PARbars: дешево, легко построить Цептометры для непрерывного измерения света перехват в завод навесы

Успешная реализация протокола, изложенной здесь для построения цептометров (Парбары), наиболее чутко зависит от двух этапов: 1,5 (склеивание фотодиодов на месте) и 1,6 (паяльных фотодиодов к медному проводу). Шаг 1,5 подвержен ошибке, выравнивая фотодиоды неправильно по отношению к их внутренней полярности. Для фотодиодов, которые мы использовали, и которые мы рекомендуем в качестве основных конкретных элементов, полярность определяется в силу двух электрических разъемов вкладки на светодиод, имеющих четко различных размеров. Таким образом, прежде чем применять цианоакрилевой клей и пайки фотодиоды на месте, настоятельно рекомендуется, чтобы дважды проверить, что все диоды помещаются с большими вкладок разъема, стоящих в одном направлении и небольшие вкладки, стоящие в другом направлении. Шаг 1,6 подвержен неудаче из-за плохой техники пайки и образования холодного припаивания соединения. Этого можно избежать путем применения тонкого потока припой с помощью флюса непосредственно перед пайки и обеспечения того, чтобы и провод и вкладка фотодиода нагреваются с припой наконечник (примерно 350-400 ^oC) прежде, чем паяльник применяется к Соединения. Проблемы с электрическими соединениями в PARbar обычно проявляются в виде калибровочного склона, отчетливо отличающиеся от других Парбаров. Такие проблемы могут быть пойманы рано тестирования каждого электрического соединения во время строительства (как описано в шаге 1,6), и снова после того, как все соединения были припаяны, но прежде, чем они были помещены в эпоксидной (шаг 1,9). Третий потенциальный источник ошибки возникает из-за неспособности использовать низкотемпературный коэффициент точности сопротивления, чье сопротивление нечувствительно к температуре; Использование обычного сопротивления вызовет ошибку как сопротивление, и, следовательно, выход напряжения на единицу света, поглощенного диоды, изменяется с температурой окружающей среды. Окончательный основной источник ошибки не является уникальным для PARbars, но применяется ко всем цептомометрии измерений: а именно, вывод эффективного индекса площади растений или индекса листьев области от света захвата зависит от особенностей структуры купола (в частности, означает, что абсорбтивность листа и распределение угла листа; a и c в eqns 1 и 2), которые могут варьироваться в зависимости от развития растений и между генотипами.

Существуют две основные области, в которых описанный здесь протокол может быть изменен или адаптирован. Во-первых, Парбары, которые мы представляем здесь были разработаны специально для использования в рядных культур, таких как пшеница и ячмень, но конструкция может быть легко изменен для других применений. Например, шунт сопротивления с большим сопротивлением может быть использован для повышения усиления (МВ производства на единицу НОМИНАЛЬНОЙ) при более низких диапазонах пар. Для универсальности, низкотемпературный коэффициент прецизионного потенциометра (переменная сопротивления) может быть использован для изменения диапазона чувствительности PARbar по мере необходимости или сделать небольшие корректировки, чтобы получить так, что каждый из многих Парбаров имеют одинаковые склоны калибровки. Во-вторых, фотодиоды могут также использоваться индивидуально в качестве квантовых датчиков, позволяя пользователю захватывать пространственные, а также временные вариации в пределах отдельных навесов для гораздо более низкой стоимости, чем это возможно с использованием коммерчески доступных квантовых датчиков. Это смогло быть определенно ценно дано растущий интерес в динамическом фотосинтезе под колеблющимся светом условиями¹². В-третьих, хотя мы использовали обычный (и дорогостоящий) регистратора для данных, представленных в этом исследовании, есть возможности для datalotin вместо быть построен с использованием готовых комплектующих, что позволяет создание комбинированной цетометрии и дагалеггер системы на ограниченным бюджетом. Популярность так называемых мейкера платформ, таких как Ари и Малина Pi, предлагают большие перспективы в этой области; Мы предлагаем с открытым исходным кодом, основанные на Ардо “Пещера Перл” проект¹³ как стартер для дальнейшего развития. Пещерные «пещеры жемчуга» были предназначены для экологического мониторинга пещерных экосистем, поэтому прочность и низкий спрос на энергию были ключевыми факторами в их проектировании. Аналогичные соображения актуальны для внедрения в работу по производству фенотипирования. Компоненты пещерного жемчуга dataloггера недороги (менее $50 USD за единицу) и небольшие, которые могли бы позволить им быть непосредственно включены в Парбары.

Применение PARbars описано здесь сталкивается с тремя основными ограничениями. Во-первых, вывод индекса площади растений или индекса листовой площади от измеренной световой улавливания затруднен сильными зависящими от времени предубеждениями, особенно в рядных культурах⁷. Это можно преодолеть, совершая повторные или непрерывные измерения в течение дня. Во-вторых, Недорогие фотодиоды не имеют спектрального вывода, который в точности пропорционален потоку фотонов (переменная наибольшего интереса к исследованиям фотосинтеза). Это может привести к предвзятости, когда качество света сильно изменяется через навес, хотя предыдущие оценки результирующей ошибки указывают на то, что она находится на заказе нескольких процентов⁷. В-третьих, Парбары не могут отличить прямой луч от диффузных компонентов входящего НОМИНАЛЬНОЙ стоимости над навесом. Как диффузное излучение проникает глубже в купол, чем прямой солнечный свет¹⁴, передача будет УВЕЛИЧЕНА и Пай_ефф будет недооценена, как диффузные фракции общего излучения увеличивается. Когда все излучение диффузного, ПАЙ_ефф прямо пропорциональна логарифм 1/Песнь , а не отношения, показанные в уравнении 1¹⁵. Cruse и др. (2015) ¹⁶ отметил, что в настоящее время имеющиеся коммерческие инструменты, которые могут измерять прямые и ДИФФУЗНЫЕ пар являются дорогостоящими и требуют регулярного обслуживания, поэтому они разработали простой и недорогой аппарат для решения этой проблемы. Их система состоит из квантового датчика, который обычно затенен моторизованным, движущим тенью и допускает непрерывное измерение общего, прямого и диффузного НОМИНАЛА. Датчик, используемый в Cruse и др. ¹⁶ система может быть заменена на тот же фотодиод, используемый в parbars для дальнейшего снижения затрат и может быть легко включен в существующую установку parbars. Эти измерения можно было бы интегрировать в трубопровод обработки данных и еще больше повысить надежность оценок паи.

Основным преимуществом Парбаров относительно существующих коммерческих цетометров является их низкая стоимость, что делает возможным их производство в больших количествах. В последнее время наблюдается растущий интерес к новым технологиям высокой пропускной способности завода фенотипирования для оценки пологом черты (для обзора см. Yang et al., 2017¹⁷). Хотя эти методы являются перспективными в том, что они производят огромные объемы данных, они, как правило, очень косвенные и требуют проверки в отношении обычных методов. Парбары могли бы послужить эффективным с точки зрения затрат инструментом проверки подлинности на основе этих новых методов.

Низкая себестоимость Parбатончиков также делает их жизнеспособным вариантом для непрерывных измерений в полевых условиях. Это может быть полезно по нескольким причинам. Например, непрерывные измерения могут использоваться для характеристики смещения строки-ориентации для разработки функций коррекции времени для моментального измерения (для получения дополнительной информации см. Salter et al. 2018⁷). Непрерывная цептометрия может также фиксировать короткие колебания в улавливания света купола с течением времени (солнечные пятна и шамота), вызванные облаками, проходными над головой, движением купола и т.д. Фотосинтез, как известно, очень чувствительны к малым изменениям в условиях окружающей среды и “динамические” изменения в фотосинтезе в настоящее время считается важным в движущей урожай урожая (для обзора см. Мурчи et al., 2018¹²). Парбары, установленные в поле с соответствующим коротким интервалом, могут использоваться для улавливания этих коротких колебаний и обеспечения лучшего понимания динамичного характера навесов растений.