PARbars: billige, nemme at bygge Ceptometre til kontinuerlig måling af lys aflytning i Plant canopies

Environment
 

Summary

Her præsenterer vi detaljerede instruktioner om, hvordan man opbygger og kalibrerer forsknings kvalitet ceptometre (lyssensorer, der integrerer lysintensiteten på tværs af mange sensorer, der er placeret lineært langs en vandret bjælke).

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Salter, W. T., Merchant, A. M., Gilbert, M. E., Buckley, T. N. PARbars: Cheap, Easy to Build Ceptometers for Continuous Measurement of Light Interception in Plant Canopies. J. Vis. Exp. (147), e59447, doi:10.3791/59447 (2019).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Ceptometry er en teknik, der anvendes til at måle transmittansen af fotosyntetisk aktiv stråling gennem en plante baldakin ved hjælp af flere lyssensorer forbundet parallelt på en lang stang. Ceptometri bruges ofte til at udlede egenskaber af baldakin struktur og let aflytning, især blad område indeks (LAI) og effektiv plante område indeks (PAIEFF). På grund af de høje omkostninger ved kommercielt tilgængelige ceptometre er antallet af målinger, der kan foretages, ofte begrænset i tid og rum. Dette begrænser nytten af ceptometri til at studere genetisk variation i lysaflytning og udelukker grundig analyse af og korrektion for fordomme, der kan skråtstille målinger afhængigt af tidspunktet på dagen. Vi har udviklet løbende logning af ceptometre (kaldet PARbars), der kan produceres for USD $75 hver og giver data af høj kvalitet, der er sammenlignelige med kommercielt tilgængelige alternativer. Her giver vi en detaljeret instruktion i, hvordan du opbygger og kalibrerer PARbars, hvordan du implementerer dem i marken, og hvordan du estimerer PAI fra indsamlede transmittansdata. Vi giver repræsentative resultater fra hvede baldakiner og diskutere yderligere overvejelser, der bør gøres, når du bruger parbars.

Introduction

Ceptometre (lineære arrays af lyssensorer) anvendes til at måle andelen af fotosyntetisk aktiv stråling (PAR), der opfanges af plante-canopies. Ceptometre anvendes bredt til forskning i landbrugsafgrøder på grund af den relativt enkle karakter af målinger og enkelhed af data fortolkning. Det grundlæggende princip for ceptometri er, at transmittansen af lys til bunden af en plante baldakin (τ) er afhængig af det projekterede areal af lysabsorberende materialer ovenfor. Målinger af PAR over og under baldakinen kan derfor anvendes til at anslå trækkende egenskaber såsom blad område indeks (LAI) og effektivt plante område indeks (PAIEFF) (som omfatter stængler, kulmer og reproduktive strukturer ud over bladene)1 ,2,3. Pålideligheden af de estimater for PAIEFF , der udledes af τ , er forbedret ved at modellere virkningerne af stråle FRAKTIONEN af indkommende PARI (fb), blad absorptionsgraden (a) og den effektive udsletnings koefficient (K ); K, til gengæld afhænger af både solens Zenith vinkel (θ) og blad vinkel fordeling (χ)1,4,5,6. Det er en almindelig praksis at korrigere for disse virkninger. Der er dog andre fordomme, der ikke har modtaget behørig overvejelse i fortiden på grund af metodologiske og omkostningsbegrænsninger.

