Name: a gusseted thermogradient table to control soil temperatures for evaluating plant growth and monitoring soil processes
Uploaded: 2016-10-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 40 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes at JoVE.com

We thank Kent J. Bradford and his students at the UC Davis Seed Biotechnology Center for recording seedling emergence data.

循環温泉と表の作製<ol><li> thermogradientテーブルの各端部の温度を制御するために、少なくとも10リットル/分のポンプリザーバを有する2つの循環浴を取得します。 注：冷蔵貯水池その他の必要性だけ加熱する必要がありながら、循環式風呂の一つ。 </li><li>そのフィルタや貯水池がきれいであることを確認するために風呂を循環点検。 </li><li>テーブルや風呂の場所を特定します。限り、ポンプは上記の表を通して流体を循環できるように、テーブルの下に風呂を配置します。蓋を除去し、表面上のすべての位置に到達するのに便利な高さで勾配テーブルを配置します。 注：テーブルと風呂のための場所がよく、比較的埃のない、極端な温度の自由、換気、および適切バス、照明システムに電力を供給するために電気回路へのアクセス権を持っている必要があります。 </li><li>水と不凍液の混合物とリザーバタンクの上部にそれぞれバスを記入し（1：1比）の熱交換を改善し、凍結を防止します。 注：不凍剤の濃度は、溶液の浴仕様と温度に依存します。氷点下の温度が生成されない限り、高不凍液濃度が必要とされていません。純粋な不凍液は、特定の水浴ポンプを破損する恐れがあります。 </li><li>テーブルの反対側の暖かいと冷たい両端の連続フローパターンを作成するには、それぞれ、テーブル上の出口と入口管への柔軟なチューブを浴の入口と出口を接続します。 </li><li>曲がっ圧力やねじれの下で展開されません非弾性壁と壁の厚い柔軟なプラスチックチューブを使用してください。システムが加圧される時のドリップフリー接続を維持するために、チューブ組合で襟ねじ、ホースクランプを使用してください。囲むとの熱交換を減少させるために発泡パイプ断熱材で循環チューブを包みます。 </li><li>パイプのバルブが開いた状態で、瞬間的に漏れや潰れたチューブをチェックするために、循環ポンプの電源をオンにそれは流れを減少させることができます。漏れが発生した場合、ねじクランプを調整します。彼らは正常に動作していることを確認するために照明器具を確認してください。 </li></ol>実験のための表の調製<ol><li>より均等に水を分配するために、このような温室毛細管マット、ペーパータオル、または非光沢新聞などの親水性材料とのガセット間thermogradientテーブルの下に並びます。 </li><li>ガセットの上部と下の、あるいはに成長しているメディアで均一にテーブルを埋めます。温度平衡に干渉するエアポケットを除去するためにしっかりと十分に成長しているメディアを梱包してください。 注：ネイティブの土壌を使用することもできます。 </li><li> 、テーブルの入口と出口配管のバルブが開いた状態で、温度5℃以下と最小値と最大所望の温度（5〜40℃）以上の温度を5℃に反対浴に1風呂を設定することにより、循環浴を活性化させますそれぞれ、循環中に熱損失と利得を考慮します。 Monito貯留槽をrと循環液は表中のパイプを埋めるようにレベルが落ちるときに、必要に応じて水や不凍液（エチレングリコール）との混合物を追加します。 </li><li>希望の成長メディア温度（5℃または他の所望の実験温度〜40℃）は、勾配テーブルで達成されるまで、お風呂の温度を調整します。 注：正確な温度は成長メディア温度を測定し、所望の成長メディア温度はテーブル越しに到達するまで浴を調整する反復プロセスによって達成されます。 </li><li>実験中に成長しているメディアや土壌の温度を記録するために、テーブル上の異なる位置で温度データロガーを配置します。推奨データロガーはミニチュアラウンドウェーハ電池のサイズに似ています。成長メディアで実験的な位置での水の損傷と場所を防止するために、パラフィルムでデータロガーを包みます。 </li><li>最大水保持容量70〜80％まで均一に成長しているメディアを濡らしますメディアの。湿潤な土壌はガセットの間でより効率的に熱を伝えます。 注：水がテーブルの温端からより急速に蒸発する傾向があるので、より頻繁なアプリケーションが蒸発損失を交換する必要があります。最大保水能力は、穿孔底部を有する容器を介して2日間重力水の飽和と排水後に成長しているメディアに保持される水の量です。水分含有量は、72時間105℃でオーブン乾燥前後の重量測定により決定しました。 </li><li>テーブルには、所望の温度（5〜40°C）を確保するために24時間平衡化させ、実験を開始する前に、全体に達しています。 </li><li>ドレインとのコーナーに向かって非常にわずかにテーブルの斜面まで、各コーナーに足を調整することにより、テーブルを傾けます。これは、過剰の水分を除去するテーブルの上にウェットスポットを防止し、均一なメディアの含水率を促進します。流出をキャッチするためにドレインの下に容器を置きます。 </li><li&gt;毎日または湿った用紙を維持するために必要なメディアと水を成長における植物の種子。 注：発芽試験を行うことができる方法の例として、私たちはトマトの25種子を植え、メロン（ キューカミスメロ CVヘイルズベストジャンボ。）、レタス（ レタス L. cvのブラックシード（ トマト L.品種をレジェンド。）。シンプソン）、およびエンバク（ エンバク L.品種スワン）深さ2cm。 </li><li>式に従って出現までの平均時間を計算するために毎日登場苗の数を数えます： &#160; Σ（n iは 私xtの ） MTE = ------------- Σ（I N） 注：nは<suB&gt;私は、時刻t iにおける出現種子の数です。 tが出現開始からの日数です。そしてΣN iが出現した種子の総数です。 </li></ol> 3. Thermogradient表の操作<ol><li>所望の温度に浴を調整した後、テーブルを囲むために、2 thermogradientテーブルカバー、透明な内側 - アクリルシートの蓋とポリスチレンと絶縁さより実質的なポリ塩化ビニル（PVC）の蓋を交換してください。代わりに、両方の表紙は、テスト中に熱と水の損失を低減するための最良の絶縁特性を提供します。 注：周囲光または補助照明がテーブルの上にマウントされている場合、唯一の蓋は、光を伝送するために使用されてもよいです。 </li><li>インナーアクリル蓋を介してテーブルをチェックするために外蓋を外します。水または他の入力、チェック温度、またはレコードのデータを追加するために、一時的に内蓋を外します。 注：より高い温度では、水は湿った土壌やCから急速に蒸発します表面が低温であるため、内蓋の底にondenses。 </li><li>停電、バスが故障し、漏れ、またはテーブル温度の過度の変動のための実験の間に密接にシステムを監視します。バスリザーバレベルを監視し、定期的に蒸発損失を置き換えるために、流体を追加します。 </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Thermogradientテーブル同時に温度範囲にわたって浅い容器に主に種子発芽実験を行うために長年使用されてきました。しかし、実験温度は、温度制御の深さが制限されるように、テーブル面に限定されています。