Калибровка и использование емкостных датчиков для мониторинга стволовых содержание воды в деревьях

Вода хранится в растительного материала играет важную роль в растений способность справляться с кратко – и долгосрочной перспективе воды стресса^1,2. Растения хранить воду в корни, стебли, и листья в внутриклеточного и внеклеточным (например, сосуды ксилемы) запрещено ^2,3,4. Было показано, что эта вода способствует между 10 и 50% суточных выяснится воды^2,5,6,,78. Таким образом завод гидравлических емкость является ключевым компонентом земной водного баланса, может использоваться в качестве показателя дефицита воды, засуха реагирования и восстановления¹и является важнейшим фактором необходимо исправить для наблюдаемых задержек между ^9,10,11Поток транспирацию и sap. Режиме реального времени мониторинг растительности содержание воды может также использоваться в сельскохозяйственных видах применения чтобы помочь ограничить Орчард и обрезать орошения с целью повышения полива эффективности^12,13. Однако измерения содержания непрерывного, монолитного ствола воды древесных видов^{7,14,,1516,17,18, 19} редки по сравнению с sap потока измерения²⁰. Здесь мы приводим процедуры для калибровки емкостных датчиков контролировать содержание воды в пределах стволы деревьев^5,21.

Гидродинамические поведения и регулирование использования водных ресурсов, растительности являются неотъемлемым компонентом^22,почва растение атмосфера континуум²³ и поэтому важные элементы для потоков воды и углерода между Биосфера и атмосфера^24,25. Динамика содержания стволовых воды находятся под влиянием биотических и абиотических факторов. Истощение и пополнения стволовых хранят воды страдают от кратко – и долгосрочных тенденций в условиях окружающей среды, в частности, дефицит давления паров и почвы воды содержание^1,26. Физические свойства древесины²⁷ (например, плотность, структура судна) и возникающим гидравлические стратегия²⁵ (например, iso – или анизогидрические устьиц регулирование) определить растения способность хранить и использовать воду ^{19 , 26 , 28}и может широко варьировать видов^29,30. Предыдущие исследования показали различные роли емкости в тропических^{16,27,,3132,33} и умеренных^{5,7 ,21} видов и в обоих Покрытосеменные^1,2,34 и голосеменных^6,11,17,19.

Хорошее знание содержание воды биомассы будет улучшить понимание стратегий растительности для приобретения воды и использовать^1,2, а также видов уязвимости для прогнозируемых изменений в режимах осадков^{35 ,36}. Углублению понимания использования водных растений, стратегии поможет предсказать изменения демографических моделей под будущие климатические сценарии^37,38. Через слияние данных модели техники³⁹, содержание воды стволовых, данные, полученные с использованием этой методологии может использоваться для информирования и проверить масштабируемые, завод уровня гидродинамики модели^{40,41, 42,,4344} с целью улучшения расчеты устьичную проводимость и, таким образом, Симуляторы транспирации и поглощение фотосинтеза углерода. Эти передовые гидродинамической модели может обеспечить значительное сокращение неопределенности и ошибка когда включены в большие поверхности земли и земли систем модели^{25,45,46, 47,48}.

Методы, используемые для мониторинга или рассчитать содержание воды стволовых включают дерево керна^33,49, электронные dendrometers^2,15,50, электрическое сопротивление ⁵¹, гамма излучения затухания⁵², дейтерий Трейсеры¹⁹, сетей sap потока датчики^32,33,53, остановить Психрометры⁴⁹, и амплитуда¹¹ и время^4,12,13 домена рефлектометрии (ДТР). Недавние усилия протестировали жизнеспособность емкостных датчиков, которые традиционно используются для измерения почвы воды содержание^5,18,21,27. Частоты домена рефлектометрии (ФРР)-стиль емкостные датчики являются низкая стоимость и использование относительно небольшое количество энергии для непрерывных измерений, что делает их привлекательным инструментом для высокого временного разрешения измерений в области сценариев. Простота автоматизации ФДР над Датчики TDR-стиль облегчает сбор непрерывной солнце почасовой наборов данных и устраняет многие из проблем, присущих TDR измерений, требующих существенной длины кабеля¹³. Использование in situ емкостных датчиков устраняет необходимость для повторяющихся керна или филиал сбора урожая и может обеспечить повышение точности для пород.Древесных видов, которые главным образом лишать воды внеклеточного пространства, такие как ксилемы судов, или имеют высокий древесины или коры модули упругости, как правило не являются хорошими кандидатами для популярных dendrometer методы измерения из-за низкого упругой стволовые расширение ². датчики Емкостные оценить диэлектрической проницаемости, который может быть прямо преобразован в содержание воды. Однако измерения емкости чувствительны к плотности СМИ вокруг датчика. Поэтому мы выступаем за вегетационных калибровок для преобразования выходных данных датчиков в объемной дерева воды содержание^5,21.

Мы представляем собой протокол для вегетационных калибровки для преобразования выход датчика емкости для воды содержание древесины. Также приведены инструкции для поля установки емкостных датчиков в зрелые деревья и обсуждение метода сильных и слабых сторон и предположений. Эти методы предназначены для контролировать содержание воды в стволе, крупнейший дерево воды хранения водохранилище⁸, но может быть легко расширена на весь дерево с установкой дополнительных датчиков вдоль ветвей. Измерения содержания воды растения динамических будет заранее области гидродинамики растительности, биометеорологии и моделирования поверхности земли.