Vi identificerede for nylig signifikant tidsafhængig bias i øjeblikkelige ceptometri målinger af række afgrøder, såsom hvede og Byg7. Denne skævhed er forårsaget af en interaktion mellem række plantning orientering og sol Zenith vinkel. For at overvinde denne skævhed, kan løbende logning af ceptometre monteres i marken for at overvåge døgn cyklusser af baldakin lys aflytning og derefter daglige gennemsnit af τ og PaiEFF kan beregnes. Kontinuerlige målinger er imidlertid ofte umulige at gennemføres på grund af de uoverkommeligt høje omkostninger ved kommercielt tilgængelige ceptometre – ofte flere tusinde amerikanske dollar for et enkelt instrument – og kravet om målinger af mange Mark parceller. Sidstnævnte er især tydeligt i den omics æra, hvor mange hundrede genotyper er nødvendige for genomiske analyser, såsom genomer bred Association undersøgelser (GWAS) og genomisk udvælgelse (GS) (til gennemsyn Se Huang & han, 20148). Vi erkendte, at der var behov for omkostningseffektive ceptometre, der kunne produceres i stort antal og anvendes til kontinuerlige målinger på tværs af mange genotyper.

Som en løsning designede vi nemme-til-build, høj-nøjagtighed ceptometre (PARbars) til en pris af USD $75 pr. enhed og kræver ca. en times arbejde at konstruere. PARbars er bygget ved hjælp af 50 fotodioder, der kun er følsomme i PAR-bølge båndet (bølgelængder 390 – 700 nm), med meget lidt følsomhed uden for dette område, så brugen af dyre filtre undgås. Foto dioderne forbindes parallelt med en længde på 1 m for at fremstille et integreret differentialspændings signal, der kan optages med en datalogger. Kredsløbet er indkapslet i epoxy til imprægnering, og sensorerne opererer over et stort Temperaturområde (-40 til + 80 °C), hvilket gør det muligt for PARbars at blive indsat i marken i længere tid ad gangen. Med undtagelse af fotodioder og en lav-temperatur-koefficient modstand, alle dele, der kræves for at opbygge en PARbar kan købes fra en hardware butik. En komplet liste over påkrævede dele og værktøjer findes i tabellen over materialer. Her præsenterer vi detaljerede instruktioner om, hvordan man opbygger og bruger PARbars til estimering af PAIEFF og nuværende repræsentative resultater fra hvede canopies.

Protocol

1. Byg og Kalibrer PARbars

  1. Saml alle de dele og værktøjer, der kræves til samlingen, i et rent arbejdsområde.
  2. Bor et hul på 4 mm i diameter 20 mm fra hver ende af en hvid akryl diffuser bar (1.200 mm længde x 30 mm bredde x 4,5 mm tykkelse). Bor og Tap gevindhuller 20 mm fra hver ende af en del af aluminium U-bar for at sikre diffuser. Bor og Tap gevindhuller, der passer til monteringsbeslag (f. eks. en stativ monteringsplade).
  3. Opnå en 1,25 m længde af nøgne kobbertråd (1,25 mm diameter). Hvis tråden kom på en rulle, derefter rette det ved at sikre den ene ende i en skruestik eller klemme og den anden ende i håndtag af en hånd bore, og derefter tænde boret ved en lav hastighed (100-200 rpm). Gentag med en anden 1,25 m længde af nøgne kobbertråd.
  4. Marker de tilsigtede placeringer af fotodioderne langs kanten af diffusoren ved hjælp af en fintippet permanent markør, begyndende med den første fotodiode position ved 13,5 cm fra den ene ende af diffusoren og de andre positioner placeret hver 2 cm mellem den første diode og den fjerneste ende af diffusoren.
    1. Marker positionen af den første kobberledning på diffusoren ved at centrere en fotodiode på diffusoren med dens elektriske forbindelses faner, der peger mod siderne af stangen, placerer tråden under en af fanerne, og markerer trådens placering.
    2. Gentag det foregående trin for at markere trådens position i midten og den modsatte ende af bjælken.
  5. Brug cyanoacrylat lim til at lime den første rettede kobbertråd til diffusoren, ved hjælp af de steder, der er markeret i det foregående trin for at justere tråden.
    1. Brug cyanoacrylat lim til at lime 50 fotodioder med forsiden nedad langs diffusoren ved 20 mm intervaller (som markeret i det foregående trin), hvilket sikrer, at de er i midten af diffusoren, og at alle er arrangeret alle i samme retning, således at den store fane sidder på Co og den lille fane sidder modsat.
    2. Anbring den anden kobberledning således, at den sidder under hver af de mindre faner i foto dioderne, og lim derefter tråden til diffusoren med cyanacrylatlim.
  6. Våd begge faner af en fotodiode, samt de tilstødende og underliggende ledninger, med flux ved hjælp af en lodde flux pen. Lodde hver fane af dioden til de underliggende kobbertråde ved hjælp af et fint tippet loddekolbe ved en temperatur på ca. 350-400 oC. test lodde forbindelserne ved at belyse lysdiode og kontrollere, om der er et spændings signal på tværs af ledningerne ved hjælp af et multimeter. Gentag dette trin for alle 50 fotodioder.
    Bemærk: trin 1,7 er valgfri (hvis modstanden ikke er loddet ind i PARbar, kan den i stedet senere forbindes parallelt med PARbar signal input på datalogger).
  7. Lodde en 1,5 Ω lav temperatur koefficient præcision modstand parallelt på tværs af kobberledninger.
  8. Lodde den mandlige ende af et vandtæt DC-stik til enderne af kobberledninger (de samme ender, som modstanden blev loddet, hvis du fulgte valgfri trin 1,7) og derefter forsegle tilslutninger ved hjælp af lim foret varme krympe slange.
  9. Opret en kontinuerlig silikone barriere omkring kredsløbet på diffusoren til at danne en væske-stramt godt, ved at anvende en perle af silikone tætningsmiddel til overfladen af diffusoren, nær kanten. Efterse perlen nøje for at sikre, at der ikke er lufthuller mellem silikone og diffusor, da hullerne vil tillade epoxy at sive ud. Når fugemassen har helbredt, fyldes brønden med epoxyharpiks.
  10. Når epoxyharpiks har hærdet (natten over), fjerne silikone tætningsmiddel ved hjælp af et barberblad. Bolt diffusoren til den fortrådede aluminiums U-bar med M4-bolte.
  11. Brug afmaskning tape til at sikre diffusoren til aluminium langs hele sin længde, og derefter udfylde tomrum inde i ceptometer med polyurethan skum fyldstof. Når skum fyldstof har indstillet (natten over), fjerne afmaskning tape.
  12. Lodde den kvindelige ende af DC-stikket til en længde på to-leder kabel og forsegle tilslutninger med lim foret varme krympe.
  13. For at kalibrere PARbar mod en kvante sensor,
    1. Forbind begge sensorer med en datalogger eller et voltmeter, der kan måle en differens spænding udgang (Tilslut en 1,5 Ω lav temperatur-koefficient præcision modstand parallelt med PARbar, hvis en modstand ikke var integreret i konstruktionen i trin 1,7),
    2. Sæt dem udenfor i fuld sol på et niveau plan (niveau med et åndeligt niveau eller en ånd boble), registrere output af begge sensorer i en periode, hvor solens stråling varierer meget, såsom en fuld døgncyklus, og bestemme kalibreringsfaktoren for PARbar som hældningen af en lineær regression af PAR rapporteret fra kvante sensoren (som den afhængige variabel) vs. rå spændings output (som den uafhængige variabel).

2. Installer i marken

  1. For at udlede effektivt Plant område indeks (PAIEFF), skal du installere en parbar over baldakinen (sikre, at det ikke er nedtonet af nogen lysabsorberende elementer i baldakinen) og en anden under alle lysabsorberende elementer, hvis absorptionsgrad du ønsker at måle ( typisk under de laveste blade), med begge PARbars justeret i en 45 ° vinkel til plantning rækker. Sørg for, at den øvre PARbar er placeret, så den nederste PARbar ikke skygge. Niveller Parbarerne med et vaterpas eller et boble niveau.
  2. Tilslut Parbarerne til en datalogger eller voltmeter ved hjælp af kabler foretaget i trin 1,11. Hvis en 1,5 Ω lav temperatur-koefficient præcision modstand ikke var integreret i PARbar kredsløb under konstruktionen (trin 1,7), derefter tilslutte en sådan modstand parallelt med hver PARbar på dette tidspunkt.
  3. Konverter differentialspændingsudbytte til PAR ved hjælp af kalibreringsfaktoren fastlagt for hver PARbar i trin 1,13.

3. Beregn det effektive plante område indeks (PAIEFF)

  1. Der beregnes PAIEFF for hvert par af over-og under-krone par-målinger ved hjælp af følgende ligninger6:
    (1) Equation 1 ,
    hvor a = 0,283 + 0,0785a – 0,159a2 (hvor a er blad absorptionans), er τ forholdet mellem under-til over-Canopy-PARI, og K og fb er modelleret ved ligning 24 og Ligning 39, henholdsvis:
    (2) Equation 2 ,
    hvor χ er en dimensionsløs parameter, der beskriver blad vinkel fordelingen, θ er den sol Zenith vinkel, og
    (3) Equation 3 ,
    hvor r er par over baldakinen (parovenfor) som en brøkdel af dens maksimale mulige værdi (parover, Max = 2550 ∙ cosθ); f = parover/parovenfor, maks. Konsultere litteraturen for værdier af a og c passende til din undersøgelse arter (vi antaget a = 0,9 og c = 0,9610 for hvede baldakiner anvendes til prøvemålinger præsenteret her).
    Bemærk: et eksempel på et R-script leveres som en supplerende fil for at hjælpe brugerne med at udvikle kode til automatiseret behandling af store datasæt.

Representative Results

En skematisk for PARbar-Build er vist i figur 1. En repræsentativ kalibreringskurve for en PARbar er vist i figur 2. Differentialspændings outputtet for en PARbar er lineært proportionalt med PAR-outputtet fra en kvante sensor, med R2 = 0,9998. Parbars blev indsat i hvede baldakiner og loggede hver 20 s på tværs af udviklingen af planterne. Et typisk døgn kursus af baldakin lys miljø indsamlet ved hjælp af en PARbar på en klar solskinsdag er vist i figur 3 (rå transmittans data og korrigeret PaiEFF er vist til sammenligning). Figur 3b og 3c demonstrerer den skævhed, der kan indføres ved at tage øjeblikkelige ceptometri målinger på forskellige tidspunkter af dagen (i henhold til Salter et al. 20187). De hvede parceller, der anvendes til indsamling af disse data havde en række plantning orientering på grund nord-syd med transmission af lys til den nedre baldakin toppede ved 12:30 (figur 3b). Hvis der skulle foretages øjeblikkelige målinger på dette tidspunkt, ville PAIEFF blive undervurderet, hvorimod hvis det blev taget om morgenen eller eftermiddagen, kan det overvurderes. De vejrbestandig PARbars kan også indsættes i marken i lange perioder. Figur 4 viser, hvordan parbars kan bruges til at overvåge, hvordan baldakin lys miljø ændrer sig som planter udvikle.

Figure 1
Figur 1. Skemaer til PARbar-opbygningen. a) placering og indretning af det vandtætte stik og den indvendige shunt modstand b) fotodioder, arrangement og afstand c) boresteder på akryl diffuser stangen d) boresteder på aluminium U-bar; og e) et elektronisk kredsløbsdiagram over en PARbar. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2. Repræsentativ PARbar kalibreringskurve. Forholdet mellem differentialspændings outputtet for en PARbar (mV) og den fotosyntetiske photon flux-tæthed eller PAR (mmol m-2 s-1) fra en kvante sensor. Hvert punkt repræsenterer et enkelt par målinger fra PARbar og Quantum sensor, registreres en gang hvert 20 sekund over en periode på 4 timer for en dag. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3. Repræsentativ daglig Timecourse af PARbar-udgang. Data indsamlet på en klar dag ved hjælp af parbars i hvede baldakiner på anthesis i Canberra, Australien (-35 ° 12 ' 00.1008 ", 149 ° 05 ' 17.0988"). (a) PAR målt over baldakinen (mmol m-2 s-1), b) ukorrigeret transmittans (forholdet mellem parover/parnedenfor) (uden forbindelse) og (c) det effektive anlægsområde indeks (PaiEFF, m2 m-2) beregnet ud fra ligning 1. Data punkter, der er vist i (b) og (c) er midler (n = 30), solide linjer er loess lokale regressioner monteret i R (a = 0,5), skraverede områder er standardfejl i pasformen og de stiplede vandrette linjer repræsenterer de daglige midler. Det skraverede område mellem de stiplede linjer er det tidsvindue (1100 – 1400h), der anbefales til øjeblikkelige ceptometer målinger i hvede af CIMMYT11. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4. Repræsentative data indsamlet i en vækstsæson. Parbar data indsamlet fra tidlig rodskydningen til anthesis i hvede baljer i Canberra, Australien (-35 ° 12 ' 00.1008 ", 149 ° 05 ' 17.0988"). (a) ukorrigerede transmittansdata (uden kontakt) og (b) effektivt anlægsområde indeks (PAIEFF, m2 m-2) beregnet ud fra ligning 1. De viste data punkter repræsenterer daglige midler for perioden 1.000 – 1, 400h (n = 30). Solide linjer er LOESS lokale regressioner monteret i R (a = 0,75), skraverede områder er standardfejl i pasformen. Rådata blev ikke inkluderet i yderligere analyse, hvis PARovenfor var < 1.500 μmolm-2 s-1 , og hvis parunder/parovenfor var > 1. Klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

En vellykket gennemførelse af den protokol, der her er skitseret for bygning af ceptometre (PARbars), afhænger mest fornuftigt af to trin: 1,5 (limning af fotodioderne på plads) og 1,6 (lodde fotodioder til kobbertråden). Trin 1,5 er tilbøjelige til at fejl ved at justere fotodioder forkert med hensyn til deres iboende polaritet. For de fotodioder, vi brugte, og som vi anbefaler som væsentlige specifikke elementer, er polaritet identificeret i kraft af de to elektriske stik faner på dioden med klart forskellige størrelser. Således, før påføring af cyanoacrylat lim og lodning fotodioder på plads, det anbefales kraftigt at dobbelttjekke, at alle dioder er placeret med de store stik faner vender i den ene retning og de små faner vender i den anden retning. Trin 1,6 er tilbøjelige til at mislykkes på grund af dårlig lodning teknik og dannelsen af en kold loddet vejkryds. Dette kan undgås ved at anvende tynd lodde flux ved hjælp af en fluxpen umiddelbart før lodning og sikre, at både tråden og fotodiode fanen opvarmes med lodde spidsen (ved ca. 350-400 oC) før lodning selv anvendes på Krydset. Problemer med elektriske tilslutninger i en PARbar typisk manifestere i form af en kalibrering hældning tydeligt adskiller sig fra dem af andre PARbars. Sådanne problemer kan fanges tidligt ved at teste hver elektrisk forbindelse under konstruktionen (som beskrevet i trin 1,6), og igen efter alle tilslutninger er blevet loddet, men før de er blevet indkapslet i epoxy (trin 1,9). En tredje potentiel kilde til fejl skyldes, at der ikke er anvendt en præcisions modstand med lav temperatur koefficient, hvis modstandsevne er ufølsom over for temperatur; ved hjælp af en almindelig modstand vil forårsage fejl som modstanden, og dermed den spænding output pr lysenhed absorberes af dioder, ændringer med omgivelsestemperatur. Den sidste større kilde til fejl er ikke entydig for PARbars, men gælder for alle ceptometri målinger: nemlig, at en slutning af et effektivt Plant område indeks eller blad område indeks fra let opsamling afhænger af træk ved baldakin struktur (især gennemsnitlige blad absorptionsgrad og blad vinkel fordeling; a og c i eqns 1 og 2), der kan variere under plante udvikling og mellem genotyper.

Der er to hovedområder, hvor den her beskrevne protokol kan ændres eller tilpasses. Første, de PARbars, som vi præsenterer her var designet specielt til brug i række afgrøder, såsom hvede og byg, men designet kunne nemt ændres til andre applikationer. For eksempel kan en shunt modstand med større modstand bruges til at øge Gain (mV output pr. enhed PAR) ved lavere PAR intervaller. For alsidighed, en lav-temperatur koefficient præcision potentiometer (variabel modstand) kan anvendes til at ændre Parbars følsomhed rækkevidde efter behov eller for at foretage små justeringer for at få, så hver af mange PARbars har identiske kalibrering skråninger. For det andet kan fotodioderne også anvendes individuelt som kvante sensorer, hvilket gør det muligt for brugeren at indfange rumlige såvel som tidsmæssige variationer inden for individuelle baldakiner til en meget lavere pris end mulig ved hjælp af kommercielt tilgængelige kvante sensorer. Dette kunne være særlig værdifuldt i betragtning af den voksende interesse for dynamisk fotosyntese under svingende lysforhold12. For det tredje, selv om vi brugte en konventionel (og dyr) datalogger for de data, der præsenteres i denne undersøgelse, der er mulighed for dataloggere til i stedet bygges ved hjælp af off-the-hylde componentry, gør det muligt at skabe en kombineret ceptometri og datalogger system på en begrænset budget. Populariteten af såkaldte Maker platforme, såsom Arduino og Raspberry PI, tilbyder store løfter på dette område; Vi foreslår den open source Arduino-baserede Cave Pearl projekt13 som en forret for videre udvikling. Cave Pearl dataloggere blev designet til miljøovervågning af hule økosystemer, så robusthed og lavt strømforbrug var vigtige overvejelser i deres design. Lignende overvejelser er relevante for gennemførelsen til plante fænotype arbejde. Cave Pearl datalogger komponenter er billige (mindre end USD $50 pr. enhed) og små, som kunne gøre det muligt for dem at blive direkte indarbejdet i PARbars.

Anvendelse af Parbarerne beskrevet her står over for tre hovedbegrænsninger. For det første hæmmes afføringen af plante område indekset eller blad område indekset fra den målte lysoptagelse af stærke tidsafhængige skævheder, især i række afgrøder7. Dette kan afhjælpes ved at foretage gentagne eller kontinuerlige målinger over en dag. For det andet har billige fotodioder ikke en spektral effekt, der er præcis proportional med photon flux (variablen af største interesse i fotosyntese forskning). Dette kan forårsage bias, når lys kvalitet ændrer sig meget gennem en baldakin, selv om tidligere estimater af den resulterende fejl indikerer, at det er på rækkefølgen af et par procent7. For det tredje kan PARbars ikke skelne mellem direkte stråle og diffuse komponenter af indgående PAR over baldakinen. Da diffus stråling trænger dybere ind i baldakinen end direkte sollys14, vil lystransmission blive forøget og PaiEFF vil blive undervurderet som den diffuse fraktion af den samlede bestråling stiger. Når al stråling er diffus, er PAIEFF direkte proportional med logaritmen på 1/τ i stedet for det forhold, der er vist i ligning 115. Cruse et al. (2015) 16 bemærkede, at i øjeblikket tilgængelige kommercielle instrumenter, der kan måle direkte og DIFFUS par er dyrt og kræver regelmæssig vedligeholdelse, så de designede en enkel og billig apparat til at løse dette problem. Deres system består af en kvante sensor, der rutinemæssigt er nedtonet af et motoriseret, bevægende shadowband og giver mulighed for kontinuerlig måling af total, direkte og diffus PAR. Sensoren, der anvendes i Cruse et al. 16 systemet kan udskiftes med den samme fotodiode, der anvendes i parbars til yderligere at reducere omkostningerne og kan let indarbejdes i den eksisterende parbar setup. Disse målinger kan integreres i databehandlings pipelinen og vil yderligere øge pålideligheden af vurderingerne af PAIEFF.

Den største fordel ved PARbars i forhold til eksisterende kommercielle ceptometre er deres lave omkostninger, hvilket gør det muligt at producere dem i stort antal. For nylig har der været en stigende interesse for nye high-gennemløb plante fænotype teknologier til vurdering af baldakin træk (til gennemsyn Se Yang et al., 201717). Mens disse metoder er lovende i, at de producerer enorme mængder af data, de er typisk meget indirekte og kræver validering mod konventionelle teknikker. PARbars kunne fungere som et omkostningseffektivt, jordbaseret validerings værktøj til disse nye teknikker.

De lave produktionsomkostninger for PARbars gør dem også til en holdbar mulighed for kontinuerlige målinger i marken. Dette kan være nyttigt af flere årsager. For eksempel kan kontinuerlige målinger anvendes til at karakterisere række orienteringer for at udvikle tidsspecifikke korrektions funktioner til øjeblikkelige målinger (for yderligere oplysninger se Salter et al. 20187). Kontinuerlig ceptometri kan også fange korte udsving i baldakin lys fange over tid (sunflecks og shadeflecks) forårsaget af skyer passerer overhead, flytning af baldakin, etc. Fotosyntese er kendt for at være yderst følsom over for små ændringer i miljøforholdene, og "dynamiske" ændringer i fotosyntesen menes nu at være vigtige for at drive høstudbyttet (til gennemsyn Se Murchie et al., 201812). PARbars, der er installeret i marken med et passende kort logførings interval, kan bruges til at indfange disse korte udsving og give en bedre forståelse af plante kanernes dynamiske natur.

Disclosures

Forfatterne bekræfter, at de ikke har nogen interessekonflikter og intet at afsløre.

Acknowledgments

Forfatterne vil gerne takke Dr. Richard Richards og Dr. shek Hossain på CSIRO, landbrug, og fødevarer for adgang til og forvaltning af de felt parceller, der anvendes til denne forskning. Denne forskning blev støttet af det internationale hvede udbytte partnerskab gennem et tilskud fra korn forsknings-og udviklingsselskabet (US00082). TNB blev støttet af Australian Research Council (DP150103863 and LP130100183) og National Science Foundation (Award #1557906). Dette arbejde blev støttet af USDA nationale Institut for fødevarer og landbrug, Hatch projekter 1016439 og 1001480.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1.5 Ω low temperature coefficient precision resistor TE Connectivity Ltd., Schaffhausen, Switzerland. UPW25 series Could be made using multiple larger resistors in parallel but they need to have low temperature coefficient (i.e. ± 3 ppm/°C).
URL for commercial source: https://bit.ly/2DFuPpm
Acrylic diffuser Plastix Australia Pty. Ltd., Arncliffe, NSW, Australia. 445 - Opal White 1200 mm length x 30 mm width x 4.5 mm thick.
URL for commercial source: https://bit.ly/2Bq0fyc
Aluminum U-bar Capral Ltd., Bundamba, QLD, Australia. EK9160 1220 mm length x 35 mm width x 25 mm depth.
URL for commercial source: https://bit.ly/2PPfJou
Bare solid core copper wire Non-specific part
Bolts Non-specific part
Clamps Non-specific part
Clear epoxy potting resin Solid Solutions, East Bentleigh, VIC, Australia. 651 - Universal Epoxy Potting Resin Clear epoxy resin for electrical applications.
URL for commercial source: https://bit.ly/2qY0pHa
Cyanoacrylate glue Non-specific part
Datalogger Campbell Scientific, Logan, Utah, USA. CR5000 Other dataloggers that record differential voltages could be used.
URL for commercial source: https://bit.ly/2U7Io5H
Drill or drill press Non-specific part
Glue lined heat shrink Non-specific part
Heat gun Non-specific part
LED torch Non-specific part
Masking tape Non-specific part
Photodiodes (50) Everlight Americas Inc., Carrollton, Texas, USA. EAALSDSY6444A It is important that this specific component is used due to spectral response.
URL for commercial source: https://bit.ly/2FzVnuH
Polyurethane foam filler Non-specific part
Quantum sensor LI-COR, Lincoln, Nebraska, USA. LI-190R For calibration of PARbars only.
URL for commercial source: https://bit.ly/2HEfKbh
Screwdrivers Non-specific part
Silicone sealant Non-specific part
Solder Non-specific part
Solder flux pen Non-specific part
Soldering iron Non-specific part
Spirit/bubble level Non-specific part
Tap and die set Non-specific part
Two-core cable Non-specific part
Voltmeter Non-specific part
Waterproof connectors Core Electronics, Adamstown, NSW, Australia. ADA743 2 core waterproof connector. DC power connectors work well.
URL for commercial source: https://bit.ly/2Brcrik

