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.

순환 욕조 표 1. 준비 <ol><li> 적어도 10 L / 분의 thermogradient 테이블의 각 단부에서의 온도를 제어하는 ​​펌프 저수지 두 순환 화장실 획득. 참고 : 냉장 저장 다른 요구 사항은 가열해야하는 동안 순환 화장실 중 하나입니다. </li><li> 자신의 필터와 저수지가 깨끗한 확인하기 위해 화장실을 순환 검사합니다. </li><li> 테이블과 화장실의 위치를 ​​확인합니다. 한 펌프는 위의 표를 통해 유체를 순환 수 테이블 아래에있는 화장실을 배치합니다. 뚜껑을 제거하고 표면의 모든 위치에 도달 할 수있는 편리한 높이 경사 테이블을 놓는다. 참고 : 테이블과 화장실의 위치는 잘 상대적으로 먼지가없는, 극한의 온도 무료, 환기, 그리고 적절하게 욕조와 조명 시스템에 전력을 공급하는 전기 회로에 대한 액세스 권한이 있어야합니다. </li><li> 물과 부동액의 혼합물로 저장 탱크의 상부에 각 목욕을 입력합니다 (1 : 1비)의 열교환을 향상시키고 동결을 방지 할 수있다. 주 : 부동액의 농도는 용액의 욕 사양 및 온도에 의존한다. 영하 온도가 발생하지 않는 한 높은 부동액 농도는 필요하지 않습니다. 순수 부동액 특정 수조 펌프가 손상 될 수 있습니다. </li><li> 테이블 모두 반대 따뜻하고 차가운 끝에서 연속 흐름 패턴을 생성하기 위해, 각각 테이블에 출구 및 입구 파이프 유연한 튜브와 온천의 입구와 출구를 연결합니다. </li><li> 구부러진 압력 또는 꼬임에 따라 확장되지 않습니다 비탄성 벽 두꺼운 벽 유연한 플라스틱 튜브를 사용합니다. 시스템 가압시의 물방울없는 연결을 유지하기 위해 튜브 조합에서 체포 나사, 호스 클램프를 사용합니다. (가) 주변과 열교환을 줄이기 위해 발포 파이프 절연 상기 순환 관을 감싸. </li><li> 파이프 밸브를 연 상태에서, 순간적으로 누수 및 축소 튜브를 확인하기 위해 순환 펌프를 켜십시오그 흐름을 감소시킬 수있다. 누수가 발생하면 나사 클램프를 조정합니다. 제대로 작동하기 위해 조명기구를 확인합니다. </li></ol> 실험에 대한 표 2. 준비 <ol><li> 보다 균등하게 물을 분배하는 온실 모세관 매트, 종이 수건, 또는 nonglossy 신문 친수성 물질과 보강 판 사이의 thermogradient 테이블의 하단 라인. </li><li> 보강 판의 꼭대기와 아래 또는로 성장 미디어를 균일하게 테이블을 채 웁니다. 온도 평형을 방해 공기 주머니를 제거 단단히 충분히 성장 미디어 팩. 주 : 기본 토양이 또한 사용될 수있다. </li><li> 테이블 입구와 출구 파이프 밸브를 연 상태에서 활성화 최소 및 최대 원하는 온도 (5 C를 40 °) 이상 5 ° C의 온도로 온도보다 5 ℃, 상대 목욕 한 목욕을 설정하여 순환 목욕, 각각 순환하는 동안 열 손실과 이득을 설명합니다. 과정 제어리저버 욕조 R 및 순환 액 표의 파이프 채워질 수준이 떨어지는 경우 필요에 따라 물과 부동액 (에틸렌 글리콜)의 혼합물을 추가한다. </li><li> 목욕 온도가 원하는 성장 미디어 온도까지 (5 ~ 40 °의 C 또는 다른 원하는 실험 온도) 그라데이션 테이블에 달성을 조정합니다. 주 : 정확한 온도는 성장 미디어 온도를 측정하고 원하는 성장 미디어 온도 ​​테이블을 가로 질러 도달 할 때까지 화장실 조정의 반복 과정을 통해 달성된다. </li><li> 테이블에 서로 다른 위치에 배치 온도 데이터 로거는 실험 기간 동안 성장 미디어 또는 토양의 온도를 기록합니다. 권장 데이터 로거는 소형 원형 웨이퍼 배터리의 크기와 비슷합니다. 성장 미디어 실험 위치에서 물 손상과 장소를 방지하기 위해 파라 필름에서 데이터 로거를 감싸. </li><li> 최대 물 보유 용량을 70 ~ 80 %로 균일하게 성장 미디어 젖은미디어의. 습한 토양은 보강 판 사이에보다 효율적으로 열을 실시하고 있습니다. 주 : 물 너무 빈번한 애플리케이션 증발 손실을 대체하기 위해 요구 될 수 있고, 테이블의 따뜻한 단부로부터 더 빨리 증발하는 경향이있다. 최대 보수력이 뚫린 바닥과 용기를 통해 채도 2 일 동안 중력의 물을 배수 후 성장 매체에 보관 물의 양이다. 수분 함량은 전 72 시간 동안 105 ℃에서 오븐 건조 후의 중량 측정으로 측정되었다. </li><li> 테이블이 실험을 시작하기 전에 (5 ~ 40 ° C가) 전체에 도달 원하는 온도를 보장하기 위해 24 시간 동안 평형을 허용합니다. </li><li> 드레인 구석을 향해 아주 약간 테이블 슬로프까지 각 모서리에 발을 조정하여 테이블을 기울입니다. 이는 과량의 수분을 제거하는 습식 테이블 반점을 방지하고 균일 한 미디어 수분 함량을 장려한다. 유출을 잡으려고 드레인 아래에 용기를 놓습니다. </li><li&gt; 매일 또는 축축한 용지를 유지하기 위해 필요에 따라 미디어와 물을 성장하고있는 식물 씨앗. 참고 : 발아 시험이 실시 될 수있는 방법의 예를 들어, 우리가 토마토의 25 씨앗을 심어은 (. 까 lycopersicum L.의 이력서는 전설), 멜론, 양상추 (왕 고들빼기 속 sativa 로구나 L.의 이력서 (. 쿠쿠 미스는 이력서 헤일 즈 베스트 점보를 멜로) 블랙 시드를. 심슨), 귀리 (아베 sativa 로구나 L. 이력서 백조) 2cm 깊이. </li><li> 식에 의해 출현 평균 시간을 계산하는 일 부상 묘목의 수를 카운트 : &#160; Σ (n은 난을 XT) MTE = ------------- Σ (I n)를 참고 : 여기서 n <suB&gt; 나는 시간 t 전에서 등장 씨의 번호입니다; t는 출현의 시작부터의 일수이고; 그리고 Σ N I 등장 씨의 총 수입니다. </li></ol> 3. Thermogradient 표를 작동 <ol><li> 원하는 온도에 화장실을 조정 한 후, 테이블을 둘러싸, 폴리스티렌 절연 두 thermogradient 테이블 커버, 투명 내부 - 아크릴 시트 뚜껑하고보다 실질적인 폴리 염화 비닐 (PVC) 뚜껑을 교체합니다. 위의 두 커버를 테스트하는 동안 열 및 수분 손실을 감소시키는 가장 절연 특성을 제공한다. 주 : 주변 조명 또는 보조 조명이 테이블 위에 장착되는 경우, 단지 내부 뚜껑 광을 전송하는데 이용 될 수있다. </li><li> 내부 - 아크릴 뚜껑을 통해 테이블을 확인하기 위해 외부 뚜껑을 제거합니다. 물이나 다른 입력, 체크 온도, 또는 기록 데이터를 추가하기 위해 일시적으로 내부 덮개를 제거합니다. 참고 : 높은 온도에서 물이 축축한 토양 및 C에서 빠르게 증발표면 쿨러 때문에 내측 덮개의 바닥 ondenses. </li><li> 정전, 목욕 고장, 누수, 또는 테이블 온도의 과도한 변동에 대한 실험 중에 밀접하게 시스템을 모니터합니다. 증발 손실을 교체 유체를 추가 주기적 욕 체류 수준을 모니터. </li></ol>

<ol>
	<li>Chatterton, N. J., Kadish, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+temperature+gradient+germinator.">A temperature gradient germinator.</a> Agron. J. 61 (4), 643-644 (1969).</li><li>Clegg, M. D., Eastin, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Thermogradient+generating+sand+table.">A Thermogradient generating sand table.</a> Agron. J. 70 (5), 881-883 (1978).</li><li>Evans, R. A., Young, J. A., Henkel, R., Klomp, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+low+temperature-gradient+bar+for+seed+germination+studies.">A low temperature-gradient bar for seed germination studies.</a> Weed Science. 18, 575-576 (1970).</li><li>Grime, J. P., Thompson, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+apparatus+for+measurement+of+the+effect+of+amplitude+of+temperature+fluctuation+upon+the+germination+of+seeds.">An apparatus for measurement of the effect of amplitude of temperature fluctuation upon the germination of seeds.</a> Annals of Botany. 40 (4), 795-799 (1976).</li><li>Halldal, P., French, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Algal+growth+in+crossed+gradients+of+light+intensity+and+temperature.">Algal growth in crossed gradients of light intensity and temperature.</a> Plant Physiol. 33 (4), 249-252 (1958).</li><li>Thompson, K., Whatley, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+thermogradient+apparatus+for+the+study+of+the+germination+requirements+of+buried+seeds+in+situ.">A thermogradient apparatus for the study of the germination requirements of buried seeds in situ.</a> New Phytologist. 96, 459-471 (1984).</li><li>Bergman, T. L., Incropera, F. P., Lavine, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of Heat and Mass Transfer. , (2011).</li><li>McLaughlin, N. B., Bowes, G. R., Thomas, A. G., Dyck, F. B., Lindsay, T. M., Wise, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+design+for+a+seed+germinator+with+100+independently+temperature+controlled+cells.">A new design for a seed germinator with 100 independently temperature controlled cells.</a> Weed Research. 25, 161-173 (1985).</li><li>Webb, D. M., Smith, C. W., Schulz-Schaeffer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Amaranth+seedling+emergence+as+affected+by+seeding+depth+and+temperature+on+a+thermogradient+plate1.">Amaranth seedling emergence as affected by seeding depth and temperature on a thermogradient plate1.</a> Agron. J. 79 (1), 23-26 (1987).</li><li>Welbaum, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Vegetable Production and Practices. , (2015).</li><li>Swoboda, L. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Environmental influences on subterranean termite foraging behavior and bait acceptance. , (2004).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Thermogradient 테이블 동시에 온도 범위에서 주로 얕은 용기에서 종자 발아 실험을 위해 수년 동안 사용되어왔다. 그러나, 실험 온도는 온도 제어의 깊이에는 한계가 있으므로, 테이블면에 한정된다. 기존의 그라데이션 테이블에서 수행 종자 테스트 프로토콜은 페트리 접시 또는 다른 평평한 용기에 종이 기판 상에 잔뿌리의 출현으로 종료하고 현실적으로 자연적으로 토양에서 발생하는 것처럼 출현과 성장을 모종 테스트하지 않습니다. 오늘의 종자 회사들은 종자 활력 재배 가능성이 재배 후 발생합니다 시뮬레이션 필드 조건을 사용하여 (최적 조건 미만에서 발아 할 수있는 능력)을 평가하고 싶습니다. 토양 테스트는 곰팡이에 씨앗, 흙을 사용하지 않는 미디어에 표준화 된 실험실 발아 시험에서 일반적이지 세균성 질병 압력을 제공합니다. 5 ºC 이상 우리의 토양은 평면이 아닌 거싯 테이블에 배치되어, 큰 변화토양 프로파일의 위치와 테이블 표면 (미발표 결과) 사이 드물지 않다 다시. 보강와 1 차원 구배 테이블은 토양은 토양 온도의 ​​정확한 제어가 중요한 발아 시험 및 다른 실험에 사용될 수 있도록, 수직 ​​온도 제어를 개선하기 위해 개발되었다. 보강 판은 깊이에서 토양 또는 합성 성장 미디어 및 제어 온도를 한정. 보강 판은 알루미늄, 탁상과 동일한 물질이며, 상기 표면에 수직으로 용접 할 때 전도성 열 전달에 의해 사이의 공간의 온도 제어를 제공한다. 보강 판은 길이 테이블 아래로 또는 가로 테이블을 가로 질러 지향 할 수 있습니다. 두 가지 설계는 유사하게 수행하지만, 구배가 적절히 조절되는 경우 보강 판 사이의 공간이 하나의 실험 온도로 작용할 수 있기 때문에 폭 방향 마치 편리하다. 가로 방향 실험 장치 (이 예에서는 씨앗)가 이격 할 수 있습니다서로 옆 라인 테이블 크로스. 거싯 표 공사가 완료된 후에 시험 할 수없는 장소이므로 다른 위치에 용접되어 있기 때문에 마치 간격 만 제조 과정에서 변화 될 수있다. 10.9 cm의 간격 마치 종종 토양 외에 종자 검사에 사용 얕은 용기를 수용하기 위해 선택되었다. 마치 클로저 간격 나은 온도 조절을 제공 할 수 있지만, 테이블에 사용될 수 컨테이너의 유형을 제한 할 것이다. thermogradient 테이블 성장 매체의 온도와 습도가 연속적으로 소정의 실험 조건을 달성하기 위해 모니터링되어야한다. 심기 전에 순환 화장실은 약간 원하는 최소보다 약간 샘플이 원하는 실험 온도에 도달 할 때까지 조정보다 최대 온도 이상으로 설정해야합니다. 열이 그라데이션 테이블과 평형에 약 24 시간은 샘플을 허용해야한다. 차의 함수율전자 성장 매체는 종자 발아 또는 진행하는 다른 생물학적 과정에 대한 (필드 용량을 70 ~ 80 %) 충분합니다. 때 장소에 테이블 절연 및 이중 뚜껑은 온도 변화와 수분 증발을 줄일 수 있습니다. 표 1의 결과는 서로 다른 온도에서 4 종의 모종의 성장을 비교한다. 멜론, 토마토 씨앗의 성장은 15 ° C에서 시작하고이 특징 이유와 같은 따뜻한 시즌 10 작물 설명 40 ° C에서 잘 발아. 반면, 양상추 낮은 온도에서 가장 잘 발아. 귀리 종자는 다른 종 (표 1)의 온도보다 더 넓은 범위에 걸쳐 발아. 유사한 결과가 조정 된 일련의 실험에서 성장 챔버의 시리즈를 사용하여 얻을 수 있지만, 마치 디자인 발아 및 육묘 성장이 동시에 토양 온도의 ​​범위에 비교 될 수있다. 다른 필드 토양 또는 성장미디어 현장 조건의 범위를 시뮬레이션으로 치환 될 수있다. 조명 환경에서 미생물 또는 화학적 처리, 비료 체제 가뭄 스트레스와 변형 구배 테이블에 걸쳐 온도를 부과 할 수있다. 작은 데이터 로거는 테이블에 다양한 위치에서 온도를 기록했다. 온도 데이터는 특히 따뜻한 끝에 큰 변동으로 테이블의 중앙에서 비교적 균일 한 온도를 나타냈다. 테이블 표면과 접촉 로거를 위치시키고 토양 표면에 공기에 노출 될 가능성이 극단적 지기도. 중심 위치에서 기록 온도는 아마도 벌크 토양 조건을 더 지시 하였다. 예를 들어, 필드 재배 시뮬레이션 보강 판의 경사 테이블 토양에 심었다 시드 만 공기 또는 테이블 표면 온도는 벌크 토양 온도에 노출되지 않을 것이다. 토양의 수분 함량 및 질감 테이블의 온도를 결정하는 역할을한다. 일 경우즉 토양이 건조 공기 공간은 온도 변화에 저항 효과적으로 보강 판으로부터 열을 전도하지 않는다. 촉촉한 토양 효과적으로 토양 프로파일을 통해 열을 전도하기 위해 몇 공기 공간과 더 많은 액체 상태의 물이있다. 이 실험에서는, 토양 최대 보수력의 70 ~ 80 %로 유지하지만, 더 높은 수분 함량이 토양 온도 변화를 감소 할 수있다. 모래 높은 유기물 토양보다 적은 큰 기공 공간으로 가지며, 따라서보다 균일 한 온도를 제공 할 것으로 기대된다. 차가운 말에 비해 테이블의 따뜻한 말에 토양 온도에 큰 변화가 있었다. 한 가지 가능한 설명은 테이블에서 수분의 분포에있다. 따뜻한 단부 때문에 큰 손실을 증발 건조하는 경향하면서 수분이 냉각 단부에서 유지되는 경향이있다. 물 실시 열 도움 때문에 테이블의 수분 함량이 가능한 한 균일 것이 중요하다. 웹의 등. 9 blott 사용신문은 거싯 thermogradient 테이블에서 더 저렴한 대안으로 잘 작동하는 동안 어 용지는 모세관 작용을 통해 thermogradient의 테이블을 가로 질러 물을 수행합니다. 보강 판은 시원하고 따뜻한 끝을 모두 유지, 수분 분포를 추가하는 친수성 종이 늘어서 있었다하더라도 균일하게 젖은 도전이다. 높은 온도에서 빠른 증발 모든 그라데이션 테이블 디자인에서 발생합니다. 응축은 종종 용기의 하부는 냉각기 뚜껑의 내측에 수집 물을 일으키는 상단보다 따뜻하므로 컨테이너 실험 더 이상의 주변 온도 구배 테이블에서 수행되는 문제이다. 거싯 테이블에 토양 실험에서, 물은 거싯 테이블 위의 공기로 상부 토양 층에서 증발. 토양이 젖어있는 경우, 테이블의 따뜻한 끝에 증발 손실 냉각기 내측 아크릴 뚜껑에 응축된다. 아크릴 또는 직접 폴리스티렌 단열재의 꽉 끼는 조각을 휴식보강 판의 상단에 만민이보다 균일하게 촉촉한 온도를 일정하게 토양을 유지 테이블 위의 영공과 증기 교환을 최소화 (데이터는 도시하지 않음). 표 폴리스티렌 단열재로 피복했을 때, 온도 변화가 급격한 온도 변화에 토양 프로필 통해서만 1~2 ° C로 하였다 (데이터는 보이지 않음). 그러나, 폴리스티렌 절연 신흥로부터 모종을 방지하고 성장 배양 초기 시간 분석 후 제거되어야한다. 따뜻한 토양의 급속 건조를 방지하는 다른 솔루션은 우선적으로 증발 손실을 보상 할 수있는 웜 단부에 더 많은 물을 추가하는 것이다. 뚜껑을 제거하고 애플리케이션 볼륨 덜 정확해야하므로 핸드 물이 문제가된다. 마이크로 관개 터 그라데이션 테이블 상에 설계 될 수 있으며, 우선적으로 따뜻하게 단부에 더 많은 물을 적용하기 위해 조정될 수있다. Thermogradient 테이블은 다른 성장 챔버를 제공하는 기능과 잠재력을 가지고있다. WHEN 양 화장실은 동일하게 설정되는 테이블은 그라데이션이 요구되지 않는 애플리케이션을위한 하나의 실험 온도로 평형화. 낮과 밤의 빛과 온도 변동은 또한 프로그램 순환 화장실을 사용하여 시뮬레이션 및 조명을 LED 성장 할 수 있습니다. LED와 뚜껑의 내부를 채우기 조명은 조명의 강도를 증가시킬 수있다 성장한다. LED는 시스템에 조명 입력 최소한의 열 성장과 유사한 토양 온도가 온 오프 조명 기록 되었기 때문에 그라데이션을 방해하지 않았다 (데이터는 도시하지 않음). 조명의 추가는 식물의 성장과 환경 적 제어 할 수 있습니다. Thermogradient 테이블은 과거 발아 시험을위한 종자 산업에서 주로 사용되었지만, 다른 많은 응용이 가능하다. 곤충 동작은 특정 동작 (11)의 온도를 최적 조건을 결정하기 위해 경사 테이블에 검토되고있다. 얼음 영하 t에서 테스트 현상에 대한 구배 테이블 표면에 고정 될 수있다emperatures (데이터 미도시). 이산화탄소 방출을 포함하는 토양과 대기 사이의 가스 교환은 다양한 수분 함량, 토양 입력하고, 온도 구배에 거싯 테이블에있다. 온도 범위에 걸쳐 미디어의 다른 종류의 세균과 곰팡이 성장의 효과를 공부하는 것은이 실험 시스템으로도 가능합니다.

Thermogradient 테이블은 새로운 것이 아니다 그들의 사용은 수십 년 동안 1-6 문헌에보고되었다. 초기 테이블 번의 실험에서 넓은 온도 범위에 걸쳐 종이 기판 상에 종종 실험실 종자 발아 시험 (도 1)에 대한 표면적으로 개발되었다. 거기 thermogradient 테이블의 다른 설계되지만 가장 일반적인 것은 양단 저부에 용접 사각 파이프의 루프 금속의 비교적 두꺼운 사각형 시트 내식성 종종 알루미늄으로 이루어져있다. 플라스틱 튜브는 테이블 아래에 양단에 파이프를 통해 냉각 및 가열 된 유체 펌프 화장실 순환, 온도 조절에 테이블 IN-와 출구 파이프를 연결합니다. 파이프 시스템 근처 또는 냉동실 온도 아래로 작동 할 경우, 동결 방지 유체, 일반적으로 물 부동액 (에틸렌 글리콜)의 혼합물을 행한다. 또 다른 디자인은 CRE 함께 금속 스트립을 용접하는 것입니다양쪽 끝에 따뜻하고 차가운 솔루션의 순환을 위해 입구와 출구와 테이블의 각 끝 부분에 유체 저수지를 먹었다. 순환 화장실은 테이블 아래 바닥에 또는 별도의 병치 된 테이블 상에 위치 될 수있다. 가열 코일 및 / 또는 펠티어 냉각 모듈과 전기 thermogradient 테이블이 내장되어 있지만, 높은 비용, 일관성 낮은 온도를 발생 문제 및 안정성 문제가 광범위하게 상업적으로 사용 (8)을 방지하고있다. 순환 액 디자인은 수동적으로 열 전도를 통해 한 차원 그라데이션을 만들 수 있습니다. 알루미늄 판 형상 일정한 두께이며 절연성을하면 열 7 열역학 제 2 법칙에 따라 연속적인 일차원 온도 구배를 설정하는 테이블의 감기 끝으로부터 따뜻한 균일하게 흐른다. 표면에 걸쳐 구배 테이블 길이의 함수와 단부의 온도 차이이다. 테이블과 plumbing는 일반적으로 액세스 뚜껑 절연 인클로저에 보관되어 있습니다. 인클로저는 작은 온도 변화와 표면에 걸쳐 균일 한 그라데이션을 만들어, 그 주변에서 테이블을 분리합니다. 절연 된 인클로저는 다리가 지원 또는 테이블이나 벤치로 평평한 표면에 배치 할 수 있습니다. 균일 한 온도 제어는 경사없이 필요한 응용 프로그램의 경우, 테이블은 양단을 동일 온도에서 유체를 순환 경우 등온 조건을 생성하도록 설정 될 수있다. 그라데이션 테이블이 제대로 작동 될 때, 페트리 접시 등 밀폐 된 비닐 봉지, 바닥이 평평한 용기는, 표면에 배치되고, 다양한 온도 (그림 1)에 열이-평형. 각 용기 내의 온도는 실험 용기 테이블면과 두께 및 각 용기의 절연성 사이에 존재하는 공극에 의존한다. 그라디언트 테이블을 효과적으로 샘플 테를 유지표면에 가까운 mperatures하지만 제어는 표면 위에 손실됩니다. 수직 온도 제어의 부족은 전통적인 구배 테이블 가능한 실험의 유형을 제한한다. 알루미늄 스트립 또는 보강 테이블 표면 위의 온도 제어를 향상시키기 위해 기존의 기울기에 나타난 설계 하였다. 거싯은 테이블 표면에 수직 간격으로 용접 하였다. 보강 판은 수직으로 평평한 테이블 표면 위의 대류 열 흐름을 촉진한다. 보강 판 사이에 배치 된 샘플은 더 효과적인 온도 제어를 제공 삼면 온도 조절 된 표면을 갖는다. 클레과 이스 틴이 깊이에서 온도 제어를 만들 그라데이션 테이블 표면에 석영 모래를 배치했다. 클레과 이스 틴 2는 테이블 위에 절연을 배치하는 실험. 웹은 등. (9)는 제어 온도로 균일 노력 테이블에 흙으로 채워진 파이프 두었다. 새로운 따여기에보고 상상력 디자인은 구 7.6 cm (3 인치) 테이블의 길이 (그림 2)을 통해 표면에 용접되어 높은 보강 판 (알루미늄 스트립)가 있습니다. 광합성 활성 주파수 발광 LED 조명기구는 테이블이 닫히면 모종의 성장을 지원하는 테이블의 양측에 설치된다. 거싯 thermogradient 테이블의 절연 케이스는 물, 워프입니다 흰색 PVC 보드로 구성하고, 저항하는 균열있다. 본 연구의 목적은 새로운 거싯 기울기에 나타난 디자인과 가능한 응용을 서술한다.

<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.

얕은 용기는 배양 접시와 같이, 여러 실험 온도의 영향을 동시에 평가 될 수 있도록 전통적인 일차원 경사 테이블 (도 1)에 배치 될 수있다. 표면에 밀착하는 thermogradient 테이블 간격은 7.6 cm (3 인치) 높이 알루미늄 보강 스티치가 각각의 거싯 표면에 수직 10.9 cm (4.2 인치)의 약자 양측에 교대로 용접 하였다를 가능한 연구 프로그램의 다양성을 증가시키기 (그림 2). 마치 간격의 넓은 범위가 가능하지만, 10.9 cm 종종 작은 씨앗 종 또는 다른 생물학적 시료 (그림 3)의 발아를 테스트하는 데 사용 사각형 플라스틱 &quot;샌드위치&quot;상자 또는 유사한 크기의 컨테이너를 수용하기 위해 선정되었다. 기존의 평면 그라데이션 테이블과는 달리, 마치 디자인은 제어 된 템페라에 대한 토양 및 기타 비정질 부서지기 쉬운 물질을 수용진짜야 실험. 여분의 물을 제거하기 위해, 상영 여과 배수 구멍은 한 구석에 지어졌다. 각 모서리 시임 또는 &quot;피트&quot;가 중력 배출을 용이하게하기 위해 표를 기울 조정될 수있다. 거싯 끝 테이블의 외부 사이의 작은 차이는 물이 코너 드레인에 하나의 측면을 따라 흐를 수 있습니다. 온천이 자리에 뚜껑 24 시간 (그림 4)에 대한 일정한 온도에서 순환 된 후 토양 온도는 70~80% 토양 수분 함량을 측정 하였다. 표 걸쳐 네 개의 다른 위치에서의 12 시간의 평형화 기간 후에 측정 온도 변화가 0.4 ℃ 이하 (도 4)이었다. 세 가지 토양 깊이에서 측정 된 토양 프로필 온도의 변화는 극단에서 더 컸다. 13 ° C의 타겟 온도에서, 보강 판 사이에 알루미늄 표면에 배치 된 데이터 로거는 11.0 ± 0.0 ° C의 평균을 기록했다. 로거 (PL)토양 표면에 제압 13.5 ± 0.1 ° C 평균. 13 ° C의 목표 온도에 대한 세 가지 수준에서 전체 평균 토양 온도는 12.3 ± 0.1 ℃로했다. 18 ° C의 목표 온도, 토양 프로필 걸쳐 평균 온도는 19.1 ± 0.1 ° C이다. 23 ° C의 목표 온도 변화는 23.8 ± 0.2 ° C의 평균 18 ° C보다 더 컸다. 토양 표면 온도는 25.7 ± 0.4 ° C 동안 다른 극단의 온도 29 ℃에서, 표 알루미늄 표면 온도는 30.8 ± 0.2 ° C이다. 29 ° C에서의 전체 평균 토양 온도는 28.2 ± 0.3 ° C (그림 4)이었다. 종자 종은 보강 판과 thermogradient 테이블에 자신의 최적의 발아와 묘목의 성장 온도에 대해 테스트 할 수 있습니다. 토마토와 멜론, 모두 고려 따뜻한 계절 작물는 14.1에서 40 범위에서 발아.2 °의 C (표 1, 그림 3). LED 어레이는 테이블 덮개에 장착 및 / 또는 양측이 테이블 (도 3)를 봉입 할 때 실험 토양 온도에서 토양에서 성장하는 식물있게 광합성 스펙트럼을 방출한다. 토마토에 대한 최적의 모 증가율은 100 %의 출현 비율 5.3 일 (표 1, 그림 5)의 출현에 대한 평균 시간 29.6 ° C에서 발생했습니다. 출현은 다른 온도에서 느렸다. 24.7 ° C (표 1)에서 5.1 일 팀의 멜론의 경우, 최적의 출사 비율은 96 %이었고, 출현 시간을 의미한다. 양상추와 귀리 모두 멋진 시즌 작물로 간주됩니다. 귀리 씨앗은 5.1에서 40.2 ° C 테스트 어떤 씨앗 (표 1, 그림 5)의 광범위한으로 범위에서 발아. 귀리를 들어, 가장 높은 출현 비율은 24.7 ° C, 100 %이고, 가장 빨리 출현은 29.6 ° C (표 1에서 3.4 일이었다 <st룽&gt; 그림 5). 추를 들어, 출현 29.6 ° C로 5.1의 범위에서 관찰되었다. 추를 들어, 가장 높은 출현 비율은 24.7 ° C, 100 %이고, 가장 빨리 출현은 29.6 ° C (표 1) 3.4 일이었다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig1.jpg" /> 그림 1 : 제거 된 절연 뚜껑하지만 테이블 ½ 커버 내부 아크릴 뚜껑 전통적인 평면 thermogradient 테이블 얕은 용기에 샘플에 온도의 전통적인 평면 테이블 디자인을 테스트 효과는.. 공기 혼합에는 장벽이 없기 때문에 그래디언트의 온도 제어가 빠르게 표면 위의 거리에서 손실된다. 깊이 일관된 온도가이 디자인을 사용 가능하지 필요한 실험. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54647/54647fig1large.jpg" target="_blank">라를 보려면 여기를 클릭하십시오</a>이 그림의 rger 버전입니다. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig2.jpg" /> 그림 2 : 보강 판과 thermogradient 판의 개략도 거싯 표면에 수직 테이블을 가로 질러 길이 방향 용접 스티치있다.. 한 구석에있는 드레인 여분의 물을 제거합니다. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54647/54647fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig3.jpg" /> 그림 3 :. 종자 발아 실험에 대한 토양, 잔디 가득 보강 판, 용기와 조명 thermogradient 테이블은이 표에있는 그라데이션은 오른쪽 (차가운 끝) 왼쪽 (따뜻한 말)에서 설정됩니다. 보강 판 디자인은 토양, 용기와 함께 사용하기 위해 개발되었지만작은 표본 실험에 대한 보강 판 사이에 배치 할 수 있습니다. LED가 공장 조명 뚜껑 또는 주변에 장착 될 수 성장과 광합성 활성 주파수를 방출과 식물은 시스템 내부 성장시킬 수 있습니다. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54647/54647fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig4.jpg" /> 거싯 thermogradient 테이블에 다른 토양 위치에서 그림 4. 온도 측정. 온도 로거 왼쪽 벽에 테이블을 가로 질러 토양에 넣고, 왼쪽 센터 (왼쪽 벽에서 20cm), 권리 센터 (왼쪽 벽에서 40cm) 및 보강 판 사이에 오른쪽 벽의 중간에서. 중심 위치가 approximat는 동안 온도 로거의 하단 위치는 8cm 토양의 맨 아래에 알루미늄 테이블 표면 근처에 있었다토양 아래 엘리 4cm. 토양의 상단에 배치 온도 로거 발견되었다. 바 위의 값은 평균 (N = 72)의 표준 오차 ± 전체 평균 온도를 나타냅니다. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/54647/54647fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/54647/54647fig5.jpg" /> 그림 5. 40 ° C 5의 온도 범위에서 thermogradient 테이블에 14 일 동안 재배 귀리, 토마토 모종 사진은 발아 및 여러 종의 모종의 성장이 동시에있는 온도 범위에 걸쳐 토양에서 평가 될 수있는 방법을 보여줍니다 하나의 실험은 현장 조건을 시뮬레이션합니다. 수직으로 볼 때 맨 왼쪽, 오른쪽 사진은 thermogradient 테이블을 보여줍니다. 하단 (왼쪽 및 오른쪽) 사진은 가로 방향의 테이블을 보여줍니다. AlcohoL 온도계 빠르게 실험을하는 동안 온도를 모니터하기 위해 토양에 넣었다. <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td rowspan="2"> 목표 온도 </td><td rowspan="2"> 측정 된 온도 </td><td colspan="2"> 토마토 </td><td colspan="2"> 멜론 </td><td colspan="2"> 상추 </td><td colspan="2"> 귀리 </td></tr><tr><td> EM † </td><td> MTE †† </td><td> 여자 이름 </td><td> MTE </td><td> 여자 이름 </td><td> MTE </td><td> 여자 이름 </td><td> MTE </td></tr><tr><td> 기음 </td><td> 기음 </td><td> % </td><td> 일 </td><td> % </td><td> 일 </td><td> % </td><td> 일 </td><td> % </td><td> 일 </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"> 모종은 적어도 하나의 개방 자엽을했을 때 † 성공적인 출현 (EM)을 획득했다. </td></tr><tr><td colspan="10"> 각 치료 대두 종자의 총수에 의해 일 수와 분할에 의해 매일 등장 횟수 종자의 곱을 합산하여 계산되었다 출현 (MTE) 시간을 의미 ††. </td></tr></tbody></table> 표 1 : GerminThermogradient 표에 8 온도에서 토양에서 토마토, 멜론, 상추 ATION 및 귀리 씨앗. 굵은 숫자는 각 종의 최적의 값을 표시하고 다른 작물의 온도 의존성을 도시한다. 실험 포팅 믹스 14 일 동안 수행하고, 매체는 물을 매일되었거나 가시적 습한 토양을 유지하기 위해 필요에 따라. 데이터는 각 종에 대한 25 씨앗을 기반으로합니다.

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

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.

거싯 Thermogradient 표는 토양 프로세스 식물 성장 평가 및 모니터링을위한 토양 온도를 제어하는

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

a-gusseted-thermogradient-table-to-control-soil-temperatures-for

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Environment

11.8K 조회수.  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. 

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

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.

표면 갱신 : 밀도 데이터를 측정하고 처리 현장 규모 에너지 유출에 대한 고급 미기상 방법

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

연구

환경과학

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.

증발에 대기 강제력의 효과를 탐구 : 대기 경계층과 얕은 표면 하의의 실험 통합

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</sub테스트 주식에 대한&gt; 농도 구배 시설<sub&gt; 2</sub초원 생태계 기능에&gt; 농축 및 토양 효과

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.

결합 문학, 지구 화학 및 미생물 조사를위한 토양 모형 매립 발굴

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.

간단하고 저렴한 토양 표면 온도 및 중량 측정 수분 함량 센서 제조

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.

식물-환경 상호 작용의 실시간 생리적 페노티핑을 위한 텔레메트릭, 중력 플랫폼

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.

토양의 2차원 시각화 및 래빌, 무기 식물 영양소 및 오염 물질의 정량화

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.

열그라이드 환경에서 초기 지구 수열 굴뚝 시뮬레이션

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.

토양 배양 실험에서 온도 시뮬레이션

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 - 식물의 역사와 토양의 역사가 초원 생태계 기능에 미치는 영향을 연구하는 실험적 접근 방식

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