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

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

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

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

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

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