwijanie nowych teorii dotyczących reakcji temperaturowej na tempo rozkładu materii organicznej gleby.

Odpowiedź temperaturowa tempa rozkładu materii organicznej gleby: Konstrukcja i zastosowania bloku gradientu temperatury

Soil is the Earth's largest carbon (C) reservoir, holding nearly twice as much C as the atmosphere. Climate change-induced temperature increases could ...

Nasze badania analizują, jak zmieniające się temperatury wpływają na rozkład materii organicznej gleby. Naszym celem jest zdefiniowanie odpowiedzi temperaturowej i pomoc w poprawie prognoz sprzężenia zwrotnego klimatu węglowego. Najnowsze badania ujawniają szeroko zróżnicowane reakcje temperaturowe na rozkład materii organicznej gleby, ale uproszczone wglądy w granice macierzy.Ulepszona metodologia pozwoli na zbieranie danych dla lepszego zrozumienia mechanistycznego. Na początek umieść próbkę gleby w metalowej puszce i dokładnie wymieszaj, aż uzyska jednorodną formę. Rozmiesz mieszaną glebę w 22 wcześniej oznaczonych szklanych fiolkach o pojemności 60 mililitrów.Używając papieru wagowego, dodaj około trzech gramów ziemi do każdej fiolki o pojemności 60 milimetrów. Za pomocą pipety dostosuj glebę w każdej fiolce do pożądanej pojemności zatrzymywania wody, zgodnie z metodą lejka. Po dostosowaniu zawartości wody do docelowej procentowej pojemności zatrzymywania wody, zapisz dokładną wagę każdej fiolki.Każdą fiolkę zatkaj watą, aby umożliwić wymianę powietrza otoczenia. Wstępnie inkubuj fiolki w laboratorium z kontrolowaną temperaturą, ustawionym na 20 stopni Celsjusza przez 10 dni. Aby rozpocząć przygotowania do załadunku, wyreguluj pojemność zatrzymywania wody na godzinę przed rozpoczęciem inkubacji.Sprawdź kontrolę grzejnika, aby upewnić się, że osiągnęła pożądaną temperaturę 10 minut przed umieszczeniem próbek w bloku. Następnie włącz przewodnik otoczenia znajdujący się w laboratorium. Podłącz system płukania i podłącz analizator gazów do komputera.Aby rozpocząć zbieranie ślepych płyt, podłącz linię płukającą do systemu wtrysku analizatora gazów i zapisz stężenie dwutlenku węgla w częściach na milion bezpośrednio z linii płukania. Do drugiego pomiaru pustej miary umieść pięć szklanych fiolek o pojemności 60 mililitrów do pustego uchwytu. Do każdej fiolki włóż jedną linię płuczącą.Minutę później usuń linię płukającą i zakręć każdą fiolkę. Po czterech godzinach zmierz stężenie dwutlenku węgla w fiolkach. Następnie otwórz blok gradientu temperatury i umieść komputer oraz system spłukiwania na pokrywie bloku.Umieść pudełka z próbkami na ruchomym stole. Przygotuj arkusz kalkulacyjny do zapisywania czasu zamknięcia każdej fiolki i jednocześnie wizualizuj czas wyświetlany na analizatorze gazów. Rozpocznij ładowanie próbek do bloku gradientu temperatury w partiach po osiem.Umieść próbki bez zakrętki wewnątrz bloku, zaczynając od chłodzenia. Włóż linię do przepłukiwania do ośmiu fiolek. Po minucie usuń linię do płukania i natychmiast zakręć każdą fiolkę.Zanotuj dokładną godzinę zamknięcia w arkuszu kalkulacyjnym. Podczas gdy pierwsza partia jest w trakcie płukania, załaduj kolejną partię próbek do bloku i włóż linię do tej kolejnej partii. Powtarzaj procedurę załadunku i płukania, aż blok gradientu temperatury będzie w pełni obciążony.Zamknij blok gradientu temperatury i odczekaj 3,5 godziny od momentu zamknięcia ostatniej fiolki. Aby zmierzyć dwutlenek węgla, włącz system płukania i umieść analizator gazów na ruchomym stole. Po 3,5 godzinie inkubacji rozpocznij pomiar próbek, zaczynając od tych o najwyższej temperaturze.Podłącz igłę do wtrysku analizatora do linii spłukiwającej między próbkami. W oprogramowaniu analizatora gazów utwórz unikalną i prostą uwagę przed każdym pomiarem, używając funkcji reano. Wkładaj igłę analizatora do fiolki 60-mililitrowej na 20 sekund, a następnie wyjmij igłę z fiolki.Zacznij komentarz od zera sekund. Wkłuj igłę po 10 sekundach. Następnie wyjmij igłę w 30. sekundzie.I zatrzymaj tę uwagę w 45. sekundzie. Wymień filtr 0,45 mikrometra podłączony do igły do wtrysku co 16 próbek. Aby rozładować próbki, wyjmij każdą fiolkę pojedynczo z bloku gradientu temperatury i umieść ją w pudełku, kontynuując pomiary dwutlenku węgla.Większość z ośmiu czujników temperatury osiąga docelową temperaturę w ciągu godziny po włączeniu systemu chłodzenia i ogrzewania i pozostaje stabilna po początkowym przekroczeniu temperatury podczas okresu inkubacji. Po ustabilizowaniu temperatury zarejestrowane przez osiem czujników wykazały idealnie liniowy rozkład wzdłuż długości aluminiowego bloku. Próbki gleby umieszczone wewnątrz stabilizowanego bloku osiągnęły docelową temperaturę zarejestrowaną przez czujniki w ciągu około 12 minut.Po 12 minutach inkubacji temperatury gleby wykazywały silną liniową zależność z temperaturami czujników na całym bloku. Przy średnim czasie inkubacji wynoszącym 3,5 godziny, wyższe temperatury inkubacyjne powodowały większą utratę wilgoci gleby niezależnie od jej struktury. Zidentyfikowano optymalny czas pomiaru wynoszący 20 sekund, co pozwoliło sygnałowi dwutlenku węgla osiągnąć równowagę przez około pięć sekund.Gdy analizator gazów był używany jako zamknięty układ, następował spadek ciśnienia. Pomiary tempa oddechu gleby w 22 oddzielnych temperaturach powodowały spójne krzywe odpowiedzi temperaturowej z niewielkimi odchyleniami standardowymi. Dane o oddychaniu gleby zebrane za pomocą bloku gradientu temperatury zostały pomyślnie dopasowane przy użyciu modeli Arrheniusa i teorii szybkości makrocząsteczek.Niektóre próbki gleby wykazywały zmienione wzorce oddechowe związane ze wzrostem grzybów i zostały wykluczone z dalszych analiz. Nasz protokół wykorzystuje zaawansowany blok gradientu temperatury, który mierzy oddech gleby w temperaturach 22, umożliwiając szczegółowe zróżnicowane krzywe odpowiedzi dla tempa rozkładu materii organicznej gleby. Metoda ta poprawia mechanistyczne zrozumienie wpływu temperatury na rozkład materii organicznej gleby, ujawniając rolę właściwości gleby i zarządzania gruntami.

temperature-response-soil-organic-matter-decomposition-rates

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Aby zmierzyć potencjalne tempo aktywności enzymów zewnątrzkomórkowych w glebie, do próbek gleby dodaje się syntetyczne substraty, które są związane z barwnikiem fluorescencyjnym.  Aktywność enzymu mierzy się, gdy barwnik fluorescencyjny jest uwalniany z substratu w reakcji katalizowanej enzymatem, gdzie wyższa fluorescencja wskazuje na większą degradację substratu.

Wysokoprzepustowy pomiar fluorometryczny potencjalnej aktywności enzymów zewnątrzkomórkowych w glebie

Tradycyjne tabele termogradientowe tworzą zakres temperatur na całej powierzchni. Spawanie węzłów prostopadłych do powierzchni stołu termogradientowego pozwoli na dogłębną kontrolę temperatury, zwiększając możliwe zastosowania badawcze.

Stół termogradientowy z fałdami do kontrolowania temperatury gleby w celu oceny wzrostu roślin i monitorowania procesów zachodzących w glebie

Dokładny pomiar temperatury i zawartości wody w górnych 5 mm powierzchni gleby może poprawić nasze zrozumienie kontroli środowiskowej procesów biologicznych, chemicznych i fizycznych. W tym miejscu opisujemy protokół wytwarzania, kalibracji i przeprowadzania pomiarów za pomocą czujników temperatury i wilgotności powierzchni gleby.

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

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.

Symulacja temperatury w eksperymencie inkubacji gleby

Ten artykuł opisuje projekt, budowę i funkcję obiektu o powierzchni 1 000m2 zawierającego 24 indywidualne działki polowe o powierzchni 33,6m2 wyposażone do pomiaru całkowitej objętości spływu z czasem i pobierania podpróbek spływu w wybranych odstępach czasu w celu ilościowego określenia składników chemicznych w wodzie spływającej z symulowanych trawników domowych.

Projekt i budowa Zakładu Badań Spływów Miejskich

Nicienie entomopatogeniczne to glisty zamieszkujące glebę, które pasożytują na szerokiej gamie owadów.  Pokazujemy metody pobierania próbek stosowane do izolacji tych nicieni z gleby przy użyciu dwóch technik: przynęty na owady i zmodyfikowanej białej pułapki, do odzyskiwania nicieni odpowiednio z próbek gleby i zakażonych zwłok owadów.

Pobieranie próbek z gleby i izolacja nicieni entomopatogenicznych (Steinernematidae, Heterorhabditidae)

Lizymetr Gradientu Dwutlenku Węgla tworzy liniowy gradient dwutlenku węgla L-1 o objętości od 250 do 500 μl w komorach o kontrolowanej temperaturze, w których znajdują się zbiorowiska roślinne na monolitach gliniastych, pylastych i piaszczystych. Obiekt służy do określenia, w jaki sposób przeszły i przyszły poziom dwutlenku węgla wpływa na obieg węgla na użytkach zielonych.

Instalacja do pomiaru gradientu stężenia CO2 do badania wzbogacenia w CO2 i wpływu gleby na funkcjonowanie ekosystemu użytków zielonych

Labilny węgiel organiczny (LOC) i potencjalny wskaźnik obrotu węgla są czułymi wskaźnikami zmian w procesach obiegu składników odżywczych w glebie. Podano szczegółowe informacje na temat metody opartej na fumigacji i inkubacji gleby w serii cykli oraz wykorzystaniu CO2 nagromadzonego w okresach inkubacji w celu oszacowania tych parametrów.

Ocena labilnego węgla organicznego w glebie za pomocą sekwencyjnych procedur inkubacji fumigacji

Rozpuszczona materia organiczna stanowi ważne źródło energii i składników odżywczych dla ekosystemów. W tym miejscu demonstrujemy metodę opartą na terenie do manipulowania otaczającą pulą rozpuszczonej materii organicznej in situ za pomocą łatwych do odtworzenia impulsów składników odżywczych.

Zrozumienie biogeochemii rozpuszczonej materii organicznej poprzez manipulacje składnikami odżywczymi in situ w ekosystemach strumieni

Ten artykuł opisuje procedurę działania reaktora przepływowego i związane z tym zbieranie danych. Pokazuje protokoły ustawiania eksperymentów, rejestrowania danych i generowania rozkładu liczbowo-średnicowego, a także informacji o masie cząstek, które dostarczają użytecznych informacji o właściwościach chemicznych i fizycznych aerozoli organicznych.

Produkcja i pomiar cząstek organicznych w reaktorze przepływowym

Poznaj metodę pomiaru tempa rozkładu materii organicznej gleby przy użyciu bloku gradientu temperatury. Technika ta umożliwia analizę 22 temperatur, poprawiając mechanistyczne zrozumienie procesów glebowych i prognozowanie zmian klimatu.

Odpowiedź temperaturowa tempa rozkładu materii organicznej gleby: Konstrukcja i zastosowania bloku gradientu temperatury

Przeglądaj więcej filmów