伝統的な勾配テーブル上で行わ種子試験プロトコルは、幼根のペトリ皿中の紙基材上に出現などの平らな容器で終了し、自然に土壌に生じるであろうとして現実的に実生発生と成長をテストしていません。今日種子会社は、多くの場合、生産者の可能性が高い植え付け後に発生しますシミュレートされたフィールドの条件を使用して、種子活力（最適条件未満の下で発芽する能力）を評価したいです。土壌テストはまた、真菌に種子や水耕メディア上の標準化された実験室での発芽試験では一般的ではない細菌性疾患の圧力を公開します。土壌は、フラット非ガセットテーブル上に置かれたときに、5ºC以上我々の大きな変動土壌断面とテーブル面内の位置（未発表の結果）との間には珍しいことではない再。 ガセット付きの一次元勾配テーブルが土壌、土壌温度の正確な制御が重要な発芽試験および他の実験で使用することができるように、垂直方向の温度制御を改善するために開発されました。ガセットは、深さの土壌または合成成長メディアと制御温度を閉じ込めます。ガセットは、アルミニウム、天板と同じ材料であり、表面に垂直に溶接するとき、それらは伝導性熱伝達により間の空間の温度制御を提供します。ガセットは、テーブルの下や横のテーブル全体の長さ方向に配向させることができます。どちらのデザインも同様に行うが、勾配が適切に調整されたときにガセット間のスペースは、単一の実験温度として働くことができるので、幅マチの向きが便利です。水平方向は、実験単位（この例ではシード）が離間されることを可能にしますお互いに次の行にテーブルを渡ります。ガセットがテーブル構成が完了するので、代替的な位置決めを試験することができない場所に溶接されているため、ガセット間隔は、製造中に変化させることができます。 10.9センチガセット間隔は、多くの場合、土壌に加えて、シード試験に使用浅い容器を収容するために選択しました。近いガセット間隔は、より良好な温度制御を提供することができるが、テーブルの上に使用することができる容器の種類を制限します。 thermogradientテーブルで成長しているメディアの温度と水分が継続的に希望する実験条件を達成するために監視されなければなりません。植え付け前に、循環浴は少し希望の最小値以下と若干のサンプルが目的の実験温度に達するまで調整よりも、最高温度以上に設定する必要があります。約24時間は勾配テーブルで熱平衡にサンプル許容されるべきです。目の水分量E成長メディアは、種子の発芽または続行するために、他の生物学的プロセスのための（フィールド容量70〜80％）に十分であるべきです。テーブルの断熱材や二重の蓋は、温度変動や水の蒸発場所での削減します。 表1の結果は、異なる温度で4種の苗の成長を比較します。メロンとトマト種子の成長は、15℃で始まり、それらは暖かい季節作物10として特徴づけされている理由を説明し、40℃でよく発芽しました。対照的に、レタスは、低温で最高の発芽しました。オート麦の種は他の種（ 表1）よりも温度の広い範囲にわたって発芽しました。同様の結果は、協調一連の実験において、成長チャンバのシリーズを使用して得ることができるが、ガセット設計は発芽及び実生の成長が同時に土壌温度範囲にわたって比較することを可能にします。異なるフィールド土壌や成長メディアは、フィールド条件の範囲をシミュレートするために置換されていてもよいです。微生物や化学的処理、肥料レジーム、乾燥ストレス、および光環境の変化は、勾配テーブルの上に温度に加えられることができます。 小さなデータロガーは、テーブル上の様々な位置で温度を記録しました。温度データは、特に高温端に、より大きな変化を有するテーブルの中央に、比較的均一な温度を示しました。テーブル面に接触してロガーを配置し、土壌表面上の空気にさらさ可能性が高い両極端を強調します。中心位置に記録された温度が、おそらくバルク土壌条件をより示していました。例えば、フィールドの植栽をシミュレートするためにガセット間の勾配テーブルの上に土に植えた種はバルク土壌温度ではなく、空気やテーブルの表面温度にさらされることになります。土壌の水分含有量とテクスチャテーブル温度を決定する役割を果たしています。番目の場合電子土壌が乾燥している、エアスペースは、温度変化に抵抗し、効果的にガセットからの熱を行っていません。湿った土壌は、効果的に土壌断面を介して熱を伝導するために、いくつかの空気スペースとより多くの液体の水があります。この実験では、土壌が最大保水能力が、より高い含水率70〜80％に維持された土壌の温度変化を低減していることができます。砂が高い有機物と土壌より少ない大きな細孔空間として有し、したがって、より均一な温度を提供することが期待されるであろう。 低温端に比べてテーブルの暖かい終わりに土壌温度に大きな変化がありました。一つの可能​​な説明は、テーブル全体の水分の分布です。温端が原因で大きな蒸発損失の乾く傾向がある水分は、低温端に保持される傾向があります。水行動熱を助けるので、テーブルの水分含有量は可能な限り均一であることが重要です。ウェッブら 9使用blottえー紙新聞はマチ付きthermogradientテーブルでより安価な代替品としても働いている間、毛管作用を介しthermogradientテーブル全体に水を実施します。ガセットは涼しく、暖かい両端を保ち、水分分布を追加するために親水性の紙で裏打ちされていても均一に湿っは困難です。 高温で急速に気化すると、すべての勾配テーブルのデザインで発生します。縮合反応は、多くの場合、容器の底部には冷却器の蓋の内側に収集するために水を引き起こす上部より暖かいため、容器の実験は非常に周囲より高い温度で傾斜テーブルで行われている問題です。マチ付きのテーブルの上に土の実験では、水はマチ付きの表の上に空気中に上部の土層から蒸発させました。土壌が非常に湿っている場合は、テーブルの温端での蒸発損失はクーラーインナーアクリル蓋上に凝縮することができます。アクリルまたはポリスチレン断熱材の直接のタイトフィットの作品を休止LYガセットの上に（データは示していない）湿ったより均一に土壌を維持し、温度を一定テーブルの上の空域で蒸気交換を最小限に抑えることができます。テーブルはポリスチレン断熱材で覆われていた場合には、温度変化が極端な温度での土壌断面を介してのみ、1〜2℃であった（データは示さず）。しかし、ポリスチレン断熱材は、新興国や成長の分析のためのインキュベーションの初期時間後に除去しなければならないから苗木を防ぐことができます。暖かい土壌の迅速な乾燥を防止するための別の解決策は、優先的に蒸発損失を補償するために、高温端に多くの水を加えることです。蓋が除去され、アプリケーション・ボリュームがあまり正確でなければならないため、手の散水には問題があります。マイクロ灌漑エミッタが傾斜テーブルに設計することができ、好ましくは高温端に多くの水を適用するように調整することができます。 Thermogradientテーブルは、代替成長室として機能する機能性と可能性を秘めています。 WHEnは両方の浴は、同じに設定されている表は、勾配を必要としないアプリケーションのために、単一の実験温度に平衡化します。昼と夜の光や温度変動はまた、プログラム可能な循環浴を使用してシミュレートし、ライトを育てるLEDことができます。 LEDと蓋の内側を移入ライトは、照明強度を増加させることができる育てます。 LEDは、システムへの光入力最小限の熱を成長し、類似の土壌温度がオンとオフ光を用いて記録したため、勾配を妨害しなかった（データは示さず）。ライトの追加は、植物の成長と環境に関して一層の制御を可能にします。 Thermogradientテーブルは、過去に発芽試験のためのシード業界で主に使用されてきたが、多くの他の応用が可能です。昆虫の行動は、特定の行動11の最適温度を決定するために、傾斜テーブルに研究されています。氷はトンを氷点下でのテストの現象の勾配テーブル面上に凍結することができますemperatures（データは示さず）。二酸化炭素の発生を含む土壌と大気との間のガス交換は、変動する水含量、土壌入力、および温度でガセット傾斜テーブルに可能です。温度範囲にわたってメディアの異なる種類の細菌と真菌の増殖の効果を研究することは、この実験系を用いても可能です。

Thermogradientテーブルは新しいものではなく、それらの使用は、数十年にわたって1-6文献に報告されています。初期のテーブルは多くの場合、単一の実験（ 図1）内の温度の広い範囲に亘って紙基材上に、実験室の種子発芽試験のために表面上に開発されました。そこthermogradientテーブルの異なるデザインがありますが、最も一般的なの一つは、両端に底に溶接角パイプのループで、金属の比較的厚い長方形のシート、その耐食性のため、多くの場合、アルミニウムで構成されています。プラスチックチューブは、テーブルの下の両端のパイプを介して冷却され、加熱された流体をポンプ風呂循環、温度制御にテーブルの入口及び出口配管を接続します。パイプシステムが近くまたは凍結温度以下で動作する場合、凍結を防ぐために、液体、通常、水、不凍液（エチレングリコール）の混合物を行います。別の設計は、Creするために一緒に金属のストリップを溶接することですどちらかの端に暖かく、冷たいソリューションの循環のための入口と出口を持つテーブルの各端部に流体リザーバを食べました。循環浴は、テーブルの下に、または別々の並置されたテーブルの上に床の上に配置することができます。加熱コイルおよび/またはペルチェ冷却モジュールと電気thermogradientテーブルが構築されているが、高コスト、一貫した低温を発生させる課題、および信頼性の問題は、商業的に広く使用8を妨げてきました。 循環液のデザインは、受動的に熱伝導を介して1次元のグラデーションを作成します。アルミニウム板は、均一な形状及び厚さであり、適切に絶縁された場合、熱は、熱力学7の第2法則に従って、連続的な一次元温度勾配を確立するテーブルの低温端部にウォームから均一に流れます。表面全体の勾配は、テーブル長と終了温度との差の関数です。テーブルとplumbinグラムは、通常アクセス用の蓋を有する絶縁筐体に収容されています。エンクロージャは少し温度変化で表面全体に均一な勾配を作り出す、その周囲からテーブルを分離します。絶縁されたエンクロージャーは、脚がサポートしているか、テーブルやベンチなどの平らな面に配置することができます。両端が同じ温度で液体を循環させる場合には均一な温度制御が勾配なしで必要とされるアプリケーションの場合、表には、等温条件を生成するように設定することができます。 勾配テーブルが正しく機能しているときに、ペトリ皿などの密封されたビニール袋、平底容器は、表面上に配置され、様々な温度（ 図1）に熱平衡化。各容器内の実験温度は、コンテナとテーブル面と厚さと各コンテナの絶縁特性の間に存在するかもしれない空域に依存します。勾配テーブルが効果的にサンプルTEを維持します表面に近いmperaturesが、コントロールは、表面上に失われます。垂直温度制御の欠如は、伝統的な勾配のテーブル上で可能な実験の種類を制限します。 アルミニウムストリップまたはガセットは、テーブル面上の温度制御を改善するために、従来の傾斜テーブルデザインに加えました。ガセットは、テーブル面に垂直間隔で溶接しました。ガセットは、垂直方向に平らなテーブル表面上の対流熱の流れを促進します。ガセットの間に配置された試料が、より効果的な温度制御を提供する三辺の温度調節面を有します。クレッグとイースティン2の深さは、温度制御を作成するために、勾配テーブル面に石英砂を置きました。クレッグとイースティン2は 、テーブルの上に断熱材を配置することで実験しました。ウェッブら 9は、制御温度を均一に努めてテーブルの上に土を充填したパイプを置きました。 新しいTAここで報告BLE設計は、9つの7.6 cmの（3インチ）のテーブルの長さ（ 図2）を介して表面に溶接されている高ガセット（アルミニウムストリップ）を有しています。光合成有効周波数を発するLED照明器具は、テーブルが閉じられたときに苗の成長を支援するために、テーブルの両側に設置されています。マチ付きthermogradientテーブルの絶縁された筐体は、水、縦糸、および耐クラックされている白のPVCボードで構成されています。本稿の目的は、新しいまち付きグラデーションテーブルの設計および可能なアプリケーションを記述することです。

<table><tbody><tr><td>Thermogradient table</td><td>Appalachian Machinge Inc</td><td></td><td>Custom made, gussetted thermogradient table (schematics are included in the manuscript). The aluminum fabrication and welding were peformed by Appalachian Machinge Inc. 5304 State Rd 790, Dublin, VA 24084.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Insulated polymer board cabinet</td><td>TASCO LLC</td><td></td><td>The insulated polymer board cabinet containing the aluminum plate was constructed by TASCO LLC,&amp;nbsp; 1440 Roanoke Street, Christiansburg, VA 24073&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Blue Hawk Folding Steel Adjustable Sawhorse</td><td>Lowes Home Improvement</td><td>162111</td><td>Model #: 60142 Folding Steel Adjustable Sawhorses</td></tr><tr><td>Circulating Refrigerated water baths or comparable units</td><td>Brookfield Engineering</td><td>TC-550SD</td><td></td></tr><tr><td>Seeds (200 seeds)</td><td>Johnny&#039;s Selected Seeds</td><td></td><td>Oat, lettuce, tomato, melon seeds from Johnny&#039;s Selected Seeds 955 Benton Ave, Winslow, ME 04901 or any other seed for germination testing,&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Professional 550 Grow Light&amp;nbsp;</td><td>SolarOasis&amp;nbsp;</td><td>Pro550</td><td></td></tr><tr><td>ID braided PVC tubing</td><td>United States Plastics Inc.</td><td>60703</td><td>&amp;nbsp;0.6 m pieces of 200 cm OD, 130 mm (1/2&quot;)&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Super Tech 50/50 Antifreeze/Coolant Pre-Mix</td><td>Walmart</td><td>1012574</td><td>4 liters distilled water-antifreeze (ethylene glycol) mixture</td></tr><tr><td>WatchDog Data Loggers</td><td>Spectrum Technologies Inc</td><td>Model 100</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm M 4 cm wide</td><td>Fisher Scientific</td><td>S37440</td><td></td></tr><tr><td>Container Acrylic 5 1/4&quot;x5&quot;x1 3/8&quot; plastic boxes</td><td>Hoffman Manufacturing Inc</td><td></td><td>&amp;nbsp;Hoffman Manufacturing Inc. 16541 Green Bridge Road, Jefferson, OR&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>1&quot; Collared-screw&amp;nbsp;</td><td>Global Industrial</td><td>CS16H</td><td>Global Industrial,&amp;nbsp; 11 Harbor Park Drive, Port Washington, NY&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Collared Screw Worm Gear Hose Clamp</td><td>Global Industrial</td><td>WGB513588</td><td>3/4&quot; - 1-1/2&quot; Clamping Dia. 10-Pack .&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Everbilt Model Foam Pipe Insulation</td><td>Home Depot</td><td>ORP11812</td><td>Internet # 204760805 Store SKU # 1000031792 1 in. x 6 ft.</td></tr><tr><td>Capillary Mat</td><td>Farmtek</td><td>106223</td><td>greenhouse capillary matting - 4&#039; x 100&#039; or alternatively sheets of newspaper</td></tr><tr><td>Sunshine Mix #3</td><td>TerraLink</td><td>3236320</td><td>&amp;nbsp;3.8 cubic feet compressed bale,SKU: 3236320, Germinating media</td></tr></tbody></table>

a gusseted thermogradient table to control soil temperatures for evaluating plant growth and monitoring soil processes

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a series of incubators. A temperature gradient is passively established across the surface of the table between the heated and cooled ends and is lost quickly at distances above the surface. Since temperature is only controlled on the table surface, experiments are restricted to shallow containers, such as Petri dishes, placed on the table. Welding continuous aluminum vertical strips or gussets perpendicular to the surface of a table enables temperature control in depth via convective heat flow. Soil in the channels between gussets was maintained across a gradient of temperatures allowing a greater diversity of experimentation. The gusseted design was evaluated by germinating oat, lettuce, tomato, and melon seeds. Soil temperatures were monitored using individual, battery-powered dataloggers positioned across the table. LED lights installed in the lids or along the sides of the gradient table create a controlled temperature chamber where seedlings can be grown over a range of temperatures. The gusseted design enabled accurate determination of optimum temperatures for fastest germination rate and the highest percentage germination for each species. Germination information from gradient table experiments can help predict seed germination and seedling growth under the adverse soil conditions often encountered during field crop production. Temperature effects on seed germination, seedling growth, and soil ecology can be tested under controlled conditions in a laboratory using a gusseted thermogradient table.

浅い容器は、ペトリ皿のように、多数の実験温度の影響を同時に評価することができるので、従来の1次元傾斜テーブル（ 図1）上に配置することができます。 thermogradientテーブル上で可能な研究用途の多様性を高めるために、7.6センチメートル（3インチ）背の高いアルミガセットは、両側に交互にステッチ溶接したので、各ガセットは、表面と密接に接触して10.9センチメートル（4.2インチ）離れて表面に垂直なスタンド（ 図2）。ガセット間隔の広い範囲が可能であるが10.9 CMが、多くの場合、小さな種子の種または他の生物学的標本（ 図3）の発芽を試験するために使用される正方形のプラスチック「サンドイッチ」ボックスまたは類似の大きさの容器を収容するために選択しました。従来の平面勾配テーブルとは異なり、マチのデザインは、制御されたテンペラのための土壌や他の非晶質砕けやすい材料を収容しトゥーレ実験。余分な水分を除去するために、スクリーニングし、ろ過排水孔は、1コーナーに建てられました。各コーナーにシムまたは「足」は、重力排水を容易にするためにテーブルを傾斜するように調整することができます。マチが終了し、テーブルの外側との間の小さな隙間に水がコーナードレインに一方の側に沿って流れることを可能にします。 浴の代わりに蓋24時間（ 図4）のために一定の温度で循環された後の土壌の温度が70〜80％の土壌水分含量で測定しました。表横切る四つの異なる位置での12時間の平衡期間の後に測定された温度変化は、0.4℃以下（ 図4）でした。 3土壌深さで測定した土壌断面の温度のばらつきが極値で大きかったです。 13°Cの目標温度に、ガセット間のアルミニウム表面上に配置されたデータロガーは、11.0±0.0°Cの平均値を記録しました。ロガーPL土壌表面に出し抜かは13.5±0.1°Cを平均しました。 13°Cの目標温度のためにすべての3つのレベルで全体の平均土壌温度は12.3±0.1℃でした。 18°Cの目標温度に、土壌断面全体の平均温度が19.1±0.1℃でした。 23℃の目標温度での変化は、23.8±0.2°Cの平均値と18℃でより大きかったです。土壌表面温度が25.7±0.4℃であった他の極端な温度、29°Cで、テーブルアルミニウム表面の温度が30.8±0.2℃でした。 29℃での全体的な平均土壌温度は28.2±0.3°C（ 図4）でした。 種子の種は、ガセット付きthermogradientテーブル上での最適な発芽と苗の成長温度について試験することができます。トマトとメロン、両方考え暖かい季節の作物は、14.1から40までの範囲にわたって発芽しました。2°C（ 表1、 図3）。表蓋および/または側面に取り付けられたLEDアレイは、テーブルが（ 図3）封入されているときに実験的土壌温度で土壌中で成長する植物を可能にする光合成スペクトルを発します。トマトのための最適な苗の成長は100％の出現率と5.3日（ 表1、 図5）の出現までの平均時間で29.6℃で起こりました。出現は、他の温度で遅かったです。メロンのために、最適な出現率は96％であったと出現までの時間を意味する24.7°C（ 表1）の両方で5.1日でした。レタスとオート麦の両方が涼しい季節の作物を考えられています。オート麦の種子は、5.1から40.2°C試験したいずれの種（ 表1、 図5）の最も広い範囲にわたって発芽します。 、オート麦の場合、最も高い出現率は24.7℃で100％であったと最速の出現は29.6°C（ 表1で3.4日でした<st栄&gt;図5）。レタスの場合、出現は5.1°29.6℃の範囲にわたって観察されました。レタスの場合、最も高い出現率は24.7℃で100％であったと最速の出現は29.6°C（ 表1）で3.4日でした。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig1.jpg" /> 図1： しかし、表½カバー内側のアクリル蓋を取り除いた絶縁蓋付きの伝統的なフラットthermogradientテーブル浅い容器内のサンプルに対する温度の伝統的な平らなテーブルの設計・テストの効果。エアミックスへの障壁が存在しないので、勾配の温度制御は、急速に表面上の距離で失われます。この設計を使用して実現可能ではない深さで一貫した温度を必要とした実験。 <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54647/54647fig1large.jpg" target="_blank">ラを表示するには、こちらをクリックしてください。</a>この図のrgerバージョン。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig2.jpg" /> 図2： ガセットとthermogradientプレートの概略図ガセットは、表面に垂直なテーブルをはさんで縦方向に溶接ステッチされています。 1コーナーでのドレインは、余分な水分を除去します。 <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54647/54647fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig3.jpg" /> 図 3： 土、芝、および種子の発芽実験用の容器を充填したまちで照明thermogradientテーブルは、このテーブルの勾配は右（低温端部）に左（温端）から設定されています。マチのデザインは土、コンテナで使用するために開発されたが小試験片を用いた実験のためにガセットの間に配置することができます。 LEDの植物はライトが蓋または周囲に装着することができる成長し、光合成有効周波数を放射し、植物が筐体の内部に成長させることを可能にする。 <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54647/54647fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig4.jpg" /> マチ付きthermogradientテーブル上の異なる土壌の位置から 図4 の温度測定値。温度ロガーは、左側壁にテーブルをはさんで土壌中に置かれた、左中央（左の壁から20cm）、右中央（左壁から40センチメートル） 、およびガセット間の右側壁の途中で。中央配置がapproximatあった温度ロガーの下部位置決めが8センチメートル土壌のトップ下にアルミテーブル表面近くにありました土壌下記エリー4センチメートル。土の上に置いた温度ロガーを発見しました。バーの上の値は、平均（N = 72）の標準誤差±全体の平均気温を示す。 <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54647/54647fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig5.jpg" /> 図5：5〜40℃ の温度範囲にわたってthermogradientテーブル上で14日間増殖させ、オート麦、トマトの苗絵は、複数の種の発芽と実生成長は中温度範囲にわたって同時に土壌で評価することができる方法を示しています。単一の実験は、フィールド条件をシミュレートします。垂直方向に見たときにトップ（左と右）写真はthermogradientテーブルを示します。ボトム（左と右）写真は水平方向にテーブルを示します。 AlcohoL温度計を迅速に実験を通して温度を監視するために、土壌中に入れました。 <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td rowspan="2">ターゲット温度</td><td rowspan="2">測定温度</td><td colspan="2">トマト</td><td colspan="2">メロン</td><td colspan="2">レタス</td><td colspan="2">エンバク</td></tr><tr><td> EM† </td><td> MTE†† </td><td> EM </td><td> MTE </td><td> EM </td><td> MTE </td><td> EM </td><td> MTE </td></tr><tr><td> °C </td><td> °C </td><td> ％ </td><td>日々 </td><td> ％ </td><td>日々 </td><td> ％ </td><td>日々 </td><td> ％ </td><td>日々 </td></tr><tr><td> 5 </td><td> 5.1 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 78 </td><td> 11.4 </td><td> 46 </td><td> 12.7 </td></tr><tr><td> 10 </TD&gt; <td> 8.7 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 92 </td><td> 7.5 </td><td> 58 </td><td> 12.5 </td></tr><tr><td> 15 </td><td> 14.1 </td><td> 100 </td><td> 10.8 </td><td> 16 </td><td> 13.8 </td><td> 68 </td><td> 5.9 </td><td> 96 </td><td> 7.2 </td></tr><tr><td> 20 </td><td> 19.8 </td><td> 100 </td><td> 7.2 </td><td> 84 </td><td> 7.5 </td><td> 66 </td><td> 6.5 </td><td> 100 </td><td> 5.4 </td></tr><tr><td> 25 </td><td> 24.7 </td><td> 100 </td><td> 6.0 </td><td> 96 </td><td> 5.1 </td><td> 22 </td><td> 8.1 </td><td> 100 </td><td> 3.7 </td></tr><tr><td> 30 </td><td> 29.6 </td><td> 100 </td><td> 5.3 </td><td> 92 </td><td>5.5 </td><td> 4 </td><td> 12.5 </td><td> 98 </td><td> 3.4 </td></tr><tr><td> 35 </td><td> 36.1 </td><td> 94 </td><td> 7.0 </td><td> 92 </td><td> 4.4 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 94 </td><td> 4.5 </td></tr><tr><td> 40 </td><td> 40.2 </td><td> 72 </td><td> 7.8 </td><td> 88 </td><td> 5.1 </td><td> 0 </td><td> 0.0 </td><td> 10 </td><td> 8.2 </td></tr><tr><td colspan="10">苗は、少なくとも一つのオープン子葉を持っていたとき†成功出現（EM）を記録しました。 </td></tr><tr><td colspan="10"> ††出現（MTE）までの平均時間は、各治療のために出現した種子の総数日数と分割することによって毎日出現数種の積を加算することにより算出しました。 </td></tr></tbody></table> 表1：GerminThermogradient表上の8つの温度における土壌中のトマト、メロン、レタスやオート麦種子のエーション。太字の数字は、それぞれの種のための最適な値を示し、異なる作物種の温度依存性を示しています。実験は、ポッティングミックスに14日間行ったとメディアは、毎日または目に見えて湿った土壌を維持するために、必要に応じて水をやりました。データは、それぞれの種のための25の種に基づいています。

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A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes

Traditional thermogradient tables create a range of temperatures across the surface. Welding gussets perpendicular to the surface of a thermogradient table will control temperature in depth increasing possible research applications.

マチ付きThermogradient表は、植物の成長を評価し、土壌プロセスの監視のための土壌の温度を制御します

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a ...

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Environment

11.8K ビュー.  Virginia Polytechnic Institute and State University. Traditional thermogradient tables create a range of temperatures across the surface. Welding gussets perpendicular to the surface of a thermogradient table will control temperature in depth increasing possible research applications. 

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Surface Renewal: An Advanced Micrometeorological Method for Measuring and Processing Field-Scale Energy Flux Density Data

Advanced micrometeorological methods have become increasingly important in soil, crop, and environmental sciences. For many scientists without formal training in atmospheric science, these techniques are relatively inaccessible. Surface renewal and other flux measurement methods require an understanding of boundary layer meteorology and extensive training in instrumentation and multiple data management programs. To improve accessibility of these techniques, we describe the underlying theory of surface renewal measurements, demonstrate how to set up a field station for surface renewal with eddy covariance calibration, and utilize our open-source turnkey data logger program to perform flux data acquisition and processing. The new turnkey program returns to the user a simple data table with the corrected fluxes and quality control parameters, and eliminates the need for researchers to shuttle between multiple processing programs to obtain the final flux data. An example of data generated from these measurements demonstrates how crop water use is measured with this technique. The output information is useful to growers for making irrigation decisions in a variety of agricultural ecosystems. These stations are currently deployed in numerous field experiments by researchers in our group and the California Department of Water Resources in the following crops: rice, wine and raisin grape vineyards, alfalfa, almond, walnut, peach, lemon, avocado, and corn.

Surface renewal is a micrometeorological method that is being used increasingly to determine energy fluxes, but its technical complexity makes it inaccessible to a broad audience. We describe the steps needed to set up and calibrate a surface renewal field station, to acquire and process data, and to correctly interpret results.

Advanced micrometeorological methods have become  increasingly important in soil, crop, and environmental sciences.  For many scientists without formal ...

環境学

Exploring the Effects of Atmospheric Forcings on Evaporation: Experimental Integration of the Atmospheric Boundary Layer and Shallow Subsurface

Evaporation is directly influenced by the interactions between the atmosphere, land surface and soil subsurface. This work aims to experimentally study evaporation under various surface boundary conditions to improve our current understanding and characterization of this multiphase phenomenon as well as to validate numerical heat and mass transfer theories that couple Navier-Stokes flow in the atmosphere and Darcian flow in the porous media. Experimental data were collected using a unique soil tank apparatus interfaced with a small climate controlled wind tunnel. The experimental apparatus was instrumented with a suite of state of the art sensor technologies for the continuous and autonomous collection of soil moisture, soil thermal properties, soil and air temperature, relative humidity, and wind speed. This experimental apparatus can be used to generate data under well controlled boundary conditions, allowing for better control and gathering of accurate data at scales of interest not feasible in the field. Induced airflow at several distinct wind speeds over the soil surface resulted in unique behavior of heat and mass transfer during the different evaporative stages.

A protocol for the design and construction of a soil tank interfaced to a small climate controlled wind tunnel to study the effects of atmospheric forcings on evaporation is presented. Both the soil tank and wind tunnel are instrumented with sensor technologies for the continuous in situ measurement of environmental conditions.

蒸発させる上で大気強制力の影響を探る：大気境界層と浅い地下の実験的インテグレーション

Evaporation is directly influenced by the interactions between the atmosphere, land surface and soil subsurface. This work aims to experimentally study ...

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

Continuing increases in atmospheric carbon dioxide concentrations (CA) mandate techniques for examining impacts on terrestrial ecosystems. Most experiments examine only two or a few levels of CA concentration and a single soil type, but if CA can be varied as a gradient from subambient to superambient concentrations on multiple soils, we can discern whether past ecosystem responses may continue linearly in the future and whether responses may vary across the landscape. The Lysimeter Carbon Dioxide Gradient Facility applies a 250 to 500 &#181;l L-1 CA gradient to Blackland prairie plant communities established on lysimeters containing clay, silty clay, and sandy soils. The gradient is created as photosynthesis by vegetation enclosed in in temperature-controlled chambers progressively depletes carbon dioxide from air flowing directionally through the chambers. Maintaining proper air flow rate, adequate photosynthetic capacity, and temperature control are critical to overcome the main limitations of the system, which are declining photosynthetic rates and increased water stress during summer. The facility is an economical alternative to other techniques of CA enrichment, successfully discerns the shape of ecosystem responses to subambient to superambient CA enrichment, and can be adapted to test for interactions of carbon dioxide with other greenhouse gases such as methane or ozone.

A CO2 Concentration Gradient Facility for Testing CO2 Enrichment and Soil Effects on Grassland Ecosystem Function

The Lysimeter Carbon Dioxide Gradient Facility creates a 250 to 500 &#181;l L-1 linear carbon dioxide gradient in temperature-controlled chambers housing grassland plant communities on clay, silty clay, and sandy soil monoliths. The facility is used to determine how past and future carbon dioxide levels affect grassland carbon cycling.

CO<sub&gt; 2</subテスト用のCO&gt;濃度勾配施設<sub&gt; 2</sub&gt;濃縮および草地生態系の機能に及ぼす土壌の影響

Continuing increases in atmospheric carbon dioxide concentrations (CA) mandate techniques for examining impacts on terrestrial ecosystems. Most ...

