$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Blok sıcaklığının kararlılığı ve dağılımı
Bu protokolün geliştirilmesi sırasında, blok içindeki sıcaklığın doğrusal ve zamansal kararlılığını test ettik. Soğutma sistemi ve ısıtıcı açıldıktan sonra, blokun başlatma süresi yaklaşık bir saattir; bu süre zarfında sekiz eşit dağılım sıcaklık sensörünün çoğu hedef sıcaklığa ulaşır ve bir aşma sonrası sabit kalır (Şekil 13A). Bu dönemden sonra, sekiz sensör tarafından kaydedilen sıcaklıklar, alüminyum blok boyunca sıcaklığın mükemmel doğrusal dağılımını doğrular (Şekil 13B).

Şekil 13: Sıcaklık gradyanı bloğu içindeki doğrusal ve zamansal kararlılık. (A) Kuluçka dönemi boyunca blok içindeki sıcaklıkların zamansal stabilitesi ve (B) sensörler tarafından kuluçka başlangıç saatinde kaydedilen sıcaklık. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Blok sıcaklığı ve toprak sıcaklığı
Blok içindeki toprak örneğinin sekiz sensör tarafından kaydedilen sıcaklığa ulaşması için gereken zamanı test ettik (Şekil 14). Bu çalışmada, sensörlerin yakınında blok içinde sekiz farklı konumda toprak örneklerinin sıcaklığını ölçtük. Blok içinde konumlandırılan sensörler, hedef sıcaklıklarında önceden stabilize edilmişti. Yukarıda açıklanan protokole uygun olarak, blok sıcaklıkları stabil hale geldikten sonra toprak örnekleri bloğun içine yerleştirildi. Bu testte, bloktan ayrılmış ekstra sensörler kullandık. 15 g toprak kullandık, sensör probun toprakla tam temas halinde olduğundan emin olduk. Toprak örnekleri kapalı bırakılmadı ve sıcaklık her dakika toplamda 30 dakika kaydedildi. Bu test sırasında, blok sıcaklık değişimini en aza indirmek ve gerçek kullanım koşullarını mümkün olduğunca (tamamen kapalı) yeniden üretmek için hafifçe kapalı hale getirildi. Toprak örneklerinin hedef sıcaklıkta stabilleşmesinin yaklaşık 12 dakika sürdüğünü bulduk. Bu stabilizasyon süresini kabul edilebilir bulduk, çünkü kuluçka aşamaları en az 3,5 saat sürer. Ayrıca, 12 dakikalık blok kuluçka sonrası toprak sıcaklığının doğrusal olduğunu değerlendirdik. Sonuçlar, toprak sıcaklıklarının doğrusal bir ilişki sergilediğini ve sekiz sensörde gözlemlenen doğrusal ilişkiyle yakından örtüştüğünü göstermektedir (Şekil 15).

Şekil 14: Farklı sıcaklıklarda kuluçka içinde kaydedilen toprak sıcaklığı. A, B, C ve D örnekleri, ilgili sensörlerin yakınında konumlandırılmış şişelerde kuluçka alındı (referans için Şekil 10'a bakınız). Toprak sıcaklığı, doğrudan toprak örneklerine yerleştirilen bir termokupl ile kaydedildi. Her sensör tarafından izlenen özel sıcaklıklar şunlardır: (A) Sensör 1 (S1) 4,1 °C'de, (B) Sensör 2 (S2) 12,5 °C'de, (C) Sensör 3 (S3) 20,1 °C'de, (D) Sensör 4 (S4) 28,1 °C'de, (E) Sensör 5 (S5) 36,1 °C'de, (F) Sensör 6 (S6) 43,8 °C'de, (G) Sensör 7 (S7) 51,9 °C'de, ve (H) 60 °C'de sensör 8 (S8) ile eşleştirildi. Toprak örnekleri bloğa yerleştirildikten sonra, hedef sıcaklığa ulaşmak yaklaşık 12 dakika sürer. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 15: Toprak sıcaklığı ile sensör sıcaklığı arasında güçlü doğrusal korelasyon. Dört şişe, sekiz sensörün yakınında, blok pozisyonlarında A, B, C ve D yerleştirildi. Toprak sıcaklığı, doğrudan toprak örneklerine yerleştirilen bir termokupl ile kaydedildi. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Sıcaklık-nem etkileşimi
Kuluçka döneminde değerlendirilmesi gereken kaçınılmaz bir sıcaklık ve nem arasında bir etkileşim vardır. Örneğin, yüksek sıcaklıklar buharlaşmayı hızlandırırken, düşük sıcaklıklar su yoğuşmasına neden olabilir. Bu test için, farklı dokulara sahip rastgele seçilmiş dört toprak örneği kullandık (Ek Tablo 2). Protokole göre, her toprak örneği tüm 22 sıcaklık boyunca aynı blok pozisyonuna yerleştirildi. Sonuçlar, ortalama 3,5 saat kuluçka süresinden sonra, daha yüksek sıcaklıkların, toprak dokusundan bağımsız olarak düşük sıcaklıklara kıyasla daha fazla nem kaybına yol açtığını göstermektedir (Şekil 16). 60 °C'de kuluçka yapılan topraklar eklenen toplam suyun ortalama %12'sini kaybederken, 4,1 °C'de kuluçka yapılan topraklar ortalama olarak eklenen suyun sadece %1,88'ini kaybetti. Bu, 3,5 saatlik blok kuluçka süresinde, toprakların optimal nem koşullarında, %50 ile %60 arasında su tutma kapasitesi içinde tutulduğu anlamına gelir; kuluçkasıcaklığı 44,45 (Ek Şekil 6).

