Waiting
Login processing...

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

Environment

Fremstilling enkelt og rimelig Soil Surface temperatur og Gravimetrisk vanninnhold sensorer

Published: December 21, 2019 doi: 10.3791/60308

Summary

Nøyaktig måling av temperatur og vanninnhold i de øvre 5 mm av jordoverflaten kan forbedre vår forståelse av miljømessige kontroller på biologiske, kjemiske og fysiske prosesser. Her beskriver vi en protokoll for produksjon, kalibrering og gjennomføring av målinger med jordoverflate temperatur og fukt sensorer.

Abstract

Kvantifisere temperatur og fuktighet på jordoverflaten er avgjørende for å forstå hvordan jordoverflaten biota reagerer på endringer i miljøet. Men på jordoverflaten disse variablene er svært dynamisk og standard sensorer ikke eksplisitt måle temperatur eller fuktighet i de øvre få millimeter av jord profilen. Dette papiret beskriver metoder for produksjon av enkle, rimelige sensorer som samtidig måler temperatur og fuktighet av de øvre 5 mm av jordoverflaten. I tillegg til sensor konstruksjon, er trinn for kvalitetskontroll, samt for kalibrering for ulike underlag, forklart. Sensorene innlemme en type E Termo å måle temperatur og vurdere jordfuktighet ved å måle motstanden mellom to gullbelagte metall sonder på slutten av sensoren i en dybde på 5 mm. Metodene som presenteres her kan endres for å tilpasse sonder for ulike dybder eller underlag. Disse sensorene har vært effektive i en rekke miljøer og har utholdt måneder med kraftig regn i tropiske skoger, samt intens solstråling i ørkener av det sørvestlige USA resultatene viser effektiviteten av disse sensorene for å evaluere oppvarming, tørking og frysing av jordoverflaten i en global endring eksperimentet.

Introduction

Miljø sensorer er viktige verktøy for å vurdere, overvåke og forstå økosystem dynamikk. Temperatur og fuktighet er grunnleggende drivere av biologiske prosesser i jord og påvirke aktiviteten og samfunnet sammensetning av jord organismer1,2. I tillegg, temperatur og fuktighet har vist å påvirke tidspunktet for frøplante fremveksten og søppel nedbrytning priser3,4,5. I tørrland økosystemer, jord overflater som ikke dekkes av vaskulære planter er ofte toppet med samfunn av Moser, lav, og cyanobakterier, kjent som en biologisk jord skorpe (biocrust) (figur 1). Disse samfunnene eksisterer på jordoverflaten og sjelden trenge dypere enn noen få millimeter inn i jorda6. Biologisk jord skorpe kan sterkt påvirke jord stabilisering, vann infiltrasjon og fordampning priser, albedo, temperatur, næringsstoffer sykling, og jord-atmosfære co2 Exchange7,8,9. I sin tur, for noen systemer aktiviteten av disse overflate samfunnene kan dominere generelle jord attributter og utbredelsen av ulike prosesser10. Sensorer som eksplisitt fokuserer målinger på grunt dyp, kan hjelpe oss å forstå hvordan surficial temperatur og fuktighet påvirker frø spire, ned brytings rater og responsen på biota i jordoverflaten, samt mange andre økosystem funksjoner.

Den siste utviklingen i jord sensorteknologi har vist viktigheten av romlig eksplisitte målinger for å forstå biologiske prosesser på jordoverflaten11,12. Konvensjonelle metoder for å analysere jordfuktighet innlemme sensorer plassert under jordoverflaten og ofte integrere målinger på tvers av dybder. Den jordfuktighet registrert av disse sonder kan bidra til å informere vår forståelse av miljømessige kontroller på jord organismer, men sannsynligvis savne mange av nyansene oppstår på jordoverflaten. For å eksplisitt måle vanninnholdet i toppen noen millimeter jord, Weber et al. nylig utviklet biocrust fuktighet sonder (BWP) som bestemmer jordfuktighet via elektrisk ledningsevne av jordoverflaten til en dybde på 3 mm11. Ved hjelp av Weber ' s sensorer i forbindelse med 0 til 5 cm integrerte fukt sonder, Tucker et al. demonstrert viktigheten av fukt sensorer som fokuserer på toppen få millimeter av jordoverflaten. Spesielt små nedbør hendelser, som var svært relevant for aktiviteten av biocrust samfunn, ikke registrere for 0-50 mm (dvs. 5 cm) integrert sonder og ble bare oppdaget av BWPs12. Sensorer fokusert på toppen noen millimeter jord er avgjørende for å måle fukt hendelser som ikke er store nok til å infiltrere forbi overflaten, men er tilstrekkelig til å indusere reaksjoner fra biota på overflaten.

Jordoverflaten temperatur er en annen viktig miljøfaktor kjøring fysiologiske prosesser. Dagaktive jordoverflaten temperaturer kan være svært variabel, spesielt i anlegget interspaces der unshaded jordoverflaten er utsatt for store mengder solstråling. Dessuten er temperaturen mer variabel på jordoverflaten enn dypere i jord profilen13 eller luften14. For eksempel, Tucker et al. viste en maksimal dagaktive jordoverflaten temperaturområde på nesten 60 ° c (13-72 ° c) forekommer over bare 24 h. Disse temperaturene ble målt ved hjelp av thermocouples inn 3 mm inn i jordoverflaten. I mellomtiden målte temperatur sonder i nærheten 50 mm dypt en rekkevidde på bare 30 ° c (22-52 ° c) i løpet av samme dag12. Thermocouples eksplisitt måle temperatur på jordoverflaten viste mye høyere variasjon enn sensorer på 50 mm dybder, da jordsmonnet var 10 ° c kaldere om natten og 20 ° c varmere i løpet av varmen av dagen i forhold til 50 mm dype verdier.

