Моделирование температуры в эксперименте по инкубации почвы

Лабораторные эксперименты по нагреванию почвы обычно используют две или более постоянные температуры в нескольких камерах. Представляя сложную экологическую камеру, мы обеспечиваем точный метод контроля температуры для имитации величины и амплитуды температуры почвы in situ и улучшения экспериментального проектирования исследований инкубации почвы.

Этот протокол введет современную экологическую камеру и продемонстрирует новый метод контроля температуры для улучшения экспериментального дизайна почвенной инкубации. Основным преимуществом этой методики является ее способность имитировать величину и амплитуду установленной температуры грунта. Этот метод может быть применен для моделирования различных сценариев потепления в инкубации почвы, таких как экстремальная жара.

Одной из потенциальных проблем этого метода является настройка температурного профиля в камере. Потребуется наблюдение и понимание суточных колебаний температуры почвы. Для начала откройте программное обеспечение на компьютере и нажмите кнопку «Запустить и панель инструментов свойств», чтобы настроить регистратор для используемых внешних датчиков.

Задайте имя станции ведения журнала и интервал сбора данных. Затем на экране Свойства щелкните Включено на используемых внешних портах датчика и выберите датчик и устройство в раскрывающемся меню для каждого порта датчика. Наконец, нажмите Ok, чтобы сохранить настройки.

Загружайте набор данных один раз в месяц и получайте полную запись за несколько месяцев, охватывающую вегетационный период. Для анализа данных температурных записей получают среднюю почасовую температуру вегетационного периода путем усреднения всех наблюдений. Чтобы получить среднюю температуру для каждого часа в день, усредните температуру в один и тот же час во все дни в течение вегетационного периода.

В сложной камере запустите программное обеспечение и нажмите кнопку Профиль на экране главного меню, чтобы создать новый файл. В строке Ввод имени файла введите SW Low. Нажав на опцию Мгновенное изменение, введите 15,9 градуса Цельсия в качестве начальной температуры.

Введите два в строку «Минуты», чтобы поддерживать температуру в течение двух минут, и нажмите кнопку «Готово». Затем под опцией Ramp Time введите 15,9 градусов по Цельсию в качестве целевого заданного значения и в строке «Часы» введите 850 часов для поддержания температуры, нажмите кнопку «Готово». Во второй камере добавьте пять градусов Цельсия к каждому температурному узлу.

Создайте новое имя файла SW High и повторите шаги, показанные выше. В третью камеру добавьте 23 дополнительных шага, соответствующих 23 наблюдаемым почасовым температурам почвы, и на последнем шаге, называемом Jump, установите 42 повторяющиеся петли. Это приводит к сценарию постепенного потепления или GW Low.

В четвертой камере добавьте пять градусов Цельсия к каждому температурному узлу и повторите шаги, показанные ранее. Это позволит моделировать различные температуры в течение 42 дней при более высоком температурном уровне. провести предварительный прогон в течение 24 часов и вывести температуры, зарегистрированные четырьмя камерами.

Постройте график температур, зарегистрированных камерами, против тех, которые запрограммированы. Если температуры, достигнутые в камере, совпадают с температурами, запрограммированными разницей температур менее 0,1 градуса Цельсия в течение 24 часов, камеры подходят для эксперимента по инкубации почвы. Если критерии не были удовлетворены, повторите еще один 24-часовой тест или обратитесь за новой камерой.

Рядом с зоной температурного зонда соберите пять образцов почвы на глубине от нуля до 20 сантиметров и положите их в полиэтиленовый пакет после удаления поверхностного слоя подстилки. Тщательно перемешайте образец, скручивая, прессуя и смешивая материалы в мешке до тех пор, пока не будет виден отдельный образец почвы. Храните образцы в охладителе, наполненном пакетами со льдом, и немедленно транспортируйте образцы в лабораторию.

Удалите корни в каждой сердцевине. Просейте его через почвенное сито в два миллиметра и тщательно перемешайте и гомогенизируйте образец. Взвесьте 10 грамм свежей почвы.

Высушите его в духовке в течение 24 часов при температуре 105 градусов Цельсия и взвесьте сухую почву. Извлеките разницу между образцами свежей и сухой почвы и рассчитайте соотношение разницы по весу сухой почвы, чтобы определить содержание влаги в почве в электронной таблице. Взвесьте 10 граммов полевой влажной почвы и количественно оцените углерод микробной биомассы почвы методом фумигации хлороформом, экстракции сульфата калия и методов сбраживания калия на сульфат.

Затем взвесьте один грамм полевого влажного грунта и измерьте почвенную гидролитическую и окислительную внеклеточную ферментную активность. Затем взвесьте 16 полевых влажных почвенных субпроблей в 16 сердечниках ПВХ, запечатанных стекловолоконной бумагой на дне. Поместите стержни в литровые каменные банки, выстланные слоем из стеклянных шариков, чтобы убедиться, что сердечники не впитывают влагу.

Поместите четыре банки в каждую из четырех камер. Включите камеры и запустите программу одновременно в четырех камерах. Во время инкубации возьмите все банки в каждой из четырех камер и поместите цвет портативного газоанализатора углекислого газа поверх каждой банки, чтобы измерить скорость дыхания почвы.

Деструктивно соберите все банки в конце инкубации, то есть на 42-й день, и количественно оцените активность углерода микробной биомассы почвы и почвенных ферментов. Предполагая постоянную частоту дыхания между двумя последовательными коллекциями, используйте частоту дыхания, умноженную на продолжительность, чтобы получить кумулятивное дыхание. Провести трехсторонний анализ дисперсии или ANOVA для проверки основных и интерактивных эффектов времени, температуры и температурного режима на скорость дыхания и кумулятивное дыхание.

Кроме того, провести двустороннюю ANOVA для проверки воздействия сценария потепления и потепления на углерод микробной биомассы и активность внеклеточных ферментов. Здесь представлена иллюстрация режима изменения температуры в эксперименте по потеплению почвы. Здесь показаны постоянная температура, принятая большинством исследований, постоянная температура с различной величиной, линейное изменение с положительными и отрицательными скоростями и нелинейное изменение с нерегулярными и суточными паттернами.

На этом рисунке показана средняя кумулятивная скорость дыхания почвы под контролем и согревающая обработка при поэтапном потеплении и постепенном потеплении в 42-дневном эксперименте по инкубации почвы. Вставки показывают коэффициенты дыхания почвы, применяемые для оценки и кумулятивного дыхания при условии постоянной скорости дыхания. Результаты показывают, что потепление привело к значительно большим потерям дыхания в обоих сценариях потепления, а постепенное потепление удвоило вызванную потеплением потерю дыхания по сравнению с ступенчатым потеплением, 81% против 40% Средний микробный углерод биомассы под контролем и обработка потепления поэтапно и постепенное потепление в 42-дневном эксперименте по инкубации почвы представлены на этом рисунке.

Здесь S обозначает значительный эффект сценария потепления, основанного на трехсторонних повторных мерах ANOVA. Этот рисунок представляет собой среднюю активность гидролаз и оксидаз под контролем и согревающую обработку в поэтапном и постепенном нагревании в 42-дневном эксперименте. После разработки этот метод проложил путь для биогеохимиков почвы для изучения влияния различных сценариев потепления на дыхание почвы и микросхемы путем сложного программирования в камере.