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Armbrust, D. V. Rapid measurement of crop canopy cover. Agronomy Journal. 82, (6), 1170-1171 (1990).
  2. Breda, N. J. J. Ground-based measurements of leaf area index: a review of methods, instruments and current controversies. Journal of Experimental Botany. 54, (392), 2403-2417 (2003).
  3. Francone, C., Pagani, V., Foi, M., Cappelli, G., Confalonieri, R. Comparison of leaf area index estimates by ceptometer and PocketLAI smart app in canopies with different structures. Field Crops Research. 155, 38-41 (2014).
  4. Campbell, G. S. Extinction coefficients for radiation in plant canopies calculated using an ellipsoidal inclination angle distribution. Agricultural and Forest Meteorology. 36, (4), 317-321 (1986).
  5. Cohen, S., Rao, R. S., Cohen, Y. Canopy transmittance inversion using a line quantum probe for a row crop. Agricultural and Forest Meteorology. 86, (3-4), 225-234 (1997).
  6. AccuPAR PAR/LAI Ceptometer Model LP-80 Operator's Manual. Decagon Devices, Inc.. (2017).
  7. Salter, W. T., Gilbert, M. E., Buckley, T. N. Time-dependent bias in instantaneous ceptometry caused by row orientation. The Plant Phenome Journal. (2018).
  8. Huang, X. H., Han, B. Annual Review of Plant Biology. Merchant, S. S. 65, Annual Reviews. 531-551 (2014).
  9. Application Note: Beam fraction calculation in the LP80. Decagon Devices, Inc. (2009).
  10. Campbell, G. S., Van Evert, F. K. Light interception by plant canopies - efficiency and architecture. Nottingham University Press. (1994).
  11. Pask, A., Pietragalla, J., Mullan, D., Reynolds, M. Physiological breeding II: a field guide to wheat phenotyping. CIMMYT. (2012).
  12. Murchie, E. H., et al. Measuring the dynamic photosynthome. Annals of Botany. 122, (2), 207-220 (2018).
  13. Beddows, P. A., Mallon, E. K. Cave Pearl Data Logger: a flexible Arduino-based logging platform for long-term monitoring in harsh environments. Sensors. 18, (2), 26 (2018).
  14. Li, T., et al. Enhancement of crop photosynthesis by diffuse light: quantifying the contributing factors. Annals of Botany. 114, (1), 145-156 (2014).
  15. Lang, A. R. G., Yueqin, X. Estimation of leaf-area index from transmission of direct sunlight in discontinuous canopies. Agricultural and Forest Meteorology. 37, (3), 229-243 (1986).
  16. Cruse, M. J., Kucharik, C. J., Norman, J. M. Using a simple apparatus to measure direct and diffuse photosynthetically active radiation at remote locations. Plos One. 10, (2), 19 (2015).
  17. Yang, G. J., et al. Unmanned aerial vehicle remote sensing for field-based crop phenotyping: current status and perspectives. Frontiers in Plant Science. 8, 26 (2017).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics