Summary
La mesure précise de la température et de la teneur en eau des 5 mm supérieurs de la surface du sol peut améliorer notre compréhension des contrôles environnementaux sur les processus biologiques, chimiques et physiques. Ici, nous décrivons un protocole pour la fabrication, l'étalonnage et la réalisation de mesures avec des capteurs de température et d'humidité à la surface du sol.
Abstract
La quantification de la température et de l'humidité à la surface du sol est essentielle pour comprendre comment le biote de surface du sol réagit aux changements dans l'environnement. Cependant, à la surface du sol, ces variables sont très dynamiques et les capteurs standard ne mesurent pas explicitement la température ou l'humidité dans les quelques millimètres supérieurs du profil du sol. Cet article décrit des méthodes de fabrication de capteurs simples et peu coûteux qui mesurent simultanément la température et l'humidité des 5 mm supérieurs de la surface du sol. En plus de la construction du capteur, des étapes pour le contrôle de la qualité, ainsi que pour l'étalonnage de divers substrats, sont expliquées. Les capteurs incorporent un thermocouple de type E pour mesurer la température et évaluer l'humidité du sol en mesurant la résistance entre deux sondes métalliques plaquées or à l'extrémité du capteur à une profondeur de 5 mm. Les méthodes présentées ici peuvent être modifiées pour personnaliser les sondes pour différentes profondeurs ou substrats. Ces capteurs ont été efficaces dans une variété d'environnements et ont enduré des mois de fortes pluies dans les forêts tropicales ainsi que le rayonnement solaire intense dans les déserts du sud-ouest des États-Unis Les résultats démontrent l'efficacité de ces capteurs pour évaluer le réchauffement, le séchage et le gel de la surface du sol dans le cadre d'une expérience de changement global.
Introduction
Les capteurs environnementaux sont des outils essentiels pour évaluer, surveiller et comprendre la dynamique des écosystèmes. La température et l'humidité sont des moteurs fondamentaux des processus biologiques dans les sols et influencent l'activité et la composition communautaire des organismes du sol1,2. En outre, la température et l'humidité ont été montrés pour affecter le moment de l'émergence des semis et les taux de décomposition des déchets3,4,5. Dans les écosystèmes des terres arides, les surfaces du sol non couvertes par les plantes vasculaires sont souvent surmontées de communautés de mousses, de lichens et de cyanobactéries, connues sous le nom de croûte biologique du sol (biocrust)(figure 1). Ces communautés existent à la surface du sol et pénètrent rarement plus profondément que quelques millimètres dans le sol6. Les croûtes biologiques du sol peuvent fortement influencer la stabilisation du sol, les taux d'infiltration et d'évaporation de l'eau, l'albédo, la température, le cycle des nutriments et l'échange de CO2 entre le sol et l'atmosphère7,8,9. À son tour, pour certains systèmes, l'activité de ces communautés de surface peut dominer les attributs globaux du sol et les taux de divers processus10. Les capteurs qui concentrent explicitement les mesures sur les profondeurs peu profondes peuvent nous aider à mieux comprendre comment la température et l'humidité superficielles affectent la germination des graines, les taux de décomposition et les réponses du biote de surface du sol, ainsi que de nombreuses autres fonctions de l'écosystème.
Les développements récents dans la technologie de capteur de sol ont montré l'importance des mesures spatialement explicites pour comprendre des processus biologiques à la surface du sol11,12. Les méthodes conventionnelles d'analyse de l'humidité du sol intègrent des capteurs placés sous la surface du sol et intègrent souvent des mesures à travers les profondeurs. L'humidité du sol enregistrée par ces sondes peut nous aider à mieux comprendre les contrôles environnementaux sur les organismes du sol, mais elle risque de manquer bon nombre des nuances qui se produisent à la surface du sol. Pour mesurer explicitement la teneur en eau des quelques millimètres supérieurs du sol, Weber et coll. ont récemment mis au point des sondes d'humidité biocrust (BWP) qui déterminent l'humidité du sol par conductivité électrique de la surface du sol jusqu'à une profondeur de 3 mm11. À l'aide des capteurs weber en conjonction avec des sondes d'humidité intégrées de 0 à 5 cm, Tucker et coll. ont démontré l'importance des capteurs d'humidité qui se concentrent sur les quelques millimètres supérieurs de la surface du sol. En particulier, les petits événements de précipitations, qui étaient très pertinents pour l'activité des communautés de biocrust, ne s'inscrivaient pas pour les sondes intégrées de 0 à 50 mm (c.-à-d. 5 cm) et n'étaient détectées que par les BWP12. Les capteurs concentrés sur les quelques millimètres supérieurs des sols sont essentiels pour mesurer les événements d'humidité qui ne sont pas assez grands pour s'infiltrer au-delà de la surface, mais qui sont suffisants pour induire des réponses du biote à la surface.
La température à la surface du sol est un autre facteur environnemental important qui entraîne des processus physiologiques. Les températures diurnes de la surface du sol peuvent être très variables, en particulier dans les interespaces végétaux où la surface du sol non ombragée est exposée à de grandes quantités de rayonnement solaire. En outre, la température est plus variable à la surface du sol que plus profonde dans le profil du sol13 ou l'air14. Par exemple, Tucker et coll. ont montré une plage de température maximale diurne de la surface du sol de près de 60 oC (13-72 oC) se produisant sur seulement 24 h. Ces températures ont été mesurées à l'aide de thermocouples insérés 3 mm dans la surface du sol. Pendant ce temps, les sondes de température voisines de 50 mm de profondeur ne mesuraient qu'une portée de 30 oC (22-52 oC) au cours de la même journée12. Les thermocouples mesurant explicitement la température à la surface du sol présentaient des variations beaucoup plus élevées que les capteurs à 50 mm de profondeur, car les sols de surface étaient 10 oC plus froids la nuit et 20 oC plus chauds pendant la chaleur de la journée par rapport aux valeurs profondes de 50 mm.
La température représente un contrôle critique sur les processus physiologiques. Par exemple, à l'humidité constante du sol dans des conditions de laboratoire, les pertes de CO2 du sol augmentent considérablement avec l'augmentation des températures dans la plupart des écosystèmes2,15,16. De même, les données des études de manipulation climatique sur le terrain qui visent à augmenter les températures de la parcelle par rapport aux témoins ont montré que les sols réchauffés libèrent plus de CO2 que les sols non chauffés à proximité (au moins dans les premières années des traitements17,18) et que les sols biocrustés montrent une réponse similaire au réchauffement7,9. Il a été démontré que la température et l'humidité sont d'importantes variables environnementales et que des capteurs qui peuvent capturer avec précision les conditions climatiques de surface du sol peuvent élucider comment ils influencent les processus physiologiques des organismes à la surface du sol11,12.
Cet article présente des capteurs conçus pour mesurer à la fois la température et l'humidité à une profondeur de 5 mm sous la surface du sol, offrant une puissance significative dans l'évaluation de la façon dont ces variables interagissent avec et conduisent les réponses biologiques du biote surficial. Le thermocouple de type E est composé de deux métaux (chromeet constantan), et les changements de température dans les métaux créent différentes tensions qui sont enregistrées par un enregistreur de données. Le capteur d'humidité du sol mesure la résistance entre deux dents métalliques plaquées or. La résistance est affectée par la teneur en eau du sol, car plus d'eau augmente la conductance et diminue ainsi la résistance entre les dents. Suivant la conception de Weber et coll.11, ces capteurs mesurent l'humidité du sol à une profondeur de 5 mm et comprennent en outre un thermocouple pour mesurer la température sur la même sonde. Ces capteurs permettent une vue raffinée de la façon dont la température et la dynamique de l'humidité varient de concert à la surface du sol à l'aide d'une seule sonde. Ces sondes offrent une myriade d'occasions d'explorer comment les organismes vivant à la surface réagissent aux changements de leur environnement. Un autre avantage de ces capteurs est qu'ils sont relativement simples et peu coûteux à construire et à calibrer, et les chercheurs seront facilement en mesure d'adopter leur utilisation.
Le protocole suivant décrit en détail les matériaux et les méthodes de construction des capteurs, y compris un plan pour connecter les capteurs aux enregistreurs de données. Ces capteurs utilisaient des enregistreurs disponibles dans le commerce, mais tout enregistreur de données pouvant être attaché à un multiplexeur pouvait être utilisé. Des méthodes d'étalonnage des capteurs sur les substrats d'intérêt sont également décrites.
Protocol
1. Capteurs de fabrication
- Couper les longueurs de câble appropriées.
- Déterminez la distance maximale entre l'emplacement de l'enregistreur de données et le placement du capteur souhaité. Compte zeton s'explique par la longueur supplémentaire du câble nécessaire pour les virages dans le câble, les obstacles et la fixation à l'enregistreur de données.
- Couper tous les câbles thermocouple et d'humidité du sol à cette longueur maximale désirée. Les différences dans la longueur du câble peuvent entraîner des résistances variables entre les capteurs. Ce problème peut être évité en gardant toutes les longueurs de câble de capteur les mêmes.
- Préparer le câble thermocouple.
- Dénuder la veste de câble à 4 x 5 cm de l'extrémité du câble.
- Dénuder les gaines nouvellement exposées de petit diamètre à 5 mm de l'extrémité des fils.
- Arc soud regroupeles les extrémités exposées des fils et testez la résistance de la nouvelle soudure en tirant doucement sur les fils pour s'assurer qu'ils ne se séparent pas.
CAUTION : Un casque de soudage ou un écran facial doit être utilisé pour se protéger contre les radiations générées lors du soudage à l'arc. Gardez tout dans l'environnement de travail au sec pour éviter un choc potentiel. Travaillez dans une zone bien aérée pour garder les fumées ou les gaz de votre aire de respiration. - Trempez les pointes soudées par arc du câble thermocouple dans du ruban électrique liquide pour protéger les fils exposés. Le ruban électrique liquide doit recouvrir le métal exposé des fils et au moins 3 mm des gaines de fil de petit diamètre.
CAUTION: Le ruban électrique liquide a des vapeurs inflammables qui peuvent irriter les voies respiratoires. Utiliser dans une zone bien aérée à l'écart des flammes nues. Évitez l'exposition directe aux yeux et à la peau, car cela peut causer une irritation. - Laisser sécher le ruban électrique liquide pendant environ 4 h ou selon les directives du fabricant.
- Couper un morceau de 0,13 po (3,3 mm) de réduction de la chaleur de joint d'humidité qui est assez long pour recouvrir le ruban électrique liquide sur les gaines de petit diamètre et au moins 1 cm de la veste de câble thermocouple (environ 6 cm de long). Insérez les fils dans le tube de rétrécissement de chaleur et déplacez le tube vers l'arrière au-dessus de la veste de câble. Attendez d'appliquer la chaleur jusqu'à une étape ultérieure (étape 1.5.3).
- Préparer le câble d'humidité du sol.
- Retirez la veste de câble à 5 cm de l'extrémité du câble.
- Coupez le fil de terre (pas de gaine) à la veste de câble de sorte qu'il n'est pas exposé au-delà de la veste.
- Bande 1 cm des gaines intérieures de petit diamètre des extrémités des fils d'humidité du sol.
- Tordre le métal exposé de chaque fil pour consolider les petits brins.
- Tin les petits brins tordus en appliquant la soudure sur le métal exposé à chaque extrémité de fil.
CAUTION: Il faut prendre soin lors de l'utilisation des instruments extrêmement chauds nécessaires à la soudure. Souder dans les zones bien aérées et porter une protection appropriée pour les yeux et la peau. - Couper un morceau de 0,38 po (10 mm) de réduction de chaleur qui est de 1 cm de plus que la distance de l'endroit où la veste de câble a été dépouillée à l'extrémité des fils en conserve. Placez ce tube sur les deux fils et faites-le glisser vers l'arrière sur la veste de câble pour fixer en place à une étape ultérieure.
- Couper deux morceaux de 0,13 cm de 0,13 po (3,3 mm) de réduction de la chaleur par l'humidité et en placer un sur chaque fil. Ne les chauffez pas jusqu'à ce que vous ayez soudé le fil à la bande de douille à deux dents.
- Appliquer le flux de soudure sur les dents de la bande de douille à deux dents.
- Souder les extrémités en conserve du fil aux extrémités de la bande de douille à deux volets. Veillez à séparer les deux extrémités afin qu'elles ne se touchent pas.
- Déplacez les deux morceaux de 0,13 po (3,3 mm) de chaleur de scellement d'humidité à la base de la bande de douille à deux tiges de sorte que toutes les pièces métalliques soient couvertes. Utilisez le pistolet à chaleur pour adhérer aux tubes de rétrécissement de chaleur, en prenant soin de ne pas surchauffer et faire fondre la soudure sous les tubes.
- Déplacez le tube de réduction de la chaleur de 0,38 po (10 mm) à 1 mm de l'extrémité de la bande de douille à deux extrémités de sorte qu'il recouvre la bande de douille, les fils de petit diamètre et une partie de la veste de câble. Utilisez le pistolet thermique pour fixer ce tube de rétrécissement de chaleur en place.
- Modifier la bande terminale pour la tête du capteur.
- Pour modifier la bande terminale à huit volets, orientez la bande de sorte que les dents supérieures sont courbes loin de la vue. Utilisez des bouts de fil pour couper les deuxième, quatrième et septième dents de la gauche juste en dessous de la bande de contact en plastique noir (Figure 2).
- Mesurez 5 mm sous la bande de contact en plastique noir et marquez les troisième, cinquième et sixième dents de la gauche à 5 mm. Snip ces dents à la marque de 5 mm. Cette longueur peut être modifiée en fonction de différentes questions de recherche.
- Assembler la tête du capteur.
- Couper deux morceaux de 0,5 po (13 mm) de chaleur de joint d'humidité rétrécir les tubes et en glisser un sur chacun des câbles thermocouple et d'humidité du sol.
- Déplacez l'extrémité soudée par arc des fils thermocouple au-dessus du dessus de la troisième pince coupée de sorte que la pointe du thermocouple soit orientée avec l'extrémité de la pince coupée. Pliez les fils pour qu'ils suivent la courbe supérieure de la pince.
- Faites glisser le tube de rétrécissement de la chaleur de 0,13 po (3,3 mm) (à partir de l'étape 1,2,6) au-dessus de la partie incurvée de la pince et des fils thermocouple. Vérifiez que le tube de rétrécissement de chaleur couvre également une partie de la veste de câble de thermocouple et utilisez un pistolet à chaleur pour adhérer au tube de rétrécissement de chaleur en place. Pressez la partie du tube de rétrécissement de chaleur qui est au-dessus de la pince courbée avec des doigts pour la fixer.
- Insérer les extrémités courbes supérieures des dents 5 et 6 dans la bande de douille à deux dents (figure 2).
- Déplacez le tube de rétrécissement de la chaleur de 0,5 po (13 mm) supérieur vers la tête du capteur afin qu'il soit positionné à environ 1 cm de la tête. Utilisez un pistolet thermique pour l'adhérer en place, en prenant soin de garder la bande de douille fermement connecté aux dents 5 et 6 et au fil thermocouple sur la pince 3.
- Utilisez un pistolet thermique pour adhérer à l'autre 0,5 po (13 mm) morceau de chaleur de joint d'humidité rétrécir tube de quelques centimètres derrière le morceau précédent de la chaleur rétrécir tube.
- Appliquer du ruban électrique liquide sur tous les côtés du fil thermocouple et de la pince 3.
- Appliquer du ruban électrique liquide sur tous les côtés de la connexion de bande de douille en veillant à ce que tout le métal exposé soit couvert. Ne couvrez toutefois pas les dents coupées de 5 mm associées à cette connexion (Figure 3).
2. Connectant les capteurs à l'enregistreur et au multiplexeur de données
REMARQUE : Ces capteurs doivent être utilisés avec un multiplexeur connecté à un enregistreur de données. Toutes les étapes de ce protocole sont à utiliser avec l'enregistreur de données et le multiplexeur figurant dans le Tableau des matériaux (d'autres enregistreurs de données fonctionneraient également). À chaque heure de mesure, l'enregistreur de données ouvre la communication au multiplexeur, qui, à son tour, agit comme un relais et permet au courant de s'écouler vers le capteur de résistance.
- Connectez le multiplexeur à l'enregistreur de données à l'aide de fils audio. Connectez le port COM sur l'enregistreur de données au port RES sur le multiplexeur. Connectez le port COM séparé sur l'enregistreur de données au port CLK sur le multiplexeur. Connectez les ports G et 12 V sur l'enregistreur de données aux ports GND et 12 V sur le multiplexeur, respectivement.
- Créez un séparateur de tension sur l'enregistreur de données en connectant une résistance de 1 k '0,1 % entre un port VX et un port H DIFF sur l'enregistreur de données.
- Connectez deux fils audio avec un sol de ce séparateur de tension au multiplexeur. Connectez un fil à partir du même port H DIFF que le diviseur de tension est connecté à l'enregistreur de données au port COM ODD L sur le multiplexeur. Assurez-vous que l'autre fil relie un port au sol sur l'enregistreur de données au port COM ODD H sur le multiplexeur. Assurez-vous qu'un fil de terre relie un sol de l'enregistreur de données à un sol sur le multiplexeur.
- Connectez un fil thermocouple de type E à l'enregistreur de données et au multiplexeur. Le fil violet relie le port DIFF 1 H sur l'enregistreur de données au port COM EVEN H sur le multiplexeur. Le fil rouge relie le port DIFF 1 L sur l'enregistreur de données au port COM EVEN L sur le multiplexeur. Assurez-vous que le fil au sol se connecte à un sol à la fois sur l'enregistreur de données et le multiplexeur.
- Changer le multiplexeur en mode 4 x 16.
- Connectez les capteurs au multiplexeur. Les câbles audio d'humidité du sol se connectent aux ports ODD avec le fil noir à H et le fil rouge aux fils de L. Thermocouple se connectent aux ports EVEN avec le fil violet à H et le fil rouge à L. L'ordre des fils thermocouple est crucial pour des mesures appropriées.
3. Capteurs de test
- Souder les extrémités d'une résistance de film aux dents sur un connecteur de prise à deux dents à l'aide de soudure de plomb et de flux de soudure.
- Connectez tous les capteurs à tester au multiplexeur.
- Ajustez le programme d'enregistrement de données pour numériser tous les 30 s, ou à une fréquence préférée pour la numérisation de plusieurs capteurs.
- Pour les capteurs d'humidité, placez le connecteur de prise avec la résistance de film sur les dents 5 et 6 du capteur et enregistrez les données de l'enregistreur de données.
- Placez la résistance sur chaque capteur pour s'assurer qu'ils donnent tous la même lecture.
- Surveillez les données thermocouple pour vous assurer qu'elles sentent des températures similaires.
- Pour les capteurs de température, placez l'extrémité thermocouple entre deux doigts pour vous assurer que les températures changent en conséquence.
4. Capteurs de calibrage
REMARQUE : Cette section décrit le processus de relation entre la sortie du capteur et l'humidité du sol.
- Fabriquer la tête du capteur d'étalonnage.
- Retirez 12 cm de la veste du câble d'humidité du sol.
- Retirez le papier d'aluminium protégeant des fils.
- Couper une longueur de 10 cm des deux fils intérieurs d'humidité du sol de petit diamètre.
- Enlevez environ 1 cm de gaine des deux extrémités de chaque fil.
- Tourner les petits fils sur chacune des extrémités et les étain avec un fer à souder.
- Modifier une bande terminale à huit volets selon les mêmes spécifications que les étapes 1.4.1 et 1.4.2.
- Appliquer le flux de soudure sur les courbes supérieures des dents 5 et 6.
- Souder les fils aux courbes supérieures des dents 5 et 6 sur la bande terminale à huit volets.
- Clip les deux dents extérieures des bandes terminales à huit volets à 5 mm.
- Placez un morceau de 0,13 po (3,3 mm) de chaleur de joint d'humidité sur les deux fils.
- Adhérer à la chaleur rétrécir les morceaux aussi près de la tête du capteur modifié que possible.
- Placez deux morceaux de 0,13 po (3,3 mm) de chaleur de scellement d'humidité sur les deux fils, un sur chaque fil. Attendez de les adhérer en place à une étape ultérieure.
- Couper les deux longues dents moyennes d'une bande terminale à quatre volets à 1 cm.
- Appliquer le flux de soudure aux extrémités courbes supérieures des dents du milieu sur la bande terminale à quatre dents.
- Souder les extrémités libres des deux fils à la partie supérieure de la bande terminale à quatre dents de sorte que les quatre dents courbes supérieures sont orientées vers l'extérieur de la tête du capteur modifié (Figure 4).
- Déplacez la chaleur de joint d'humidité précédemment placée rétrécir jusqu'à la base de la bande terminale à quatre volets et la chauffer en place.
- Préparer le câble d'humidité du sol pour l'étalonnage.
- Couper un câble d'humidité du sol qui est de la même longueur que les capteurs utilisés sur le terrain.
- Dénuder la veste du câble à 5 cm de la fin.
- Coupez le fil de terre (pas de gaine) à la veste de câble de sorte qu'il n'est pas exposé au-delà de la veste.
- Bande 1 cm des gaines de fil de petit diamètre des extrémités des fils d'humidité du sol.
- Tordre le métal exposé de chaque fil pour consolider les petits brins.
- Tin les petits brins tordus en appliquant la soudure sur le métal exposé à chaque extrémité de fil.
- Couper un morceau de 6 cm de 0,38 po (10 mm) de réduction de la chaleur de l'humidité, le placer sur les deux fils et le faire glisser sur la veste de câble pour l'adhérer à une étape ultérieure.
- Couper deux morceaux de 0,13 cm de 0,13 po (3,3 mm) de réduction de chaleur et en placer un sur chaque fil. N'appliquez pas de chaleur jusqu'à ce que le fil soit soudé sur la bande de douille à deux dents.
- Appliquer le flux de soudure sur les dents de la bande de douille à deux dents.
- Souder les extrémités en conserve du fil aux extrémités de la bande de douille à deux volets. Veillez à séparer les deux extrémités afin qu'elles ne se touchent pas.
- Déplacez les deux morceaux de 0,13 po (3,3 mm) de chaleur de scellement d'humidité à la base de la bande de douille à deux tiges de sorte que toutes les pièces métalliques soient couvertes. Utilisez le pistolet thermique pour adhérer aux tubes de rétrécissement de chaleur en place, en prenant soin de ne pas surchauffer et faire fondre la soudure sous les tubes.
- Déplacez le tube de rétrécissement de la chaleur de 0,38 po (10 mm) (de l'étape 4,2,7) à 1 mm de l'extrémité de la bande de douille à deux dents de sorte qu'il recouvre la bande de la douille, les fils de petit diamètre et une partie de la veste de câble. Utilisez le pistolet thermique pour adhérer au tube de rétrécissement de chaleur en place.
- Créer le contenant de sol d'étalonnage (Figure 5).
- Couper un tube de centrifugeuse jetable en polypropylène de 50 ml à 4 cm du haut du couvercle. Cela créera un tube avec une ouverture à une extrémité et un couvercle amovible sur l'autre.
- Utilisez un morceau de forage pour percer un trou de 2,5 cm au centre du couvercle. Un bit de perceuse d'étape est facile à utiliser et efficace.
- Couper deux fentes verticales de 6 mm de distance, en commençant par l'extrémité ouverte du tube et en s'étendant jusqu'au bas du couvercle. Utilisez une coupe perpendiculaire au bas du couvercle pour relier les deux fentes et enlever la bande de plastique (Figure 5). Cela créera un espace assez grand pour insérer les fils de la tête du capteur.
- Couper un morceau circulaire de 6 cm de diamètre de tissu en maille de polypropylène. Placez le maillage entre le couvercle et le tube et visssez le couvercle.
- Insérez la bande terminale à huit volets du capteur d'étalonnage dans le tube de sorte que les fils glissent le long de l'espace créé à l'étape 4.3.3.
- Tapez les dents plus longues de la bande terminale à quatre dents sur le côté de l'extrémité ouverte du tube de sorte que les dents supérieures sont orientées vers l'extérieur du tube et peuvent facilement être reliées à la bande de douille à deux volets du câble d'étalonnage (Figure 5).
- Placez le récipient avec la tête du capteur attachée dans un four de séchage de 60 oC pendant 48 h pour éliminer toute humidité.
- Calibrer le capteur et le sol.
- Peser les récipients d'étalonnage vides séchés au four ainsi qu'une tête de capteur d'étalonnage sur un équilibre avec une précision de 0,0001 g. Cette mesure sera utilisée pour calculer la teneur en eau gravimétrique (GWC) à une étape ultérieure.
- Effectuez des étalonnages dans un environnement qui peut maintenir une température constante.
- Préparer le sol biocrust pour l'étalonnage.
- Retirez le couvercle du tube d'étalonnage et utilisez l'extrémité filetée comme moule pour découper un morceau de biocroûte du même diamètre. La biocroûte doit rester dans le tube lorsqu'il est tiré vers le haut, mais peut nécessiter une certaine aide pour le garder dans le tube.
- À l'aide d'un doigt, pousser l'échantillon de biocroûte de l'extrémité coupée du tube de sorte que 3-5 mm du dessus de la biocrust restent dans le tube. Gratter tout excès de sol qui est poussé hors de l'extrémité filetée du tube de sorte que le fond de la biocroûte est rincer avec le fond du tube.
- Placez le maillage en polypropylène de 6 cm de diamètre sur l'extrémité filetée, en dessous de la biocroûte, et visez le couvercle sur serré.
- Humidifiez l'échantillon de biocroûte et fixez doucement la tête du capteur dans le haut du substrat afin que les dents soient complètement enterrées. Les fils peuvent devoir être pliés pour s'assurer que la tête du capteur reste en place et ne bouge pas pendant l'étalonnage.
- Préparer le sol minéral pour l'étalonnage.
- Recueillir les sols des 5 mm supérieurs à la zone où les capteurs seront placés.
- Utilisez un tamis de 2 mm pour enlever les grosses roches et les matières organiques du sol.
- Assurez-vous que le couvercle est vissé sur serré avec le maillage en polypropylène de 6 cm de diamètre fixé entre le couvercle et le tube.
- Placer le sol tamisé dans le récipient d'étalonnage afin qu'il recouvre le fond du récipient jusqu'à une profondeur de 6 mm.
- Humidifiez l'échantillon de sol et fixez doucement la tête du capteur dans le haut du substrat afin que les dents soient complètement enfouies. Les fils peuvent devoir être pliés pour s'assurer que la tête du capteur reste en place et ne bouge pas pendant l'étalonnage.
- Saturate le substrat (biocrust ou sol) avec de l'eau déionisée jusqu'à ce qu'une couche d'eau brillante soit visible à la surface.
- Laisser sécher le substrat saturé toute la nuit.
- Avant de commencer les mesures, vérifiez que la tête du capteur est toujours en place et que les dents sont entièrement enfouies dans le substrat.
- Saturate le substrat avec de l'eau déionisée jusqu'à ce qu'une couche brillante soit visible à la surface.
- Sécher le substrat pendant 15 min.
- Connectez la bande de douille à deux dents du câble d'humidité du sol d'étalonnage aux deux dents intérieures de la bande terminale à quatre volets.
- Programmez l'enregistreur de données pour enregistrer les mesures chaque minute.
- Activez l'enregistreur de données pour commencer à collecter des mesures de résistance.
- Placez un ventilateur pour souffler doucement de l'air au-dessus du récipient d'étalonnage lorsque les poids ne sont pas enregistrés pour favoriser le séchage.
- Mouillez le substrat avec de l'eau déionisée jusqu'à ce qu'un éclat soit visible à la surface.
- Placer le récipient d'étalonnage avec du sol humide sur un essuie-tout pour absorber l'eau qui coule.
- Débranchez le fil d'humidité du sol d'étalonnage de la bande terminale à quatre volets.
- Appuyez légèrement sur le récipient pour expulser l'eau qui coule.
- Éteignez le ventilateur avant de placer le récipient d'étalonnage sur le solde.
- Placez le contenant sur le solde et enregistrez le poids et l'heure de mesure.
- Reconnectez le fil d'humidité du sol à la bande terminale à quatre volets.
- Remettre le contenant d'étalonnage sur le papier essuie-tout.
- Allumez le ventilateur pour accélérer le séchage.
- Enregistrer les poids toutes les 15 min jusqu'à ce que le substrat soit complètement séché à l'air. Le séchage complet est indiqué par peu ou pas de changement dans les poids des conteneurs d'étalonnage entre les mesures.
- Placer le récipient d'étalonnage, la tête du capteur d'étalonnage et le substrat dans un four à sécher de 60 oC pendant 48 h.
- Peser le substrat séché au four, le récipient et la tête du capteur.
- Analyse des données d'étalonnage des capteurs.
- Calculer le poids du substrat sec en soustrayant le poids du récipient d'étalonnage sec déterminé à l'étape 4.4.1 du poids du contenant d'étalonnage sec avec substrat déterminé à l'étape 4.4.34.
- Calculez le poids de l'eau pour chaque point de 15 min ou l'étalonnage en soustrayant le poids du récipient d'étalonnage sec avec le substrat (étape 4.4.34) des poids enregistrés toutes les 15 min.
- Calculez le GWC pour chaque point de 15 min en divisant les poids de l'eau (étape 4.5.2) par le poids du sol sec (4.5.1).
- Associez les temps de mesure de la résistance au GWC de chaque point de temps de 15 min déterminé à l'étape 4.5.3.
- Déterminer la courbe d'étalonnage de l'analyse de régression avec les GWC en tant que variables dépendantes et Siemens en tant que variables indépendantes (figure 6). Différents types de courbes (linéaire, puissance, logarithmique) peuvent être les plus appropriés pour l'étalonnage de différents substrats.
Representative Results
L'évaluation du microclimat de la surface du sol est essentielle pour comprendre et prédire les processus biologiques, chimiques et physiques qui s'y produisent. Ces sondes offrent de puissantes occasions de surveiller le microclimat à la couche de surface même du profil du sol et sont donc précieuses pour l'évaluation de l'activité biologique se produisant dans les quelques millimètres supérieurs du sol11,12. Ces sondes ont été développées et affinées pour évaluer les contrôles sur l'activité biologique de la croûte du sol parce que la température et l'humidité dans la biocroûte peuvent être essentielles à sa fonction2,8,10,12,15. Cependant, bien que ces sondes aient été développées pour les sols photosynthétiques dans les terres arides, il existe un fort potentiel pour les mettre en œuvre dans un large éventail de systèmes, ainsi que pour évaluer comment la température et l'humidité varient le long des profils de profondeur du sol. Par exemple, ces capteurs ont été déployés dans le cadre d'une expérience de réchauffement des forêts tropicales afin de déterminer comment les traitements de réchauffement et les variations naturelles du climat interagissent pour déterminer les covariations dans les processus du sol, la température et l'humidité.
Néanmoins, il y a quelques considérations clés avant la mise en œuvre de capteurs de surface du sol. Par exemple, des courbes d'étalonnage doivent être développées pour convertir des unités de résistance à des mesures plus couramment utilisées de l'humidité du sol, comme le GWC. Le capteur de surface du sol mesure la résistance entre les dents métalliques et la conductance des sorties (l'inverse de la résistance) dans Siemens (1/Ohm). Ainsi, la conversion de Siemens à l'humidité du sol doit être effectuée. Un certain nombre de propriétés chimiques et physiques du substrat du sol peuvent affecter la relation entre les lectures de conductance du capteur dans Siemens et l'humidité du sol. Il est donc essentiel d'effectuer des étalonnages spécifiques au substrat pour convertir les lectures de sondes en valeurs d'humidité du sol. Les données de calibration de trois substrats démontrant ces différences sont montrées.
La figure 6 représente des données d'étalonnage à sec pour deux échantillons chacun de trois substrats de sol, chacun avec sa propre sonde. Les substrats étaient complètement saturés jusqu'à ce qu'une petite quantité d'eau soit visible à la surface. Les résistances à la sonde et le poids du sol ont été mesurés toutes les 15 min jusqu'à ce que tous les échantillons soient secs. La masse du sol a ensuite été utilisée pour calculer le GWC. La figure 6 montre des régressions de conductance et de GWC pour chaque échantillon. Les substrats utilisés pour ces étalonnages comprennent les sols limoneux (23 % de sable, 64 % de limon et 13 % d'argile) recueillis dans une station expérimentale de terrain dans la forêt nationale d'El Yunque, à Porto Rico; biocrusts dominés par la mousse recueillis près de Castle Valley, Utah; et le sol de sable fin (92 % de sable, 3 % de limon et 5 % d'argile) provenant de parcelles expérimentales de réchauffement près de Moab, dans l'Utah.
La variation de la conductance de la sonde et de l'humidité du sol pour chaque substrat est démontrée par la nécessité d'étalonner des capteurs spécifiques au substrat. Par exemple, les régressions pour les échantillons de sol limoneux(figure 6a) étaient distinctes des deux autres substrats du sol. Par conséquent, l'application de l'équation de régression du sol limoneux à la biocroûte de mousse, ou vice versa, conduirait à des valeurs radicalement différentes. D'autre part, la relation entre les résistances au GWC et à la sonde pour le sol de sable fin (figure 6c) et la biocroûte de mousse (figure 6b) était similaire. Cependant, le sol de sable fin n'a pas été en mesure de retenir autant d'eau que la mousse et, par conséquent, a connu un séchage beaucoup plus rapide. Comme il y a des variations dans les substrats, il est important d'avoir une taille d'échantillon assez grande pour produire une courbe d'étalonnage précise et pour créer des courbes d'étalonnage individuelles pour tous les sites.
Dans un cadre expérimental, ces capteurs de surface du sol ont été utilisés pour évaluer les effets thérapeutiques d'une étude de manipulation du climat près de Moab, Utah, Etats-Unis. Cette étude a utilisé des lampes infrarouges pour augmenter la température ambiante des parcelles de 4 oC au même endroit et avec des méthodes similaires décrites par Wertin et al.17. La figure 7 montre la température moyenne et le GWC provenant de parcelles chauffées et témoins pour deux événements pluvieux distincts survenus au début de mai 2018. Les températures moyennes dans les parcelles réchauffées étaient constamment plus élevées que les températures moyennes des parcelles témoins(figure 7a). Au cours de ces deux événements pluviaux, les capteurs de résistance dans les parcelles chauffées ont enregistré moins d'humidité du sol que les commandes et les parcelles chauffées ont séché plus rapidement (Figure 7b). Il convient de noter que l'augmentation de la température peut conduire à une conductivité plus élevée des sols qui doivent être comptabilisés pour19. La sensibilité des composants de température et d'humidité de ces capteurs de surface du sol nous a permis non seulement d'observer les différences de température du traitement de réchauffement, mais aussi comment il a affecté la dynamique de l'humidité dans les parcelles.
Les interactions entre la température et l'humidité ont fait l'objet d'une étude observationnelle à l'aide de ces capteurs de surface du sol afin d'analyser le moment de la disponibilité de l'humidité pour les biocrusts dans les conditions de gel et de dégel sur le plateau du Colorado, aux États-Unis. Des capteurs ont été placés dans le top 5 mm de biocrusts qui étaient composés principalement de la mousse Syntrichia caninervis, et la température de surface et l'humidité ont été enregistrées au cours des mois de Janvier et Février 2018. Lorsque les températures étaient inférieures à 0 oC, l'humidité à la surface de la mousse était gelée et les valeurs de conductance du capteur correspondaient à 0 % de GWC(figure 8). Cependant, comme les températures dépassaient 0 oC, le gel a fondu à la surface de la mousse et l'eau liquide est enregistrée sur le capteur de résistance. Dans ce cas, des mesures simultanées de la température et de l'humidité ont montré comment les variables interagissaient pour potentiellement influer sur les processus biologiques des organismes existant à la surface du sol.
Figure 1 : Interspaces biocrustés sur le plateau du Colorado, États-Unis. Dans de nombreux écosystèmes désertiques, les espaces entre les plantes sont souvent recouverts de communautés de biocroûte composées de lichens, de mousses et de cyanobactéries. Deux capteurs de température et d'humidité du sol ont été placés à la surface de la biocroûte de mousse. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2 : Couper la bande terminale à huit volets. La bande terminale plaquée or est orientée avec les dents courbes supérieures orientées vers l'extérieur. Les dents sont numérotées de 1 à 8, en commençant par la gauche et en se déplaçant à droite. Les dents 2, 4 et 7 sont coupées à la chasse d'eau avec le fond du plastique noir. Les dents 3, 5 et 6 sont coupées à 5 mm au-dessous du plastique noir. La pince 3 stabilise les fils thermocouples soudés à l'arc, tandis que la résistance est mesurée entre les dents 5 et 6. Ceux-ci fonctionnent comme le capteur d'humidité du sol. Les dents 1 et 8 servent de holdfasts dans le sol. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3 : Tête de capteur finie. La tête du capteur modifié et le câble thermocouple sont recouverts de ruban électrique liquide. Il est important de garder les dents 5 et 6 (le capteur d'humidité) propres et non recouvertes de ruban électrique liquide pour s'assurer qu'il n'y a pas de contamination qui affecterait les mesures de résistance. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 4 : Tête du capteur de calibration. La bande terminale à quatre volets est soudée sur les fils de sorte qu'elle fait face à l'écart de la tête du capteur modifié. Le rétrécissement de chaleur de joint d'humidité est fixé en place près des bandes terminales pour empêcher le croisement entre les fils. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 5 : Récipient de calibration et tête de capteur. La bande terminale à quatre volets est collée au conteneur et orientée de sorte qu'elle puisse facilement être reliée à une bande de douille à deux volets. Ce placement permet de placer la tête du capteur dans la coupe et de la fixer dans le substrat d'intérêt. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 6 : Étalonnage des capteurs pour trois substrats de sol. Les pourcentages calculés de teneur en eau gravimétrique (GWC), déterminés en mesurant la masse du sol pendant le séchage du substrat, ont été comparés aux valeurs de conductance des capteurs de sol des sondes (mesurées chez Siemens). Les données présentées portent sur deux échantillons prélevés sur chacun des trois substrats distincts du sol. Les substrats de sol étaient (a) un sol limoneux, (b) une biocrust de mousse, et (c) un sol de sable fin. (a) La relation entre le GWC et les valeurs de conductance dans les sols limoneux principalement était mieux représentée par une régression du pouvoir. (b) Une forte relation linéaire entre la conductance de GWC et le capteur a été observée pour les biocrusts dominés par la mousse Syntrichia caninervis. (c) Une régression linéaire représentait le mieux la relation entre les mesures de conduite du GWC et celle du capteur dans les sols fins de sable. Aux valeurs GWC élevées, les valeurs de conductance divergent de la courbe d'étalonnage, ce qui indique une limitation potentielle des capteurs lorsque les sols sont saturés. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 7 : Température et teneur en eau gravimétrique avec des traitements de réchauffement infrarouge de champ. Température de surface moyenne horaire et GWC enregistrées à intervalles de 10 min dans 5 parcelles réchauffées et 5 parcelles de contrôle sur 4 jours. Les données proviennent d'une expérience de changement global dans un écosystème semi-aride steppe sur le plateau du Colorado, Etats-Unis17. Les données montrent que les capteurs de surface du sol ont capturé les effets de traitement. (a) Les températures moyennes à la surface du sol étaient constamment plus élevées dans les parcelles réchauffées. ( b) Les effets du réchauffement étaient également apparents dans les valeurs de GWC, montrant que les sols réchauffés de parcelle ont maintenu des temps de séchage plus rapides. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 8 : Température de la biocroûte de mousse et teneur en eau gravimétrique pendant les événements de gel. Température moyenne à la surface et GWC de quatre répliques de biocrusts de mousse de Syntrichia caninervis enregistrées à intervalles de 10 min de 9 h 50 le 24 janvier 2018 à 11 h 20 le 25 janvier 2018. Les heures de nuit sont représentées dans la zone ombragée grise et les heures de jour dans les zones non ombragées. Lorsque l'eau était gelée sous forme de gel à la surface de la mousse, il n'y avait aucune conductance mesurée par le capteur. Ainsi, le GWC était 0. Les conditions de congélation se sont produites peu après la tombée de la nuit, car la température du sol est tombée en dessous de 0 oC. Le dégel s'est produit peu après le lever du soleil, alors que les températures s'élevaient au-dessus de 0 oC, lorsque le gel a fondu et que l'eau liquide a été détectée par les capteurs. Ces résultats démontrent l'efficacité des capteurs à distinguer l'eau liquide et la glace, ce qui peut avoir des implications importantes pour une gamme de processus biologiques. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Discussion
La température de la surface du sol et les sondes d'humidité peuvent être des outils efficaces pour analyser la température et la teneur en eau à la surface du sol. À l'exception des sondes d'humidité biocrust (BWP) développées par Weber et coll.11, les capteurs communs de température et d'humidité du sol ne mesurent pas explicitement ces variables environnementales aux quelques millimètres supérieurs de la surface du sol. Au moment de l'élaboration, les BWP ne sous-estimaient que l'humidité du sol à la surface et non la températurede 20. Avec la conception originale de BWP utilisée comme guide, les sondes décrites dans ce manuscrit ont été développées pour mesurer simultanément la température et l'humidité afin d'évaluer comment ces variables environnementales interagissent les unes avec les autres, ainsi qu'avec les processus biologiques, chimiques et physiques à la surface du sol.
Il y a un certain nombre de considérations pour assurer le fonctionnement optimal de ces sondes. Lors de la construction du capteur, il est important de prendre soin de ne pas couper à travers les gaines intérieures et d'exposer les fils métalliques sous-jacents. Cela peut entraîner une variation de la conductance et des travestis entre les fils. Il est également essentiel de tester à la fois les thermocouples et les capteurs de résistance pour chaque sonde dans le même environnement, de confirmer qu'ils sont correctement construits et que les variations de lecture sont dues à des différences physiques et chimiques dans le substrat du sol étant Mesurée. Pendant le processus d'étalonnage, un nombre d'échantillons suffisamment élevé de résistance et d'étalonnages GWC est essentiel pour tenir dûment compte de la variation des substrats de sol ou de biocroûte. En outre, il est préférable de tester la même combinaison de sondes et de substrats deux fois, de l'humide au sec, car il est courant pour ces sondes de «dériver» au fil du temps en raison de l'électrolyse ou la corrosion. En outre, pendant l'étalonnage, il est important d'utiliser des échantillons de substrat peu profond s'ils ne sont suffisamment profonds que pour tenir compte de la longueur de la sonde (c.-à-d. entre 6 et 7 mm), de sorte que les poids de l'eau mesurés proviennent principalement de l'eau dans la zone des mesures de conductance. (entre et autour des sondes). Cela garantit que les changements dans la masse d'eau dans les sols sont directement liés aux changements dans les mesures de résistance des sondes. Enfin, lors du déploiement de ces sondes sur le terrain, il est important de bien fixer les sondes à la surface du sol (p. ex., avec des piquets de jardin non-conductrices), ce qui limitera les interférences dans les mesures de conductance, mais peut s'assurer que les capteurs ne changent pas de position. et diminuer la qualité des mesures à long terme.
Il est également important de noter certaines limites de ces capteurs. Étant donné que les sondes de résistance ne mesurent que 5 mm de long, leurs mesures peuvent être fortement affectées par de grands espaces de pores remplis d'air dans les substrats. Les grands écarts d'air le long des sondes diminuent la connectivité du substrat et entraînent généralement une conductivité mesurée plus faible et, par conséquent, une teneur en eau estimée plus faible, ce qui peut ne pas refléter l'humidité réelle du sol à de plus grandes échelles. De même, la composition chimique des sols peut affecter les lectures de l'humidité du sol. Une plus grande salinité augmentera la conductivité et conduira à des valeurs Siemens plus élevées21. Les deux problèmes doivent être résolus avec des étalonnages spécifiques au substrat. Cependant, certains sols peuvent maintenir des différences chimiques ou avoir une grande architecture spatiale pore qui pourrait faire d'eux des environnements pauvres pour ces capteurs. La température affecte également la conductivité électrique des sols et doit donc être considérée comme15. À l'avenir, des étalonnages de température avec ces capteurs devraient être effectués pour déterminer comment les températures modifient la résistance des substrats mesurés.
À l'infime des sondes Biocrust développées par Weber et coll.11, ces calibrages de capteurs montrent que les mesures de résistance sont fiables à la teneur moyenne en eau, mais qu'elles présentent certaines anomalies à très haute et faible teneur en eau (figure 6). De plus, pendant les étalonnages à sec, les valeurs de résistance lisent parfois zéro lorsqu'il y avait encore de l'eau présente dans l'échantillon de substrat. Cela pourrait être dû à la quantité de substrat dans le récipient d'étalonnage étant légèrement plus grande que la zone mesurée par le capteur. Si de l'eau était présente à l'extérieur de la zone de résistance, le capteur lirait zéro pendant que le substrat avait encore de l'humidité présente. On a pris soin de diminuer la taille du substrat sans compromettre les mesures de résistance. À mesure que la teneur en eau augmente, les valeurs de résistance dans le substrat diminuent, ce qui entraîne des sorties plus élevées de Siemens. Cependant, au plus haut niveau de teneur en eau, les valeurs de résistance augmentent avec l'augmentation de la teneur en eau. Cela conduit à un « crochet » dans les données d'étalonnage comme on le voit dans la figure 1C. Ce crochet était présent dans chaque substrat utilisé pour les étalonnages, mais il était le plus important dans les sols de sable fin (figure 6). Weber et coll.11 suggèrent qu'une cause potentielle d'augmentation sa résistance anormale à haute teneur en eau est que l'eau supplémentaire dilue les ions dans les sols saturés, augmentant ainsi la résistance.
Ces capteurs dépendent actuellement de l'utilisation des technologies existantes de multiplexer et d'enregistreur de données. Le multiplexeur permet aux capteurs d'être « éteints » et n'envoie un courant aux capteurs qu'à un moment programmé. Cela empêche les terminaux de capteur d'humidité du sol de se corroder. D'autres entreprises électroniques offrent des solutions de rechange pour les sondes, et des circuits et des ordinateurs programmables pourraient également être incorporés pour une conception sans fil des capteurs de température et d'humidité du sol, ce qui pourrait représenter un avance passionnante.
La conception et la construction de capteurs permettent au chercheur de personnaliser les sondes. La longueur et la direction des dents peuvent être manipulées pour mieux évaluer l'humidité dans différents milieuaux ou à différentes profondeurs. Le câblage personnalisé peut être commandé pour permettre des conceptions avec plusieurs têtes de capteur émanant du même câble. Grâce à l'ajout d'une analyse de données peu coûteuse et d'options de multiplexage, ces capteurs offrent aux chercheurs une option peu coûteuse et accessible pour mesurer la température et l'humidité du sol à la surface du sol. Cela comprend la mesure difficile à capturer des événements, tels que la formation de givre et de rosée (figure 8), et les effets du traitement expérimental tels que le réchauffement (Figure 7). Ce document fournit un guide étape par étape pour la construction de capteurs de surface du sol qui mesurent simultanément la température et l'humidité, qui peuvent être utilisés et raffinés par toute personne intéressée à évaluer l'environnement des communautés de biocrust et les couches superficielles de nombreux autres types de sol.
Disclosures
Les auteurs n'ont rien à révéler.
Acknowledgments
Nous remercions Robin Reibold pour son soudage à arc soigné et Cara Lauria pour sa précision lors des étalonnages. Nous sommes reconnaissants au Dr Steve Fick et à trois évaluateurs anonymes pour leurs commentaires utiles sur une ébauche précédente de ce manuscrit. Ces travaux ont été appuyés par le U.S. Geological Survey Land Change Science Program et le U.S. Department of Energy Office of Science, Office of Biological and Environmental Research Terrestrial Ecosystem Sciences Program (Awards 89243018SSC000017 et DESC-0008168). Le travail de BW a été soutenu par la Fondation allemande de recherche (Grants WE2393/2-1, 2-2), la Société Max Planck et par l'Université de Graz. Toute utilisation de noms commerciaux, d'entreprises ou de produits n'est qu'à des fins descriptives et n'implique pas l'approbation du gouvernement des États-Unis.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Single sensor audio cable | alliedelec.com | Allied Stock #: 70004848 | Cable; 1Pr; 22AWG; 7x30; TC; PP ins; Foil; Black PVC jkt; CMR |
| Double sensor audio cable | alliedelec.com | Allied Stock #: 70004635 | Cable; 2Pr; 22AWG; 7x30; TC; PP ins; Foil; Black LSZH jkt; CMG-LS |
| Thermocouple cable | Omega.com | Part #: TT-E-24-TWSH-SLE-(Desired length) | Type E, 24 ga, PFA (teflon coated), twisted shielded, special limits of error |
| Eight prong terminal strip | Samtec.com | MTSW-108-21-G-S-1130-RA | |
| Four prong terminal strip | Samtec.com | MTSW-104-21-G-S-1130-RA | |
| Two prong socket strip | Samtec.com | SSW-102-03-G-S | |
| 0.13" moisture-seal heat shrink tubing | McMaster.com | Part #: 7861K51 | |
| 0.25" moisture-seal heat shrink tubing | McMaster.com | Part #: 7861K53 | |
| 0.38" moisture-seal heat shrink tubing | McMaster.com | Part #: 7861K54 | |
| 0.5" moisture-seal heat shrink tubing | McMaster.com | Part #: 7861K55 | |
| Liquid electrical tape | McMaster.com | Part #: 76425A23 | |
| Metal film resistor | Newark.com | Part #: RN55C1001BB14 | |
| Voltage divider resistor | Newark.com | Part #: 83F1210 | |
| 16- or 32-Channel Relay Multiplexer | campbellsci.com | AM16/32B | This relay multiplexer is critical for the sensors to function correctly |
| CR1000X Measurement and Control Datalogger | campbellsci.com | CR1000X |
References
- Phillipot, L., Hallin, S., Schloter, M. Ecology of denitrifying prokaryotes in agricultural soil. Advances in Agronomy. Sparks, D. L. 96, Elsevier B.V. San Francisco, CA, USA. 249-330 (2007).
- Grote, E. E., Belnap, J., Housman, D. C., Sparks, J. P. Carbon exchange in biological soil crust communities under differential temperatures and soil water contents: implications for global change. Global Change Biology. 16 (10), 2763-2774 (2010).
- Thompson, K., Grime, J. P., Mason, G. Seed Germination in response to diurnal fluctuations in temperature. Nature. 267, 147-149 (1977).
- Doneen, L. D., MacGillivray, J. H. Germination (emergence) of vegetable seed as affected by different soil moisture conditions. Plant Physiology. 18 (3), 524-529 (1943).
- Kirshbaum, M. U. F. The temperature dependence of soil organic matter decomposition, and the effect of global warming on soil organic C storage. Soil Biology and Biochemistry. 27 (6), 753-760 (1995).
- Garcia-Pichel, F., et al. Small-scale vertical distribution of bacterial biomass and diversity in biological soil crusts from arid lands in the Colorado Plateau. Microbial Ecology. 46, 312 (2003).
- Belnap, J., Büdel, B., Lange, O. L. Biological Soil Crusts: Structure, Function, and Management. Belnap, J., Lange, O. , Springer. Berlin Heidelberg. 263-279 (2003).
- Darrouzet-Nardi, A., Reed, S. C., Grote, E. E., Belnap, J. Observations of net soil exchange of CO2 in a dryland show experimental warming increases carbon losses in biocrust soils. Biogeochemistry. 126, 363-378 (2015).
- Rutherford, W. A., et al. Albedo feedbacks to future climate via climate change impacts on dryland biocrust. Scientific Reports. 7, 44188 (2017).
- Maestre, F. T., et al. Changes in biocrust cover drive carbon cycle responses to climate change in drylands. Global Change Biology. 19 (12), 3835-3847 (2013).
- 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, 14-22 (2016).
- Tucker, C. L., et al. The concurrent use of novel soil surface microclimate measurements to evaluate CO2 pulses in biocrusted interspaces in a cool desert ecosystem. Biogeochemistry. 135 (3), 239-249 (2017).
- Pierson, F. B., Wight, J. R. Variability of near-surface soil temperature on sagebrush rangeland. Journal of Range Management. 44 (5), 491-497 (1991).
- Jin, M., Dickenson, R. E. Land surface skin temperature climatology: benefitting from the strengths of satellite observations. Environmental Research Letters. 5 (4), 044004 (2010).
- Lange, O. L. Photosynthesis of soil-crust biota as dependent on environmental factors. Biological soil crusts: characteristics and distribution. Biological Soil Crusts: Structure, Function, and Management. Belnap, J., Lange, O. 18, Springer. Berlin Heidelberg. 217-240 (2003).
- Davidson, E. A., Janssens, I. A., Luo, Y. On the variability of respiration in terrestrial ecosystems: moving beyond Q10. Global Change Biology. 12 (2), 154-164 (2005).
- Wertin, T. M., Belnap, J., Reed, S. C. Experimental warming in a dryland community reduced plant photosynthesis and soil CO2 efflux although the relationship between the fluxes remained unchanged. Functional Ecology. 31, 297-305 (2017).
- Darrouzet-Nardi, A., Reed, S. C., Grote, E. E., Belnap, J. Patterns of longer-term climate change effects on CO2 efflux from biocrusted soils differ from those observed in the short term. Biogeosciences. 15 (14), 4561-4573 (2018).
- McNeill, D. J. Rapid, Accurate Mapping of Soil Salinity by Electromagnetic Ground Conductivity Meters. Soil Science Society of America. 30, 209-229 (1992).
- Scholz, S., Ruckteschler, N., Gypser, S., Weber, B. Determination of drying and rewetting cycles of moss-dominated biocrusts using a novel biocrust wetness probe. Poster session presented at GfÖ Annual Meeting. , (2018).
- Rhoades, J. D., Ingvalson, R. D. Determining Salinity in Field Soils with Soil Resistance Measurements. Soil Science Society of America. 35 (1), 54-60 (1971).
