Традиционные таблицы термоградиентов создают диапазон температур по всей поверхности. Сварка косынок перпендикулярно поверхности стола с термоградиентом будет контролировать температуру по глубине, увеличивая возможности применения в исследованиях.
Методическая статья
A Таблица складками термоградиентный для управления температуры почвы для оценки роста растений и мониторинга почвенных процессов
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Термоградиентные столы были впервые разработаны в 1950-х годах в первую очередь для проверки прорастания семян в диапазоне температур одновременно без использования ряда инкубаторов. Температурный градиент пассивно устанавливается по всей поверхности стола между нагретыми и охлаждаемыми концами и быстро теряется на расстояниях над поверхностью. Поскольку температура контролируется только на поверхности стола, эксперименты ограничиваются неглубокими емкостями, такими как чашки Петри, размещенными на столе. Сварка непрерывных алюминиевых вертикальных полос или косынок перпендикулярно поверхности стола позволяет регулировать температуру по глубине с помощью конвективного теплового потока. Почва в каналах между ластовицами поддерживалась в течение всего градиента температур, что позволяло проводить более разнообразные эксперименты. Конструкция со складками оценивалась путем проращивания семян овса, салата, томатов и дыни. Температура почвы контролировалась с помощью отдельных регистраторов данных с питанием от аккумулятора, расположенных на столе. Светодиодные лампы, установленные в крышках или по бокам градиентного стола, создают камеру с контролируемой температурой, в которой можно выращивать рассаду при различных температурах. Конструкция со складками позволила точно определить оптимальные температуры для максимальной всхожести и максимального процента всхожести для каждого вида. Информация о всхожести, полученная в экспериментах с градиентным столом, может помочь предсказать всхожесть семян и рост рассады в неблагоприятных почвенных условиях, часто встречающихся при выращивании полевых культур. Влияние температуры на всхожесть семян, рост рассады и экологию почвы может быть проверено в контролируемых условиях в лаборатории с использованием стола с термоградиентом со складками.
Введение
Термоградиентный таблицы не являются новыми , и их использование было в литературе в течение нескольких десятилетий 1-6. Ранние столы были разработаны якобы для лабораторных испытаний всхожесть семян часто на бумажной подложке в широком диапазоне температур , в одном эксперименте (рисунок 1). Существуют различные конструкции термоградиентных таблиц, но один из наиболее распространенных состоит из относительно толстого прямоугольного листа металла, часто из алюминия для его устойчивости к коррозии, с петлей квадратной трубы, приваренной к нижней части на противоположных концах. Пластиковые трубы соединяют таблицы Входные и выходные трубы до температуры контролируемой, циркулирующие ванны, которые качают охлажденный и нагретой жидкости через трубы на противоположных концах под столом. Труба проводит жидкость, обычно вода-антифриз (этиленгликоль) смеси, для предотвращения замерзания, если система должна работать вблизи или ниже температуры замерзания. Другой дизайн приварить полосы металла вместе с создсъел резервуар для жидкости на каждом конце таблицы с входами и выходами для циркуляции теплых и холодных растворов на обоих концах. Циркулирующие ванны могут быть расположены на полу под столом или на отдельном Сочетавший таблице. Электрические столы термоградиентный с ТЭНами и / или охлаждающих модулей Пельтье были построены , но высокая стоимость, вызовы , порождающие согласующиеся низких температур, а также надежность проблемы предотвратили широкое коммерческое использование 8.
Циркулирующие конструкции жидкость пассивно создает одномерный градиент с помощью теплопроводности. Если алюминиевая пластина имеет однородную форму и толщину и надежно изолированы, тепловые потоки равномерно от теплого к холодному концу стола , устанавливающего непрерывную одномерный температурный градиент, в соответствии со вторым законом термодинамики 7. Градиент по всей поверхности является функцией длины таблицы и разница между конечными температурами. Стол и plumbinг, как правило, размещаются в изолированном корпусе с крышками для доступа. Корпус изолирует таблицу из его окружения, создавая равномерный градиент по всей поверхности с небольшим изменением температуры. Изолированный корпус может поддерживаться ноги или на плоской поверхности, например, стол или скамью. Для применений, где контроль равномерная температура необходима без градиента, таблица может быть создана для производства изотермических условий, если оба конца циркулировать жидкость при той же температуре.