Şekil 16: Dört farklı örnekte blok kuluçka sırasında toprak neminin göreli kaybı. Nem kaybı, WHC'ye göre eklenen toplam su miktarına göre hesaplandı. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
CO2 konsantrasyon ölçümleri
Gaz analizörünün doğruluğunu ve hassasiyetini test etmek için, sertifikalı referans gazın (413 ± 5 ppm CO2) dört ölçümü yaptık; analizör bunun için 413.71 ± 0.60 (ppm CO2, ortalama SD ± değerini kaydetti). Bu, gaz analizörü tarafından kaydedilen CO2 ölçümlerinin yüksek doğruluğunu ve hassasiyetini doğruladı. Ayrıca, üreticinin spesifikasyonlarına uymak için sertifikalı referans gazı kullanılarak yıllık bir test yapılmalıdır.
Enjeksiyon hattı ve gaz analizörüne giden akış hızı kıtının neden olduğu gecikme süresi göz önüne alındığında, optimal ölçüm süresi belirlenmek için çok sayıda test yapıldı. Sonuçlar, enjeksiyon hattının yaklaşık beş saniyelik gecikmeye yol açtığını gösteriyor. Bu düzende ideal ölçüm süresi 20 saniyedir; bu da CO2 tespit biriminin dolması ve 5 saniye dengeye ulaşması için yeterli zaman tanır (Şekil 17). Akış azaltma hızı kitinin 1,17 mL/s hızda ölçüldüğü göz önüne alındığında, bu ölçüm süresi 60 mL'lik şişelerdeki hava içeriğinin %39'unun örneklenmesine karşılık gelir. Ayrıca, gaz analizörü kapalı bir sistem olarak kullanıldığında basınç düşüşü yaşandığını gözlemledik. Bu damla, iğne şişeden çıkarıldığında hava enjeksiyonu olmadığı bir saniyelik aralıkta ortaya çıkar. Veri işleme sırasında basınç düşüşünü hesaba katmak için, önceki veya sonraki değerden biraz daha düşük olan (%3 ile %5 arasında) CO2 değerlerini hariç tuttuk.

Şekil 17: Üç farklı sıcaklıkta kuluçka edilen tek bir toprak örneği için optimal ölçüm süresi. Bu grafik, iğneyin enjeksiyon ve çıkarma süresini, CO2'nin 5 saniyelik dengesini ve seçilen zaman dilimiyle ilişkili basınç düşüşünü gösterir. Incubation_ID blok pozisyonu (C) ve şişe pozisyonları (5, 10 ve 15) gösterilir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Tam protokolü test etmek
Protokolün işlevselliğini ve tekrarlanabilirliğini değerlendirmek için, her biri dört teknik kopyaya sahip iki farklı örnek 4 °C ile 60 °C arasında değişen 22 ayrı sıcaklıkta kuluçka yaptık. Bu toprak örnekleri, bu kurulumla elde edilen veri türünü ve performansını göstermek için seçildi. Özel örnek özellikleri Ek Tablo 2'de bulunabilir. Sıcaklık gradyanı bloğu, her sıcaklık noktasında farklı toprak örneklerinin toprak solunum oranlarını güvenilir şekilde yakalamış, böylece sıcaklık yanıt eğrisini görselleştirmemizi sağlamıştır. Ayrıca, tüm kopyalar için ortaya çıkan sıcaklık yanıt eğrileri neredeyse aynıydı; bu, tüm sıcaklıklarda ortalama solunum oranları çevresindeki küçük standart sapma ile yansıtılır (Şekil 18). Bu sonuçlar yüksek tekrarlanabilirlik gösterir ve protokolün hassasiyetini doğrular.

