De hydraulische capaciteit van biomassa is een essentieel onderdeel van de begroting voor het water van vegetatie, die als een buffer tegen korte en lange termijn droogte benadrukt fungeert. Hier presenteren we een protocol voor de calibratie and gebruik van bodemvocht precisiecapaciteit sensoren om te controleren watergehalte in de stengels van grote bomen.
Water transport en opslag via het bodem-plant-atmosfeer continuüm is essentieel voor de Aardse waterkringloop, en is uitgegroeid tot een belangrijke focus onderzoeksruimte. Biomassa capaciteit speelt een integrale rol in het vermijden van hydraulische bijzondere waardevermindering te transpiratie. Hoge temporele resolutie metingen van dynamische veranderingen in de hydraulische capaciteit van grote bomen zijn echter zeldzaam. Hier presenteren we de procedures voor de kalibratie en het gebruik van capaciteit sensoren, doorgaans gebruikt voor het bewaken van vochtgehalte van de bodem, voor het meten van de volumetrische vochtgehalte van bomen in het gebied. Frequentie-domein reflectometrie-stijl opmerkingen zijn gevoelig voor de dichtheid van de media wordt bestudeerd. Het is daarom nodig om uit te voeren van de soortspecifieke kalibraties converteren van de sensor-gemeld waarden van diëlektrische permittiviteit naar volumetrische watergehalte. Kalibratie wordt uitgevoerd op een geoogste tak of stam in segmenten die zijn gedroogd of opnieuw gehydrateerd voor de productie van een volledige waaier van water inhoud gebruikt voor het genereren van een best passende regressie met sensor opmerkingen gesneden. Sensoren zijn kalibratie segmenten ingevoegd of geïnstalleerd in bomen na vooraf het boren van gaten tot een tolerantie passen met behulp van een verzonnen sjabloon om juiste boor uitlijning. Speciale zorg is genomen om ervoor te zorgen dat de sensor tanden goed contact met de omliggende media, maken terwijl het toestaan van hen moet worden ingevoegd zonder buitensporig geweld. Volumetrische water inhoud dynamics waargenomen via de voorgestelde methodologie uitlijnen met sap stroom metingen opgenomen met behulp van de warmtedissipatie technieken en dwingen milieugegevens. Biomassa vochtgehalte kunnen gegevens worden gebruikt om het observeren van het begin van de waterstress, droogte reactie en herstel, en heeft het potentieel om te worden toegepast op de kalibratie en de evaluatie van nieuwe modellen van de plant-niveau hydrodynamica, alsmede tot compartimentering van de extern voelde vocht producten in boven- en ondergronds componenten.
Water opgeslagen in plantmateriaal speelt een integrale rol in planten vermogen om te gaan met de water van de korte – en lange termijn stress1,2. Planten slaan water in de wortels, stengels, en bladeren in zowel de intracellulaire en de extracellulaire (bijvoorbeeld xylem vaartuigen) ruimtes zijn 2,3,4. Dit water is gebleken om bij te dragen tussen 10 en 50% van de diurnally bleek water2,5,6,7,8. Zo plant hydraulische capaciteit vormt een belangrijk onderdeel van de aardse waterbalans, kan worden gebruikt als een indicator van waterstress, droogte reactie en herstel1en is een kritische factor nodig te corrigeren voor de waargenomen vertraging tussen transpiratie en sap stromen9,10,11. Real-time bewaking van het watergehalte van de vegetatie kan ook worden gebruikt in agrarische toepassingen om te helpen beperken van boomgaard en bijsnijden irrigatie teneinde drenken efficiëntie12,13. Echter, metingen van continu, in-situ stam-watergehalte van woody soort7,14,15,16,17,18, 19 zijn zeldzaam ten opzichte van sap flux metingen20. We schetsen hier, een procedure voor het kalibreren van precisiecapaciteit sensoren om te controleren de waterinhoud van de volumetrische binnen de stammen van bomen5,21.
Hydrodynamisch gedrag en water-use-verordening door vegetatie zijn een integraal onderdeel van de bodem-plant-atmosfeer continuüm22,23 , en zijn daarom belangrijke besturingselementen voor het water en CO2 fluxen tussen de biosfeer en atmosfeer24,25. De dynamiek van het watergehalte van de stam worden beïnvloed door zowel biotische en abiotische factoren. Uitputting en aanvulling van de stam-opgeslagen water worden beïnvloed door korte – en lange termijn trends in milieu-omstandigheden, met name dampdruk tekort en bodem water inhoud1,26. De fysische eigenschappen van het hout27 (b.v., dichtheid, vaartuig structuur) en de opkomende hydraulische strategie25 (b.v., iso- of anisohydric stomatal verordening) bepalen van een plant kunnen opslaan en gebruiken van water 19 , 26 , 28, en sterk kunnen verschillen door soorten29,30. Eerdere studies hebben aangetoond dat verschillende rollen van capaciteit in de tropische16,27,31,32,33 en gematigde5,7 ,21 soorten, en in beide bedektzadigen1,2,34 en naaktzadigen6,11,17,19.
Betere kennis van het watergehalte van de biomassa zal inzicht van vegetatie strategieën voor water verwerving en gebruik van1,2, samen met de soorten kwetsbaarheid voor voorspelde veranderingen in neerslag regimes35 ,,36. Verder begrip van plant watergebruik strategieën zal helpen voorspellen veranderende demografische patronen onder toekomstige klimaat scenario’s37,38. Door middel van modelgegevens fusie technieken39, stam watergehalte gegevens die zijn verkregen met behulp van deze methode kan worden gebruikt om te informeren en testen van schaalbare, plant-niveau hydrodynamica modellen40,41, 42,43,44 ter verbetering van de berekeningen van stomatal geleidingsvermogen en daarmee simulaties van zowel transpiratie en fotosynthetische CO2 opname. Deze geavanceerde hydrodynamische modellen kunnen een significante vermindering in onzekerheid en fout wanneer opgenomen in grotere landoppervlak en aarde systemen modellen25,45,46, 47,48.
Methoden die worden gebruikt om te controleren of het berekenen van de stengel watergehalte omvatten boom ontkernen33,49, elektronische dendrometers2,15,50, elektrische weerstand 51, gamma straling demping52, deuterium traceurs19, netwerken van sap flux sensoren32,33,53, psychrometers49, stammen en amplitude11 en tijd4,12,13 domain reflectometrie (TDR). Recente inspanningen hebben getest de levensvatbaarheid van precisiecapaciteit sensoren die van oudsher gebruikt hebben voor het meten van de bodem volumetrische water inhoud5,18,21,27. Frequentie-domein reflectometrie (FRD)-stijl precisiecapaciteit sensoren zijn lage kosten en relatief kleine hoeveelheden energie gebruiken voor continumetingen, waardoor ze een aantrekkelijk hulpmiddel voor hoge temporele resolutie metingen in het veld scenario’s. Het gemak van automatisering van FDR over TDR-stijl sensoren vergemakkelijkt het verzamelen van continue zon-uurtarief datasets, en veel van de uitdagingen die inherent zijn aan TDR metingen vereisen aanzienlijke kabellengtes13elimineert. Het gebruik van in-situ precisiecapaciteit sensoren elimineert de noodzaak voor repetitieve ontkernen of tak oogsten, en verbeterde nauwkeurigheid kan voorzien in hardhout soorten.Woody soorten die water hoofdzakelijk opzeggen in extracellulaire ruimten, zoals xylem schepen, of hoge hout of schors moduli van elasticiteit, zijn doorgaans niet goede kandidaten voor populaire dendrometer meettechnieken als gevolg van lage elastische stam uitbreiding 2. capaciteit sensoren schatting diëlektrische permittiviteit, die direct kan worden geconverteerd naar volumetrische watergehalte. Capaciteit metingen zijn echter gevoelig voor de dichtheid van de media rondom de sensor. Daarom pleiten wij voor soortspecifieke kalibraties dat de output van de sensoren omzetten in volumetrische hout-water inhoud5,21.
Presenteren we een protocol voor een soortspecifieke kalibratie precisiecapaciteit sensor output omzetten volumetrische watergehalte van het hout. Ook worden instructies voor installatie van het veld voor precisiecapaciteit sensors in volwassen bomen en een bespreking van de methode sterke, zwakke punten, en veronderstellingen. Deze technieken zijn ontworpen voor het controleren van de volumetrische watergehalte in de kofferbak, de grootste boom water opslag reservoir8, maar kunnen gemakkelijk worden uitgebreid tot de hele boom met installatie van extra sensoren langs de takken. Metingen van de dynamische plant waterinhoud zal vooraf de velden van vegetatie hydrodynamica, biometeorology en landoppervlak modellering.
Seizoens- en dagverloop patronen in stam watergehalte waargenomen via precisiecapaciteit sensoren met trends in gelijktijdige sap flux uitlijnen en milieu dwingen metingen (Figuur 3, Figuur 4, , Figuur 5). Reservoirs van stam wateropslag zijn verarmd diurnally wanneer het tempo van de transpiratie overtreft het tempo van opladen door woody weefsels en seizoensinvloeden bodemvocht beperkt wortel-wat…
The authors have nothing to disclose.
Financiering voor deze studie werd verzorgd door US Department of Energy van Office of Science, Office van biologische en milieuonderzoek, terrestrische ecosysteem wetenschappen programma Award nr. DE-SC0007041, Ameriflux Management programma onder Flux Core Site overeenkomst No. 7096915 door Lawrence Berkeley National Laboratory en de National Science Foundation hydrologische Science verlenen 1521238. Eventuele adviezen, bevindingen, en conclusies of aanbevelingen uitgedrukt in dit materiaal zijn die van de auteurs en weerspiegelen niet noodzakelijk de standpunten van de financieringsinstanties.
Ruggedized Soil Moisture Sensor | METER Group Inc. | GS-3 | Capacitance sensors |
1/8" drill bit | Any | N/A | |
9/64" drill bit | Any | N/A | |
Drying oven | Any | N/A | |
Chainsaw | Any | N/A | |
Electric drill | Any | N/A | |
Bucket for water bath | Any | N/A | |
Alcohol swabs | Any | N/A | |
Draw knife | Any | N/A | |
Data logger | Any | N/A | |
Silicon sealant | Any | N/A |