Когда таблица градиента функционирует правильно, чашки Петри, запечатанные пластиковые пакеты с плоским дном контейнеры и т.д., размещаются на поверхности и термо-уравновешивания к различным температурам (рисунок 1). Экспериментальная температура в каждом контейнере зависит от воздушных пространств, которые могут существовать между контейнером и поверхностью стола и толщины и изолирующих свойств каждого контейнера. Таблица градиента эффективно поддерживает образец тэmperatures близко к поверхности, но контроль теряется над поверхностью. Отсутствие вертикального температурного контроля ограничивает типы экспериментов возможно на традиционной таблицы градиента.
Алюминиевые полосы или клинья были добавлены к традиционной конструкции градиент стола для улучшения контроля температуры над поверхностью стола. Клиньев были сварены с интервалами перпендикулярно к поверхности стола. Клиньев облегчают конвективный поток тепла по вертикали над плоской поверхностью стола. Образцы, помещенные между клиньями, имеют с регулируемой температурой поверхности с трех сторон, обеспечивающих более эффективный контроль температуры. Клегг и Eastin 2 помещают кварцевый песок на градиент поверхности стола , чтобы создать контроль температуры в глубину. Клегг и Eastin 2 также экспериментировали с размещением изоляции на верхней части таблицы. Уэбб и др. 9 размещены трубы , заполненные почвой , на столе в попытке равномерно контрольной температуры.
Новая таBLE разработали технологию здесь имеет девять 7,6 см (3 дюйма) в высоту клиньев (алюминиевые полосы), которые приварены к поверхности по всей длине стола (рисунок 2). Светодиодные светильники, излучающие фотосинтетически активных частот установлены на боковых сторонах стола для поддержки роста проростков, когда таблица закрыта. Изолированный корпус для складками таблицы термоградиентный выполнен из белой доски из ПВХ, которые являются вода, перекос, и трещины устойчивостью. Целью данной работы является описать новый складками дизайн градиента таблицы и возможные области применения.
Протокол
1. Подготовка циркулирующей бани и таблицы
- Приобретать два циркулирующие ванны с резервуарами, которые качают по крайней мере 10 л / мин для контроля температуры на каждом конце стола термоградиентный.
Примечание: Один из циркулирующих ванны должны хранить в холодильнике резервуар в то время как другие потребности только тепла. - Осмотрите циркулирующей ванны, чтобы убедиться, что их фильтры и резервуары чистой.
- Определить местоположение таблицы и ванны. Поместите ванны под столом, пока насос может циркулировать жидкость через таблицу выше. Поместите таблицу градиента на удобной высоте, чтобы удалить крышки и охватить все позиции на поверхности.
Примечание: Расположение стола и ванны должны быть хорошо проветриваемым, без экстремальных температур, относительно пыли, и не имеют доступа к электрическим цепям, чтобы надлежащим образом питание ванны и системы освещения. - Заполните каждую ванну к верхней части расширительного бачка со смесью воды и антифриза (1: 1соотношение) для улучшения теплообмена и предотвращения замерзания.
Примечание: Концентрация антифриза зависит от технических характеристик ванны и температуры раствора. Высокие концентрации антифриз не требуется, если температура не ниже точки замерзания генерируются. Чистый антифриз может повредить некоторые водяной бане насосы. - Соедините входы и выходы ванн с гибкой трубкой к выходу и воздухозаборников на столе, соответственно, чтобы создать непрерывную картину течения в обоих противоборствующих теплых и холодных концах стола.
- Использование толстостенных гибких пластиковых трубок с неупругих стенками, которые не вставит под давлением или излома при сгибе. Используйте винт с воротником, хомутов на трубных союзами поддерживать соединение подтеков, когда система находится под давлением. Оберните циркуляционный трубопровод с изоляцией пены трубы для уменьшения теплообмена с окружающей окружает.
- С трубные клапаны открываются, моментально включается циркуляционных насосов, чтобы проверить на наличие утечек и свернутой трубкичто может уменьшить поток. Регулировка винтовых зажимов, если происходит утечка. Проверьте осветительные приборы, чтобы убедиться, что они правильно работают.
2. Подготовка таблицы для экспериментирования
- Линия нижней части таблицы термоградиентный между клиньями с гидрофильным материалом, таким как парниковый капиллярного циновок, бумажные полотенца, или nonglossy газету, чтобы распределить воду более равномерно.
- Заполните таблицу равномерно с нарастающим сред ниже, или даже с верхушками клиньев. Упаковать питательная среда достаточно плотно, чтобы удалить воздушные карманы, которые мешают уравновешивания температуры.
Примечание: родной почвы также может быть использован. - При входе в таблице и на выходе трубопроводной арматуры открытой, активировать циркуляционный ванну, установив одну ванну с температурой 5 ° C ниже и противолежащей ванны до температуры, на 5 ° С выше минимальной и максимальной требуемой температуры (от 5 до 40 ° C), соответственно, для учета потерь тепла и коэффициент усиления во время циркуляции. Monitoг Резервуар ванны и добавить в смесь воды и антифриза (этиленгликоль) по мере необходимости, когда уровни падают, как циркулирующий раствор заполняет трубы в таблице.
- Отрегулируйте температуру ванны до желаемых растущих сред с температурой (от 5 до 40 ° C или другие желаемые экспериментальные температуры) достигаются на столе градиента.
Примечание: Точная температура достигается за счет повторяющегося процесса измерения растущей температуры среды и регулировки ванны, пока желаемый растущие температуры СМИ не будут достигнуты через стол. - Место температурные регистраторы в разных положениях на столе, чтобы записать температуру растущих сред или почвы во время эксперимента. Эти регистраторы рекомендуемые близки по размерам к миниатюрному круглой батареи пластины. Заверните в Parafilm регистраторы, чтобы предотвратить повреждение воды и место на экспериментальных позициях в растущем СМИ.
- Смочить питательная среда равномерно до 70-80% от максимальной водоудерживающейсредств массовой информации. Wetter почвы более эффективно проводить тепло между клиньями.
Примечание: Вода имеет тенденцию испаряться более быстро с теплого конца стола, так что более частое применение может потребоваться для замены потерь от испарения. Максимальное количество воды холдинг количество воды, остающейся в питательную среду после насыщения и дренажа гравитационной воды в течение 2-х дней через емкость с перфорированным дном. Содержание влаги определяли гравиметрическим способом до и после сушки в печи при температуре 105 ° С в течение 72 ч. - Дайте таблицу уравновешиваться в течение 24 ч, чтобы обеспечить требуемые значения температуры (от 5 до 40 ° С) достигаются на протяжении до начала эксперимента.
- Наклон стола, регулируя ноги на каждом углу, пока склоны стола слегка к углу с утечкой. Это удаляет избыток влаги, предотвращает влажные пятна на столе, и поощряет равномерное содержание влаги медиа. Поместите контейнер под сливом, чтобы поймать поверхностный сток.
- Семена растений при выращивании медиа и воду ежедневно или по мере необходимости, чтобы держать СМИ во влажном состоянии.
Примечание: В качестве примера того , как можно проводить тестирование всхожесть, мы посадили 25 семян томатов (. Solanum L. Lycopersicum резюме Legend), дыни (Cucumis Мело резюме Хейлз Best Jumbo.), Салат (Lactuca Sativa L. резюме Black высевают. Симпсон) и овсяная (Avena Sativa L. резюме Лебедь) 2 см в глубину. - Подсчитайте количество появившихся всходов ежедневно, чтобы рассчитать среднее время появления в соответствии с уравнением:
Σ (п я ХТ I)
МТЕ = -------------
Σ (N I)
Примечание: Где п это число появившихся семян в момент времени T I; т это количество дней от начала возникновения; и Σ п я это общее число появившихся семян.
3. Управление термоградиентный Таблица
- После настройки ванны до нужных температур, заменить два термоградиентный крышки таблицы, прозрачные внутреннего акрилового листа крышки и более существенную поливинилхлорид (ПВХ) изоляцией крышкой с полистиролом, чтобы приложить таблицу. Обе крышки на месте обеспечивают лучшие изоляционные свойства для уменьшения тепла и потери воды во время тестирования.
Примечание: Если окружающий свет или вспомогательного освещения установлен над столом, только внутренняя крышка может быть использован для передачи света. - Удалите внешнюю крышку, чтобы проверить таблицу с помощью внутренней акриловыми крышками. Снимите внутреннюю крышку временно, чтобы добавить воду или другие входы, температуру проверки или записи данных.
Примечание: При более высоких температурах вода быстро испаряется с влажной почвой и сondenses на нижней части внутренней крышки, так как поверхность холоднее. - Мониторинг системы тесно в ходе экспериментов для перебоев в подаче электроэнергии, ванны неисправностей, утечек или чрезмерных колебаний в температуре таблицы. Мониторинг уровня ванны резервуара и периодически добавлять жидкость, чтобы заменить потери при испарении.
Результаты
Мелкие контейнеры, как чашки Петри, могут быть расположены на традиционной одномерной градиентной таблицы поэтому эффекты нескольких экспериментальных температур могут быть оценены одновременно (рисунок 1). Чтобы увеличить разнообразие применений исследования возможно на столе термоградиентный, 7,6 см (3 дюйма) в высоту алюминиевых клиньев были стежок сваренных поочередно с обеих сторон, так что каждый ластовица перпендикулярно стоит на поверхности 10,9 см (4,2 дюйма) друг от друга в плотном контакте с поверхностью (Рисунок 2). В то время как широкий диапазон расстояний между угловыми возможны, 10,9 см был выбран для размещения квадратных пластиковых «сэндвич» коробки или аналогичные контейнеры размера , часто используемые для тестирования прорастание мелких видов семян или других биологических образцов (рисунок 3). В отличие от обычной таблицы плоский градиент, дизайн ластовица вмещает почвы и другие аморфные сыпучие материалы для контролируемой темпераTure эксперименты. Для того, чтобы удалить лишнюю воду, экранированные и фильтруется сливное отверстие был построен в один угол. Проставки или "ноги" на каждом углу можно регулировать, чтобы наклонить таблицу для облегчения тяжести дренажа. Небольшой зазор между угловыми концами и наружной поверхностью стола позволяет воде протекать вдоль одной стороны к стоку углу.
Температура почвы были измерены при 70-80% влажности почвы после ванны циркулировали при постоянной температуре в течение 24 часов с крышками на месте (рисунок 4). Изменение температуры , измеренной после периода уравновешивания 12 ч при четырех различных положениях поперек стола была 0,4 ° С или менее (Рисунок 4). Изменение температуры почвенного профиля, измеренных на трех глубинах почвы была выше в крайности. При целевой температуре от 13 ° С, количество измерителей, помещенного на поверхность алюминия между клиньями зафиксировала среднее 11,0 ± 0,0 ° C. Лесорубы плуспешно справился на поверхности почвы в среднем 13,5 ± 0,1 ° C. Общая средняя температура почвы на всех трех уровнях для целевой температуры 13 ° С 12,3 ± 0,1 ° C. При целевой температуре 18 ° С, средняя температура по всему профилю почвы 19,1 ± 0,1 ° C. Изменение при заданной температуре 23 ° С была выше, чем при 18 ° С, в среднем 23,8 ± 0,2 ° С. В другом крайнем температуре 29 ° C, температура поверхности стола алюминий составила 30,8 ± 0,2 ° С, а температура на поверхности почвы была 25,7 ± 0,4 ° С. Общая средняя температура почвы при 29 ° С составляла 28,2 ± 0,3 ° С (рис 4).
видов семян могут быть проверены на их оптимальных прорастание и рост рассады температур на столе термоградиентный с клиньев. Помидор и дыня, оба считали теплого сезона культур, проросшие в диапазоне от 14,1 до 40.2 ° C (таблица 1, рисунок 3). Светодиодные массивы установлены в таблице крышек и / или стороны выделяют спектр фотосинтетическую позволяя растениям расти в почве при экспериментальных температурах почвы , когда таблица прилагается (рисунок 3). Оптимальный рост рассады для помидора произошло при 29,6 ° С с гербицидом процент от 100% и среднее время до появления 5,3 дней (таблица 1, рисунок 5). Появление медленнее при других температурах. Для дыни, оптимальный процент появление было 96% , а среднее время появления 5,1 дней как при 24,7 ° С (таблица 1). Оба салата и овсяных считаются прохладного сезона урожая. Семена Овсяные проращивают в диапазоне от 5,1 до 40,2 ° С широчайшей любого семени тестируемой (таблица 1, рисунок 5). Для овсом, самый высокий процент появление составил 100% при 24,7 ° C , а самый быстрый выход составил 3,4 дней при 29,6 ° С (таблица 1, Рисунок 5). Для салата, наблюдалось появление в диапазоне от 5,1 до 29,6 ° С. Для салата, самый высокий процент появление составил 100% при 24,7 ° C , а самый быстрый выход составил 3,4 дней при 29,6 ° С (таблица 1).
Рисунок 1: Традиционный плоский термоградиентный стол с изолированными крышками удалены , но с внутренней акриловой крышкой , покрывающей ½ стола Традиционные плоские столы конструкторские испытания влияние температуры на образцах в мелких емкостях.. Контроль температуры градиента быстро теряется на расстоянии от поверхности, так как нет никаких препятствий для смешивания воздуха. Эксперименты , которые требуют последовательной температуры по глубине не представляется возможным , используя эту конструкцию. Пожалуйста , нажмите здесь для просмотра а - ляrger версия этой фигуры.
Рисунок 2: Принципиальная схема термоградиентный пластины с клиньями клиньев имеют стежок сварены в продольном направлении поперек стола перпендикулярно к поверхности.. Дренаж в одном углу удаляет лишнюю воду. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рис . 3: Световая термоградиентный стол с клиньями , заполненные почвой, дерна, и контейнеры для экспериментов на всхожесть семян градиент в этой таблице устанавливается слева (теплого конца) направо (холодный конец). В то время как дизайн ластовица был разработан для использования в почву, контейнерыможет быть помещен между клиньями для экспериментов с маленькими образцами. Светодиодный завод растут огни могут быть установлены в крышках или периферии и излучают фотосинтетически активных частот и позволяют растениям быть выращены внутри шкафа. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 4. Температурные показатели из разных позиций почвы на складчатые таблице термоградиентный. Температурные регистраторы были помещены в почву через стол на левой стене, левый центральный (20 см от левой стены), правый центр (40 см от левой стены) , а в правом на полпути между стеной клиньев. Дно позиционирование логгер температуры была вблизи поверхности алюминиевой таблицы 8 см ниже верхней части почвы в то время как центр размещения составила approximatEly 4 см ниже почвы. Температурные регистраторы, размещенные на верхней части почвы были обнаружены. Значения выше столбиках означают общие средние температуры ± стандартная ошибка среднего (n = 72). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 5:. Рассаду овса и томата выращивали в течение 14 дней на термоградиентных столах в диапазоне температур от 5 до 40 ° C На рисунке показано , как прорастание и рост всходов многочисленных видов может быть оценена в почве одновременно в широком диапазоне температур в одного эксперимента для имитации полевых условиях. Верхняя часть (левый и правый) изображения показывают таблицу термоградиентный при наблюдении под прямым углом. Внизу (слева и справа) изображения показывают таблицу в горизонтальной ориентации. Alcohoл термометры были помещены в почву, чтобы быстро контролировать температуру в течение всего эксперимента.
| Целевая температура | Измеренная температура | Помидор | Дыня | Салат | овсяной | ||||
| EM † | MTE †† | ЭМ | MTE | ЭМ | MTE | ЭМ | MTE | ||
| ° C | ° C | % | дней | % | дней | % | дней | % | дней |
| 5 | 5.1 | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 | 78 | 11.4 | 46 | 12,7 |
| 10 | 8.7 | 0 | 0.0 | 0 | 0.0 | 92 | 7.5 | 58 | 12,5 |
| 15 | 14.1 | 100 | 10.8 | 16 | 13,8 | 68 | 5.9 | 96 | 7.2 |
| 20 | 19,8 | 100 | 7.2 | 84 | 7.5 | 66 | 6.5 | 100 | 5.4 |
| 25 | 24,7 | 100 | 6.0 | 96 | 5.1 | 22 | 8.1 | 100 | 3.7 |
| 30 | 29,6 | 100 | 5.3 | 92 | 5.5 | 4 | 12,5 | 98 | 3.4 |
| 35 | 36,1 | 94 | 7.0 | 92 | 4.4 | 0 | 0.0 | 94 | 4.5 |
| 40 | 40,2 | 72 | 7.8 | 88 | 5.1 | 0 | 0.0 | 10 | 8.2 |
| † Успешное появление (EM) был забит, когда сеянцы имели по крайней мере один открытый семядолей. | |||||||||
| †† Среднее время до появления всходов (ССО) вычисляли путем суммирования произведения семян число, появившихся каждый день на количество дней и деления на общее число семян, которые возникли для каждой обработки. | |||||||||
Таблица 1: GerminAtion томата, дыня, салат - латук и Овсяные Семена в почве на восьми температурах на термоградиентный таблице. Жирным шрифтом выделены цифры показывают оптимальные значения для каждого вида и иллюстрируют температурную зависимость различных видов сельскохозяйственных культур. Эксперимент проводился в течение 14 дней в заливки смеси и средства массовой информации поливали ежедневно или по мере необходимости, чтобы держать почву видимо влажной. Данные основаны на 25 семян для каждого вида.
Обсуждение
Термоградиентный таблицы использовались в течение многих лет для проведения экспериментов в первую очередь всхожесть семян в неглубоких контейнерах в диапазоне температур одновременно. Однако экспериментальные температуры ограничены поверхности стола таким образом, глубина контроля температуры ограничена. тестирование Seed протоколы, проведенные на традиционных таблицах градиентных заканчиваются корешков, появлением на бумажной подложке в чашках Петри или других плоских контейнеров и не реально испытать всходов и роста, как, естественно, происходит в почве. Сегодня семенные компании часто хотят, чтобы оценить всхожесть семенного материала (способность к прорастанию при менее оптимальных условиях) с использованием смоделированных полевых условиях, что производители, вероятно, столкнуться после посадки. Тестирование почвы также подвергает семена грибковые и бактериальные болезни давления не распространены в стандартных тестах на всхожесть лаборатории на незапятнанный средах. Когда почва ставится на плоскую не-складчатые таблицы, большие вариации 5 ° С или больше мыповторно не редкость между позициями в профиле почвы и поверхностей столов (неопубликованные результаты).
Одномерный градиент таблица с клиньями была разработана для улучшения вертикального регулирования температуры таким образом, чтобы почва могла использоваться в всхожести и других экспериментах, где точное регулирование температуры почвы критическим. Клиньев ограничивают почву или синтетические растущих средств массовой информации и контроля температуры в глубину. Клиньев являются алюминий, и тот же материал, как столешница, и при сварке перпендикулярно к поверхности они обеспечивают контроль температуры в пространство между посредством кондуктивной теплопередачи. Клиньев могут быть ориентированы в продольном направлении вниз по столу или по ширине поперек стола. Обе конструкции выполняют так же, но ориентация ширине ластовица удобна тем, что пространство между клиньев может служить в качестве одной экспериментальной температуры, когда градиент отрегулирован. Горизонтальная ориентация позволяет экспериментальные единицы (семена в данном примере), чтобы быть разнесеныпересекать таблицу в линию рядом друг с другом. Расстояние между Gusset может изменяться только в процессе производства, так как клинья приварены на месте, чтобы альтернативное позиционирование не может быть проверено, как только конструкция стола завершена. Разносом ластовица 10,9 см был выбран для размещения неглубокие контейнеры часто используются для тестирования семян в дополнение к почве. Ближе расстояние ластовица может обеспечить лучший контроль температуры, но будет ограничивать типы контейнеров, которые могут быть использованы на столе.
Температура и влажность растущих сред в таблице термоградиентный должны постоянно контролироваться для достижения желаемых условий эксперимента. Перед посадкой, циркулирующие ванны должны быть установлены немного ниже требуемого минимума и чуть выше максимальных температур, чем скорректированных пока образцы не достигли желаемых экспериментальных температур. Примерно 24 ч должно быть разрешено для образцов для термического уравновешивания с таблицей градиента. Содержание влаги в гое растущих средств массовой информации должна быть достаточной (70-80% полевой влагоемкости) для прорастания семян или других биологических процессов для продолжения. Изоляции стол и двойные крышки уменьшают колебания температуры и испарения воды, когда на месте.
Результаты , представленные в таблице 1 , сравнить рост проростков 4 видов при различных температурах. Рост дыни и томатов семян началось при 15 ° С и проращивают также при 40 ° C объясняя , почему они характеризуются как теплый сезон культур 10. В отличие от этого, салат-латук проросшие лучше всего при низких температурах. Овес Семя проращивают в более широком диапазоне температур , чем у других видов (таблица 1). В то время как аналогичные результаты могут быть получены с использованием ряда камер роста в серии скоординированных экспериментов, конструкция ластовицы позволяет как прорастание и рост всходов, чтобы сравнить в диапазоне температур почвы одновременно. Различные полевые почвы или выращиваниеносители информации могут быть заменены, чтобы имитировать диапазон полевых условиях. Микробиологические или химические обработки, режимы внесения удобрений, засухи, а также различия в освещенности могут быть наложены по температуре на столе градиента.
Небольшие количество измерителей зарегистрированная температура в различных положениях на столе. Температурные данные показали, относительно однородную температуру в середине стола с большим разбросом, в частности, на теплый конец. Позиционирование регистраторы в контакте с поверхностью стола и подвергается воздействию воздуха на поверхности почвы, вероятно, подчеркнутый экстремумы. Температуры, записанные в центральном положении, вероятно, были более показательными насыпных почвенных условий. Например, семя, посаженное в почву на столе градиента между клиньями для имитации поля посадки будет подвергаться только объемной температуры почвы, а не воздух или температуру поверхности стола. Содержание влаги и текстуры почвы играет роль в определении температуры в таблице. Если йе почва сухая, воздушные пространства сопротивляться изменениям температуры и не могут эффективно отводить тепло от клиньев. Влажный почва имеет несколько воздушных пространств и более жидкой воды, чтобы эффективно проводить тепло через профиль почвы. В этом эксперименте почва поддерживалась на уровне от 70 до 80% от его максимальной емкости удерживания воды, но более высокое содержание воды может быть уменьшено изменение температуры почвы. Песок имеет в меньшем количестве больших порового пространства, чем почвы с высоким содержанием органического вещества и, таким образом, можно было бы ожидать, чтобы обеспечить более однородную температуру.
Был более сильному изменению температуры почвы в теплый конец стола по сравнению с холодным концом. Одним из возможных объяснений заключается в распределении влаги по столу. Влага имеет тенденцию сохраняться в холодном конце, в то время как теплый конец имеет тенденцию высыхать из-за больших потерь в виде испарений. Так как вода помогает проводить тепло, важно, чтобы содержание влаги в таблице быть как можно более равномерным. Уэбб и др. 9 использовали blottэр бумаги провести воду через стол термоградиентный с помощью капиллярного действия, в то время как газета хорошо работала в качестве менее дорогой альтернативы в складчатые таблице термоградиентный. Несмотря на то, косынки были выровнены с гидрофильной бумаги, чтобы добавить распределение влаги, сохраняя как холодного и теплого конца равномерно мокрой является сложной задачей.
Быстрое испарение при высоких температурах происходит на всех конструкциях градиент таблицы. Конденсация часто является проблемой, когда эксперименты контейнеров проводятся на градиентный столе при температурах значительно выше температуры окружающей среды, так как в нижней части контейнера, теплее, чем в верхней заставляя воду скапливаться на внутренней стороне холодильника крышкой. В почвенных экспериментах на складчатые столе, вода испаряется из верхних слоев почвы в воздух выше в таблице складками. Если почва очень влажная, испарений потери на теплом конце стола может конденсироваться на более холодной внутренней акриловой крышкой. Отдыхая плотно закрывающейся части акриловой или полистирольной изоляции прямойLY поверх косынок минимизирует обмен паров с воздушным пространством над столом, сохраняя почву более равномерно влажной и постоянной температуры (данные не показаны). Когда стол был покрыт полистирольной изоляции, изменение температуры только от 1 до 2 ° С через профиль почвы на экстремальных температурах (данные не показаны). Тем не менее, полистирол изоляции предотвращает рассаду от возникающих и должны быть удалены после того, как начальный ч инкубации для роста анализов. Другое решение, чтобы предотвратить быстрое высыхание теплых почв является предпочтительно добавить больше воды на теплый конец, чтобы компенсировать потери в результате испарения. Ручной полив является проблематичным, поскольку крышки должны быть удалены и объемы применения менее точны. Микроорошения излучатели могут быть рассчитаны на стол градиента и могут быть скорректированы, чтобы предпочтительно применять больше воды на теплый конец.
Термоградиентный таблицы имеют функциональные возможности и потенциал, чтобы служить в качестве альтернативных камер роста. WheN обе ванны устанавливаются так же, таблица уравновешивает к одной экспериментальной температуры для применений, где не требуется градиент. День и ночь свет и колебания температуры также могут быть смоделированы с использованием программируемых циркулирующие ванны и светодиодные растут огни. Наполнение внутренности крышек с СИД растут огни могут увеличить интенсивность освещения. СИД растут света ввода минимального тепла в систему и не мешать градиента потому, что подобные температуры почвы были зафиксированы с огнями и выключать (данные не показаны). Добавление огней позволяет роста растений и более экологический контроль.
Термоградиентный таблицы были использованы в первую очередь семеноводческой отрасли для изучения всхожести в прошлом, но и многие другие приложения возможны. Насекомое поведение было изучено на столе градиента для определения температуры оптимумы определенного поведения 11. Лед может быть заморожен на поверхности стола градиент для тестирования явлений при минусовых тemperatures (данные не показаны). Газообмен между почвой и атмосферой, в том числе выделение двуокиси углерода, возможно на складчатые таблице градиента при различных содержании воды, почвенных ресурсов и температур. Изучение влияния бактериального и грибкового роста в различных типах носителей в широком диапазоне температур, также возможно с этой экспериментальной системе.
Раскрытие информации
Авторам нечего раскрывать.
Благодарности
Мы благодарим Кента Дж. Брэдфорда и его студентов из Центра биотехнологии семян Калифорнийского университета в Дэвисе за запись данных о всходах рассады.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Термоградиентный стол | Appalachian Machinge Inc | Изготовленный на заказ, термоградиентный стол со складками (схемы включены в рукопись). Изготовление и сварка алюминия были выполнены компанией Appalachian Machinge Inc. 5304 State Rd 790, Dublin, VA 24084. | |
| Изолированный шкаф из полимерных плит | ООО « | Изолированный шкаф из полимерных плит, содержащий алюминиевую пластину, был изготовлен ООО «ТАСКО», 1440 Роанок Стрит, Кристиансбург, Вирджиния 24073 | |
| Blue Hawk Складная стальная регулируемая пила | Lowes Home Improvement | 162111 | модель #: 60142 Складная стальная регулируемая пила |
| Циркуляционные водяные бани или аналогичные устройства | Brookfield Engineering | TC-550SD | |
| Семена (200 семян) | Johnny's Selected Seeds | Семена овса, салата, помидоров, дыни из Johnny's Selected Seeds 955 Benton Ave, Winslow, ME 04901 или любые другие семена для тестирования на всхожесть, | |
| Профессиональный 550 Grow Light | SolarOasis | Pro550 | |
| ID плетеные трубки из ПВХ | United States Plastics Inc. | 60703 | 0,6 м штуки 200 см OD, 130 мм (1/2") |
| Super Tech 50/50 Антифриз/охлаждающая жидкость Pre-Mix | Walmart | 1012574 | 4 литра смесь дистиллированной воды-антифриза (этиленгликоль) |
| WatchDog Data Loggers | Spectrum Technologies Inc | Модель 100 | |
| Парапленка M ширина 4 см | Fisher Scientific | S37440 | |
| Контейнер акриловый 5 1/4"x5"x1 3/8" пластиковые ящики | Hoffman Manufacturing Inc | Hoffman Manufacturing Inc. 16541 Грин Бридж Роуд, Джефферсон, Орегон | |
| 1" Винт с манжетой | Global Industrial | CS16H | Global Industrial, 11 Harbor Park Drive, Порт Вашингтон, Нью-Йорк |
| Хомутовый винт червячная передача | Глобальный промышленный | WGB513588 | 3/4" - 1-1/2" Диаметр зажима 10-pack . |
| Everbilt Model Пенопластовая изоляция труб | Home Depot | ORP11812 | Интернет # 204760805 Store Артикул # 1000031792 1 дюйм x 6 футов. |
| Капиллярный коврик | Farmtek | 106223 | парниковым капиллярным матом - 4' x 100' или как вариант листы газеты |
| Sunshine Mix #3 | TerraLink | 3236320 | Прессованный тюк объемом 3,8 кубических фута, Артикул: 3236320, Среда для проращивания |
Ссылки
- Chatterton, N. J., Kadish, A. R. A temperature gradient germinator. Agron. J. 61 (4), 643-644 (1969).
- Clegg, M. D., Eastin, J. D. A Thermogradient generating sand table. Agron. J. 70 (5), 881-883 (1978).
- Evans, R. A., Young, J. A., Henkel, R., Klomp, G. A low temperature-gradient bar for seed germination studies. Weed Science. 18, 575-576 (1970).
- Grime, J. P., Thompson, K. An apparatus for measurement of the effect of amplitude of temperature fluctuation upon the germination of seeds. Annals of Botany. 40 (4), 795-799 (1976).
- Halldal, P., French, C. S. Algal growth in crossed gradients of light intensity and temperature. Plant Physiol. 33 (4), 249-252 (1958).
- Thompson, K., Whatley, J. C. A thermogradient apparatus for the study of the germination requirements of buried seeds in situ. New Phytologist. 96, 459-471 (1984).
- Bergman, T. L., Incropera, F. P., Lavine, A. S. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. , John Wiley & Sons. (2011).
- McLaughlin, N. B., Bowes, G. R., Thomas, A. G., Dyck, F. B., Lindsay, T. M., Wise, R. F. A new design for a seed germinator with 100 independently temperature controlled cells. Weed Research. 25, 161-173 (1985).
- Webb, D. M., Smith, C. W., Schulz-Schaeffer, J. Amaranth seedling emergence as affected by seeding depth and temperature on a thermogradient plate1. Agron. J. 79 (1), 23-26 (1987).
- Welbaum, G. E. Vegetable Production and Practices. , CAB International. (2015).
- Swoboda, L. E. Environmental influences on subterranean termite foraging behavior and bait acceptance. , Virginia Polytechnic Institute and State University. (2004).
Перепечатки и разрешения
Теги