Temperatur representerer en kritisk kontroll over fysiologiske prosesser. For eksempel, ved konstant jord moistures i laboratorieforhold, co2 tap fra jord øker dramatisk med økende temperaturer i de fleste økosystemer2,15,16. Tilsvarende data fra feltet klima manipulasjon studier som tar sikte på å øke tomten temperaturer i forhold til kontrollene har vist at varmet jordsmonn frigi mer co2 enn nærliggende oppvarmet jordsmonn (i hvert fall i de første årene av behandlinger17,18) og at biocrusted jord viser en lignende reaksjon på oppvarmingen7,9. Både temperatur og fuktighet har vist å være viktige miljøvariabler og sensorer som kan nøyaktig fange jordoverflaten klimatiske forhold kan belyse hvordan de påvirker fysiologiske prosesser av organismer på jordoverflaten11,12.

Dette papiret presenterer sensorer utformet for å måle både temperatur og fuktighet til en 5 mm dybde under jordoverflaten, og tilbyr betydelig makt i vurderingen av hvordan disse variablene samhandle med og drive biologiske reaksjoner fra surficial biota. Type E Termo er laget av to metaller (chromel og constantan), og temperaturendringer i metaller skape ulike spenninger som er registrert av en data logger. Jord fuktighets måleren måler motstanden mellom to gullbelagte metall vinkler. Motstand påvirkes av jord vanninnhold, fordi mer vann øker konduktans og dermed reduserer motstanden mellom pinnene. Etter utformingen av Weber et al.11, disse sensorene måle jordfuktighet til en dybde på 5 mm og i tillegg inkludere en Termo å måle temperaturen på samme sonde. Disse sensorene gir en raffinert visning av hvordan temperatur-og fukt dynamikken varierer i konserten på jordoverflaten ved hjelp av en enkelt sonde. Disse sonder gir utallige muligheter til å utforske hvordan organismer som lever på overflaten reagerer på endringer i miljøet. En ekstra fordel med disse sensorene er at de er relativt enkle og rimelige å bygge og kalibrere, og forskerne vil være lett i stand til å adoptere deres bruk.

Følgende protokoll beskriver i detalj materialer og metoder for å konstruere sensorene, inkludert en disposisjon for å koble sensorene til data logger. Disse sensorene brukes kommersielt tilgjengelig logger, men alle data logger som kan knyttes til en multiplekser kan brukes. Metoder for kalibrering av sensorer til underlag av interesse er også beskrevet.

Protocol

1. produksjons sensorer

  1. Skjær passende kabellengder.
    1. Bestem den maksimale avstanden fra data logger plasseringen til ønsket sensor plassering. Konto for den ekstra kabellengden som er nødvendig for å bøyer i kabelen, hindringer, og vedlegg til data logger.
    2. Skjær alle Termo og jord fukt kabler til denne maksimale ønsket lengde. Forskjeller i kabellengde kan føre til variable motstander blant sensorer. Dette problemet kan unngås ved å holde alle sensorkabel lengder samme.
  2. Klargjør Termo-kabelen.
    1. Stripe kabel jakken 4 − 5 cm fra enden av kabelen.
    2. Strip den nylig eksponerte, små diameter hylser 5 mm fra enden av ledningene.
    3. Arc sveise sammen de eksponerte tips av ledningene og teste styrken på den nye sveisen ved å slite forsiktig på ledningene for å sikre at de ikke skille.
      FORSIKTIG: en sveise hjelm eller ansiktsskjerm bør brukes for å beskytte mot stråling som genereres ved buesveising. Hold alt i arbeidsmiljøet tørt for å unngå mulig sjokk. Arbeid i et godt ventilert område for å holde røyk eller gasser fra puste området.
    4. Dypp bue-sveiset tips av Termo-kabelen i flytende elektrisk tape for å beskytte de eksponerte ledningene. Den flytende elektrisk tape bør dekke eksponert metall av ledningene og minst 3 mm av den lille diameter wire hylser.
      FORSIKTIG: flytende elektrisk tape har brennbare damper som kan irritere luftveiene. Bruk på et godt ventilert sted adskilt fra åpen flamme. Unngå direkte eksponering for øyne og hud, da dette kan forårsake irritasjon.
    5. La den flytende elektriske tapen tørke i ca. 4 timer eller som anvist av produsenten.
    6. Skjær et stykke av 0,13 i (~ 3,3 mm) fukt-sel varme krympe slangen som er lang nok til å dekke den flytende elektrisk tape på liten diameter hylser og minst 1 cm av Termo kabel jakken (ca 6 cm lang). Sett ledningene inn i varmen krympe røret og Flytt røret tilbake over kabel jakken. Vent med å påføre varme til et senere trinn (trinn 1.5.3).
  3. Forbered jordfuktighet kabelen.
    1. Stripe kabel jakken 5 cm fra enden av kabelen.
    2. Skjær jordledningen (ingen skjede) av på kabel jakken slik at den ikke utsettes utover jakken.
    3. Strip 1 cm av den indre liten-diameter hylser fra endene av jord fukt ledninger.
    4. Vri den eksponerte metall av hver ledning for å konsolidere de små trådene.
    5. Tin de små vridd trådene ved å bruke loddetinn til eksponert metall på hver wire slutten.
      FORSIKTIG: forsiktighet bør utvises ved bruk av ekstremt varme instrumenter som kreves for lodding. Loddetinn i godt ventilerte områder og slitasje passende øye og hudbeskyttelse.
    6. Skjær et stykke av 0,38 i (~ 10 mm) varme krympe slangen som er 1 cm lengre enn avstanden fra der kabel jakken ble strippet til enden av fortinnet ledninger. Plasser dette røret over begge ledningene og skyv den tilbake over kabel jakken for å fikse på plass på et senere trinn.
    7. Skjær to 1,5 cm stykker av 0,13 i (~ 3,3 mm) fukt-sel varme krympe slangen og plassere en over hver ledning. Ikke varm opp disse før du har loddet ledningen til den to-spiss socket Strip.
    8. Påfør loddetinn Flux på pinnene på den to-spiss socket Strip.
    9. Lodde fortinnet endene av ledningen til endene av to-spiss socket Strip. Vær nøye med å holde de to endene separert slik at de ikke berører.
    10. Flytt de to delene av 0,13 i (~ 3,3 mm) fukt sel varme reduksjons slange til bunnen av kontakt stri pen for to brikker, slik at alle metalldelene dekkes. Bruk varme pistolen til å holde varmen krympe rørene, ta vare ikke å overopphetes og smelte loddetråd under rørene.
    11. Flytt 0,38 i (~ 10 mm) fukt sel varme reduksjons rør til 1 mm fra enden av kontakt stri pen for to brikker, slik at den dekker kontakt stri pen, de små diameter ledningene og noen av kabel jakken. Bruk varme pistolen til å fikse denne varmen krympe røret på plass.
  4. Endre Terminal stri pen for sensorhodet.
    1. Hvis du vil endre Terminal stri pen med åtte spiss, orientere du stripen slik at de øverste pinnene er buede mot visningen. Bruk wire klipp til å kutte andre, fjerde og syvende pinnene fra venstre rett under den svarte plast kontakt stri pen (figur 2).
    2. Mål 5 mm under den svarte plast kontakt stri pen og Merk den tredje, femte og sjette pinnene fra venstre ved 5 mm. klipp disse pinnene på 5 mm-merket. Denne lengden kan endres for å passe ulike forskningsspørsmål.
  5. Monter sensorhodet.
    1. Skjær to 1 cm stykker av 0,5 i (~ 13 mm) fukt-sel varme krympe slangen og skyv en over hver av Termo og jord fukt kabler.
    2. Flytt bue-sveiset enden av Termo ledningene over toppen av den tredje klippet spiss slik at tuppen av Termo er orientert med enden av klippet spiss. Bøy ledningene slik at de følger den øverste kurven på spissen.
    3. Skyv 0,13 i (~ 3,3 mm) fukt-sel varme krympe røret (fra trinn 1.2.6) opp over den buede delen av spiss og Termo ledninger. Sjekk at varmen krympe røret er også dekker en del av Termo kabel jakken og bruke en varmepistol til å følge varmen krympe røret på plass. Klem den delen av varmen krympe røret som er over den buede spiss med fingrene for å sikre den.
    4. Sett de øverste buede endene på pinnene 5 og 6 inn i kontakt stri pen med to brikker (figur 2).
    5. Flytt toppen 0,5 i (~ 13 mm) stykke fukt-sel varme krympe røret mot sensoren hodet slik at det er plassert ca 1 cm fra hodet. Bruk en varmepistol til å feste den på plass, ta vare å holde socket Strip godt koblet til pinnene 5 og 6 og til Termo wire på spiss 3.
    6. Bruk en varmepistol til å følge de andre 0,5 i (~ 13 mm) stykke fukt-sel varme krympe slangen et par centimeter bak den forrige stykke varme krympe slangen.
    7. Påfør flytende elektrisk tape på alle sider av Termo wire og spiss 3.
    8. Påfør flytende elektrisk tape på alle sider av socket Strip tilkobling slik at alle eksponerte metall er dekket. Du må imidlertid ikke dekke de 5 mm maskerte pinnene som er knyttet til denne tilkoblingen (Figur 3).

2. Koble sensorer til data logger og multiplekser

Merk: disse sensorene må brukes med en multiplekser som er koblet til en data logger. Alle trinnene i denne protokollen er for bruk med data logger og multiplekser som er oppført i innholdsfortegnelsen (andre data logging vil også fungere). Ved hver målingstid, åpner data logger kommunikasjon til multiplekser, som i sin tur fungerer som et relé og tillater strøm å strømme til resistivitet sensoren.

  1. Koble multiplekser til data logger ved hjelp av lyd ledninger. Koble COM-porten på data logger til RES-porten på multiplekser. Koble den separate COM-porten på data logger til CLK-porten på multiplekser. Koble G-og 12 V-portene på data logger til GND-og 12 V-portene på multiplekser, henholdsvis.
  2. Opprette en spennings skille ren på data logger ved å koble en gjennom-hull 1 kΩ ± 0,1% motstand mellom en VX-port og en H DIFF-port på data logger.
  3. Koble to lyd ledninger med en jord fra denne spennings skille ren til multiplekser. Koble en ledning fra samme H DIFF-port som spennings skille ren er koblet til på data logger til COM ODD L-porten på multiplekser. Kontroller at den andre ledningen kobler en bakke port på data logger til COM ODD H-porten på multiplekser. Sørg for at en jordledning kobler en bakken fra data logger til en jord på multiplekser.
  4. Koble en type E Termo wire til data logger og multiplekser. Den lilla ledningen kobler DIFF 1 H-porten på data logger til COM EVEN H-porten på multiplekser. Den røde ledningen kobler DIFF 1 L-porten på data logger til COM EVEN L-porten på multiplekser. Sørg for at jordledningen kobles til en jord på både data logger og multiplekser.
  5. Endre multiplekser til 4 x 16-modus.
  6. Koble sensorene til multiplekser. Jordfuktighet lydkabler koble til ODD-porter med den svarte ledningen til H og den røde ledningen til L. Termo ledninger koble til EVEN-porter med den lilla ledningen til H og den røde ledningen til L. Rekkefølgen på Termo-ledningene er avgjørende for riktige målinger.

3. testing sensorer

  1. Lodde ender av en film motstand til pinnene på en to-spiss socket kontakt med bly loddetinn og loddetinn Flux.
  2. Koble alle sensorer som skal testes, til multiplekser.
  3. Juster data logging programmet til å skanne hver 30 s, eller til en foretrukket frekvens for å skanne flere sensorer.
  4. For fukt sensorer plasserer du kontakt kontakten med film motstanden på pinnene 5 og 6 på sensoren og registrerer dataene fra data logger.
  5. Plasser motstanden på hver sensor for å sikre at de alle gir samme lesning.
  6. Overvåk Termo-dataene for å sikre at de registrerer lignende temperaturer.
  7. For temperatur sensorer kan du plassere Termo-enden mellom to fingre for å sikre at temperaturene endres tilsvarende.

4. kalibrering av sensorer

Merk: denne delen beskriver prosessen for å knytte sensor utgang til jordfuktighet.

  1. Produksjon av kalibrerings sensorhodet.
    1. Strip 12 cm av jakken fra jordfuktighet kabelen.
    2. Fjern folie skjerming fra ledningene.
    3. Skjær en 10 cm lengde av både indre liten diameter jord fukt ledninger.
    4. Strip ca 1 cm av skjede av begge endene av hver ledning.
    5. Vri de små ledningene på hver av endene og Tin dem med en loddebolt.
    6. Endre en Terminal strimmel med åtte spiss til de samme spesifikasjonene som trinn 1.4.1 og 1.4.2.
    7. Påfør loddetinn Flux til toppen kurver av pinnene 5 og 6.
    8. Lodde ledningene til toppen kurver av pinnene 5 og 6 på åtte-spiss Terminal stripe.
    9. Klips de to ytre pinnene på koblings stri pene med åtte spiss til 5 mm.
    10. Plasser en 2 cm stykke 0,13 i (~ 3,3 mm) fukt-sel varme krympe slangen på begge ledningene.
    11. Hold varmen krympe brikkene så nær den modifiserte sensoren hodet som mulig.
    12. Plasser to 2 cm stykker av 0,13 i (~ 3,3 mm) fukt-sel varme krympe slangen på begge ledninger, en på hver ledning. Vent med å holde dem på plass på et senere trinn.
    13. Skjær de to lange midterste pinnene på en fire-spiss Terminal stripe til 1 cm.
    14. Påfør lodde Flux til toppen buede endene av den midterste pinnene på fire-spiss Terminal stripe.
    15. Lodde den frie endene av begge ledningene til kutt pinnene på fire-spiss Terminal stripe slik at de øverste fire buede pinnene vender bort fra den endrede sensoren hodet (Figur 4).
    16. Flytt den tidligere plasserte fukt Forseglings varmen opp til bunnen av Terminal stri pen med fire spiss, og varm den på plass.
  2. Klargjør jord fukt kabelen for kalibrering.
    1. Skjær en jord fukt kabel som er samme lengde som sensorene som brukes i feltet.
    2. Strip jakken av kabelen til 5 cm fra slutten.
    3. Skjær jordledningen (ingen skjede) av på kabel jakken slik at den ikke utsettes utover jakken.
    4. Strip 1 cm av den lille diameter wire hylser fra endene av jord fukt ledninger.
    5. Vri den eksponerte metall av hver ledning for å konsolidere de små trådene.
    6. Tin de små vridd trådene ved å bruke loddetinn til eksponert metall på hver wire slutten.
    7. Skjær en 6 cm stykke 0,38 i (~ 10 mm) fukt-sel varme krympe slange, plassere den over begge ledningene, og skyv den tilbake over kabel jakken til å holde den på et senere trinn.
    8. Skjær to 1,5 cm stykker av 0,13 i (~ 3,3 mm) varme krympe slangen og plassere en over hver ledning. Ikke bruk varme før tråden er loddet til kontakt stri pen med to brikker.
    9. Påfør loddetinn Flux på pinnene på den to-spiss socket Strip.
    10. Lodde fortinnet endene av ledningen til endene av to-spiss socket Strip. Vær nøye med å holde de to endene separert slik at de ikke berører.
    11. Flytt de to delene av 0,13 i (~ 3,3 mm) fukt sel varme reduksjons slange til bunnen av kontakt stri pen for to brikker, slik at alle metalldelene dekkes. Bruk varme pistolen til å holde varmen krympe rørene på plass, ta vare ikke å overopphetes og smelte loddetinn under rørene.
    12. Flytt 0,38 i (~ 10 mm) fukt sel varme reduksjons rør (fra trinn 4.2.7) til 1 mm fra enden av kontakt stri pen til to brikker, slik at den dekker kontakt stri pen, de små diameter ledningene og noen av kabel jakken. Bruk varme pistolen til å holde varmen krympe røret på plass.
  3. Opprett kalibrerings jord beholderen (figur 5).
    1. Skjær en 50 mL polypropylen en gangs sentrifuge slange 4 cm fra toppen av lokket. Dette vil skape et rør med en åpning i den ene enden og et avtagbart lokk på den andre.
    2. Bruk en drill bit for å bore et 2,5 cm hull i midten av lokket. En steg Drill bit er enkel å bruke og effektiv.
    3. Skjær to vertikale åpninger 6 mm fra hverandre, starter på den åpne enden av røret og strekker seg til bunnen av lokket. Bruk et vinkelrett snitt nederst på lokket for å koble sammen de to spaltene og Fjern plast stri pen (figur 5). Dette vil skape et stort nok gap til å sette inn ledningene til sensorhodet.
    4. Skjær en 6 cm diameter sirkulær stykke polypropylen mesh klut. Plasser mesh mellom lokket og røret og skru lokket på.
    5. Sett Terminal strimmelen med åtte spiss på kalibrerings sensorhodet inn i røret slik at ledningene glir ned gapet som er opprettet i trinn 4.3.3.
    6. Tape de lengre pinnene på den fire-spiss Terminal stri pen til siden av den åpne enden av røret, slik at de øvre pinnene vender bort fra røret og kan enkelt kobles til kontakt stri pen på kalibrerings kabelen (figur 5).
    7. Plasser beholderen med festet sensor hode i en 60 ° c tørke ovn for 48 t for å fjerne eventuell fuktighet.
  4. Kalibrer sensor og jord.
    1. Veie de tomme, ovn-tørket kalibrering beholdere sammen med en kalibrering sensorhodet på en balanse med 0,0001 g presisjon. Denne målingen vil bli brukt til å beregne gravimetrisk vanninnhold (GWC) på et senere trinn.
    2. Gjennomfør kalibreringer i et miljø som kan opprettholde en konstant temperatur.
    3. Forbered biocrust jord for kalibrering.
    4. Fjern lokket på kalibrerings røret og bruk den gjengede enden som en form for å skjære ut et stykke biocrust av samme diameter. Den biocrust bør bo i røret når trukket opp, men kan kreve litt hjelp for å holde den i røret.
    5. Bruk en finger, trykk biocrust prøven fra kutt enden av røret, slik at 3-5 mm av toppen av biocrust forblir i slangen. Skrap av overflødig jord som skyves ut av den gjengede enden av røret slik at bunnen av biocrust er flush med bunnen av røret.
    6. Legg 6 cm diameter polypropylen mesh på den gjengede enden, under biocrust, og skru lokket på stram.
    7. Fukt den biocrust prøven og fest sensorhodet forsiktig i toppen av underlaget, slik at pinnene er helt begravd. Ledningene må kanskje bøyes for å sikre at sensorhodet forblir på plass og ikke beveger seg under kalibreringen.
    8. Forbered mineral jord for kalibrering.
    9. Samle jord fra de øvre 5 mm i området der sensorene vil bli plassert.
    10. Bruk en 2 mm sil til å fjerne store steiner og organisk materiale fra jorda.
    11. Pass på at lokket er skrudd fast med 6 cm diameter polypropylen mesh festet mellom lokket og røret.
    12. Plasser soldet jord i kalibrerings beholderen slik at den dekker bunnen av beholderen til en 6 mm dybde.
    13. Fukt jord prøven og fest forsiktig sensorhodet i toppen av underlaget slik at pinnene er helt begravd. Ledningene må kanskje bøyes for å sikre at sensorhodet forblir på plass og ikke beveger seg under kalibreringen.
    14. Mette underlaget (biocrust eller jord) med deionisert vann til en glanset vann laget er synlig på overflaten.
    15. La mettet underlaget tørr over natten.
    16. Før du starter noen målinger, må du kontrollere at sensorhodet fremdeles er på plass og at pinnene er fullstendig begravd i underlaget.
    17. Mette underlaget med deionisert vann til et glanset lag er synlig på overflaten.
    18. Tørk underlaget i 15 minutter.
    19. Koble den to-spiss socket stripe av kalibrering jordfuktighet kabelen til de indre to pinnene på fire-spiss Terminal stripe.
    20. Program data logger å registrere målinger hvert minutt.
    21. Slå på data logger for å starte innsamling av motstandsmålinger.
    22. Plasser en vifte for å forsiktig blåse luft over kalibrerings beholderen når vekter ikke blir tatt opp for å fremme tørking.
    23. Fukt underlaget med deionisert vann til en glans er synlig på overflaten.
    24. Plasser kalibrerings beholderen med våt jord på et papir håndkle for å absorbere dryppende vann.
    25. Koble fra kalibrerings jord fukt ledningen fra Terminal stri pen med fire spiss.
    26. Tapp forsiktig på beholderen for å utvise dryppende vann.
    27. Slå av viften før du plasserer kalibrerings beholderen på balansen.
    28. Plasser beholderen på balansen og registrere vekten og tidspunktet for målingen.
    29. Koble jordfuktighet wire til fire-spiss Terminal stripe.
    30. Sett kalibrerings beholderen tilbake på papir håndkleet.
    31. Slå på viften for å fremskynde tørking.
    32. Record vekter hver 15 min til underlaget har helt luft-tørket. Fullstendig tørking indikeres med liten eller ingen endring i vektene i kalibrerings beholderen mellom målingene.
    33. Plasser kalibrerings beholder, kalibrerings sensor hode og substrat i en 60 ° c tørke ovn for 48 h.
    34. Veie ovnen-tørket substrat, container, og sensorhodet.
  5. Analyse av sensor kalibreringsdata.
    1. Beregn tørr substrat vekt ved å trekke den tørre kalibrering container vekt bestemmes i trinn 4.4.1 fra vekten av tørr kalibrering container med substrat bestemmes i trinn 4.4.34.
    2. Beregn vann vekt for hver 15-min timepoint eller kalibrering ved å trekke den tørre kalibrering container vekt med substrat (trinn 4.4.34) fra vekter registreres hver 15 min.
    3. Beregn GWC for hver 15-min timepoint ved å dele vann vektene (trinn 4.5.2) av tørr jord vekt (4.5.1).
    4. Match motstand måling ganger til GWC av hver 15-min timepoint bestemmes i trinn 4.5.3.
    5. Bestem kalibreringskurven fra regresjonsanalyse med GWCs som avhengige variabler og Siemens som uavhengige variabler (figur 6). Ulike kurve typer (lineær, makt, logaritmisk) kan være mest egnet for kalibrering av ulike underlag.

Representative Results

Vurdering av mikroklima av jordoverflaten er avgjørende for å forstå og forutsi de biologiske, kjemiske og fysiske prosesser som oppstår der. Disse sonder gir kraftige muligheter til å overvåke mikroklima på selve overflaten laget av jord profil og er derfor verdifulle for vurderinger av biologisk aktivitet forekommer i toppen få millimeter av jorda11,12. Disse sonder ble utviklet og raffinert for å vurdere kontroller over biologisk jord skorpe aktivitet fordi temperatur og fuktighet i biocrust kan være avgjørende for sin funksjon2,8,10,12,15. Men mens disse sonder ble utviklet for fotosyntetiske jord i tørre, det er sterkt potensial for å implementere dem i et bredt spekter av systemer, samt å vurdere hvordan temperatur og fuktighet varierer langs jord dybde profiler. For eksempel, disse sensorene har vært utplassert i en tropisk skog oppvarming eksperiment for å fastslå hvordan oppvarmingen behandlinger og naturlig variasjon i klima samhandle for å bestemme covariations i jord prosesser, temperatur og fuktighet.

Likevel er det noen viktige hensyn før implementering av jordoverflaten sensorer. For eksempel må kalibrerings kurver utvikles for å konvertere enheter av resistens til mer vanlig brukte beregninger av jordfuktighet, for eksempel GWC. Jordoverflaten sensor måler motstanden mellom metallpinnene og utganger konduktans (den inverse av resistens) verdier i Siemens (1/Ohm). Dermed må konvertering fra Siemens til jordfuktighet utføres. En rekke kjemiske og fysiske egenskaper av jord underlaget kan påvirke forholdet mellom sensorens konduktans avlesninger i Siemens og jordfuktighet. Det er derfor avgjørende å gjennomføre substrat spesifikke kalibreringer å konvertere sonde opplesninger til jordfuktighet verdier. Kalibreringsdata fra tre underlag som demonstrerer disse forskjellene, vises.

Figur 6 skildrer tørke ned kalibreringsdata for to prøver hver av tre jordunderlag, hver med sin egen sonde. Underlaget var mettet helt til en liten mengde vann var synlig på overflaten. Sonde motstander og jord vekter ble målt hver 15 min til alle prøvene var tørre. Jord massen ble senere brukt til å beregne GWC. Figur 6 viser regresjoner av KONDUKTANS og GWC for hver prøve. Underlaget som brukes for disse kalibreringer inkluderer silt leirjord jordsmonn (23% sand, 64% Silt, og 13% leire) samlet på en eksperimentell feltstasjon i El Yunque National Forest, Puerto Rico; Moss-dominerte biocrusts samlet nær Castle Valley, Utah; og fin sand jord (92% sand, 3% Silt, og 5% leire) fra eksperimentell oppvarming tomter nær Moab, Utah.

Behovet for substrat spesifikk sensor kalibreringer er demonstrert av variasjonen i sonde konduktans og jordfuktighet for hvert substrat. For eksempel, regresjoner for silt leirjord jordprøver (figur 6a) var forskjellig fra de to andre jordunderlag. Derfor bruke regresjon ligningen for silt leirjord jord til mose biocrust, eller vice versa, ville føre til dramatisk forskjellige verdier. På den annen side, forholdet mellom GWC og sonde motstander for fin sand jord (figur 6c) og Moss biocrust (figur 6b) var lik. Men den fine sanden jorda var ikke i stand til å holde så mye vann som mose og tilsvarende opplevde mye raskere tørking. Ettersom det er variasjon innenfor underlag, er det viktig å ha en stor nok utvalgsstørrelse til å produsere en nøyaktig kalibrerings kurve og opprette individuelle kalibrerings kurver for alle områder.

I en eksperimentell setting, disse jordoverflaten sensorer ble brukt til å evaluere behandlingen virkningene av en klima manipulasjon studie nær Moab, Utah, USA. Denne studien brukte infrarøde lamper for å øke omgivelsestemperaturen på tomter med 4 ° c på samme sted og med lignende metoder beskrevet av Wertin et al.17. Figur 7 viser gjennomsnittlig temperatur og GWC fra oppvarmede og kontroll tomter for to separate regn hendelser som skjedde i begynnelsen av mai 2018. Gjennomsnittlig temperaturer i varmet tomter var gjennomgående høyere enn gjennomsnittet temperaturer på kontrollen tomter (figur 7a). I løpet av disse to regn hendelser resistivitet sensorer i oppvarmede tomter registrert mindre jordfuktighet enn kontrollene og oppvarmede tomter tørket raskere (figur 7b). Det bør bemerkes at økning i temperatur kan føre til høyere ledningsevne av jord som må regnskapsføres for19. Følsomheten av både temperatur og fuktighet komponenter av disse jordoverflaten sensorer tillot oss å ikke bare observere temperaturforskjeller på oppvarmingen behandling, men også hvordan det påvirket fuktighet dynamikk i tomter.

Samspillet av temperatur og fuktighet ble ytterligere undersøkt i en observasjonsstudie ved hjelp av disse jordoverflaten sensorer for å analysere timingen av fuktighet tilgjengelighet til biocrusts under fryse-tine forholdene på Colorado Plateau, USA. Sensorene ble plassert i topp 5 mm av biocrusts som hovedsakelig var komponert av mose Syntrichia caninervis, og overflatetemperatur og fuktighet ble registrert i løpet av månedene januar og februar 2018. Når temperaturene var under 0 ° c, ble fuktighet på overflaten av mose frosset, og sensorens utgangs konduktans verdier tilsvarte 0% GWC (Figur 8). Men ettersom temperaturene oversteg 0 ° c, smeltet frost på mose overflaten og det flytende vannet som er registrert på resistivitet sensoren. I dette tilfellet viste samtidige målinger av temperatur og fuktighet hvordan variablene interaksjon potensielt påvirke biologiske prosesser av organismer eksisterende på jordoverflaten.

Figure 1
Figur 1: Biocrusted interspaces på Colorado Plateau, USA. I mange ørken økosystemer er mellomrommene mellom plantene ofte dekket med biocrust samfunn bestående av lav, Moser og cyanobakterier. To jord temperatur og fuktighet sensorer ble plassert i overflaten av mose biocrust. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: klipping av Terminal stri pen med åtte spiss. Den gullbelagte Terminal stri pen er orientert med de øverste buede pinnene vendt bort. Pinnene er nummerert fra 1 til 8, og starter til venstre og beveger seg mot høyre. Pinnene 2, 4 og 7 er skåret i flukt med bunnen av svart plast. Pinnene 3, 5 og 6 er kuttet på 5 mm under svart plast. Spiss 3 stabiliserer de bue-sveisede Termo-ledningene, mens motstanden måles mellom pinnene 5 og 6. Disse fungerer som jord fukt sensor. Pinnene 1 og 8 tjener som holdfasts i jorda. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: ferdig sensorhodet. Den modifiserte sensorens hode og Termo-kabel er dekket med flytende elektrisk tape. Det er viktig å holde pinnene 5 og 6 (fukt sensoren) ren og ikke belagt med flytende elektrisk tape for å sikre at det ikke er forurensning som vil påvirke motstandsmålinger. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Bilde 4: kalibrerings sensorhodet. Det fire-spiss Terminal strimmel er loddet å ledningene i den grad at den ansikter fjerne fra det modifisert sensor leder. Fukt forsegling varme krympe er fast på plass i nærheten av Terminal strimler å hindre crosstalk mellom ledningene. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Bilde 5: kalibrerings beholder og sensor hode. Terminal stri pen med fire brikker er festet til beholderen og orientert slik at den enkelt kan kobles til en kontakt stripe med to brikker. Denne plasseringen gjør at sensoren hodet skal plasseres inn i kuttet slit og festet til underlaget av interesse. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6: sensor kalibreringer for tre jordunderlag. Beregnet gravimetrisk vanninnhold (GWC) prosenter, bestemt ved å måle jord massen under underlaget tørr-ned, ble sammenlignet med jord sensor konduktans verdier fra sonder (målt i Siemens). Data som vises er for to prøver fra hver av tre forskjellige jordunderlag. Jordunderlag var (a) en silt leirjord jord, (b) en mose biocrust, og (c) en fin sand jord. (a) forholdet mellom GWC og konduktans verdier i overveiende silt leirjord jordsmonnet var best representert ved en makt regresjon. (b) en sterk lineær forholdet mellom GWC og sensor konduktans ble observert for biocrusts dominert av mose Syntrichia caninervis. (c) en lineær regresjon best representerte forholdet mellom GWC og sensor konduktans målinger i fin sand jord. Ved høye GWC verdier vil de konduktans verdiene avvike fra kalibreringskurven, noe som indikerer en potensiell begrensning av sensorene når jordsmonnet er mettet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 7
Figur 7: temperatur og gravimetrisk vanninnhold med felt infrarød oppvarming behandlinger. Hver time gjennomsnittlig overflatetemperatur og GWC registrert på 10-min intervaller i 5 varmet og 5 kontroll tomter over 4 dager. Data er fra en global endring eksperiment i en semi-tørre Steppe økosystem på Colorado Plateau, USA17. Data viser at jordoverflaten sensorer tatt behandling effekter. (a) gjennomsnittlig temperaturer på jordoverflaten var gjennomgående høyere i varmet tomter. (b) virkningene av oppvarmingen var også tydelig i GWC verdier, viser at varmet tomten jord vedlikeholdes raskere tørking ganger. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 8
Figur 8: Moss biocrust temperatur og gravimetrisk vanninnhold under frost hendelser. Gjennomsnittlig overflatetemperatur og GWC av fire replikerer av Syntrichia caninervis Moss biocrusts registrert på 10-min intervaller fra 9:50 am 24 januar, 2018 til 11:20 er 25 januar, 2018. Nattlige timer er representert i det grå skyggelagte området og dagtid timer i de unshaded områdene. Når vannet var frosset i form av frost på mose overflaten, var det ingen konduktans målt ved sensoren. Således var GWC 0. Fryse forholdene oppsto kort tid etter mørkets frembrudd da jord temperaturen falt under 0 ° c. Tine skjedde kort tid etter soloppgang som temperaturen steg over 0 ° c, da frost smeltet, og det flytende vannet ble oppdaget av sensorene. Disse resultatene viser effektiviteten av sensorene ved å skille flytende vann og is, som kan ha viktige implikasjoner for en rekke biologiske prosesser. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Discussion

Jordoverflaten temperatur og fuktighet sonder kan være effektive verktøy for å analysere temperatur og vanninnhold på jordoverflaten. Bortsett fra Biocrust fuktighet sonder (BWP) utviklet av Weber et al.11, felles jord temperatur og fuktighet sensorer ikke eksplisitt måle disse miljømessige variabler på toppen noen millimeter av jordoverflaten. På tidspunktet for utviklingen, det BWPs bare anslått jordfuktighet på overflaten og ikke temperaturen20. Med det opprinnelige BWP-designet som brukes som veiledning, ble sonder som er beskrevet i dette manuskriptet, utviklet for å måle temperatur og fuktighet samtidig for å vurdere hvordan disse miljømessige variablene samhandler med hverandre, så vel som med biologiske, kjemiske og fysiske prosesser på jordoverflaten.

Det er en rekke hensyn å sikre optimal drift av disse sonder. Mens du bygger sensoren, er det viktig å ta vare ikke å skjære gjennom den indre hylser og eksponere de underliggende metall ledningene. Dette kan føre til variasjon i konduktans og crosstalk blant ledningene. Det er også viktig å teste både thermocouples og resistivitet sensorer for hver sonde i samme miljø, for å bekrefte at de er riktig konstruert og at variasjoner i målingene skyldes fysiske og kjemiske forskjeller i jord underlaget blir Målt. Under kalibreringsprosessen er et stort nok prøve antall motstand og GWC kalibreringer avgjørende for å kunne gjøre rede for variasjon i jord-eller biocrust underlag. Det er også best å teste samme sonde og substrat kombinasjon to ganger, fra vått til tørt, da det er vanlig at disse sonder til "drift" over tid på grunn av elektrolyse eller korrosjon. I tillegg, under kalibrering er det viktig å bruke grunne substrat prøver som er bare dypt nok til å imøtekomme sonden lengde (dvs. mellom 6 og 7 mm), slik at målte vann vekter er fra vann primært i området av konduktans målinger (mellom og rundt sonder). Dette sikrer at endringer i vannmassen i jordsmonnet er direkte relatert til endringer i motstandsmålinger av sonder. Til slutt, når du distribuerer disse sonder i felten, er det viktig å sikre sonder til jordoverflaten (f. eks, med ikke Garden stakes), som vil begrense interferens i konduktans målinger, men kan sikre at sensorene ikke skifte posisjon og redusere kvaliteten på langsiktige målinger.

Det er også viktig å merke seg noen begrensninger av disse sensorene. Fordi resistivitet sonder er bare 5 mm lange, kan deres målinger bli sterkt påvirket av store luftfylte pore mellomrom i underlag. Store luft hull langs sonder redusere tilkobling av underlaget og generelt føre til lavere målt ledningsevne og derfor lavere estimert vanninnhold, som kanskje ikke er reflektert av den faktiske jord fuktigheten over større skalaer. Tilsvarende kan den kjemiske sammensetningen av jordsmonn påvirke jordfuktighet opplesninger. Høyere saltinnhold vil øke ledningsevne og føre til høyere Siemens-verdier21. Begge problemene bør løses med riktig substrat-spesifikke kalibreringer. Imidlertid kan noen jord opprettholde kjemiske forskjeller eller har store pore plass arkitektur som kan gjøre dem dårlige miljøer for disse sensorene. Temperatur påvirker også den elektriske ledningsevne av jord og dermed må betraktes som15. I fremtiden bør temperatur kalibreringer med disse sensorene gjennomføres for å finne ut hvordan temperaturene endrer motstanden til målte underlag.

I likhet med Biocrust fuktighet sonder utviklet av Weber et al.11, viser disse sensor kalibreringer at motstandsmålinger er pålitelige på middels vanninnhold, men at de opplever noen unormalt ved svært høyt og lavt vanninnhold (figur 6). I tillegg, under tørr-ned kalibreringer, motstand verdier av og til lese null når det fortsatt var noe vann til stede i underlaget prøven. Dette kan skyldes at mengden substrat i kalibrerings beholderen er litt større enn området som måles av sensoren. Hvis vann var til stede utenfor resistivitet området, ville sensoren lest null mens underlaget fortsatt hadde fukt tilstede. Care ble tatt for å redusere substrat størrelse uten å svekke motstandsmålinger. Som vanninnhold øker, motstands verdier innenfor underlaget reduseres, noe som fører til høyere Siemens-utganger. Men på det høyeste vanninnholdet, motstand verdier øker med økende vanninnhold. Dette fører til en "krok" i kalibreringsdata som vist i figur 1C. Denne kroken var til stede i hvert substrat brukes til kalibreringer, men var mest fremtredende i den fine sanden jordsmonnet (figur 6). Weber et al.11 antyder at en potensiell årsak til unormal motstand øker ved høyt vanninnhold er at ekstra vann utvanner ioner i mettet jord, og dermed øke motstanden.

Disse sensorene er for tiden avhengige av å bruke eksisterende multiplekser-og data logger teknologier. Multiplekser gjør det mulig for sensorene å bli "slått av" og sender bare en strøm til sensorene på et programmert tidspunkt. Dette hindrer jordfuktighet sensor terminaler fra korroderende. Andre elektroniske selskaper gir data logger og multiplekser alternativer for sonder, og programmerbare kretskort og datamaskiner kan også bli innarbeidet for en trådløs design av jord temperatur og fuktighet sensorer, som kan representere en spennende forhånd.

Designe og bygge sensorer gjør at forskeren å tilpasse sonder. Lengden og retningen av pinnene kan manipuleres for å bedre vurdere fuktighet i forskjellige medier eller på ulike dybder. Tilpasset kabling kan bestilles for å muliggjøre design med flere sensorhoder som kommer fra samme kabel. Med tillegg av billig data logging og multiplekser alternativer, disse sensorene gir en billig og tilgjengelig alternativ for forskere å måle temperatur og jordfuktighet på jordoverflaten. Dette omfatter måling av hendelser som er vanskelig å fange opp, for eksempel frost og dugg dannelse (Figur 8), og eksperimentelle behandlingseffekter som oppvarming (figur 7). Dette papiret gir en steg-for-steg guide for å bygge jordoverflaten sensorer som samtidig måle temperatur og fuktighet, som kan brukes og raffinert av alle som er interessert i å vurdere miljøet i biocrust samfunn og surficial lag av mange andre jord typer.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Vi takker Robin Reibold for hans forsiktige arc-sveising og Cara Lauria for henne presisjon under kalibreringer. Vi er takknemlige for Dr. Steve Fick og tre anonyme anmeldere for deres hjelpsomme kommentarer på et tidligere utkast til dette manuskriptet. Dette arbeidet ble støttet av US Geological Survey land Change Science program og US Department of Energy Office of Science, kontor for biologiske og miljømessige forsknings terrestriske økosystem Sciences program (Awards 89243018SSC000017 og DESC-0008168). Arbeidet til BW ble støttet av den tyske Forskningsstiftelsen (Grants WE2393/2-1, 2-2), Max Planck Society og ved Universitetet i Graz. All bruk av handels-, firma-eller produktnavn er kun ment som beskrivende, og innebærer ikke godkjennelse fra amerikanske myndigheter.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. Thompson, K., Grime, J. P., Mason, G. Seed Germination in response to diurnal fluctuations in temperature. Nature. 267, 147-149 (1977).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Belnap, J., Büdel, B., Lange, O. L. Biological Soil Crusts: Structure, Function, and Management. Belnap, J., Lange, O. , Springer. Berlin Heidelberg. 263-279 (2003).
  8. 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).
  9. Rutherford, W. A., et al. Albedo feedbacks to future climate via climate change impacts on dryland biocrust. Scientific Reports. 7, 44188 (2017).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Pierson, F. B., Wight, J. R. Variability of near-surface soil temperature on sagebrush rangeland. Journal of Range Management. 44 (5), 491-497 (1991).
  14. Jin, M., Dickenson, R. E. Land surface skin temperature climatology: benefitting from the strengths of satellite observations. Environmental Research Letters. 5 (4), 044004 (2010).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. McNeill, D. J. Rapid, Accurate Mapping of Soil Salinity by Electromagnetic Ground Conductivity Meters. Soil Science Society of America. 30, 209-229 (1992).
  20. 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).
  21. 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).

Tags

Environmental Sciences biocrust mikroklima fuktighet motstand resistivitet jordoverflaten Termo
Fremstilling enkelt og rimelig Soil Surface temperatur og Gravimetrisk vanninnhold sensorer
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Howell, A., Tucker, C., Grote, E.More

Howell, A., Tucker, C., Grote, E. E., Veste, M., Belnap, J., Kast, G., Weber, B., Reed, S. C. Manufacturing Simple and Inexpensive Soil Surface Temperature and Gravimetric Water Content Sensors. J. Vis. Exp. (154), e60308, doi:10.3791/60308 (2019).

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