PARbars: 저렴 한 공장 캐노피에서 빛 차단을 지속적으로 측정 하기 위한 Ceptometers를 쉽게 구축 할 수 있습니다.

Environment
 

Summary

여기, 우리는 구축 하 고 연구 품질을 교정 하는 방법에 대 한 자세한 지침을 제시 ceptometers (수평 막대를 따라 선형으로 배열 많은 센서에 걸쳐 빛의 강도를 통합 하는 빛 센서).

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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).

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Abstract

Ceptometry은 긴 바에서 병렬로 연결 된 다중 광 센서를 사용 하 여 식물 캐노피를 통해 광 합성 활성 방사선의 투과율을 측정 하는 데 사용 되는 기술입니다. 세 발 측정은 종종 캐노피 구조 및 빛 차단의 특성을 추론 하는 데 사용 됩니다, 특히 잎 지역 지 수 (라이) 및 효과적인 식물 영역 지 수 (PAIeff). 시판 되는 세 미터의 높은 비용으로 인해, 취할 수 있는 측정의 수는 종종 공간 및 시간에 제한 된다. 이는 광 차단에서 유전적 가변성을 연구 하기 위한 ceptometry의 유용성을 제한 하 고, 시간에 따라 측정을 기울일 수 있는 편향에 대 한 철저 한 분석과 보정을 배제 합니다. 우리는 매년 USD $75에 대해 생산 될 수 있는 ceptometers (PARbars 라고 함)를 지속적으로 기록 하 고 상업적으로 사용 가능한 대안에 필적 하는 고품질 데이터를 산출 합니다. 여기에서는 PARbars를 구축 하 고 교정 하는 방법, 현장에 배포 하는 방법 및 수집 된 투과율 데이터에서 PAI를 추정 하는 방법에 대 한 자세한 지침을 제공 합니다. 우리는 밀 캐노피에서 대표 결과를 제공 하 고 PARbars를 사용할 때 해야 할 추가 고려 사항에 대해 설명 합니다.

Introduction

세 미터 (광 센서의 선형 배열)는 식물 캐노피에 의해 차단 된 합성 활성 방사선 (PAR)의 비율을 측정 하는 데 사용 됩니다. Ceptometers 측정의 상대적으로 간단한 특성과 데이터 해석의 단순성으로 인해 농업 작물 연구에 널리 사용 됩니다. Ceptometry의 기본 원리는 식물 캐노피 (τ)의 기저 부에 대 한 빛의 투과율이 상기 광 흡수 물질의 투영 면적에 좌우 된다는 것 이다. 따라서 캐노피 위와 아래에 있는 PAR의 측정은 잎 영역 지 수 (라이) 및 효과적인 식물 영역 지 수 (잎 외에 줄기, 광신도 및 생식구조 포함)와 같은 캐노피 특성을 추정 하는 데 사용 될 수 있습니다.1 ,3. Τ 에서 유추 된 빠이의 안정성은 유입 파 (fb)의 빔 분 율의 영향을 모델링 하 고, 리프 흡수 (a) 및 효과적인 캐노피 소멸 계수 (K ); K는 차례로, 태양 천정 각 (θ)과 잎 각 분포 (χ)에 의존 한다. 그것은 이러한 효과 대 한 수정 하는 일반적인 관행. 그러나 방법론적 및 비용 한계로 인해 과거에는 고려 하지 않은 다른 편향이 있습니다.

우리는 최근에 밀과 보 리7과 같은 행 작물의 즉각적인 ceptometry 측정에서 상당한 시간 의존적 바이어스를 확인 했습니다. 이 바이어스는 행 심기 방향과 태양 천정 각 사이의 상호 작용에 의해 발생 합니다. 이 바이어스를 극복 하기 위해 지속적으로 로깅 ceptometers는 캐노피 빛의 차단의 주기를 모니터링 하는 분야에 장착 할 수 있습니다 다음 매일 평균 τ 와 빠이의eff 를 계산할 수 있습니다. 그러나, 지속적인 측정은 종종 단일 장비-많은 필드 플롯의 측정을 위한 요구 사항-종종 수천 미국 달러 상업적으로 사용할 수 있는 엄청나게 크거나의 높은 비용으로 인해 불가능 하다. 후자는 게놈 분석을 위해 많은 수백 개의 유전형이 요구 되는-omics 시대에 특히 명백 합니다 (GWAS) 및 게놈 선택 (검토를 위해 리뷰를 위해 황 & 한, 20148참조). 우리는 많은 숫자로 생산 될 수 있는 비용 효율적인 ceptometers 필요 하다는 것을 인식 하 고 여러 유전형에 걸친 지속적인 측정에 사용 될 수 있습니다.

솔루션으로 서, 우리는 단위 당 USD $75의 비용으로 구축 하는 작업의 약 1 시간을 필요로 하 고, 높은 정확도의 ceptometers (PARbars)를 설계 할 수 있습니다. PARbars는이 범위를 벗어난 매우 작은 감도로 파 파장 대역 (390-700 nm)에만 민감한 50 광 다이오드를 사용 하 여 구축 되며 비용이 많이 드는 필터의 사용을 캘린더가. 포토 다이오드는 1m 길이에 걸쳐 병렬로 연결 되어 데이터로 거와 함께 기록 될 수 있는 통합 차동 전압 신호를 생성 합니다. 이 회로는 방수를 위해 에폭시로 싸여 있으며 센서는 큰 온도 범위 (-40에서 + 80 ° c)에 걸쳐 작동 하므로 PARbars를 장시간 현장에 배치할 수 있습니다. 포토 다이오드 및 저온 계수 저항기를 제외 하 고 PARbar를 구축 하는 데 필요한 모든 부품은 하드웨어 저장소에서 구입할 수 있습니다. 필요한 부품과 도구의 전체 목록은 재료의 테이블에 제공 됩니다. 여기서는 파이 트의 추정을 위해 PARbars를 구축 하 고 사용 하는 방법 에 대 한 자세한 지침을 제시 하 고 밀 캐노피의 대표적인 결과를 제시 합니다.

Protocol

1. PARbars 구축 및 보정

  1. 깨끗 한 작업 공간에서 어셈블리에 필요한 모든 부품과 도구를 수집 합니다.
  2. 각 끝에서 20mm 직경 구멍을 뚫는 백색 아크릴 디퓨저 바 (길이 1200 x 30mm 폭 × 4.5 mm 두께) 드릴 및 탭 나사 구멍 알루미늄 U 바 섹션의 각 끝에서 20mm를 확보 하 여 디퓨저를 고정 합니다. 마운팅 하드웨어 (예: 삼각대 장착 플레이트)에 적합 한 드릴 및 탭 나사 구멍.
  3. 1.25 m 길이의 베어 구리 와이어 (1.25 mm 지름)를 얻습니다. 와이어가 롤에 들어간 경우에는 한쪽 끝을 바이스 또는 클램프로 고정 하 고 다른 쪽 끝을 핸드 드릴의 그립에 넣고 저속 (100-200 rpm)으로 드릴을 돌려 똑바르게 합니다. 두 번째 1.25 m 길이의 베어 구리 와이어로 반복 합니다.
  4. 디퓨저의 한쪽 끝에서 13.5 cm의 첫 번째 포토 다이오드 위치로 시작 하 고 첫 번째 다이오드 사이에 2cm 간격으로 배치 된 다른 위치를 사용 하 여 디퓨저 가장자리를 따라 광다이오드의 의도 한 위치를 표시 합니다. 디퓨저의 끝 부분.
    1. 디퓨저 바에 있는 하나의 광다이오드를 바의 측면 쪽으로 향하게 하 고, 탭 중 하나 아래에 와이어를 배치 하 고, 와이어 위치를 표시 하 여 디퓨저의 첫 번째 구리 와이어의 위치를 표시 합니다.
    2. 앞의 단계를 반복 하 여 철근의 중심 및 반대쪽 끝에 와이어의 위치를 표시 합니다.
  5. 와이어를 정렬 하기 위해 이전 단계에서 표시 된 위치를 사용 하 여 첫 번째 직선 동선을 디퓨저에 붙이기 위해 청색 증 아크릴레이트 접착제를 사용 합니다.
    1. 접착제를 사용 하 여 50 광다이오드 (이전 단계에서 표시 된 대로) 디퓨저를 따라 아래로 향하게 하 고, 디퓨저의 중앙에 있으며 모든 것이 같은 방향으로 배열 되어 큰 탭이 co에 앉 았다는 것을 보장 합니다. 퍼 와이어, 그리고 작은 탭 반대 앉아 있다.
    2. 두 번째 구리 와이어를 포토 다이오드의 작은 탭 각각 아래에 배치 하 고 와이어를 시아 노 아크릴레이트 접착제로 디퓨저에 붙입니다.
  6. 솔더 플럭스 펜을 사용 하 여 플럭스와 함께 인접 및 기본 와이어 뿐만 아니라 하나의 광다이오드의 두 탭을 습식. 약 350-400의 온도에서 미세 팁 납땜 인 두를 사용 하 여 기본 구리 전선에 다이오드 각 탭을 납땜 합니다. 광다이오드에 빛을 비춰 와이어를 가로지르는 전압 신호를 확인 하 여 납땜 연결을 테스트 합니다. 멀티 미터 사용. 모든 50 포토 다이오드에 대해이 단계를 반복 합니다.
    참고: 1.7 단계는 선택 사항입니다 (저항기가 PARbar에 납땜 되지 않은 경우 나중에 datalogger의 PARbar 신호 입력과 병렬로 연결 될 수 있음).
  7. 구리 전선에 걸쳐 병렬로 1.5 Ω의 낮은 온도 계수 정밀 저항기를 납땜 합니다.
  8. 구리 전선 (선택적 단계 1.7을 따라 경우 저항이 납땜 된 동일한 끝)에 방수 DC 커넥터의 남성 끝을 납땜 한 다음 접착제를 사용 하 여 연결을 밀봉 열 수축 튜브를 일렬로 세워.
  9. 디퓨저 표면에 실리콘 실 란 트 비드를 가장자리 근처에 도포 하 여 유체를 단단히 형성 하 여 확산 기의 회로 주위에 연속적인 실리콘 장벽을 만듭니다. 갭으로 인해 에폭시가 누출 될 수 있으므로 실리콘과 디퓨저 바 사이에에 어 갭이 남지 않도록 비드를 면밀히 검사 하십시오. 실 란 트가 경화 되 면 에폭시 수 지로 우물을 채웁니다.
  10. 에폭시 수 지가 경화 된 경우 (하룻밤), 면도기 블레이드를 사용 하 여 실리콘 실 란 트를 제거 하십시오. M4 볼트를 사용 하 여 디퓨저를 사전 스레드 알루미늄 U 바에 볼트로 고정 합니다.
  11. 마스킹 테이프를 사용 하 여 전체 길이를 따라 알루미늄에 디퓨저를 고정 시킨 다음, ceptometer 내부에 공 극을 폴리우레탄 폼 필러로 채웁니다. 폼 필러가 설정 되 면 (하룻밤) 마스킹 테이프를 제거 하십시오.
  12. 2-컨덕터 케이블의 길이에 DC 커넥터의 암 끝을 납땜 하 고 접착제로 열 수축 줄 지 어 연결을 밀봉.
  13. 퀀텀 센서에 대해 PARbar를 보정 하려면
    1. 차동 전압 출력을 측정할 수 있는 데이터로 거 또는 전압계에 두 센서를 연결 합니다 (1.7 단계의 설계에 저항기가 통합 되지 않았을 경우, PARbar와 병렬로 1.5 Ω 낮은 온도 계수 정밀 저항기 연결),
    2. 수준 평면 (정신 수준 또는 정신 거품 수준)에 전체 태양에서 밖으로 설정, 태양 방사선은 전체 주기 등 광범위 하 게 다양 한 기간에 걸쳐 두 센서의 출력을 기록 하 고, PARbar에 대 한 교정 계수를 결정 양자 센서에서 보고 된 PAR의 선형 회귀의 기울기 (종속 변수로 서)와 원시 전압 출력 (독립 변수로 서).

2. 현장에서 설치

  1. 효과적인 식물 면적 지 수 (PAIeff)를 추정 하기 위해 캐노피 위에 하나의 parbar를 설치 하 고 (이를 캐노피 내의 광 흡수 요소에 의해 음영 처리 하지 않도록 보장), 흡수를 측정 하고자 하는 모든 흡 광 요소 아래에 또 다른 ( 일반적으로 가장 낮은 나뭇잎 아래), 두 PARbars 모두 45 ° 각도로 정렬 되어 심기 행. 아래쪽 PARbar를 음영 처리 하지 않도록 위쪽 PARbar를 배치 하십시오. 정신 수준 또는 거품 수준을 사용 하 여 PARbars 레벨을.
  2. 1.11 단계에서 만든 케이블을 사용 하 여 parbars를 데이터로 거 또는 전압계에 연결 합니다. 1.5 Ω 낮은 온도 계수 정밀 저항기가 PARbar 회로에 통합 되어 있지 않은 경우 (단계 1.7)이 단계에서 각 PARbar와 병렬로 이러한 저항기를 연결 하십시오.
  3. 1.13 단계에서 각 PARbar에 대해 결정 된 교정 계수를 사용 하 여 차동 전압 출력을 PAR로 변환 하십시오.

3. 효과적인 플랜트 면적 지 수 계산 (PAIeff)

  1. 다음 방정식6을 사용 하 여 위 및 아래 캐노피 PAR 측정의 각 쌍에 대해 PAIeff 를 계산 합니다.
    (1) Equation 1
    여기서 a = 0.283 + 0.0785 a-0.159 은 ( a 가 잎 흡수가 되는 경우), τ 는 아래의 캐노피 파의 비율이 며 K fb 는 방정식 24 로 모델링 되 고 수학식 39, 각각:
    (2) Equation 2
    여기서 χ 은 잎 각도 분포를 설명 하는 치수 없는 매개 변수이 고, θ 는 태양 천정 각도이 고
    (3) Equation 3
    여기서 r 은 최대 가능한 값의 분수로 서캐노피 위의 파 (위)입니다 (위의 파, 최대 = 2550).r = 위/위의 par, 최대 연구 종에 적합 한 ac 의 값에 대 한 문헌을 참조 하십시오 ( 여기에 제시 된 시험 측정에 사용 되는 밀 캐노피에 대해 = 0.9 및 c = 0.9610 을 가정).
    참고: 샘플 R 스크립트는 큰 데이터 집합의 자동화 된 처리에 대 한 코드를 개발 하는 사용자를 지원 하기 위해 보조 파일로 제공 됩니다.

Representative Results

그림 1에는 parbar 빌드에 대 한 회로도가 나와 있습니다. PARbar에 대 한 대표적인 보정 곡선은 그림 2에 나와 있습니다. PARbar의 차동 전압 출력은 r2 = 0.9998를 사용 하 여 양자 센서의 PAR 출력에 선형적으로 비례 합니다. PARbars는 밀 캐노피에 배치 하 고 식물의 개발에 걸쳐 20 초 마다 기록 했다. 맑은 맑은 날에 PARbar를 사용 하 여 수집 된 캐노피 조명 환경의 대표적인 시간 과정을 도 3 에 나타내 었 다 (원시 투과율 데이터 및 보정 된 PAIeff 는 비교를 위해 표시 됨). 도 3b 및 3c 는 하루 중 다양 한 시간에 측정 한 순간의 ceptometry을 취 함으로써 도입 될 수 있는 바이어스를 입증 한다 (20187). 이 데이터의 수집에 사용 되는 밀 플롯은 12:30에서 피크 하 부 캐노피에 빛을 전달 하는 남북으로 인해 행 심기 방향을 가졌다 (도 3b). 이 시점에서 즉각적인 측정이 수행 되는 경우, PAIeff 는 과소 평가 되는 반면, 아침 이나 오후에 찍은 경우에는과 대 추정 될 수 있습니다. 방수 PARbars는 오랜 기간 동안 현장에 배치 될 수도 있습니다. 그림 4 는 parbars를 사용 하 여 식물이 발달 함에 따라 캐노피 라이트 환경이 어떻게 변화 하는지 모니터링 하는 방법을 보여줍니다.

Figure 1
그림 1입니다. PARbar 빌드를 위한 회로도. (a) 방수 커넥터와 내부 션트 저항기의 위치 및 배치; (b) 포토 다이오드의 배치 및 간격; (c) 아크릴 디퓨저 바의 드릴링 위치; (d) 알루미늄 U 바의 드릴링 위치; 및 (e) PARbar의 전자 회로도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2입니다. 대표 PARbar 보정 곡선. PARbar (mV)의 차동 전압 출력과 양자 센서 로부터 광합성 광자 플럭스 밀도 또는 파 (mmol)-2s-n ) 사이의 관계. 각 포인트는 PARbar 및 quantum 센서의 단일 측정 쌍을 나타내며, 1 일 동안 4 시간 동안 20 초 마다 한 번씩 기록 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3입니다. PARbar 출력의 대표적인 일별 출퇴근 기록. 호주 캔버라에 서 00.1008의 밀 캐노피에서 PARbars를 사용 하 여 맑은 날에 수집 된 데이터 (-35°12 ', 149 ° 05 ' 17.0988) (a) 상기 캐노피 상부에 측정 된 PAR (mmol)),(b) 교정 되지 않은 투과율 (이하의파의 비율) 및 (c) 유효 식물 면적 지 수,이 중2 m-2 방정식 1에서 계산 됩니다. 도 (b) 및 (c)에 도시 된 데이터 포인트는 (n=30), 실선은 r(=0.5)에 끼워 지 는 황토 국부 회귀 이며, 음영 영역은 적합의 표준 오차이 고 대시 수평선은 일일 수단을 나타낸다. 점선 사이의 음영 영역은 CIMMYT11에의 한 밀의 즉각적인 ceptometer 측정에 권장 되는 시간 창 (1100-1400h)입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 4
그림 4입니다. 성장 시즌에 걸쳐 수집 된 대표적인 데이터. 초기 경작에서 수집 된 PARbar 데이터는 호주 캔버라에 있는 밀 캐노피에서 00.1008, 149도 05 17.0988 "). (a) 보정 되지 않은 투과율 데이터 (단위 없음) 및 수학식 1에서 계산 된 유효 플랜트 면적 지수 (PAI, m2m2). 표시 된 데이터 포인트는 1000-1, 400h(n=30)에 대 한 일일 수단을 나타낸다. 실선은 황토 국부 회귀 R (a = 0.75에 장착 되며, 음영 영역은 적합의 표준 오차입니다. 위의 par < 1500 µmol의 경우 및위의 par이 > 1 인 경우 원시 데이터는 추가 분석에 포함 되지 않았습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Discussion

Ceptometers (PARbars)를 구축 하기 위해 여기에 설명 된 프로토콜의 성공적인 구현은 두 단계에 가장 민감하게 의존 합니다: 1.5 (제 위치에 포토 다이오드를 접착) 및 1.6 (구리 선에 납땜 광다이오드). 1.5 단계는 자체 극성에 대해 광다이오드를 잘못 정렬 하 여 오류가 발생 하기 쉽습니다. 우리가 사용 하는 포토 다이오드 및 필수 특정 항목으로 권장 하는 경우, 극성은 명확 하 게 다른 크기를 갖는 다이오드 2 개의 전기 커넥터 탭의 미 덕에 의해 식별 된다. 따라서, 시아 노 아크릴레이트 접착제를 적용 하기 전에 포토 다이오드를 납땜 하기 전에, 모든 다이오드가 한 방향으로 향하는 대형 커넥터 탭과 다른 방향으로 향하는 작은 탭과 함께 배치 되어 있는지 다시 한 번 확인 하는 것이 좋습니다. 1.6 단계는 납땜 기술이 열악 하 고 냉간 납땜 접합부의 형성으로 인해 고장이 발생 하기 쉽습니다. 이는 솔더링 직전에 플럭스 펜을 사용 하 여 얇은 솔더 플럭스를 적용 하 고 와이어 및 포토 다이오드 탭이 솔더 팁 (약 350-400 oC)으로가 열 되도록 하 여 납땜 자체가 적용 되기 전에 방지할 수 있습니다. 접합. PARbar에서 전기적 연결에 대 한 문제는 일반적으로 다른 파 바 들과는 확연히 다른 교정 경사의 형태로 나타난다. 이러한 문제는 시공 중 (1.6 단계에서 설명한 대로) 각 전기적 연결을 테스트 하 여 조기에 발견 될 수 있으며, 모든 연결이 납땜 된 후에는 에폭시로 쌌으 나 (단계 1.9). 제 3의 잠재적인 오차의 근원은 저항이 온도에 민감 하지 않는 낮은 온도 계수 정밀도 저항기를 사용 하는 실패에서 생깁니다; 일반 저항기를 사용 하면 저항으로 오류가 발생 하 고, 따라서 다이오드로 흡수 되는 빛의 단위당 전압 출력이 주변 온도로 변경 됩니다. 오류의 최종 주요 소스는 PARbars에 고유 하지 않습니다, 하지만 모든 ceptometry 측정에 적용 됩니다: 즉, 빛 포획에서 효과적인 식물 면적 지 수 또는 잎 면적 지 수의 유추는 캐노피 구조의 기능에 따라 달라 집니다 (특히 평균 잎 흡수 및 잎 각 분포; Eqns 1 및 2에서 ac 는 식물 개발 및 유전자 형 사이에서 변할 수 있습니다.

여기에 설명 된 프로토콜이 수정 되거나 조정 될 수 있는 두 가지 주요 영역이 있습니다. 첫째, 여기서 소개 하는 PARbars는 밀과 보 리와 같은 행 작물에 사용 하기 위해 특별히 설계 되었지만 다른 응용 프로그램에서 쉽게 수정할 수 있습니다. 예를 들어 저항이 더 큰 션트 저항기를 사용 하 여 낮은 PAR 범위에서 단위 PAR 당 mV 출력을 향상 시킬 수 있습니다. 다양성을 위해, 저온 계수 정밀 전위차계 (가변 저항기)를 사용 하 여 PARbar의 민감도 범위를 필요에 따라 수정 하거나 작은 조정을 통해 많은 파 바가 동일한 교정 경사를 갖도록 할 수 있습니다. 둘째, 포토 다이오드는 양자 센서로 서 개별적으로 사용 될 수 있기 때문에 사용자는 상업적으로 사용 가능한 양자 센서를 사용 하 여 가능한 한 보다 훨씬 저렴 한 비용으로 개별 캐노피 내의 공간 및 시간적 변화를 캡처할 수 있습니다. 이는 변동이 심한 조명 조건 하에서 동적 광합성에 대 한 관심이 증가 하는 것을 감안할 때 특히 가치가 있다12. 셋째,이 연구에 제시 된 데이터에 대해 기존의 (및 고가의) 데이터로 거를 사용 했지만, 대신 기성 부품을 사용 하 여 구축 할 수 있는 범위를 가지 며, 결합 된 ceptometry 및 데이터로 거 시스템의 생성을 가능 하 게 제한 된 예산. 소위 메이커 플랫폼의 인기, 아 두 이노와 라즈베리 파이 등,이 지역에서 큰 약속을 제공; 우리는 오픈 소스 아 두 이노 기반 케이브 펄 프로젝트13 을 추가 개발을 위한 스타터로 제안 합니다. 케이브 펄 데이터로 거는 동굴 생태계의 환경 모니터링을 위해 설계 되었기 때문에 견고 함과 저전력 수요가 설계에 중요 한 고려 사항 이었습니다. 유사한 고려 사항은 플랜트 표현 형 작업에 대 한 구현과 관련이 있습니다. 동굴 진주 데이터로 거 구성 요소는 저렴 한 (단위당 USD $50 미만) 및 작은,이는 직접 parbars에 통합 될 수 있도록.

여기에 설명 된 PARbars의 응용 프로그램은 세 가지 주요 한계에 직면 하 고 있습니다. 첫째, 측정 된 빛 포착에서 식물 지역 지 수 또는 잎 면적 지 수의 유추는 강한 시간 의존적 편향, 특히 행 작물7에서 방해 됩니다. 이것은 하루에 걸쳐 반복 또는 연속 측정을 함으로써 극복 될 수 있다. 둘째, 저렴 한 포토 다이오드는 광자 플럭스에 정확히 비례 하는 스펙트럼 출력이 없습니다 (광합성 연구에서 가장 큰 관심의 변수). 이는 캐노피를 통해 빛의 품질이 크게 변하는 경우 바이어스를 유발할 수 있지만, 그 결과 오류의 이전 추정치는 몇 퍼센트7의 순서에 있음을 나타냅니다. 셋째, PARbars는 캐노피 위의 들어오는 PAR의 직접 광선과 분산 구성 요소를 구분할 수 없습니다. 확산 방사선이 직사 광선 (14) 보다 캐노피 안으로 깊숙이 침투 하 게 되 면 투과율이 증가 하 고 전체 조도의 확산 분 율이 증가 함에 따라 파이eff 가 과소 평가 됩니다. 모든 방사선이 확산 되 면, PAIeff 는 수학식 115와 같이 관계 된 것이 아니라 1/τ 의 로그에 정비례 한다. Cruse . (2015) 16 직접 및 확산 PAR을 측정 할 수 있는 현재 사용할 수 있는 상용 기기는 비싸고 정기적인 유지 보수가 필요 하다 고 지적, 그래서 그들은이 문제를 해결 하기 위해 간단 하 고 저렴 한 장치를 설계 했다. 이 시스템은 전동, 움직이는 섀도우 밴드로 일상적으로 음영 처리 되는 양자 센서로 구성 되어 있으며, 전체, 직접 및 확산 파의 연속적인 측정이 가능 합니다. Cruse et al에 사용 되는 센서. 16 시스템은 parbars에서 사용 되는 것과 동일한 광다이오드로 대체 되어 비용을 절감 하 고 기존 파 바 설정에 쉽게 통합 될 수 있습니다. 이러한 측정은 데이터 처리 파이프라인에 통합 될 수 있으며, PAI의 추정값의 신뢰도를 더욱 향상시킬 것입니다.

기존 상용 ceptometers에 상대적인 PARbars의 주요 이점은 그들의 낮은 비용,이는 큰 숫자로 그들을 생산 하는 것이 가능 하 게. 최근에는 캐노피 특성의 추정을 위한 신규 한 고 처리량 식물 표현 형 기술에 대 한 관심이 높아지고 있다 (검토를 위해 양 , 201717참조). 이러한 메서드는 엄청난 양의 데이터를 생성 한다는 것을 유망 하지만 일반적으로 매우 간접적 이며 기존 기술에 대해 유효성 검사를 요구 합니다. PARbars는 이러한 새로운 기술에 대 한 비용 효율적인 지상 기반 검증 도구 역할을 할 수 있습니다.

PARbars의 낮은 생산 비용은 또한 현장에서 연속 측정을 위한 실용적인 옵션을 만든다. 이는 여러 가지 이유로 유용할 수 있습니다. 예를 들어 연속 측정을 사용 하 여 행 방향 바이어스를 특성화 하 여 즉각적인 측정을 위한 시간 별 수정 기능을 개발할 수 있습니다 (자세한 내용은 20187). 연속 ceptometry은 구름 통과 오버 헤드, 캐노피의 이동 등으로 인 한 시간 (sunflecks 및 shadeflecks)에 따른 캐노피 라이트 캡처의 짧은 변동을 포착할 수 있습니다. 광합성은 환경 조건의 작은 변화에 매우 민감한 것으로 알려져 있으며 ' 동적 ' 광합성의 변화는 지금 작물 수율을 구동 하는 것이 중요 할 것으로 생각 된다 (리뷰는 무 르 치 , 201812참조). 적절 한 짧은 로깅 간격으로 현장에 설치 된 PARbars는 이러한 짧은 변동을 포착 하 고 플랜트 캐노피의 동적 특성을 더 잘 이해 하는 데 사용할 수 있습니다.

Disclosures

저자는 이해 상충이 없고 공개할 것이 없음을 확인 합니다.

Acknowledgments

저자는이 연구에 사용 되는 필드 플롯에 대 한 액세스 및 관리를 위한 리처드 리차드 박사와 섹 호 사인 박사에 게 감사 하 고 싶습니다. 이 연구는 곡물 연구 개발 공사 (US00082)에 의해 제공 되는 보조금을 통해 국제 밀 수확량 파트너십에 의해 지원 되었다. TNB는 호주 연구 위원회 (DP150103863 및 LP130100183)와 국립 과학 재단 (상 #1557906)에 의해 지원 되었다. 이 작품은 식품 농업의 USDA 국립 연구소, 해치 프로젝트 1016439 및 1001480에 의해 지원 되었다.

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

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References

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