Summary
Biz nonvascular cryptogams ortam sıcaklığı ve nem oranı ile birlikte gürültülerinden ölçer bir açık kaynak datalogger oluşturmak için basit ve düşük maliyetli bir yöntem mevcut. Biz datalogger donanım tasarımını açıklama ve adım adım montaj talimatları, gerekli açık kaynak günlüğü yazılım listesi, kod datalogger ve Kalibrasyon protokolü çalıştırmak için sağlar.
Abstract
Yosunlar veya liken, gibi nonvascular cryptogams toplulukların karbon ve azot döngüsü birçok ekosistemleri içinde düzenlenmesi için katkıda bulunan Dünya'nın biyolojik çeşitlilik, önemli bir parçasıdır. Poikilohydric organizmalar olmak, onlar değil, aktif onların iç su içeriği kontrol ve onların metabolizma etkinleştirmek için nemli bir ortam gerekir. Bu nedenle, nonvascular cryptogams su ilişkileri eğitimi onların çeşitlilik desenleri ve ekosistemleri içinde işlevleri anlamak çok önemlidir. Biz BtM datalogger, nonvascular cryptogams su içeriği incelenmesi için bir düşük maliyetli açık kaynak platform mevcut. Datalogger ortam sıcaklığı, nem ve en çok sekiz örneklerinden gürültülerinden aynı anda ölçmek için tasarlanmıştır. Biz bileşenleri ve gerekli kaynak kodunu düzenlemek için detaylı bir protokol gibi baskılı devre kartı (PCB) için bir tasarım sağlar. Tüm bu BtM datalogger Meclisi herhangi bir araştırma grubu, önceki özel bilgi olmayanlar için bile hale getirmektedir. Bu nedenle, burada sunulan tasarım cihaz ekologlar ve alan biyologlar arasında bu tip kullanımı halka sevdirmek yardımcı potansiyeline sahiptir.
Introduction
Nonvascular cryptogams toplulukların her bir yerde ve karasal ekosistemler1kez ihmal edilmiş bir parçası vardır. Onlar çok farklı küçük ölçekli organizmaların bryophytes ve liken üstün birincil üreticileri olan arasında bir toplam yapılır. Bu iki grubun organizmaların onları benzersiz kılan bir fizyolojik karakteristik paylaşmak: poikilohydry, ya da aktif olarak kendi iç su içeriği denetlemek için yetersizlik. Çevre yeniden nemli olduğunda hücreleri yanıt olarak devam eder ve nem seviyesinin düşük kurudu zaman metabolizma vazgeçti beri bu2fizyolojik süreçlerinin derin etkileri vardır. Sonuç olarak, nonvascular cryptogams kuraklık bu ile başa çıkma yerine çevre--dan soğuk ve sıcak çöl tropik3,4' e geniş bir hayatta kalmak bu toplulukların sağlayan2, kaçının.
Ayrıca, onlar da nispeten basit yapıları göstermek ve düşük besin gereksinimleri vardır. Bu özellikleri onları microclimatic koşullarına son derece hassas olun. Aslında, nonvascular cryptogams sık sık dünyanın çeşitliliği önemli bir bölümünü oluşturan minyatür ekosistemleri oluşturan damar bitkilerin büyük bir boyut için kullanılamaz bir niş yer kaplamaz. Bryophytes ve liken yalnız neredeyse 40.000 türler arasında (ca. 20.000 bryophytes sensu lato5,6 ve ca. 20.000 liken7) bulunur. Ayrıca, Dünya'nın biyolojik çeşitlilik yaptıkları katkı beri kendi toplumlarına tür mantar, çeşitli florası yaşayan ve mikorizal Mantarlar, epiphytes büyüyen N sabitliyor siyanobakteriler dahil olmak üzere çok sayıda sığınacak bir yer teklif bile büyüktür ve mikro-omurgasızlar, tardigrades, collembola, myriapods, böcekler ve su tutma kapasitesi ve tamponlu koşullar içinde bu minyatür ekosistemler. yararlanmak akarları gibi sayısız
Sigara-vasküler cryptogams toplulukların da biyojeokimyasal karbon döngüsü Yönetmeliği için katkıda bulunur. Kuru ekosistemleri, sözde biyolojik toprak kabuklar onların yüzey%8 40 kadar kapak ve karbon lavabo olarak önemli bir rol oynamaktadır. Son bir daha gözden geçirme biyolojik toprak kabuklar kuru ortamlarda tüm karbon karasal bitki örtüsü ile sabit % 7'si tespit tahmin. Ayrıca, bryophytes veya liken veya her ikisinin birleşimini nerede birincil üreticileri - bazı boreal orman sistemleri veya turba bataklıkları - gibi diğer ekosistemler içinde % 30 ve % 100 toplam net birincil verimlilik10,11 arasında ürettikleri . Onlar da bu organizmalar gibi ılıman ormanlar hakim olmayan ekosistemleri içinde önemlidir. Gerçekten de, orman kat bryophytes yaklaşık % 10 yıllık bir karbon alımını denk vardı orman kat solunum Yeni Zelanda ılıman yağmur ormanlarında. Ayrıca, onlar da bu toplumlarda epiphytes biyolojik azot4küresel miktarı neredeyse % 50 sabitliyor gibi yaşayan siyanobakteriler beri azot fiksasyonu için önemlidir.
Çevreye suda kullanılabilirliği üzerinde fizyolojik faaliyetlerini bağımlılık nedeniyle, her iki çeşitliliği nonvascular cryptogam topluluklar ve ekosistemler onların işlevlerinde güçlü su içerik2üzerinde bağımlı. Aktif onların dokularda su içeriği kontrol edemez beri rolleri karbon denge ve azot fiksasyonu hidrasyon ve kurutulma döngüleri ile birleştiğinde ve bu nedenle, aralığı ve periyodik olarak kuru-ıslak döngüleri bağlıdır, unutmayın. Böylece, su içerik durumunu gerçek zamanlı olarak bu organizmaların işlevleri anlamak için anahtar olduğunu bilerek ekosistemleri içinde cryptogams tarafından gerçekleştirilen.
Rağmen önemini geliştirme yöntemleri su ölçmek için içerik ve fizyolojik faaliyet poikilohydric organizmalarda nispeten yavaş olmuştur. 1991'de Coxson12 doğrudan liken su içeriği ölçmek için bir ilk yaklaşım yaptı. Sonra da vardı böyle bir çalışmanın bir boşluk kadar yeni bir gelişme, çeşitli eserler yöntemleri fizyolojik durumuna nonvascular cryptogams13,14,15yönelik tedbirler yaklaşık sağlandığında, 16. Bununla birlikte, böyle bir bilgiye hala kıt ve dağınık, ve bu çalışmaların çoğunlukla toprak kabuklar4,8tarihinde odaklandık. Ancak, bryophytes ve liken da ılıman, boreal ve Kutup bölgelerinde1, özellikle de birçok diğer ekosistemler içinde ilgili bir rol oynamaktadır ve önemleri toprak topluluklarda sadece aynı zamanda epifitik topluluklar büyüyen için önemlidir ağaç ve kayaların üzerinde saxicolous topluluklar. Araştırma bu eksikliği kısmen kendi ekipman kurmak için araştırma grupları zorlar piyasada bulunan ölçüm dataloggers yokluğu bağlıdır. Nispeten büyük ölçüm ağlar nonvascular performansını temsilcisi veri toplamak için gerekli uygulama maliyetini önemli ölçüde artar bu yüzden bir datalogger geliştirme çoğu ekologlar var mı, belirli bilgi gerektirir cryptogams boyunca çevre ve yaşam alanı gradyan.
Bu yazıda, biz bir datalogger ortam sıcaklığı ve nem oranı ile aynı anda nonvascular cryptogamic organizmalar gürültülerinden ölçme yeteneğine sahip oluşturmak için basit ve düşük maliyetli bir yöntem mevcut. Bu özerk nispeten uzun bir süre (iki ay) için kaydetmek için programlanmış ve sert açık alan koşullara dayanacak şekilde sağlam. Basitliği nedeniyle ekologlar ve dataloggers veya uzman personel eksikliği bu araştırma grupları, geliştirilmesinde özel eğitim olmadan alan biyologlar için yararlı bir araç olacaktır. Bu nedenle, bu datalogger bu tür bir aygıtı kullanımı halka sevdirmek yardımcı potansiyeline sahiptir.
Düşük güç ve düşük maliyetli datalogger en çok sekiz farklı kaynaklardan gürültülerinden ölçmek ve çevre sıcaklık ve bağıl nem aynı anda kaydetmek mümkün geliştirdik. Cihazın Coxson'ın tasarım12 ' den sonra tasarlamış ve uygulamıştır bir açık kaynak platformu (Malzemeler tablo). Amacı derleme ve güç verimliliği kolaylığı öncelik vermek için ve uzun vadeli teçhizatları bakımını kolaylaştırmak için oldu. Tasarım bir makale Açık kaynak bina bilim Sensörler (OSBSS)17tarafından türetilmiştir. Bu tasarım cryptogams ve daha kompakt ve kolay üretmek yapım empedans okumak için ekleyerek ek devresi tarafından güncellenmiştir.
Sonuç BtM Kurulu (Bryolichen sıcaklık nem kurulu), bir açık kaynak baskılı devre board18. Her yönetim kurulu yüksek enerji tasarruflu mikroişlemci (Tablo reçetesi) tarafından denetlenir. Çevre sıcaklık ve bağıl nem veri precalibrated gelir ve düşük güç tüketimini bir yana, bir yeterli fiyat-performans oranı vardır bir sıcaklık ve nem sensörü toplanmış bulunuyoruz.
Yönetim kurulu bir dijital iletişim protokolü (Standart SPI seri) ölçüm döngüsü yönetmek için kullanır. Her gemide monte gerçek zamanlı saat (DS3234) doğru zamanlama sağlar. Enerji tüketimini azaltmak için işlemci çoğu zaman bekleme modunda kalır. Her zaman veri toplanması gereken, gerçek zamanlı saat işlemci etkinleştirir ve günlüğe kaydetme işlemi tetikler. Gerçek zamanlı saat doğru tarih ve saat her veri çalışmasının kaydetmek için de kullanılır.
Sekiz moss ve/veya liken kadar örnekleri bir BtM yönetim kurulu kullanarak paralel olarak kaydedilebilir. Deneme ayarlandığında iki timsah klip elektrot problar her yosun/liken örneğine uygulanır. Sonra bir gerilim bölücü elektroda ve bilinen değer (Bu durumda 330 KΩ) direnç başvuruyla arasında kullanılır. Bu direnç değeri ayarlama seçilen ve cryptogams önceki ölçüler üzerinde temel. Bir büyüklük sırasında başvuru değeri (100-1000 KΩ) etrafında bir çözünürlük sağlar. Gerilim düşümü arabelleğe alınmış ve analog bağlantı noktalarını (A0 - A7) kullanarak mikroişlemci ile okuyun18. Gerilim aşağıdaki formül uygulanarak hesaplanır.
VI (ADCi x VCC) = / 1023
ADCi ham burada ADC (Analog / sayısal dönüştürücü) kanal değer, VCC güç Besleme gerilimi (3,3 V Bu durumda), ve 1023 ADC çıkış aralığı. Elde edilen gerilim VI sonra Ohm Kanunu ile birlikte direnç (Ri, Ω) ve her yosun örneğinin gürültülerinden (G, S) hesaplamak için kullanılır.
RI (VCC x RL) = / VI - RL
G = 1 / RI
Burada, RL direnç başvuru (330 KΩ bu durumda) değeridir. Bunu doğrudan direnç ve gürültülerinden değerleri kaydedebilirsiniz böylece Mikrodenetleyici'nın yerleşik yazılım bu denklemler içerir.
Yönetim Kurulu da ortam sıcaklığı ve nem sensörleri kullanarak toplar. Sonra her bir veri noktası bir microSD kart üzerinde bir günlük dosyasına yazılır. Bir microSD TransFlash koparma kurulu her BtM tahtada bu amaç için monte edilmiştir. Son olarak, microSD kart deneyden sonra el ile toplanabilir. Tüm veri noktalarını daha ayrıntılı bir çözümleme için bilgisayara aktarılabilir.
Protocol
1. Datalogger Meclisi
- Bir havya ve lehim teli makarası hazırlamak. Havya ısı için bekleyin ve temizlik sünger nemlendirin.
- PIN üstbilgi şeritler İstenilen uzunlukta kesin ve onları içine yuva sıcaklık ve nem sensörü, Mikrodenetleyici ve RTC saat ve microSD koparma modülleri için lehim.
- Lehim için havya ucu ile istediğiniz birleşim Onceden.
- Sonra kavşak kadar doldurmak için lehim teli, yeterince malzeme az miktarda uygulayın.
- Son olarak, demir Lehimleme kaldırın ve kavşak soğumasını bekleyin.
- PCB ve Malzemeler tablo belirtilen bileşen referans işaretleri takip adım 1.2, olduğu gibi aynı yordam kullanılarak devre kartı bileşenleri araya (için bir montaj şeması şekil 1 bakınız).
- İlk olarak, rezistörler lehim. Sonra operasyonel yükselteçler, SHT7X sensör ve RTC saat ve microSD koparma modülleri için yuva lehim.
- Daha sonra iki transistör lehim. Yönetim Kurulu Ayrıca, PIN üstbilgileri kullanarak lehimli gerekiyor. Son olarak, yönetim kurulu bağlayıcılara lehim.
- SHT7X nem/sıcaklık sensörü yol güçlendirmek için bir PIN üstbilgi veya uzatma kablosunun lehim.
- Bir multimetre süreklilik test veya iletkenlik test modunda hazırlayın. Multimetre yok kısa devreler arasında herhangi bir iğne veya bağlantıları doğrulamak için kullanın.
- Doublecheck pozitif ve negatif terminallerin güç kaynağı. Ayrıca her lehim ortak bileşen pimleri ve bakır parça devre arasında istikrarlı bir bağlantı oluşturur doğrulayın.
Not: Bu adım çok önemlidir; Bu atlama.
- Doublecheck pozitif ve negatif terminallerin güç kaynağı. Ayrıca her lehim ortak bileşen pimleri ve bakır parça devre arasında istikrarlı bir bağlantı oluşturur doğrulayın.
- Pil terminalleri ve kablo klipleri bir tornavida kullanarak kartına takın.
- Öncelikle, herhangi bir kesici alet iletken çekirdek açığa her tel sonu ~ 4 mm şerit için kullanın. Ardından, her kablo uygun bilgisayara tanıtmak ve Phillips tornavida ile sıkıştırın.
- Emin olun ve doublecheck doğru polarite kabloları, özellikle de güç kaynağı. Test bağlantı güç kabloları hafifçe çekerek her şey düzgün takıldığından doğrulanıyor.
- Güç tüketimini daha da azaltmak için Mikrodenetleyici Kurulu Güç LED DESOLDERING veya kurulu diyot LED kapalı kesme çıkarın.
- Son olarak, nem elektronik uzak tutmak için bir hava koşullarına dayanıklı muhafaza BtM panosundaki bağlayın.
- Pozitif ve negatif terminalleri için bağlanma pil paketi ile muhafaza uygun. Kutusunun dışında nem/sıcaklık sensörü monte, gideriş o BtM kartına bağlanmış.
- Hava koşullarına dayanıklı muhafaza dışarıya gürültülerinden ölçümleri için gerekli timsah klip sekiz çift yönlendirmek. Son, her yosun strand ile timsah klipler klip.
2. yazılım yükleme
- Karşıdan yükleyip tümleşik geliştirme ortamı (IDE) 1.0.6 Web sitesi19. Kullanılan mikroişlemci bir açık kaynak fiziksel bilgi işlem platformu ve kendi IDE ile birlikte gelir. Bazı gerekli kütüphanelerin bilinen uyumluluk sorunları olduğundan yeterli sürümünü indirmek önemlidir.
- Gerekli kitaplıklar GitHub repository18download: DS3234, DS3234lib3, PowerSaver, SdFat ve Sensirion.
- Ana kaynak kodunu datalogger için GitHub repository18indirin.
- Geçerli saati ve tarihi ayarlamak için clock.ino dosyasını açın. RTC.setDateTime işlevi geçerli saat ve aşağıdaki biçimi kullanarak tarih ile parametrelerini düzenlemek:
RTC.setDateTime(DD,MM,YY,hh,mm,ss); Tarihi: GG/AA/YY snsn
Burada DD gün, AA ay, YY yıl, saat, AA olur dakika ve ss saniye olduğunu hh. - Sonra masa saati bilgisayar programı BtM kuruluna USB seri bağdaştırıcı (FTDI koparma) Mikrodenetleyici programlama noktalarına takmayı ve yönetim kurulu bilgisayara bağlanmak için bir mini-USB-USB kablosu kullanarak yükleyin. Son olarak, önce Doğrula , sonra Upload IDE içinde tuşuna basın.
- IDE içinde datalog projeyi açın ve datalog.ino dosyasını değiştirin. Başlangıç saati kadar aşağıdaki değişkenleri düzenleme logger için ayarlayın:
int dayStart = DD, hourStart sa, minStart = = mm
Burada, DD gün sayısıdır, hh başlangıç ölçümleri ve mm dakika başlangıç zamanı.
Not: belirli bir zaman ayarlamak için kodu aşağıdaki gibi görünmelidir:
RTC.setDateTime(DD,MM,YY,hh,mm,ss); / / Tarih 01/12/17 12:00:00 - Değişken aralığıdeğerini değiştirme aralığını (saniye cinsinden) ölçümleri arasında ayarlayın.
3. Kurulum ölçüm probları
- Timsah klipleri bryophytes, fruticose liken ve foliose liken (Şekil 2) durumlarda merkezi bir konumda toplulukları yerleştirin. Fruticose liken için belgili tanımlık kırpmak içinde thallus ve yosunlar, bir bireyin kök üzerinde doğrudan için ekleyin. Foliose liken söz konusu olduğunda küçük resimleri thallus kenarlığın üzerine yerleştirin.
- Ca' nın en az bir mesafede durun. 5 mm elektrot arasındaki. Küçük resimleri kolayca ölçümleri başlamadan önce ayrılır değil emin olun.
4. gürültülerinden ölçümleri için kalibrasyon
- Numuneler kuru olduğundan emin olun, düşük hava bağıl nem, bir gün öğle saatlerinde, kalibrasyon gerçekleştirmek için en az bir ve tercihen iki, Kuru gün öncesinde.
- Sağlıklı ve iyi yapılandırılmış bir topluluk yosun veya liken seçin.
- Yosun veya liken, bu protokolün 3 bölümdeki adımlara datalogger bağlamak.
- Ölçümleri (datalogger açmak) başlatmak ve kaydedilmiş değerleri dengelemek için yaklaşık 3 dakika çalışan BtM kurulu bırakın.
- Sulama her durumda gerekli su miktarı tahmin etmek için precalibration bir testi gerçekleştirin. Belgili tanımlık kırpmak için örnek bağlanın ve gürültülerinden su ilavesi ile artmaz bir değere ulaşıncaya kadar su ekleyin. Bu örnek en fazla gürültülerinden değeridir. Bu değer kalibrasyon sulama adımları oluşturmak için kullanılır (bkz. Adım 4.7.1).
- Gürültülerinden önlemler (örnekleri kuru) başlangıç değerlerini geri dönene kadar bekle.
- Daha sonra su küçük bir sprey ile sırayla ekleyin.
- Örnekleri su 1/10 / maksimum gürültülerinden ulaşmak için gereken su miktarı için eşdeğer bir miktar ile nemlendirin (bkz. Adım 4.5) örnek.
- Yosun veya liken tamamen su emer ve gürültülerinden ölçümleri istikrarlı tekrar sulama önce bekleyin (~ 1 dk her sulama olay arasında).
- En büyük değer (doygunluk) gürültülerinden ulaşır ve yosun veya liken tamamen sulu kadar yineleyin.
Not: Her kalibrasyon test bağlı olarak 1-2 dk olmalıdır waterings arasındaki aralığı yaklaşık 15 dk, almalıdır.
- Kalibrasyon bitirdikten sonra BtM kurulu microSD kartını al ve veri dosyası bir bilgisayara kopyalayın.
Not: Günlüğe kaydedilen değerler daha sonra temel olarak deneyler için kullanılabilir. Set-up hemen önce gerçek deneme gerçekleştirme gürültülerinden örnekleri, doğru kayıt doğrulamak için bu adımı yapmak gereklidir.
5. alternatif kalibrasyon laboratuvar deneyleri için
- Tamamen yosun topluluğu hidrat veya bir harici su fazlalığı görülmektedir kadar liken. Topluluk tamamen sulu emin olmak için toplum için 30 dk rutubetli.
- Yosun veya liken, bu protokolün 3 bölümdeki adımlara datalogger bağlamak.
- Ölçümler başlangıç ve kaydedilmiş değerleri dengelemek için yaklaşık 3 dakika çalışan BtM kurulu bırakın.
- En küçük değer (kuruma) gürültülerinden ulaşır ve yosun veya liken artık elektrik yürütüyor kadar bekleyin.
Not: Her kalibrasyon en az 1 h son verebilir ama süresi son derece tür bağlı olarak değişkendir. En az gürültülerinden değeri elde kadar ölçüler alınmalı.
Representative Results
Yosunlar, Dicranum scoparium Hedw iki tür gürültülerinden değişiklikleri analiz ettik. ve Homalothecium aureum (Ladin) H. Rob. (Şekil 3), laboratuvar koşullarında kalibrasyon işlemi sırasında. İki yosunlar paspaslar silika jel içinde 24 saat süreyle saklanır ve onların özgün yapısı (Şekil 2) tutan bir yapay substrat (Yani, vatka) yerleştirilir. O zaman, sulanan 15 örnekleri vardı x 20 x 1 dk aralıklarla bir sprey ile. Sulama her olay ca. 0.1 mL su oluşuyordu. Türler, eklenen su ve örnek gürültülerinden arasında yüksek bir korelasyon (D. scoparium rS = 0,88, p < 0,001; H. aureum rs 0,87, p < 0,001 =) gözlenmiştir. Gürültülerinden yüksek bir artış oldu (% %25 0'dan en az) sadece ilk suda 4 mL D. scoparium ve 10 mL, maksimum onların gürültülerinden H. aureumiçin toplama ve ölçülerin ulaştı. Su miktarı ve gürültülerinden ilişkisi logaritmik olduğunu dikkat önemlidir. Bu nedenle, gürültülerinden değerleri her iki değişken arasında doğrusal bir ilişki için dönüştürülmesi gerekiyor ve ilişkilerini kullanarak doğrusal olmayan regresyon model.
Her ne kadar aynı türe ait tüm örnekleri benzer bir eğri çizdi bazı değişkenliği (bkz. şekil 3a ve 3bfarklı renklerde) örnekleri arasında bulduk. Örnekler arasındaki değişim biyokütle ve yamalar morfolojisi farklılıklar bağlanabilir. Örnekleri alanında her topluluk türü çeşitli tedbirler alarak tavsiye edilir böylece değişkenliği, bu tür göstermek çok olasıdır. Doğal olarak, çeşitli temel özellikleri (örneğin, toplama paspaslar veya Morfoloji) türler farklı bu yana en yüksek değişkenlik türleri arasında bulundu. İçi ve türler arası değişkenlik için kontrol etmek için her klibin maksimum gürültülerinden değerleri elde etmek ve böylece değerleri 0'dan 100'e sonra sonuçları, her klibin rescaling kadar ayarlama öneririz. Mutlak gürültülerinden değerleri klipleri ve sapları, Bazal gürültülerinden arasındaki mesafe kadar onlar doğrudan karşılaştırılabilir değildir sağlamak bağımlı olduğunu göz önünde bulundurun.
Kalibrasyon işlemi sulama her durumda eklenen su miktarı çok önemlidir ve güçlü sonuçları etkiler. Amaç BtM maksimum doğruluğu aralığı içinde çeşitli sulama etkinlikler için buradaydı. Çok fazla su her adımda (şekil 4) eklendiğinde bir kalibrasyon eğrisi örneği mevcut. Örnek ilk sulama olay overwatered, gürültülerinden artış takdir ve Kalibrasyon yanlış olacaktır. Bu BtM ile gerçekleştirilen en ilginç ölçümlere olan önyargıları aralıktaki nonvascular cryptogams aktif, nerede neden olabilir.
Biz de aynı türden iki (H. aureum ve D. scoparium), bir alternatif kalibrasyon prosedürü sağlamak için kuruma eğrisi analiz edildi. İki yosunlar paspaslar bir gecede tam doymuş emin olmak için sulanan. Daha sonra her mat temsilcisi bir kök ayıklanır ve istikrarlı ve kontrollü bir ortamda yerleştirilir ve gürültülerinden sürekli olarak kaydedildi. Diğer kalibrasyon ölçü gelince gürültülerinden değerleri her iki değişken arasında doğrusal bir ilişki için dönüştürülmesi gerekiyor ve onların ilişki doğrusal olmayan regresyon kullanarak model.
Rakamlar 5a ve 5b H. aureum ve D. scoparium değişkenlik aynı tür örnekleri arasında dessication eğrileri göster. İçi ve türler arası değişkenlik buldum oldukça büyük olduğunu ve Kalibrasyon prosedürü olduğu gibi biyokütle ve Morfoloji her kök farklılıklar atfedilen olabilir. Bunun için denetlemek için tür başına en az üç ölçümleri yapmak tavsiye. Ayrıca klipleri ve Bazal gürültülerinden kaynaklanıyor arasındaki mesafe bağlı olarak mutlak gürültülerinden değerler bu kalibrasyon prosedürü doğrudan karşılaştırılabilir değildir.
Bir yağmur olay 23-26 Haziran 2014 arasında oluştuktan sonra biz alan veri örneği mevcut. Biz günlük varyasyon gürültülerinden (şekil 6bir), bağıl nem (şekil 6b) ve yağış (şekil 6c) yosun (Syntrichia ruralis (Hedw.) bir türün yüzdesi olarak gösterir F. Weber & D. Mohr). Yosun, yağış olayları ve havanın bağıl nem gürültülerinden arasında güçlü bir ilişki vardı. Analiz süresi boyunca, gürültülerinden ve nem iki yağış olayları sonucu olarak iki zirveleri vardı. Hemen önce gece yarısı Haziran 23 ve 24 Haziran öğle sonra ikinci bir ilki oluştu. 8 h ilk yağmur olayından sonra % 25'in altında gider moss gürültülerinden ani bir düşüş ardından havanın bağıl nem bir düşüş görülmektedir. İkinci yağmur olay daha küçük ve sonuç olarak, üretilen gürültülerinden içinde daha küçük bir tepe. Bu yağmur olayından sonra yosun hemen kurumasına ama nem % 75 iken susuz kaldı.
Resim 1 : Montaj şeması BtM datalogger. Şematik bir resim BtM kurulu ve yönetim kurulu her bileşen yerleşimini içerir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Resim 2 : Bir yosun (Homalothecium aureum) klipler doğru yerleşimini. Görüntü nasıl Kara yosunları zarar olmadan klipler arasında çok az bir mesafe korumak için klipleri yere gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3 : Su toplama için gürültülerinden yanıt. Bu paneller gürültülerinden su ek olarak (bir) Dicranum scoparium ve (b) tepki göstermek H. aureum. Renkleri farklı çoğaltır göster. Sulama olayından sonra 10 ve 30 s arasında bir aralık içinde günlük dönüştürülmüş gürültülerinden ortalama veri noktalarıdır. Hata çubukları bu aralıktaki verileri standart sapması temsil eder. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 4 : Günlük dönüştürülmüş gürültülerinden su ek olarak eklenen su miktarı kalibrasyon izin vermek için çok büyük olduğunda D. scoparium için tepki. Hata çubukları bu aralıktaki verileri standart sapması temsil eder. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 5 : Kuruma eğrileri. Bu paneller ()birkuruma eğrileri göster) D. scoparium ve (b) H. aureum. Günlük dönüştürülmüş gürültülerinden ortalama üç ortalaması çoğaltır her 30 s. siyah noktayı göstermek ölçülen ve hata çubukları bu aralıktaki verileri standart sapması temsil veri noktalarıdır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 6 : Bir moss' (Syntrichia ruralis) gürültülerinden, yağış ve bağıl nem günlük varyasyon. Ölçülerin toprak Cantoblanco, kampüs Universidad Autonoma de Madrid, İspanya topluluklarda alınmıştır. Süre birkaç metre ölçüm konumu uzak yerleştirilen bir hava durumu istasyonundan yağış veri birlikte gürültülerinden ve bağıl nem BtM prototip ile ölçüldü. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
| Tarih/Saat | Temp(C) | RH(%) | Conductance(KMho) |
| 11/03/18 12:00 | 26,6 | 66,6 | 139.53 |
| 11/03/18 12:00 | 26,6 | 66.4 | 167.92 |
| 11/03/18 12:00 | 26,8 | 66.4 | 199.14 |
| 11/03/18 12:00 | 26,9 | 66.4 | 212.75 |
| 11/03/18 12:00 | 26,6 | 66,6 | 217.15 |
| 11/03/18 12:01 | 26,9 | 66,7 | 218.93 |
| 11/03/18 12:01 | 27 | 66.8 | 139.53 |
| 11/03/18 12:01 | 27,1 | 66.9 | 164.28 |
| 11/03/18 12:01 | 27,1 | 67.3 | 194.21 |
| 11/03/18 12:01 | 27,3 | 67.3 | 209.28 |
Tablo 1: Örnek BtM çıktı.
Discussion
Bilgimizi, bu bir datalogger sıcaklık, nem ve gürültülerinden aynı anda poikilohydric organizmalar su içeriği bir proxy olarak ölçmek için tasarlanmış ilk kez bir açık erişim platformu üzerinde temel alır. BtM datalogger inşa etmek kolay ve düşük maliyetli ve yüksek kalite ölçümleri Hava nem, sıcaklık ve en az güç kullanarak empedans veri sağlar.
Basit montaj bu datalogger ana avantajlarından biri olduğunu. Bir açık kaynak projesi olarak veri günlüğü yazılım ve detaylı bir düzeni ile birlikte kullanıma hazır BtM datalogger oluşturmak için nontechnical manuel yapısını sağlar. Bu yöntem herhangi bir araştırma grubu, o bir mühendis ya da uzman teknisyenleri ile işe yaramazsa için bile hale getirmektedir. Ayrıca, araştırmacılar tarafından devre bağlanmışsa her datalogger Meclisi basılı kurulu devre kullanılırsa, bir saat ve yaklaşık 4 saat hemen gerektirir. Ayrıca, BtM datalogger son derece maliyet-etkin. Her birimi bileşenleri tahmini maliyeti yaklaşık 100 Euro, azaltılmış olabilir oldukça düşük bir fiyat olduğunu birkaç dataloggers toplu halde montaj tarafından büyük ölçekli projelerde daha da.
Farklı yönleriyle nonvascular cryptogam topluluklar fizyolojik faaliyete ilgili ölçen cihazlar uygulamaya yönelik birkaç metodolojik gelişmeler rağmen BtM bir önemli bilgi boşluğu doldurur. Raggio vd. 15 Moni-Da, fizyolojik ve microclimatic bilgisini alır bir izleme sistemi kullanır. Fizyolojik etkinlik klorofil bir Floresan, laboratuvarda fotosentetik canlılar aktivitesini tahmin etmek için kullanılan bir yöntem toplanır. Bu yöntem son derece hassas olmakla birlikte, önemli ölçüde daha BtM datalogger daha pahalı. Ayrıca, izleme sistemi geri araştırma grubu özerklik keser bir özel şirket ürün var.
Son zamanlarda yayınlanan iki diğer yöntemleri de nonvascular cryptogams su içeriği tahmin etme üzerinde temel alır. İlk termal ölçümleri (bir çift-sonda ısı nabız (DPHP) yöntemi) temel alır. Her ne kadar umut verici sonuçlar son zamanlarda genç vd tarafından gösterilmiştir 16, herhangi bir belirli düzen içinde kağıt eksikliği özel bilgi son derece zorlu montaj yapar. Son olarak, Weber vd. 14 BtM datalogger çok benzer (BWP), biocrust ıslaklık prob adı verilen bir sensör sundu. Ancak, onlar herhangi bir düzeni datalogger bir uzman yardımı olmadan inşa olasılığı yavaşlattığını, inşaat için vermeyin. Biz bu sorunu sadece inşaat düzeni aynı zamanda devre kartını datalogger montajı sağlayarak üstesinden. İlginçtir, BtM biocrusts, izole bireyler veya minderler, sadece bakır alaşımlı elektrot pins (için biocrusts) (liken veya Kara yosunları bireyler/yastıkları için) timsah klip değiştirerek ölçmek için kolayca değiştirilebilir. Gerekirse, timsahlar yalnızca bir bölümünü, iki ölçüm probu türleri arasında doğrudan karşılaştırmalar sağlayan değiştirilebilir.
BtM doğrudan fotosentez ölçmek değil çünkü sonuçlarını yorumlarken, etkinlik ve su içeriği arasındaki ilişkiyi dikkatle, ele alınması gerekir. Yakından fotosentez ve etkinlik nonvascular cryptogams kuru poikilohydric organizmanın metabolik kes ve ıslak bir etkin ilgilidir. Düz-se bile daha yüksek metabolik aktivite - ve böylece, daha yüksek bir fotosentetik etkinlik - iyi sulu bir organizmada beklenebilir ancak, fotosentetik etkinlik derecesini doğrudan su içerikten anlaşılmaktadır olabilir olamaz.
Kritik adımlar:
Montaj kolaylığı rağmen dikkatle araştırmacılar tarafından ne zaman sensörü montaj ele alınması gereken protokol bazı önemli adımlar vardır. İlk olarak, iletişim kuralında vurguladığım gibi oldukça kısa lehimleme zaman, hangi, en kötü durumda, Mikrodenetleyici için ciddi zarar neden olabilir devreleri üretmek kolaydır. Kendi için bir multimetre ile denetleme ve pilleri bağlanmadan önce bunları kaldırmak için çok önemli. Bu önemli ölçüde işlemini basitleştirir ve bu sorunun üstesinden gelmek için en iyi seçenek olabilir sağlanan PCB tasarım kullanmanızı öneririz. İkinci olarak, Bütün IDE sürümlerinde bu datalogger için gerekli kütüphaneleri ile uyumlu. Bir (1.0.6) herhangi bir uyumluluk önlemek için sorunları uygun indirmek önemlidir. Üçüncü olarak, pilleri polarite fark önemlidir. Polarite ters ciddi zararlar için donanım neden olabilir. Dördüncü olarak, kalibrasyon kritik bir adımdır. BtM datalogger daha yüksek çözünürlük cryptogam devlet ıslak kuru gider an ile çakışacak şekilde tasarlanmıştır. Bu kadar örnek suya doymuş önce gürültülerinden değerleri emdirmek anlamına gelir. Ancak, eldeki çalışma diğer değerleri yüksek bir doğruluk gerektiriyorsa, değiştirilebilir. Ölçülerin ötesinde bir büyüklük sırasında bu başvurudan değiştirilecek direnç ve ayarlamayı işlemi (aşağıya bakın) gerektirir. Çevre sıcaklık ölçümleri doğruluğunu etkileyebilir gibi ayarlama zaman bu faktör dikkate alarak öneririz. Bunu yapmak için kalibrasyon (bkz Coxson12 sıcaklık etkileri için) ölçüm hassasiyeti ve istikrar değişiklikleri denetlemek için düşük sıcaklıklarda yapılmalıdır.
Değişiklikler:
BtM bileşenlerinin çoğu sabit olsa da, bazı kolayca alanını resoldering olmadan değiştirilebilir. En basit değişiklik timsah klipleri diğer sonda veya ölçüm sistemleri değiştirmektir. Örneğin, timsah klipleri yerine, Weber ve ark. önerilen bir iki iğne ile probe 14, kullanılabilir.
Nerede pilleri değiştirme içinde gerekli frekans mümkün olmayabilir, uzak ortamlarda piller uzun süre BtM datalogger iktidara bir güneş paneli ile tamamlayıcı.
Gürültülerinden ölçmek için istihdam başvuru dirençler değiştirerek, daha yüksek çözünürlük sırası kolayca için daha yüksek veya düşük değerleri değiştirilebilir. Değişikliğin yapılması durumunda, biz çok hassas bir ayarlamayı öneririz. Ayrıca, kaynak kodunda 330 KΩ direnç değeri için programlanmıştır, RValue değişken yeni karşılık gelen değeri (datalog.ino) için atanmış olması gerekir.
Sonuç:
Nonvascular cryptogam topluluklar son derece çeşitlidir ve abiyotik çevre ile ilişkilerini anlamak çok önemli bir konudur bu yüzden çok sayıda farklı anahtar ekolojik rolü oynamak. BtM datalogger peşin yardımcı olacak çeşitli uygulamalar bu ilişkileri hakkında bilgisi yok. Örneğin, bu anlayışlar karbon lavabo veya karbon kaynakları olarak bu organizmaların nerede hareket durumları hakkında derinleştirmek yardımcı olacaktır. Sıcaklık ve nem3ama büyük miktarda veri tanımlamak ve bu ilişki bir küresel ölçekte varyasyonları anlamak için gerekli gibi bu iki roller arasında dalgalanmaları şiddetle abiyotik koşulları ile ilgili. Bu düşük maliyetli ve uygulamak kolay ekipmanları güveniyorsanız mümkündür yoğun algılayıcı ağlar gerektirir.
Özet olarak, bu aygıt ekolojik araştırma grupları için yararlı bir araçtır ve, tasarlamak ve oluşturmak bir datalogger teknik kısıtlamaları üstesinden gelir. Bu iki faktör kombinasyonu dataloggers popularization için kullan nonvascular cryptogams in situsu ilişkileri ölçmek için neden olabilir. Bu, buna karşılık, orta ve uzun vadeli izleme ağlarının kurulması artırabilir. Bu ağlar gelişmekte olan nonvascular cryptogams cevaben ekosistem işlemleri (örneğin, besin döngüsü, topluluk derleme) rolünü belirlemek için yerel ve bölgesel çevresel faktörler de değerlendirilmesi için gerekli ve onların büyük olasılıkla yanıt iklim ve antropik faktörler küresel değişikliği ile ilişkili değişiklikler ışığında.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Yazarlar Manuel Molina (UAM) ve Cristina Ronquillo (MNCN-CSIC) kalibrasyon testler sırasında ve Belén Estébanez (UAM) için onun yardımını örnekleme kampanyaları sırasında sağlanan yardım için müteşekkir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| BtMboard circuit (PCB) | 1 | ||
| Arduino Pro Mini 328 3.3 V (APM) | Arduino | 1 | |
| FTDI Basic Breakout | SparkFun | 1 | |
| MiniUSB to USB cable adapter | 1 | ||
| TLC274 operational amplifier | Texas Instruments | 2 | |
| 2.54 mm breakout pin strip | 1 | ||
| 330 KOhm resistor | 8 | ||
| 330 Ohm resistor | 2 | ||
| 10 KOhm resistor | 1 | ||
| 2N3904 Transistor | 2 | ||
| Bornier connector, 2x1 5.08 mm | 9 | ||
| 1.5 V AA battery | 3 | ||
| 3xAA battery holder with switch | 1 | ||
| Sensirion SHT71 | Sensirion | 1 | |
| DS3234 RTC Breakout (clock) | SparkFun | 1 | |
| CR1225 3 V Coin-cell battery | 1 | ||
| MicroSD Transflash breakout | SparkFun | 1 | |
| Crocodile clip connector | 16 | ||
| Weatherproof enclosure box | 1 | ||
| 12 AWG stranded cable spool | 1 | ||
| Cutting pliers | 1 | ||
| 30 W soldering iron | 1 | ||
| Solder wire spool | 1 | ||
| Arduino IDE 1.0.6 | Arduino | 1 | |
| Arduino library DS3234 | Arduino | 1 | |
| Arduino library DS3234lib3 | Arduino | 1 | |
| Arduino library Powersaver | Arduino | 1 | |
| Arduino library SdFat | Arduino | 1 | |
| Arduino library Sensirion | Arduino | 1 |
References
- Fontaneto, D., Hortal, J. Microbial Biogeography: Is Everything Small Everywhere. Microbial Ecological Theory: Current Perspectives. Ogilvie, L. A., Hirsch, P. R. , Caister Academic Press. Norfolk, UK. 87-98 (2012).
- Proctor, M. C. F., et al. Desiccation-tolerance in bryophytes: a review. The Bryologist. 110 (4), 595-621 (2007).
- Lindo, Z., Gonzalez, A. The Bryosphere: An Integral and Influential Component of the Earth's Biosphere. Ecosystems. 13 (4), 612-627 (2010).
- Elbert, W., et al. Contribution of cryptogamic covers to the global cycles of carbon and nitrogen. Nature Geoscience. 5, 459-462 (2012).
- Magill, R. E. Moss diversity: New look at old numbers. Phytotaxa. 9 (1), 167-174 (2014).
- Söderström, L., et al. World checklist of hornworts and liverworts. PhytoKeys. (59), 1-828 (2016).
- Lücking, R., Hodkinson, B. P., Leavitt, S. D. The 2016 classification of lichenized fungi in the Ascomycota and Basidiomycota - Approaching one thousand genera. The Bryologist. 119 (4), 361-416 (2016).
- Bowker, M. A. Biological Soil Crust Rehabilitation in Theory and Practice: An Underexploited Opportunity. Restoration Ecology. 15 (1), 13-23 (2007).
- Wilske, B., et al. The CO2 exchange of biological soil crusts in a semiarid grass-shrubland at the northern transition zone of the Negev desert, Israel. Biogeosciences Discussions. 5 (3), 1969-2001 (2008).
- Wardle, D. A., et al. Linking vegetation change, carbon sequestration and biodiversity: insights from island ecosystems in a long-term natural experiment. Journal of Ecology. 100 (1), 16-30 (2012).
- Lindo, Z., Nilsson, M. -C., Gundale, M. J. Bryophyte-cyanobacteria associations as regulators of the northern latitude carbon balance in response to global change. Global Change Biology. 19 (7), 2022-2035 (2013).
- Coxson, D. S. Impedance Measurement of Thallus Moisture Content in Lichens. The Lichenologist. 23 (1), 77-84 (1991).
- Raggio, J., et al. Continuous chlorophyll fluorescence, gas exchange and microclimate monitoring in a natural soil crust habitat in Tabernas badlands, Almeria, Spain: progressing towards a model to understand productivity. Biodiversity and Conservation. 23 (7), 1809-1826 (2014).
- Weber, B., et al. Development and calibration of a novel sensor to quantify the water content of surface soils and biological soil crusts. Methods in Ecology and Evolution. 7 (1), 14-22 (2016).
- Raggio, J., et al. Metabolic activity duration can be effectively predicted from macroclimatic data for biological soil crust habitats across Europe. Geoderma. 306, 10-17 (2017).
- Young, M. H., Fenstermaker, L. F., Belnap, J. Monitoring water content dynamics of biological soil crusts. Journal of Arid Environments. 142, 41-49 (2017).
- Accurate low power temperature/relative humidity data logger. , Available from: http://www.osbss.com/tutorials/temperature-relative-humidity/ (2015).
- GitHub - united-ecology/btmboard. , Available from: https://github.com/united-ecology/btmboard (2018).
- Arduino - Software. , Available from: https://www.arduino.cc/en/Main/Software (2018).
