Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Kalibrasyon ve kapasite sensörler kullanımı ağaçlarda kök su içeriği izlemek için

Published: December 27, 2017 doi: 10.3791/57062
Automatic Translation
1, 2, 3
1Department of Geological Sciences, Jackson School of Geosciences, University of Texas at Austin, 2METER Group, Inc., USA, 3Department of Civil, Environmental and Geodetic Engineering, Ohio State University

Summary

Biyokütle hidrolik kapasite kısa ve uzun süreli kuraklık streslere karşı bir tampon görevi görür bitki örtüsü su bütçesinin önemli bir bileşenidir. Burada, kapasitans sensörler büyük ağaçlar köklerini su içeriği izlemek için bir protokol kalibrasyon ve toprak nemi kullanımı için mevcut.

Abstract

Su taşıma ve Depolama Birimi'ni toprak-bitki-atmosfer süreklilik karasal su döngüsü için önemlidir ve bir büyük araştırma odak alan haline gelmiştir. Biyokütle kapasitans kaçınma terleme için hidrolik bozukluğu önemli bir rol oynar. Ancak, yüksek zamansal çözünürlük ölçümler büyük ağaçlar hidrolik kapasite olarak dinamik değişiklikler nadirdir. Burada, kalibrasyon ve kapasite sensörler, genellikle toprak su içeriği, hacimsel su içeriği alanında ağaçlarda ölçmek için izlemek için kullanılan kullanımı için yordamlar mevcut. Frekans etki alanı reflectometry tarzı gözlemler okudu medya yoğunluğu duyarlıdır. Bu nedenle, Dielektrik geçirgenlik sensör tarafından rapor edilen değerleri hacimsel su içeriği dönüştürmek için species-specific kalibrasyonlar gerçekleştirmek gereklidir. Kalibrasyon bir hasat şube veya kurutulmuş veya sensör gözlemleri ile en uygun regresyon oluşturmak için kullanılan su içeriği tam bir dizi üretmek için yeniden sulu bölümler halinde kesmek kök üzerinde gerçekleştirilir. Sensörler kalibrasyon kesimleri içine eklenen veya uygun matkap uyum sağlamak için fabrikasyon bir şablonu kullanarak uygun bir hoşgörü için ön delik sonra ağaçlarda yüklü. Özen özel sensör çatalın dişlerini çevreleyen ortam ile iyi temas onları aşırı güç eklenecek izin verirken emin olmak için. Hacimsel su içerik dynamics sunulan metodoloji gözlenen ısı dağılımı teknikleri ve çevresel zorlanıyor veri kullanarak kaydedilen su akışı ölçümleri ile hizalayın. Biyokütle su içerik verileri başlangıcı su stresi, kuraklık yanıt ve kurtarma gözlemlemek için kullanılabilir ve kalibrasyon ve değerlendirme yeni bitki düzeyinde hidrodinamik modellerin yanı sıra uzaktan bölümleme uygulanması için potansiyel hissetti Yukarıdaki ve belowground bileşenleri nem ürünlere.

Introduction

Bitki materyali içinde depolanan su fabrikaları yetenek kısa ve uzun vadeli su stres1,2ile başa çıkmak için önemli bir rol oynar. Bitki kökleri, sapları, su depolamak ve yaprakları (Örneğin, xylem gemiler) hücre içi ve hücre dışı alanlarda 2,3,4. Bu su 10 ve % 50 diurnally transpired su2,5,6,7,8arasında katkıda bulunmak için gösterilmiştir. Bu nedenle, bitki hidrolik kapasite karasal su dengesinin önemli bir bileşeni, su stresi, kuraklık yanıt ve kurtarma1bir göstergesi olarak kullanılabilir ve arasında gözlenen zaman gecikme için düzeltmek gerekli önemli bir faktördür terleme ve sap9,10,11akışı. Bitki örtüsü su içeriği gerçek zamanlı izleme de tarım uygulamalarında meyve bahçesi sınırlamak ve sulama sulama verimi12,13artırmak için kırpmak yardımcı olmak için kullanılabilir. Ancak, sürekli, in-situ kök-su içeriği odunsu türler7,14,15,16,17,18, ölçümleri göre sap akı ölçümleri20 19 nadirdir. Burada, bir yordam içinde ağaçlar5,21kaynaklanıyor hacimsel su içeriği izlemek için kapasite sensörler kalibrasyonu için anahat.

Hidrodinamik davranışları ve su kullanımı Yönetmeliği bitki örtüsü toprak-bitki-atmosfer süreklilik22,23 ayrılmaz bir bileşeni ve bu nedenle önemli denetimler arasında su ve karbon tozlar için Biyosfer ve atmosfer24,25. Kök su içeriği dinamikleri biyotik ve abiyotik faktörler tarafından etkilenmiştir. Tükenmesi ve şarj kök depolanan su kısa ve uzun vadeli eğilimler çevre koşulları, özellikle, buhar basıncı açığı etkilenen ve su içerik1,26toprak. Bir bitkinin yeteneği depolamak ve su kullanımı ahşap27 (örneğin, yoğunluk, gemi yapı) ve acil hidrolik strateji25 (örneğin, ISO - veya anisohydric stomatal yönetmelik) fiziksel özelliklerini belirlemek 19 , 26 , 28ve türlerin29,30tarafından yaygın olarak değişebilir. Önceki çalışmalarda kapasite tropikal16,27,31,32,33 ve ılıman5,7 farklı rolleri göstermiştir ,21 türler ve her iki kapalı tohumlular1,2,34 ve Gymnosperm'lerden6,11,17,19.

Biyokütle su içeriğinin gelişmiş bilgi su edinimi için bitki örtüsü stratejiler anlayış geliştirmek ve1,2, türün güvenlik açığı yağış rejimleri35 öngörülen değişikliklere birlikte kullanın ,36. Daha fazla bitki su kullanımı stratejileri değişen demografik desenler gelecek iklim senaryoları37,38altında tahmin yardımcı olacak anlamak. Modeli veri tümleştirme teknikleri39,40,41, bu yöntemi kullanarak elde edilen veri bilgilendirmek ve ölçeklenebilir, bitki düzeyinde hidrodinamik sınamak için kullanılan kök su içeriği modelleri 42,43,44 stomatal gürültülerinden hesaplamaları geliştirmek ve böylece, terleme ve fotosentetik karbon alımını imkanı. Bu gelişmiş hidrodinamik modellerin belirgin bir şekilde azaltılmasına belirsizlik ve hata daha büyük arazi-yüzey ve Earth sistemleri modelleri25,45,46dahil sağlayabilir, 47,48.

İzlemek veya kök su içeriği hesaplamak için kullanılan bir yöntem örnekleme33,49, elektronik dendrometers2,15,50, elektrikli rezistans ağaç dahil 51, gama radyasyon zayıflama52, döteryum izleyiciler19, ağlar, sap akı sensörler32,33,53, psychrometers49, kök ve genlik11 ve saat4,12,13 etki alanı reflectometry (TDR). Son çabaları geleneksel olarak toprak hacimsel su içerik5,18,21,27ölçmek için kullanılmış olan kapasite sensörler canlılık test ettik. Frekans etki alanı reflectometry (FRD)-stil kapasitans sensörleri düşük maliyet ve yüksek zamansal çözünürlük ölçümleri için çekici bir araç alan senaryolarda geliştirmelerde sürekli ölçümler için enerji nispeten az miktarda kullanın. TDR tarzı sensörler üzerinde FDR otomasyon kolaylığı sürekli güneş-saat veri kümeleri koleksiyonunu kolaylaştırır ve birçok önemli kablo uzunlukları13gerektiren TDR ölçümlerde içsel sorunları ortadan kaldırır. İn-situ kapasitans sensörler kullanımı tekrarlayan örnekleme veya şube hasat gereksinimini ortadan kaldırır ve Geliştirilmiş doğruluk parke türler için sağlayabilir.Xylem gemiler gibi hücre dışı alanlarda başta olmak üzere su çekmek veya yüksek ahşap veya kabuk dönmeler esneklik, odunsu türler genellikle popüler dendrometer ölçüm teknikleri nedeniyle düşük elastik kök genişleme için iyi bir aday değildir 2. kapasite sensörleri hacimsel su içeriği doğrudan dönüştürülebilir Dielektrik geçirgenlik tahmin ediyoruz. Ancak, kapasitans ölçümleri sensör çevreleyen ortam yoğunluğunu duyarlıdır. Bu nedenle, hacimsel ahşap-su içerik5,21' e sensörler çıkışını dönüştürmek species-specific kalibrasyonlar için savunucusu.

Biz kapasite sensör çıktı için ahşap hacimsel su içeriği dönüştürmek için species-specific bir ayar için bir iletişim kuralı mevcut. Ayrıca sağlanan alan yükleme kapasitans sensörlerin olgun ağaçlarda ve yöntemin güçlü, zayıf ve varsayımlar tartışılması için talimatlar vardır. Bu teknikler gövde, en büyük ağaç su depolama haznesi8, hacimsel su içeriği izlemek için tasarlanmıştır ama bütün ağaç dalları boyunca ek sensörler yüklemesinde için kolayca genişletilebilir. Dinamik bitki su içeriği ölçümleri bitki örtüsü hidrodinamik, biometeorology ve arazi-yüzey modelleme alanlarında ilerlemek olacaktır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. bir ağaç araçları için seçin

  1. Ağaç ölçümü için seçin. İdeal olarak, genellikle yuvarlak kök kesiti ve 1 - 2 kez tine uzunluğu veya sensör çatalın dişlerini (~ 5 cm aşağıda gösterildiği belirli kapasitans sensörler için) uzunluğundan büyük bir sapwood derinlik arasında çapı ile sağlıklı ağaçlar seçin. Ağaç çekirdeği kullanan sapwood derinliğini ölçmek veya sapwood derinlik Allometrik denklemleri standart çapı teypten tarafından ölçülen çap 29,54, kök sapwood alanı ile ilgili aracılığıyla pek çok tür için hesaplamak.
    Not: Ancak, kapasitans sensörleri bazı türleri uygun bir uzunluk ölçüm hassasiyeti olumsuz etkilemeden adım 1.2 takip için kesilmiş olabilir mümkün olabilir. Tek kapasite sensörleri ile kablolama içermeyen katı ölçüm çatalın dişlerini kesilmiş kesmek veya. Ayrı kalibrasyon kesilmiş algılayıcılar için gereklidir. Bu nedenle, ağaç seçin ve uygun tine önce kalibrasyon prosedürü belirlemek.
  2. Uygun ağaç çapı ve sapwood derinliği dayalı sensör çatalın dişlerini belirlemek.
    Not: Kapasite sensörler nem bilgi sensör diş, Luzunluğu üzerinde entegre. bu nedenle çapı L ve 2 L arasında olduğunda sağladıkları entegre gözlem tüm kök temsilcisi olduğunu kabul . (Bakınız Bölüm 4.2) yüklemeden önce ölçüm alanından kaldırılır gibi kabuk ve phloem ölçüm etkilemez.
    1. Ağaçlar öyle ki diş kök karşı tarafına nüfuz değil L (bkz. Adım 1.3) kök çapı daha büyük olduğu için sensörler kırpın.
    2. Sapwood ve cebire kombine sinyalini nerede çapı 2Lbüyüktür, ama sapwood derinlik Lazdır ağaçlar için sensörlü ölçmek.
      Not: Bu iki doku türlerinde su içeriği farklı olarak, gözlem tüm kök temsilcisi olduğu varsayılır, bu bir önyargı neden olabilir. Bu gibi durumlarda, ya da ne zaman kullanıcı sadece sapwood su dalgalanmalar, çatalın dişlerini gerekir kesilmiş sapwood derinlik gözlemleri sapwood (active xylem) su içerik dalgalanmaları temsil edecek şekilde sensör ilgileniyor sadece. Sapwood derinlik Lbüyük olduğunda, sadece sapwood gözlemleri temsil, ama sensör kesilmiş olabilir gerekmez.
  3. (Adım 1.2.1 ve 1.2.2 belirtildiği) gerekiyorsa, belirtilen uygulama için uygun sensör kesti. Sensör çatalın dişlerini kesmek için güvenli bir şekilde bir tezgah için sensör Klamp ve uygun koruyucu ekipman giyerken, çelik kesme disk ile donatılmış bir güç döner aracı her tine tam olarak aynı uzunlukta kesmek için kullanın.

2. hasat ve ahşap Species-Specific kalibrasyon oluşturmak ilgi bütün türlerin örnekleri hazırlamak

  1. Gövde, Juvenil kök veya büyük şube en az 6 cm çapında ilgi türlerden toplamak. Büyük çap sensör kapatan odun miktarını en üst düzeye çıkarmak için tercih edilen ve en yakın saha ölçümleri için gövde yoğunluğu yaklaşık. Bağlı tüm dalları veya yaprakları ve tüm liken ve gevşek malzeme kaldırın.
    Not: daha fazla tartışma şube farklılıkları nedeniyle belirsizlik için tartışma bölümüne başvurun ve yoğunluk kaynaklanıyor.
  2. Kök ~ 15 cm uzunluğu 25 veya daha fazla silindirik bölüme kesiminde.
  3. Her kesimi etiket ve ortalama çapı ve her uzunluğunu kaydedebilirsiniz. Kesimleri birim bir silindir hacmi yaklaşık.
  4. Segmentleri fark rehidrasyon ve kurutma için iki gruba ayırın. Yaklaşık 1/3 suyla temasa bir su banyosu segmentlerinde ve diğer 2/3'ü bir kurutma fırın segmentlerinde dehydrate 60 ° C yerleştirin. İki kesimi hemen ölçüm için ayrı tutmak: tercihen bir kök ve bir--dan bir son uzunluğunu orta.
    Not: Genellikle, 60 ° C'de kurutma kesimleri ~ 2 hafta sonra tamamen kurumuş ve tam olarak ~ 3 gün sonra rehydrated. Bireysel segmentler fırın/su banyosu kaldırmak ve (bkz. Adım 3.7) günlük ya da iki kez günlük aralıklarla ölçün. Ölçümler olası hacimsel su içeriği en büyük aralığını kapsayan bir degrade üretmek için.

3. Kalibrasyon sensör çıktı ve hacimsel su arasındaki ilişki içerik

  1. Kapasitans sensör bir veri günlüğü aygıt üreticisi tarafından sağlanan yönergeleri izleyin ve gerçek zamanlı sensör okuma görselleştirme için bilgisayara bağlayın. 30-veri toplama için zaman aralığı ayarlarken s.
  2. Bir premade Delme şablonu kullanarak düzenlenen güvenli bir şekilde yerine hizalama ve Matkap biraz kapasite sensör (bu deneyde kullanılan sensör için 3.57 mm) dişler çapı daha küçük korumak, dikey iki ile üç delik delme için ikinci seti delikleri arasındaki potansiyel hiçbir çakışma olduğundan emin olmak için birkaç santimetre dikey ayrılması ahşap segment çevresinde yaklaşık 150 ° uzak yer. Adım 2.4 ölçümleri ilk kümesi için kenara ahşap parçaları kullanın.
  3. Segment ve kayıt yakın 0,01 g ağırlık ölçüm anda tartın. Kap parçaları ek kurutma önlemek için plastik wrap ile biter.
  4. Hemen sonra Tartma, kapasitans sensör bir alkol bez ile dişler temiz ve çelik dişli olan hiçbir bölümü görünür olacak tamamen, kök segment ekleyin. Stabilize etmek için çıktı ekranda okuma ölçüm için bekleyin (2-3 dk, genel olarak). Sensör Çıkış sıcaklığı, elektriksel iletkenlik ve Dielektrik geçirgenlik (εb) her 30 kayıt s 5 min ve compute ortalama 10 ölçümler için.
  5. Yavaşça sensör segmentten kaldırmak, bir alkol bez ile dişler temiz ve sıfır olarak dönmek çıkış okuma bekleyin. Adım ileriye 3.3 önceden açılmış delikleri ikinci kümedeki ölçüm yordamı yineleyin.
  6. Plastik sonuna kaldırmak ve kök segment kurutma fırında yerleştirin. Tamamen yazılıolduğu izin (genellikle 2 hafta, ya da ağırlık birkaç gün için stabilize kadar).
  7. 3.3 3.7 aracılığıyla tüm kesimleri için yineleyin. Parça kurutma fırından çıkarın ve daha sık ölçmek (günde) kurutma, ilk nem kaybı daha son birkaç gün (günlük) daha yüksek oranda nedeniyle ilk birkaç gün içinde. Aşırı su tartı ve ölçü önce bir kağıt havlu kullanarak su banyosu kaldırıldı kesimleri yüzeyinden kuru.
Tüm rehydrated kesimleri ölçülen kadar günde bir rehydrated kök segment ölçmek.
  • Tam kuruma sonra tüm kök segmentleri son kuru ağırlığının kaydedin.
  • Hacimsel su içeriği (VWC, cm3su /cm3ahşap) her kök segment ölçüm, aşağıdaki formülü kullanarak zaman hesaplamak:
    Equation 1(1)
    Burada Vw hacmi su (cm3) ve Vkök kök segment (cm3) 1.2 adımda hesaplanan hacmi olmasıdır.
    1. Ölçüm zaman içinde her parça su hacmi hesaplamak:
      Equation 2(2)
      Mw (g) kök segmentte kitle su ölçüm ve ρw anda nerede su (1 g cm-3) yoğunluğudur
    2. Ölçüyü zamanda su her segmentte kitle hesaplamak:
      Equation 3(3)
      Burada Mıslak kök segment kitle ölçüm (g) sırasında olan ve Mkuru son ağırlığı (g) parçasının olduğunu.
  • Bir istatistiksel analiz yazılım paketi kullanarak oluşturmak sensörü gözlenen Dielektrik geçirgenlik ve VWC (şekil 1, Tablo 1) arasında en uygun doğrusal regresyon.

    • Figure 1
    Şekil 1: örnek kalibrasyon eğrileri. Quercus rubra, Acer rubrum, Betula papyrifera, kavak grandidentatave parçalar 1 ve 2 Bu protokol aşağıdaki Pinus strobus için oluşturulan kalibrasyon eğrileri. Denklemler ve kararlılığı katsayıları her Tablo 1' deki için sağlanır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

    m b R2
    B. paprifera 0.048 -0.098 0.967
    A. rubrum 0.067 -0.158 0.853
    S. rubra (kısaltılmış) 0.120 0.041 0.636
    S. rubra 0.058 -0.109 0.718
    P. grandidentata 0.023 -0.028 0.887
    P. strobus 0.030 -0.072 0.900

    Tablo 1: Kalibrasyon denklemler dönüşüm için ε b için VWC beş ılıman ağaç türünün. Katsayıları değilim ' ve 'b' standart formdaki bir doğrusal denklem için sunulmaktadır: VWC = m * εb+ b.

    4. kapasite sensörler ağaçlarda saha ölçümleri için yükleme

    1. Sensör yüklemeden önce kök çapı ve her sensör konum için zemin yüzeyi üzerindeki yükseklik kaydeder. Genellikle, bagaja VWC izlemek için bir sensör ~0.5 m zemin yüzeyi yukarıda yerleştirin ve ilk büyük dallanma split (~7.5 m zemin Şekil 2) hemen altında ikinci bir yer.

    Figure 2
    Şekil 2: örnek alan deneme kurulumu. Sensör yerleri ve olgun bir ağaç bir veri kaydı İstasyonu'na bitişik yönde bir şematik diyagramı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

    1. Cambium kabuğu kaldırmak ve düz bir yüzey nereye belgili tanımlık duyumsal-ecek var olmak oluşturmak bir beraberlik bıçak kullanarak yüklü. Bu yüzey geniş ve düz kadar dişli olan hiçbir bölümü maruz öyle ki yüklendiğinde sensör floş ağacının yüzeye karşı oturur olduğundan emin olun. Çıkarmak belgili tanımlık kabuk ve cambium ölçümleri sadece su içeriği xylem, kabuğu veya phloem su içeriği ise hariç eklediğinizden emin olun.
    2. Dişler için delik. Bir matkap biraz dişler çapı daha küçük daha yumuşak ahşap için biraz daha yakın gerçek boyuta çatalın dişlerini daha sert tahta (3.57 bu protokol için kullanılan olarak mm) için kullanırken. Yüksek kalite ölçülerini sensör dişli olan ahşap ile iyi iletişim yapmak sağlamak. Olacak bu yana düzenli olarak, sensör kaldırmak için bir ihtiyaç kalibrasyon prosedürü sırasında olduğu gibi biraz daha küçük bir matkap kullanılabilir burada kalibrasyon için kullanılan bir daha.
    3. Herhangi bir kir veya cilt yağlar kaldırmak için bir alkol bez ile sensör çatalın dişlerini temiz ve sensör önceden delinmiş deliklere yerleştirin. Sensör ekleme üzerine çok fazla direniş karşılıyorsa, yavaşça yağmur ve onları biraz genişletmek için yeniden delik. Tüm üç dişli olan tam olarak eklenir ve sensör vücut floş ağaç gövdesi karşı oturur emin olun.
    4. Bir silikon bazlı mastik sensör akış delikleri girmesini kök tutmak yardımcı olmak için ve haşere istila önlemek için ağaç gövdesi karşı mühür için kullanın.
    5. Harici Isıtma önlemek için yansıtıcı yalıtım sensörlü kapsar.
    6. Üreticileri özellikleri, tüm sensörler 12 V güç kaynağı ve uyumlu veri logger bağlayın. Kullanım verileri toplama aralıkları 5 dk sensörler alanında dağıtılan ama gücünü sınırlayarak, örneğin, güneş/pil nerede güç sitelerdeki korumak için kullanmak daha uzun aralıklarla siteleri işletilen.

    5. Kalibrasyon eğrisi kullanarak kök-su depolama için ham verileri işlemek

    1. 2.9. adımda oluşturulan kalibrasyon eğrisi denklemi kullanarak, sensör çıktı VWC için bütün gözlemler için dönüştürün. VWC genellikle cm3 /cm3 veya bir yüzde olarak ifade edilir. Yüzde VWC bu nedenle 0 ile % 100 arasında aralığı olacaktır.
    2. Faiz (cm3) iki ölçüm yükseklikleri arasında toplam hacmi entegre (Örneğin, Şekil2: 0,5 m ve 7, 5 m) kök çapı değişikliklerle doğrusal olarak yükseklik varsayarak tarafından.
    Burada gözlem gösterir tüm kök ağaçlar için (Yani, ağaçlar çapları arasında L ve 2Ldeğiştirilmemiş sensörleri kullanarak, bir veya daha ince ağaçlar nerede sensör kök çapına kesilmiş 2.2 bölümüne bakın), denklem 4 kullanın:
    Equation 4(4)
    H sensörleri arasındaki yükseklik farkı (dikey mesafe) nerede (örneğin, Şekil2: 700 cm) ve r1 ve r2 kök (cm) yarıçaplarını alt ve üst sensörler Mekanlar, anılan sıraya göre.
    Ağaçları nereye sensörleri bir tahmini sadece sapwood su sağlamak için EQ 5 kullanın (bkz. sensör uzunluğu belirlenmesi, Bölüm 1.2) içeriği:
    Equation 5(5)
    s1 ve s2 sapwood derinliği (cm) alt ve üst alıcıları yerlerde sırasıyla nerede.
  • Kök - veya sapwood - ses düzeyini hesaplamak faiz toplam hacimce ağaç ortalama VWC çarparak su depolanan.

    • Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    Bu bölümde, biz üç Acer rubrum bireylerde kök-su depolama alanı ölçümleri ayrıntılı bir analizini 2016 büyüyen sezonunda ardından beş yaygın Doğu orman ağaç türü, kalibrasyon verileri mevcut. Kalibrasyon eğrileri Acer rubrum, Betula papyrifera, Pinus strobus, kavak grandidentata ve Quercus rubra (şekil 1) için üretildi. Eğrileri yamaçları kadar % 97,7 P. grandidentata ve species-specific kalibrasyon gerçekleştirmek için ihtiyaç gösteren A. rubrum (Tablo 1) için doğru VWC ölçümler elde etmek farklıydı. Hacimsel su içeriği ağaç kök zemin yüzeyi üzerinde 0,5 m temelini ve canlı taç, 7, 5 m zemin yüzeyi (Şekil 2) yukarıda temelini takip. Gündüz tükenmesi ve ikmal VWC ile VWC alt yer (şekil 3) daha büyük diurnal değişkenlik gösteren en iyi ölçüm noktası, her iki konumda da tespit edildi. VWC en iyi ölçüm yeri VWC alt ölçüm yeri 0.95 cm3/cm3' e 0,72 değişiyordu iken 0,55 0,88 cm3/cm3' e, arasında değişiyordu. Terleme sırasında su yapraklarından kaybetti ve en hızlı bir şekilde distal dalları tükenmiş. Bu nedenle, bu VWC canlı tabanında ölçülen aşağıdaki depolama aktif olarak çekilmiş zaman taç Bagaj tabanında daha düşük olmalıdır. Her iki konumda ölçülerde aynı genel eğilimleri büyüyen sezonunda (şekil 3) gösterdi.

    Kök su içeriği değişen gözlenen diurnal dynamics değerlendirmek için değişim kök-ortalama toplam su içeriği, ΔStorage (g/s), (şekil 4) içinde zaman oranı hesaplanır. ΔStorage aynı anda Grainer tarzı ısı dağılımı sensörler55kullanarak ağacında toplanan akı verileri SAP karşılaştırıldı. ΔStorage negatif değerler gövde su depolama azalma oranını gösterir. Depolama değişimler başladı geride gecikmeli sap akı yarım saat ile iki saat arasında iken Şafak (6:00 am), kısa bir süre sonra gerçekleşmesi (~ 8:00 am). Genel olarak, sap akı ve terleme arasında gecikme süreleri at bir saat9' dan biraz daha fazla tahmin edilir. Depolama öğle ve 4:00 arasında yavaş tükenmesi de öğleden sonra56,57boyunca sap akı eğrinin asimetrik şekli sorumludur gün ortası stomatal kapatma bağlanabilir. Uyum içinde köklü sap akı teknikleri ve depolama ölçüm prosedürü kullanılarak elde edilen sonuçlar kapasitans sensörler hızlı değişiklikler kök su depolama olgun ağaçlar dinamikleri yakalama yeteneği gösterir.

    Üç farklı Acer rubrum olgun (çapları meme yükseklikte DBH: 29.1 cm, 28,3 cm, 22,7 cm) Kuzey Michigan'da bir orman araştırma sitedeki 2016 büyüyen sezonunda izlenir. Toplam kök su deposuna gövde (şekil 5A) birim üzerinde bağımlı olmakla birlikte, tüm üç kişi şarj ve stok yenileme sap mevsimlik eğilimleri ile tutarlı sergilenen akı (şekil 5B) ve kullanılabilir toprak nemi En iyi 1 m Derinlik içinde (şekil 5C). Kök depolanan su, sap akı ve toprak nemi tüm onların en düşük fiyat yaz sonunda genişletilmiş interstorm döneminde, gün yıl (DOY) 200-225 vardı. Vasıl bu zaman, sap akı ve kök su içeriği azaltılmış anlamlı tüm izlenen bireylerde. A. rubrumöncesi kuraklık düzeylere rebound kök-su depolama için gereken süreye dayalı, yaklaşık 10 gün olacağı kuraklık kurtarma zaman gözlenen düşüş % %5,6 10'una gelen yanıt toprak su içerik tahmin.

    Figure 3
    Şekil 3: örnek alan izleme deney sonuçları kök su içeriği 0.5 ve Acer rubrum 7, 5 m yükseklikte (DBH 29.1 cm =). Yerden 7, 5 m su içeriği genellikle 0,5 m. 7, 5 m su içeriğine Diurnal dalgalanmalar daha yakın yer seviyesine kaydedilen büyük su içeriği düşük kaldı. Kök su içeriği her iki yüksekliklerde artışlar (mor olarak gösterilen) yağış, kök su içeriği DOY 210 ve 225 hiç yağış çok az gerçekleştiği 2016 arasında büyük bir azalma ile izleyen gün için denk. Kayıp verileri geçici güç kesintisinden sonucudur. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

    Figure 4
    Şekil 4: örnek sonuçları üzerinden su akışı ve kök su içeriği değişim oranı tarafından ölçülen su akışı içinde gecikme süresi karşılaştırarak bir deneyi. Su akışı aynı anda kök su içeriği metodoloji Matheny, et al. özetlenen bir Acer rubrum aşağıdaki ile izlenen yapıldı. 29 ortalama diurnal Su Debisi (mavi) ve zaman Türev Kök su depolama (ΔStorage, turuncu) olarak hesaplanan aşağıdaki Matheny, vd. 5 5 ne zaman toprak nemi olmayan (DOY 245-250, 2016) sınırlaması gün boyunca gösterilir. Gölgeli alanlar 5 günlük pencere boyunca standart sapma gösterir. ΔStorage yaklaşık 2 saat sonra (8:00) artırmak sap akı başladığı zaman kısa bir süre sonra Şafak (6:00), sonra azalmaya başlar. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

    Figure 5
    Şekil 5: Örnek kök su depoda üç Acer rubrum 110 gün boyunca izleme bir deneyi kaynaklanır. Kök su depolama üç Acer rubrum farklı gövde boyutları 2016 büyüme mevsimi (A)seyri boyunca şort sınıf başkanı. 15 Acer rubrum Matheny, et al. prosedürleri aşağıdaki aynı ormanda izlenen sap akı görüldüğü eğilimleri için kök su depolama mevsimlik eğilimler denk 29 (B).Gölgeli alan standart sapma ortalama günlük entegre sap akı düz çizgiyi temsil ederken bireysel ağaçların arasında karşılık gelir. Her ikisi de su depolama kök ve sap akı dan Acer rubrum toprak su içeriği (SWC), üst toprak derinliği ve yağış (C)1 m üzerinde tümleşik olarak kalıpları izledi. Kayıp verileri geçici güç kesintisinden sonucudur. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    Mevsimsel ve gündüz desenleri kök su içeriği eşzamanlı sap akı eğilimleri ile sensörleri hizalama kapasite ile gözlenen ve Çevre ölçümleri (şekil 3, şekil 4, şekil 5) zorlama. Rezervuarlar kök su depolama diurnally şarj odunsu dokularında aracılığıyla oranının transprasyon hızı aşan ve mevsimsel toprak nemi kök-su durumu5sınırlar zamanı tükendi. Bu iç kapasite stomatal gürültülerinden hidrolik sınırlamalar karşı değerli bir tampon sağlar ve terleme başlangıcı ve sap akı9arasındaki gecikme süresi için sorumludur. Bu çalışmada, biz depolama 23,3 ve 49.9 m arasında değişen bir maksimum günlük su çekme gözlenen (14,6 ve %22,3) toplam kullanılabilir su içeriği kaynaklanıyor. Kök su içerik nispeten hızlı artış yağış olayları bu çalışmada gözlenen sonra tüm izlenen maples tutarlı ve daha önce5gösterilmiştir. Bu tür davranış kavitasyon dolum ya da çevredeki diğer dokulara21su içeriği hızlı artışlar önerebilir. Bu ölçümler21,58dolumu kavitasyon gözlemleri ile bağlanmak daha fazla araştırma için bir ihtiyaç vardır. Bu önemli bir özelliği, bitki örtüsü su dengesi sürekli ve in situ alan ortamlarda izleme kapasitans sensörler kullanımını kolaylaştırır. Bu metodoloji GS-3 ruggedized toprak nem sensörü kullanarak geliştirilmiştir. Bu sensörler üç katı paslanmaz çelik dişli olan (3.26 mm çap, 5.5 cm uzunluk) özelliği. Yöntem diğer kapasite sensörleri ile kullanmak için adapte edilebilir olsa da, sert ölçüm çatalın dişlerini varlığı üzerinde bağlıdır.

    Species-Specific kalibrasyon hacimsel su içeriği için ağaç türleri farklı ahşap yoğunlukları (şekil 1) ile ölçülen Dielektrik geçirgenlik dönüştürmeye izin verir. Ancak, birkaç doğal varsayımlar içinde sunulan kalibrasyon prosedürü vardır. En önemli kalibrasyon için kullanılan şube veya kök parça ahşap yoğunluğu kabaca ahşap yükleme yeri alanında yoğunluğu eşdeğerdir varsayılır. Şube sırasında ve bazı türler59için iyi anlaşma olmak kök yoğunluğunu gösterilmiştir, bu her zaman büyük60, xylem gemi konik ve düzenleme farklılıkları nedeniyle değildir. Diğer bir önemli faktör kalibrasyon sırasında sensör çatalın dişlerini çevreleyen ahşap miktarıdır. Bazı FDR tarzı sensörler medya sıkıştırılma (≥5 cm) önemli bir derinliği (Yani, hava) diğer malzeme dahil önlemek için tüm tarafların okumalar gerektirir. Kalibrasyon için daha büyük çaplı kesimleri kullanımını yoğunluk farkları ve sıkıştırılma derinliklerine etkisini en aza indirmek için yardımcı olarak hesaplanan laboratuvar VWC ve εb arasındaki anlaşma önemli ölçüde artırabilir.

    Radyal ve çevresel su akışı iyi belgelenmiş61,62,63,64,65,66güncelleştirildiğidir. Bunu izleyen ahşap su içeriği farklılıkları konumu ve derinliği ile aynı şekilde değişir. X-ışını kullanarak bir çalışmada tomografi, bilgisayarlı Fromm, Sautter, vd. 67 bu gerçekten durumda olduğunu gösterdi. Fromm, et al. çalışmalarını 67 de kanıtlandığı önemli yoğunluğu ve erken - VWC farklılıkları ve yüzük gözenekli türler, s. roburlatewood. Zorluklar akışı ve iletkenlik sirkumferansiyel farklılıklar nedeniyle ek sensörler kullanılarak üstesinden gelebilir; Ancak, Radyal ve zamansal yoğunluk varyasyonları daha fazla zorluk mevcut. Mevcut metodoloji yoğunluğu zaman ve mekan içinde sabit olduğunu varsayar. Daha uzun vadeli ölçüm kampanyalarda yoğunluğu ve etkileri68 yaralama nedeniyle akış desenleri değişiklikler endişe de kullanabilirsiniz. Radyal derinlikte su içeriği bazı farklılıklar sensör çatalın dişlerini uzunluğu için değişiklik tarafından ele. Bu çalışmada kullanılan kapasite sensör tarzı sensör işlevinin zarar vermeden kesebilir 5.5 cm uzun katı paslanmaz çelik dişli olan istihdam. Tüm dişli olan tam olarak aynı uzunlukta kesilmiş ve yeni bir ayar yapılmalıdır önemlidir değiştirilmiş sensör kullanarak (bkz. şekil 1 ve Tablo 1, s. rubra kısaltılmış). Dişli ile olan sensörleri kullanarak kısaltılmış için 2 cm, Matheny, vd. 5 farklı dinamikleri sığ etkin bir şekilde yürütülmesi sapwood ve Q.rubratoplu sapwood arasında gösterdi. Bu yöntem su içeriği sığ derinliklerinde incelemek için bir araç sağlar iken (0 < tine boy kesme < 5.5 cm), belirli derinlikleri arasında ayırt etmek için yeteneği yoksun (ı. e. VWC 2 ve 4 cm arasında) veya ilk sensör uzunluğu büyük derinliklerde.

    Bu metodoloji ile en yaygın sorunlar yükleme sırasında ortaya çıkan ve sık sık altında delinmiş veya yanlış hizalanmış delik sonucudur. Sensör ve ahşap arasında iyi temas sağlamak gereklidir, ancak yükleme sırasında aşırı güç kullanımı sensör kırmak neden olabilir. Önceden açılmış delikleri veya sensör çatalın dişlerini kendilerini hizası vardır olay nedeniyle kivrimi sensör vücut için de araç arıza neden olabilir. Sensörler kaldırıldı ve her ölçüm sonra yeniden ahşap ile yeterli temas da kaldırma ağaç veya örnek segment zor ve ekstra bakım yapar korumak için gerekli yakın uygun kalibrasyon prosedürü sırasında gereklidir. Cilt yağlar okuma etkileme yeteneği göz önüne alındığında, yağ veya yükleme ve kaldırma kolaylaştırmak için başka bir yağ kullanımı sensör çıktı aynı şekilde etkileyeceğini varsaymak makul. Alan operasyon sırasında araç başarısızlık en olası nedeni güç veya iletişim kablo zarar nedeniyle kayıptır. VWC büyük sivri, büyük olasılıkla elde edilen kök akıştan çevresinde sensör silikon mühür zarar görmüşse sensör delici veya eksik gözlenmiştir. Bu sivri verilerden posta işleme sırasında filtre.

    Frekans etki alanı reflectometry tarzı kapasite sensörleri hacimsel su içeriği yüksek zamansal çözünürlük en önceki yöntemleri daha büyük ağaçların köklerini ölçülecek etkinleştirin.Bu teknik aynı zamanda önemli kullanılabilirlik ve özellikle parke ağaçları ile az elastik Açılımları ve kasılmalar tarafından izlenen oluşturmak büyük olasılıkla düşük elastik dönmeler için kök-su kapasite kullanımını kazandırabileceğini Elektronik microdentrometers2. VWC ölçümler de güvenen olmak göstermiştir bir başvuru maksimum sıcaklık üzerinde yaygın olarak kullanılan gibi yöntemler tarafından ısı dağılımı tekniği69, toplanan olarak sap akı ölçümlerin doğruluğu artırmak için kullanılabilir kök VWCdeğişikliklere duyarlı. Algılayıcılar düşük maliyetli, düşük güç doğasını dalları için sunulan metodoloji genişlemesi kolaylaştırır ve kökleri, daha kolayca bütün ağaç su dengesi değerlendirmek. Su içeriği ve su akışı verileri, sap akı tarafından izlenen gibi bitki örtüsü hidrolik fonksiyonları gelişmiş görmemizi sağlar.

    Burada mevcut yaklaşım her ağaç türü için genelleştirilebilir ve bu nedenle çapları bir yarım tine uzunluktan daha kalın bir aralık içindeki herhangi bir ağaç su depolama ölçmek için kullanılan ama değil çok kalın dişli olan dinamikleri içinde göstermek için çok kısa olabilir sapwood. Düşük maliyet ve işlem gereksinimleri sunulan yaklaşımın bütün ormanı arsa içinde bir büyük ve anlamlı örnek boyutu yüksek tür çeşitliliği durumlarda bile elde etmek için birçok ağaç işaretlemek sağlar. Orman hidroloji ve ecohydrology içine alan-in su bütçe bilinen ve izlenen bir orman stand gerektiren çalışmalar, bitki terleme ve yanıt-e doğru stok su ve bitki yanıt-e doğru çalışmaları potansiyel uygulamalar içerir kuraklık ve potansiyel ölüm su stres nedeniyle. Bu yöntem ile elde edilen veri-ebilmek var olmak kullanılmış için bitki düzeyinde hidrodinamik modellerin kalibrasyon. Hacimsel kök su içeriği gözlemleri de uzaktan algılama, hangi yerden yukarıda bitki örtüsü için su depolama şimdi ortadan bir gürültü terimdir gelen toprak nemi radar ölçümleri, doğrulanması için benzersiz bir kaynak sağlar. Bu teknik de tarım tarlaları ağaçlar etkili su durumunu izlemek ve sulama düzeni dinamik optimizasyon kolaylaştırmak için kullanılabilir.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    Steven R. Garrity GS3 Ruggedized toprak nem sensörü üretir metre Group Inc çalışanı bu makalede kullanılır.

    Acknowledgments

    Bu çalışma için finansman ABD Enerji Bakanlığı'nın Office bilim, Office biyolojik ve çevresel araştırma, karasal ekosistem Bilimler programı Ödülü No sağladığı yapıldı. DE-SC0007041, Ameriflux yönetim programı kapsamında akı çekirdek Site anlaşma No. 7096915 aracılığıyla Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve Ulusal Bilim Vakfı hidrolojik bilim 1521238 verin. Herhangi bir görüş, bulgular ve sonuç ya da öneriler bu malzeme ifade yazarlar ve mutlaka finansmanı kuruluşları görüşlerini yansıtmamaktadır.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Ruggedized Soil Moisture Sensor METER Group Inc. GS-3 Capacitance sensors
    1/8" drill bit Any N/A
    9/64" drill bit Any N/A
    Drying oven Any N/A
    Chainsaw Any N/A
    Electric drill Any N/A
    Bucket for water bath Any N/A
    Alcohol swabs Any N/A
    Draw knife Any N/A
    Data logger Any N/A
    Silicon sealant Any N/A

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Matheny, A. M., et al. Contrasting strategies of hydraulic control in two codominant temperate tree species. Ecohydrol. 10 (3), e1815 (2017).
    2. Kocher, P., Horna, V., Leuschner, C. Stem water storage in five coexisting temperate broad-leaved tree species: significance, temporal dynamics and dependence on tree functional traits. Tree Physiol. 33 (8), 817-832 (2013).
    3. Holbrook, N. M. Chapter 7. Plant stems: physiology and functional morphology. Gartner, B. L. , Academic Press, Inc. 151-174 (1995).
    4. Wullschleger, S. D., Hanson, P. J., Todd, D. E. Measuring stem water content in four deciduous hardwoods with a time-domain reflectometer. Tree Physiol. 16 (10), 809-815 (1996).
    5. Matheny, A. M., et al. Observations of stem water storage in trees of opposing hydraulic strategies. Ecosphere. 6 (9), 165 (2015).
    6. Waring, R. H., Running, S. W. Sapwood water storage: its contribution to transpiration and effect upon water conductance through the stems of old-growth Douglas-fir. Plant Cell Environ. 1 (2), 131-140 (1978).
    7. Cermak, J., Kucera, J., Bauerle, W. L., Phillips, N., Hinckley, T. M. Tree water storage and its diurnal dynamics related to sap flow and changes in stem volume in old-growth Douglas-fir trees. Tree Physiol. 27 (2), 181-198 (2007).
    8. Betsch, P., et al. Drought effects on water relations in beech: The contribution of exchangeable water reservoirs. Agric. For. Meteorol. 151 (5), 531-543 (2011).
    9. Schäfer, K. V. R., Oren, R., Tenhunen, J. D. The effect of tree height on crown level stomatal conductance. Plant Cell Environ. 23 (4), 365-375 (2000).
    10. Burgess, S. S. O., Dawson, T. E. Using branch and basal trunk sap flow measurements to estimate whole-plant water capacitance: a caution. Plant Soil. 305 (1-2), 5-13 (2008).
    11. Kumagai, T., Aoki, S., Otsuki, K., Utsumi, Y. Impact of stem water storage on diurnal estimates of whole-tree transpiration and canopy conductance from sap flow measurements in Japanese cedar and Japanese cypress trees. Hydrol. Process. 23 (16), 2335-2344 (2009).
    12. Nadler, A., Raveh, E., Yermiyahu, U., Green, S. Stress induced water content variations in mango stem by time domain reflectometry. Soil Sci. Soc. Am. J. 70 (2), 510-520 (2006).
    13. Nadler, A., Raveh, E., Yermiyahu, U., Green, S. R. Evaluation of TDR use to monitor water content in stem of lemon trees and soil and their response to water stress. Soil Sci. Soc. Am. J. 67 (2), 437-448 (2003).
    14. Hernandez-Santana, V., Martinez-Fernandez, J. TDR measurement of stem and soil water content in two Mediterranean oak species. Hydrolog Sci J. 53 (4), 921-931 (2008).
    15. Cocozza, C., et al. Simultaneous measurements of stem radius variation and sap flux density reveal synchronisation of water storage and transpiration dynamics in olive trees. Ecohydrol. 8 (1), 33-45 (2015).
    16. Andrade, J. L., et al. Regulation of water flux through trunks, branches, and leaves in trees of a lowland tropical forest. Oecologia. 115 (4), 463-471 (1998).
    17. Domec, J. C., Gartner, B. L. Cavitation and water storage capacity in bole xylem segments of mature and young Douglas-fir trees. Trees-Struct. Funct. 15 (4), 204-214 (2001).
    18. Holbrook, N. M., Burns, M. J., Sinclair, T. R. Frequency and time-domain dielectric measurements of stem water-content in the arborescent palm, Sabal palmetto. J. Exp. Bot. 43 (246), 111-119 (1992).
    19. Meinzer, F. C., et al. Dynamics of water transport and storage in conifers studied with deuterium and heat tracing techniques. Plant Cell Environ. 29 (1), 105-114 (2006).
    20. Poyatos, R., et al. SAPFLUXNET: towards a global database of sap flow measurements. Tree Physiol. 36 (12), 1449-1455 (2016).
    21. Hao, G. Y., Wheeler, J. K., Holbrook, N. M., Goldstein, G. Investigating xylem embolism formation, refilling and water storage in tree trunks using frequency domain reflectometry. J. Exp. Bot. 64 (8), 2321-2332 (2013).
    22. Bonan, G. B., Williams, M., Fisher, R. A., Oleson, K. W. Modeling stomatal conductance in the earth system: linking leaf water-use efficiency and water transport along the soil-plant-atmosphere continuum. Geosci. Model Dev. 7 (5), 2193-2222 (2014).
    23. Brantley, S. L., et al. Reviews and syntheses: on the roles trees play in building and plumbing the critical zone. Biogeosciences Discuss. 2017, 1-41 (2017).
    24. Bonan, G. B. Forests and climate change: Forcings, feedbacks, and the climate benefits of forests. Science. 320 (5882), 1444-1449 (2008).
    25. Matheny, A. M., Mirfenderesgi, G., Bohrer, G. Trait-based representation of hydrological functional properties of plants in weather and ecosystem models. Plant Diversity. 39 (1), 1-12 (2017).
    26. Chapotin, S. M., Razanameharizaka, J. H., Holbrook, N. M. Water relations of baobab trees (Adansonia spp.L.) during the rainy season: does stem water buffer daily water deficits. Plant Cell Environ. 29 (6), 1021-1032 (2006).
    27. Oliva Carrasco, L., et al. Water storage dynamics in the main stem of subtropical tree species differing in wood density, growth rate and life history traits. Tree Physiol. 35 (4), 354-365 (2015).
    28. Wullschleger, S. D., Meinzer, F. C., Vertessy, R. A. A review of whole-plant water use studies in trees. Tree Physiol. 18 (8-9), 499-512 (1998).
    29. Matheny, A. M., et al. Species-specific transpiration responses to intermediate disturbance in a northern hardwood forest. J. Geophys. Res. 119 (12), 2292-2311 (2014).
    30. Ford, C. R., Hubbard, R. M., Vose, J. M. Quantifying structural and physiological controls on variation in canopy transpiration among planted pine and hardwood species in the southern Appalachians. Ecohydrol. 4 (2), 183-195 (2011).
    31. Holbrook, N. M., Sinclair, T. R. Water-Balance in the arborescent palm, Sabal palmetto. II. Transpiration and stem water storage. Plant Cell Environ. 15 (4), 401-409 (1992).
    32. Goldstein, G., et al. Stem water storage and diurnal patterns of water use in tropical forest canopy trees. Plant Cell Environ. 21 (4), 397-406 (1998).
    33. Borchert, R. Soil and stem water storage determine phenology and distribution of tropical dry forest trees. Ecology. 75 (5), 1437-1449 (1994).
    34. Hernandez-Santana, V., Martinez-Fernandez, J., Moran, C. Estimation of tree water stress from stem and soil water monitoring with time-domain reflectometry in two small forested basins in Spain. Hydrol. Process. 22 (14), 2493-2501 (2008).
    35. Climate change 2013: the physical science basis contribution of working group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. , Cambridge University Press. 1535 (2013).
    36. Konings, A. G., Williams, A. P., Gentine, P. Sensitivity of grassland productivity to aridity controlled by stomatal and xylem regulation. Nat. Geosci. , (2017).
    37. Fei, S., et al. Divergence of species responses to climate change. Science Advances. 3 (5), (2017).
    38. Fisher, R. A., et al. Vegetation demographics in Earthsystem models: a review of progress and priorities. Glob. Change Biol. , (2017).
    39. Dietze, M. C., Lebauer, D. S., Kooper, R. O. B. On improving the communication between models and data. Plant Cell Environ. 36 (9), 1575-1585 (2013).
    40. Bohrer, G., et al. Finite element tree crown hydrodynamics model (FETCH) using porous media flow within branching elements: A new representation of tree hydrodynamics. Water Resour. Res. 41 (11), (2005).
    41. Mirfenderesgi, G., et al. Tree level hydrodynamic approach for resolving aboveground water storage and stomatal conductance and modeling the effects of tree hydraulic strategy. J. Geophys. Res. 121 (7), 1792-1813 (2016).
    42. Gentine, P., Guérin, M., Uriarte, M., McDowell, N. G., Pockman, W. T. An allometry-based model of the survival strategies of hydraulic failure and carbon starvation. Ecohydrol. 9 (3), 529-546 (2015).
    43. Huang, C. -W., et al. The effect of plant water storage on water fluxes within the coupled soil-plant system. New Phytol. 213 (3), 1093-1106 (2017).
    44. Bittner, S., et al. Functional-structural water flow model reveals differences between diffuse- and ring-porous tree species. Agric. For. Meteorol. 158, 80-89 (2012).
    45. Matheny, A. M., et al. Characterizing the diurnal patterns of errors in the prediction of evapotranspiration by several land-surface models: an NACP analysis. J. Geophys. Res. 119 (7), 1458-1473 (2014).
    46. Matthes, J. H., Goring, S., Williams, J. W., Dietze, M. C. Benchmarking historical CMIP5 plant functional types across the Upper Midwest and Northeastern United States. J. Geophys. Res. 121 (2), 523-535 (2016).
    47. Musavi, T., et al. The imprint of plants on ecosystem functioning: A data-driven approach. Int. J. Appl. Earth Obs. Geoinf. 43, 119-131 (2015).
    48. Wullschleger, S. D., et al. Plant functional types in Earth system models: past experiences and future directions for application of dynamic vegetation models in high-latitude ecosystems. Ann. Bot. 114 (1), 1-16 (2014).
    49. Scholz, F. G., et al. Biophysical properties and functional significance of stem water storage tissues in Neotropical savanna trees. Plant Cell Environ. 30 (2), 236-248 (2007).
    50. Scholz, F. G., et al. Temporal dynamics of stem expansion and contraction in savanna trees: withdrawal and recharge of stored water. Tree Physiol. 28 (3), 469-480 (2008).
    51. Borchert, R. Electric resistance as a measure of tree water status during seasonal drought in a tropical dry forest in Costa Rica. Tree Physiol. 14 (3), 299-312 (1994).
    52. Edwards, W. R. N., Jarvis, P. G. A method for measuring radial differences in water content of intact tree stems by attenuation of gamma radiation. Plant Cell Environ. 6 (3), 255-260 (1983).
    53. Phillips, N. G., Scholz, F. G., Bucci, S. J., Goldstein, G., Meinzer, F. C. Using branch and basal trunk sap flow measurements to estimate whole-plant water capacitance: comment on Burgess and Dawson (2008). Plant Soil. 315 (1-2), 315-324 (2009).
    54. Bovard, B. D., Curtis, P. S., Vogel, C. S., Su, H. -B., Schmid, H. P. Environmental controls on sap flow in a northern hardwood forest. Tree Physiol. 25, 31-38 (2005).
    55. Granier, A. Evaluation of transiration in a Douglas-Fir stand by means of sap flow measurements. Tree Physiol. 3 (4), 309-319 (1987).
    56. Brodribb, T. J., Holbrook, N. M. Stomatal closure during leaf dehydration, correlation with other leaf physiological traits. Plant Physiol. 132 (4), 2166-2173 (2003).
    57. Brodribb, T. J., Holbrook, N. M. Stomatal protection against hydraulic failure: a comparison of coexisting ferns and angiosperms. New Phytol. 162 (3), 663-670 (2004).
    58. Taneda, H., Sperry, J. S. A case-study of water transport in co-occurring ring- versus diffuse-porous trees: contrasts in water-status, conducting capacity, cavitation and vessel refilling. Tree Physiol. 28 (11), 1641-1651 (2008).
    59. Schuldt, B., Leuschner, C., Brock, N., Horna, V. Changes in wood density, wood anatomy and hydraulic properties of the xylem along the root-to-shoot flow path in tropical rainforest trees. Tree Physiol. 33 (2), 161-174 (2013).
    60. Sarmiento, C., et al. Within-individual variation of trunk and branch xylem density in tropical trees. Am. J. Bot. 98 (1), 140-149 (2011).
    61. Barij, N., Cermak, J., Stokes, A. Azimuthal variations in xylem structure and water relations in cork oak (Quercus suber). Iawa J. 32 (1), 25-40 (2011).
    62. Domec, J. C., Pruyn, M. L., Gartner, B. L. Axial and radial profiles in conductivities, water storage and native embolism in trunks of young and old-growth ponderosa pine trees. Plant Cell Environ. 28 (9), 1103-1113 (2005).
    63. Ewers, B. E., Oren, R. Analyses of assumptions and errors in the calculation of stomatal conductance from sap flux measurements. Tree Physiol. 20 (9), 579-589 (2000).
    64. Fan, Z. X., Cao, K. F., Becker, P. Axial and radial variations in xylem anatomy of angiosperm and conifer trees in Yunnan, China. Iawa J. 30 (1), 1-13 (2009).
    65. James, S. A., Clearwater, M. J., Meinzer, F. C., Goldstein, G. Heat dissipation sensors of variable length for the measurement of sap flow in trees with deep sapwood. Tree Physiol. 22 (4), 277-283 (2002).
    66. James, S. A., et al. Axial and radial water transport and internal water storage in tropical forest canopy trees. Oecologia. 134 (1), 37-45 (2003).
    67. Fromm, J. H., et al. Xylem water content and wood density in spruce and oak trees detected by high-resolution computed tomography. Plant Physiol. 127 (2), 416-425 (2001).
    68. Steppe, K., De Pauw, D. J. W., Doody, T. M., Teskey, R. O. A comparison of sap flux density using thermal dissipation, heat pulse velocity and heat field deformation methods. Agric. For. Meteorol. 150 (7-8), 1046-1056 (2010).
    69. Vergeynst, L. L., Vandegehuchte, M. W., McGuire, M. A., Teskey, R. O., Steppe, K. Changes in stem water content influence sap flux density measurements with thermal dissipation probes. Trees. 28 (3), 949-955 (2014).

    Tags

    Çevre Bilimleri sayı: 130 kök su içeriği biyokütle su depolama frekans etki alanı reflectometry ecohydrology sap akı bitki örtüsü kapasite
    Kalibrasyon ve kapasite sensörler kullanımı ağaçlarda kök su içeriği izlemek için
    Play Video
    PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

    Cite this Article

    Matheny, A. M., Garrity, S. R.,… More

    Matheny, A. M., Garrity, S. R., Bohrer, G. The Calibration and Use of Capacitance Sensors to Monitor Stem Water Content in Trees. J. Vis. Exp. (130), e57062, doi:10.3791/57062 (2017).

    Less
    Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
    View Video

    Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

    Waiting X
    Simple Hit Counter