Soil Lysimeter Excavation for Coupled Hydrological, Geochemical, and Microbiological Investigations

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled Earth-system processes. Such knowledge is imperative in improving predictions of hydro-biogeochemical cycles, especially under climate change scenarios. We present an experimental method, designed to capture sub-surface heterogeneity of an initially homogeneous soil system. This method is based on destructive sampling of a soil lysimeter designed to simulate a small-scale hillslope. A weighing lysimeter of one cubic meter capacity was divided into sections (voxels) and was excavated layer-by-layer, with sub samples being collected from each voxel. The excavation procedure was aimed at detecting the incipient heterogeneity of the system by focusing on the spatial assessment of hydrological, geochemical, and microbiological properties of the soil. Representative results of a few physicochemical variables tested show the development of heterogeneity. Additional work to test interactions between hydrological, geochemical, and microbiological signatures is planned to interpret the observed patterns. Our study also demonstrates the possibility of carrying out similar excavations in order to observe and quantify different aspects of soil-development under varying environmental conditions and scale.

This study presents an excavation method for investigating subsurface hydrological, geochemical, and microbiological heterogeneity of a soil lysimeter. The lysimeter simulates an artificial hillslope which was initially under homogeneous condition and had been subjected to approximately 5,000 mm of water over eight cycles of irrigation in an 18-month period.

結合水文学、地球化学、および微生物学的調査のための土壌ライシメータ発掘

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled ...

Manufacturing Simple and Inexpensive Soil Surface Temperature and Gravimetric Water Content Sensors

Quantifying temperature and moisture at the soil surface is essential for understanding how soil surface biota respond to changes in the environment. However, at the soil surface these variables are highly dynamic and standard sensors do not explicitly measure temperature or moisture in the upper few millimeters of the soil profile. This paper describes methods for manufacturing simple, inexpensive sensors that simultaneously measure the temperature and moisture of the upper 5 mm of the soil surface. In addition to sensor construction, steps for quality control, as well as for calibration for various substrates, are explained. The sensors incorporate a Type E thermocouple to measure temperature and assess soil moisture by measuring the resistance between two gold-plated metal probes at the end of the sensor at a depth of 5 mm. The methods presented here can be altered to customize probes for different depths or substrates. These sensors have been effective in a variety of environments and have endured months of heavy rains in tropical forests as well as intense solar radiation in deserts of the southwestern U.S. Results demonstrate the effectiveness of these sensors for evaluating warming, drying, and freezing of the soil surface in a global change experiment.

Accurately measuring temperature and water content of the upper 5 mm of the soil surface can improve our understanding of environmental controls on biological, chemical, and physical processes. Here we describe a protocol for manufacturing, calibrating, and conducting measurements with soil surface temperature and moisture sensors.

シンプルで安価な土壌表面温度と重力水分センサの製造

Quantifying temperature and moisture at the soil surface is essential for understanding how soil surface biota respond to changes in the environment. ...

A Telemetric, Gravimetric Platform for Real-Time Physiological Phenotyping of Plant&ndash;Environment Interactions

Food security for the growing global population is a major concern. The data provided by genomic tools far exceeds the supply of phenotypic data, creating a knowledge gap. To meet the challenge of improving crops to feed the growing global population, this gap must be bridged.
Physiological traits are considered key functional traits in the context of responsiveness or sensitivity to environmental conditions. Many recently introduced high-throughput (HTP) phenotyping techniques are based on remote sensing or imaging and are capable of directly measuring morphological traits, but measure physiological parameters mainly indirectly.
This paper describes a method for direct physiological phenotyping that has several advantages for the functional phenotyping of plant&#8211;environment interactions. It helps users overcome the many challenges encountered in the use of load-cell gravimetric systems and pot experiments. The suggested techniques will enable users to distinguish between soil weight, plant weight and soil water content, providing a method for the continuous and simultaneous measurement of dynamic soil, plant and atmosphere conditions, alongside the measurement of key physiological traits. This method allows researchers to closely mimic field stress scenarios while taking into consideration the environment&#8217;s effects on the plants&#8217; physiology. This method also minimizes pot effects, which are one of the major problems in pre-field phenotyping. It includes a feed-back fertigation system that enables a truly randomized experimental design at a field-like plant density. This system detects the soil-water-content limiting threshold (&#952;) and allows for the translation of data into knowledge through the use of a real-time analytic tool and an online statistical resource. This method for the rapid and direct measurement of the physiological responses of multiple plants to a dynamic environment has great potential for use in screening for beneficial traits associated with responses to abiotic stress, in the context of pre-field breeding and crop improvement.

A Telemetric, Gravimetric Platform for Real-Time Physiological Phenotyping of Plant&#8211;Environment Interactions

This high-throughput, telemetric, whole-plant water relations gravimetric phenotyping method enables direct and simultaneous real-time measurements, as well as the analysis of multiple yield-related physiological traits involved in dynamic plant&#8211;environment interactions.

植物環境相互作用のリアルタイム生理的フェノタイピングのためのテレメトリー、重力測定プラットフォーム

Food security for the growing global population is a major concern. The data provided by genomic tools far exceeds the supply of phenotypic data, creating ...

Two-Dimensional Visualization and Quantification of Labile, Inorganic Plant Nutrients and Contaminants in Soil

We describe a method for two-dimensional (2D) visualization and quantification of the distribution of labile (i.e., reversibly adsorbed) inorganic nutrient (e.g., P, Fe, Mn) and contaminant (e.g., As, Cd, Pb) solute species in the soil adjacent to plant roots (the &#8216;rhizosphere&#8217;) at sub-millimeter (~100 &#181;m) spatial resolution. The method combines sink-based solute sampling by the diffusive gradients in thin films (DGT) technique with spatially resolved chemical analysis by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS). The DGT technique is based on thin hydrogels with homogeneously distributed analyte-selective binding phases. The variety of available binding phases allows for the preparation of different DGT gel types following simple gel fabrication procedures. For DGT gel deployment in the rhizosphere, plants are grown in flat, transparent growth containers (rhizotrons), which enable minimal invasive access to a soil-grown root system. After a pre-growth period, DGT gels are applied to selected regions of interest for in situ solute sampling in the rhizosphere. Afterwards, DGT gels are retrieved and prepared for subsequent chemical analysis of the bound solutes using LA-ICP-MS line-scan imaging. Application of internal normalization using 13C and external calibration using matrix-matched gel standards further allows for the quantification of the 2D solute fluxes. This method is unique in its capability to generate quantitative, sub-mm scale 2D images of multi-element solute fluxes in soil-plant environments, exceeding the achievable spatial resolution of other methods for measuring solute gradients in the rhizosphere substantially. We present the application and evaluation of the method for imaging multiple cationic and anionic solute species in the rhizosphere of terrestrial plants and highlight the possibility of combining this method with complementary solute imaging techniques.

This protocol presents a workflow for sub-mm 2D visualization of multiple labile inorganic nutrient and contaminant solute species using diffusive gradients in thin films (DGT) combined with mass spectrometry imaging. Solute sampling and high-resolution chemical analysis are described in detail for quantitative mapping of solutes in the rhizosphere of terrestrial plants.

土壌中の不安定な植物、無機植物の栄養素および汚染物質の二次元可視化と定量化

We describe a method for two-dimensional (2D) visualization and quantification of the distribution of labile (i.e., reversibly adsorbed) inorganic ...

Simulation of Early Earth Hydrothermal Chimneys in a Thermal Gradient Environment

Deep sea hydrothermal vents are self-organizing precipitates generated from geochemical disequilibria and have been proposed as a possible setting for the emergence of life. The growth of hydrothermal chimneys in a thermal gradient environment within an early Earth vent system was successfully simulated by using different hydrothermal simulants, such as sodium sulfide, which were injected into an early Earth ocean simulant containing dissolved ferrous iron. Moreover, an apparatus was developed to sufficiently cool the ocean simulant to near 0 &#176;C in a condenser vessel immersed in a cold water bath while injecting a sulfide solution at hot to room temperatures, effectively creating an artificial chimney structure in a temperature gradient environment over a period of a few hours. Such experiments with different chemistries and variable temperature&#160;gradients resulted in a variety of morphologies in the chimney structure. The use of ocean and hydrothermal fluid simulants at room temperature resulted in vertical chimneys, whereas the combination of a hot hydrothermal fluid and cold ocean simulant inhibited the formation of robust chimney structures. The customizable 3D printed condenser created for this study acts as a jacketed reaction vessel that can be easily modified and used by different researchers. It will allow the careful control of injection rate and chemical composition of vent and ocean simulants, which should help accurately simulate prebiotic reactions in chimney systems with thermal gradients similar to those of natural systems.

The goal of this protocol is to form simulated hydrothermal chimneys via chemical garden injection experiments and introduce a thermal gradient across the inorganic precipitate membrane, using a 3D printable condenser that can be reproduced for educational purposes.

熱勾配環境における初期の地球熱水煙突のシミュレーション

Deep sea hydrothermal vents are self-organizing precipitates generated from geochemical disequilibria and have been proposed as a possible setting for the ...

Simulating Temperature in a Soil Incubation Experiment

The study of warming impact on soils requires a realistic and accurate representation of temperature. In laboratory incubation studies, a widely adopted method has been to render constant temperatures in multiple chambers, and via comparisons of soil responses between low- and high-temperature chambers, to derive the warming impact on soil changes. However, this commonly used method failed to imitate both the magnitude and amplitude of actual temperatures as observed in field conditions, thus potentially undermining the validity of such studies. With sophisticated environmental chambers becoming increasingly available, it is imperative to examine alternative methods of temperature control for soil incubation research. This protocol will introduce a state-of-the-art environmental chamber and demonstrate both conventional and new methods of temperature control to improve the experimental design of soil incubation. The protocol mainly comprises four steps: temperature monitoring and programming, soil collection, laboratory incubation, and warming effect comparison. One example will be presented to demonstrate different methods of temperature control and the resultant contrasting warming scenarios; that is, a constant temperature design referred to as stepwise warming (SW) and simulated in situ temperature design as gradual warming (GW), as well as their effects on soil respiration, microbial biomass, and extracellular enzyme activities. In addition, we present a strategy to diversify temperature change scenarios to meet specific climate change research needs (e.g., extreme heat). The temperature control protocol and the recommended well-tailored and diversified temperature change scenarios will assist researchers in establishing reliable and realistic soil incubation experiments in the laboratory.

Laboratory soil warming experiments usually employ two or more constant temperatures in multiple chambers. By presenting a sophisticated environmental chamber, we provide an accurate temperature control method to imitate the magnitude and amplitude of in situ soil temperature and improve the experimental design of soil incubation studies.

土壌インキュベーション実験における温度シミュレーション

The study of warming impact on soils requires a realistic and accurate representation of temperature. In laboratory incubation studies, a widely adopted ...

JenaTron - An Experimental Approach to Study the Effects of Plant History and Soil History on Grassland Ecosystem Functioning

The global loss of biodiversity has motivated many studies that experimentally vary plant species richness and examine the consequences for ecosystem functioning. Such experiments generally show a positive relationship between above- and below-ground biodiversity and the functioning of terrestrial ecosystems. Moreover, this relationship tends to strengthen over time, seen as enhanced functioning of diverse plant communities and reduced functioning of low-diversity plant communities. Differences in multitrophic community assembly and biotic interactions in high- versus low-diversity plant communities are hypothesized to affect plant performance by altering consumer community structure and function and driving plastic or micro-evolutionary responses of plant species in the plant communities. To resolve this complex interplay of community history, we separated these effects into plant and soil history. Plant history refers to all plant-level responses to past abiotic and biotic selection pressures experienced in their communities, while soil history relates to all abiotic and biotic soil properties developed as a legacy of plant-soil interactions under variable plant diversity. We set up a biodiversity experiment in an Ecotron, a terrestrial mesocosm facility that allows controlling environmental conditions above- and below-ground, to test whether the strengthening biodiversity-ecosystem functioning relationship is due to soil history, plant history, or a combination of both. We established a plant diversity gradient consisting of 1, 2, 3, and 6 grassland plant species and factorially nested with soil history and plant history treatments for each level of plant species richness. Representative results demonstrate the successful establishment of target treatments in the Ecotron experiment, observing the effects of plant and soil history on initial plant development and final plant growth. Additionally, we provide a case study for data analysis of individual response variables. We outline research objectives and methods to comprehensively assess the multifunctional responses to the experimental treatments necessary to ultimately address the overarching hypothesis.

Here we present a study established in the iDiv Ecotron, terrestrial mesocosm chambers with controlled environmental conditions above- and below-ground, to study the independent and interactive effects of plant history and soil history on ecosystem functioning of grassland communities along a plant diversity gradient.

JenaTron - 草原の生態系機能に対する植物の歴史と土壌の歴史の影響を研究するための実験的アプローチ

The global loss of biodiversity has motivated many studies that experimentally vary plant species richness and examine the consequences for ecosystem ...