Şekil 18: İki toprak için temsil SOM bozulma oranları (Rs), her biri tam sıcaklık gradyanı boyunca dört teknik kopya ile ölçülmüştür. Noktalar, her sıcaklıktaki solunum hızlarının ortalamasını temsil ederken, hata çubukları teknik kopyalar arasındaki standart sapmayı gösterir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Protokolün bilimsel uygulanabilirliğini göstermek için ikinci bir test yapıldı. Tam sıcaklık gradyanı boyunca toprak solunum oranlarını ölçtük ve verileri Arrhenius veya MMRT modeli kullanarak uyarladık (Şekil 19). Bu toprak örnekleri, karşılaştırmalı sıcaklık yanıt eğrileri için sistem performansını göstermek amacıyla seçilmiştir (örnek özellikleri Ek Tablo 2'de verilmiştir). Sonuçlar, sıcaklık gradyanı bloğuyla toplanan verilerin, SOM ayrıştırma oranlarının sıcaklık hassasiyetiyle ilgili farklı teorilerin test edilmesiyle daha fazla analiz edilebileceğini göstermektedir. Ancak, herhangi bir deneyde taze toprakla çalışırken zorluklar ortaya çıkar. 10 günlük kuluçka öncesi dönemde, toprak örneklerindeki bazı şişelerin içinde temsilci örneklerin ötesinde mantar topluluklarının büyüdüğünü gözlemledik. Toprağı rahatsız etmeden mantar topluluklarını dikkatlice kaldırma çabalarımıza rağmen, bu büyüme bazı örneklerin sonuçlarını etkiledi (Şekil 20). Sonuç olarak, sadece mantar büyümesinden etkilenen bireysel şişeleri değil, tüm örneği çıkararak etkilenen örnekleri atmaya karar verdik.

Şekil 19: Sıcaklık gradyanı bloğunda kuluçka edilen dört farklı toprak örneğinin temsil sonuçları ve solunum oranları (Rs). Kırmızı çizgi (A,B) Arrhenius uyumunu, mavi çizgi ise (C,D) MMRT uyumunu temsil eder. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 20: Mantar büyümesinden etkilenen bazı örnekler için solunum hızı desenleri. Bu sonuçlar, daha fazla analizden hariç tutulan (A,B) iki kontamine örnek örnekleridir. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 1: Temel NO/NC devresi. " C" ayrıca Common için "COM" olarak da etiketlenebilir. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 2: Soğutma sistemi kontrol paneli. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 3: Sistem anahtarı ve ışık göstergesi. (A) Sıcaklık gradyanı blok kontrol sistemi anahtarı; ve (B) sensörlerin ve ısıtma sisteminin AÇIKTA olduğunu gösteren yeşil ışık. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 4: Çevrimiçi arayüzde sıcaklık gradyanı blok ısıtıcı kontrolü. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 5: Gaz analizörünün tanısal bölümü. Her şey yeşil, cihazın ölçümlere hazır olduğu anlamına gelir. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 6: Farklı sıcaklıklarda kuluçka içinde inkubka yapılan toprakların su tutma kapasitesi, 3,5 saatlik blok kuluçka sonrası kaydedilen ölçümler. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Dosya 1: Detaylı kablolama talimatları. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Tablo 1: Gerekli miktarı içeren materyallerin listesi. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Tablo 2: Nem kaybı testi ve tam protokol için kullanılan toprak örneklerinin özellikleri. Bu örnekler, protokolün işlevselliğini göstermek için seçildi. Doku sınıflandırması USDA sistemini takip eder; kaba, kil, alüt ve kum yüzde olarak ifade edilir. OC organik karbon içeriğini (g C·kg-1 toprak) ifade eder, pH suda ölçülmüş ve CaCO3 kalsiyum karbonat içeriğini (g·kg-1 toprak) temsil eder. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayın.