Bir Körüklü Thermogradient Tablo Toprak Süreçleri Bitki Büyüme değerlendirilmesi ve İzleme Toprak Sıcaklıklar Denetim
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
Thermogradient tablolar yeni değildir ve bunların kullanımı onlarca 1-6 üzerinde literatürde bildirilmiştir. Erken tablo tek bir deneyde geniş bir sıcaklık aralığında, kağıt alt-tabaka üzerinde, genellikle laboratuar tohum çimlenmesi testleri (Şekil 1) için görünürde geliştirilmiştir. Orada thermogradient tabloları farklı tasarımlar, ancak en yaygın olanlarından biri karşılıklı uçlarında altına kaynaklanan kare boru bir döngü ile, metal nispeten kalın bir dikdörtgen levha, korozyon direnci, genellikle alüminyumdan oluşur. Plastik borular masanın altından zıt uçlarında borular vasıtasıyla soğutulur ve ısıtmalı sıvıyı pompalamak banyoları dolaşan, kontrollü sıcaklığa tablo giriş ve çıkış borularını bağlayın. boru sistemi yakın veya donma sıcaklıklarına altında çalıştırılmalıdır ise donma önlemek için, sıvı, genellikle su antifriz (etilen glikol) karışımı yapar. Bir başka tasarım cre birlikte metal şeritlerin kaynak içiniki ucunda, sıcak ve soğuk çözeltilerin dolaşımı için giriş ve çıkışları ile tablonun her bir ucunda bir sıvı rezervuarı yedi. dolaşan hamam masanın altından yere veya ayrı yan yana masaya yerleştirilmiş olabilir. Isıtma bobinleri ve / veya Peltier soğutma modülleri ile elektrik thermogradient tabloları inşa edilmiş ancak yüksek maliyet, tutarlı düşük sıcaklıklar üreten zorluklar ve güvenilirlik sorunları yaygın ticari kullanımı 8 engellemiştir.
Dönen sıvı sürtünme tertibatının tasarımları pasif ısı iletimi yoluyla tek boyutlu bir geçiş oluşturmak. Alüminyum levha üniform şekil ve kalınlıkta ve düzgün yalıtılmış ise, ısı termodinamiğin 7 ikinci yasası sonrasında sürekli tek boyutlu sıcaklık gradyanı kuran bir tablo soğuk sonuna kadar sıcaktan eşit akar. yüzeyi boyunca degrade tablo uzunluğunun bir fonksiyonu ve bitiş sıcaklıkları arasındaki farktır. masa ve plumbing, genellikle erişim için kapaklı bir yalıtılmış muhafazanın içinde bulunur. muhafaza küçük sıcaklık değişimi ile yüzeyi boyunca üniform bir degrade oluşturmak, çevresinden tablo ayırır. izolasyonlu kapalı bölme ayakla desteklenen veya bu tür bir tablo veya tezgahı gibi düz bir yüzey üzerine yerleştirilir. üniforma sıcaklık kontrolü gradyan olmadan gerekli olduğu uygulamalar için, bir tablo her iki ucu aynı sıcaklıkta sıvı dolaşmaya ise izotermal koşullar üretmek için ayarlanmış olabilir.
Degrade tablo düzgün çalışıyorsa, petri vb sızdırmaz plastik torbalar, düz dipli kaplar, yüzeyde yerleştirilir ve çeşitli sıcaklıklarda (Şekil 1) termo-dengelenmesi. Her kap içinde deneysel sıcaklık konteyner ve masa yüzeyi ve kalınlığı ve her kabın yalıtım özellikleri arasında var olabilir hava sahasındaki bağlıdır. degrade tablo etkin bir örnek te koruryüzeyine yakın mperatures, ancak kontrol yüzeyi üzerinde kaybolur. dikey sıcaklık kontrol eksikliği geleneksel gradyan masaya olası deneyler türlerini sınırlar.
Alüminyum şeritler veya payandaları masa yüzeyi üzerinde sıcaklık kontrolünü geliştirmek için geleneksel degrade tablo tasarımına eklendi. Payandalar tablo yüzeye dik aralıklarla kaynaklı bulundu. payandalar dikey düz tabla yüzeyi üzerinde konvektif ısı akışını kolaylaştırmak. köşebentlerinin arasına yerleştirilmiş numuneler, daha etkin sıcaklık kontrolü sağlayan üç taraftan sıcaklığa ayarlı yüzeylere sahiptir. Clegg ve Eastin 2 derinlemesine sıcaklık denetimi oluşturmak için bir degrade tablo yüzeyinde kuvars kumu yerleştirilir. Clegg ve Eastin 2 de masanın üstündeki yalıtım yerleştirerek denedi. Webb ve ark., 9 kontrol sıcaklığı eşit amacıyla bir masanın üzerine toprak ile doldurulmuş boru yerleştirilir.
yeni taBurada bildirilen ble tasarım dokuz 7.6 cm (3 inç) tablo uzunluğu (Şekil 2) üzerinden yüzeyine kaynak yüksek köşebentler (alüminyum şeritler) sahiptir. fotosentez aktif frekansları yayan LED ışık fikstür tablo kapalı olduğunda fide büyümesini desteklemek için tablonun yüzüne monte edilir. körüklü thermogradient tablo için yalıtılmış muhafaza suyu, çözgü vardır beyaz PVC panoları inşa ve dayanıklı crack. Bu yazının amacı, yeni körüklü degrade tablo tasarım ve olası uygulamaları tanımlamaktır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Thermogradient tablolar, aynı anda bir sıcaklık aralığı boyunca esas olarak sığ kaplara tohum çimlenmesi deneyler için yıllardır kullanılmaktadır. Bununla birlikte, deney sıcaklıklarının sıcaklık kontrolü derinliği sınırlıdır şekilde masa yüzeyi ile sınırlıdır. Geleneksel degrade tabloları üzerinde yapılan tohum test protokolleri Petri kutularına veya diğer düz kaplarda kağıt tabaka üzerinde radicle ortaya çıkması ile bitirmek ve gerçekçi doğal toprakta oluşacak şekilde ortaya çıkmasını ve büyümeyi fide testi yok. Bugün tohum şirketleri genellikle tohum canlılığı yetiştiricileri büyük olasılıkla ekimden sonra karşılaşacak simüle alan koşulları kullanılarak (optimum koşullar altında altında çimlenme yeteneği) değerlendirmek istiyoruz. Toprak testi de mantar tohum ve topraksız medyada standart laboratuvar çimlendirme testlerinde yaygın değildir bakteriyel hastalık baskıları ortaya çıkarır. 5 ºC veya daha fazla biz toprak düz olmayan körüklü masaya konur, büyük farklılıklartoprak profilinde pozisyonları ve masa yüzeyleri (yayınlanmamış sonuçlar) arasında nadir değiliz.
gussets ile tek boyutlu degrade tablo o toprak toprak sıcaklığının hassas kontrolü önemlidir çimlenme testleri ve diğer deneylerde kullanılan olabilir, böylece dikey sıcaklık kontrolünü iyileştirmek için geliştirilmiştir. payandalar derinlemesine toprak veya sentetik büyüyen medya ve kontrol sıcaklığını sınırlandırmak. Körük alüminyum, masa aynı malzemedir ve yüzeye dik kaynak zaman iletken ısı transferi ile arasındaki boşluğun sıcaklık kontrolü sağlar. payandalar boyuna masaya aşağı veya enine masada yönlendirilebilir. Her iki tasarımlar benzer performans ama degrade düzgün ayarlanmış olduğunda gussets arasındaki boşluk, tek bir deneysel sıcaklık olarak hizmet edebilir, çünkü enine köşebent yönlendirme uygundur. Yatay yön deneysel birimleri (bu örnekte tohumlar) bir aralıklı sağlaryan yana bir çizgi tablo geçer. payandalar tablo inşaat tamamlandıktan sonra test edilemez yere kadar alternatif konumlandırma kaynaklı çünkü köşebent aralık sadece üretim sırasında değiştirilebilir. 10.9 sm kadar bir köşebent aralık genellikle toprağa ilave olarak, tohum testi için kullanılan sığ barındıracak şekilde seçilmiştir. Yakın, köşebent aralığının daha iyi bir sıcaklık kontrolü sağlayabilir fakat tablo kullanılabilir konteyner türleri de sınırlar.
thermogradient tabloda büyüyen medya sıcaklık ve nem sürekli istenen deney koşulları elde etmek izlenmesi gerekir. Ekimden önce, dolaşımdaki banyoları biraz istenen asgari altında ve biraz numuneler istenen deney sıcaklıkları ulaşıncaya kadar ayarlanabilir daha maksimum sıcaklıklar yukarıda belirtilen gerekir. ısıl gradyanlı tablosu ile dengelenmeye yaklaşık 24 saat örnekleri için izin verilmelidir. th neme yetiştirme ortamları tohum çimlenmesi veya devam etmek için başka biyolojik süreçler için (tarla kapasitesi% 70-80) yeterli olmalıdır. zaman yerinde masa yalıtım ve çift kapaklar sıcaklık dalgalanma ve suyun buharlaşmasını azaltır.
Tablo 1'deki sonuçlar farklı sıcaklıklarda 4 türün fide büyümesini karşılaştırın. Kavun ve domates tohumlarının büyümesi 15 ° C'de başlayan ve karakterize neden olarak sıcak mevsim 10 bitkiler açıklayan 40 ° C'de de çimlenmiş. Bunun aksine, marul, düşük sıcaklıklarda iyi çimlenmiş. Yulaf tohumu diğer türlerden (Tablo 1) üzerindeki sıcaklıklara daha geniş bir aralığında çimlenmiş. Benzer sonuçlar, koordineli bir dizi deneyler büyüme hücresi hattı kullanılarak elde edilebilir olsa da, ekleme tasarım çimlenmesi ve fide büyümesi her ikisi aynı anda, toprak bir sıcaklık aralığı üzerinde karşılaştırılmasına olanak tanır. Farklı alan topraklar ya da büyüyenOrtam tarla koşullarında bir dizi simüle etmek için ikame edilebilir. Hafif bir ortamda Mikrobiyal veya kimyasal işlemler, gübre rejimleri, kuraklık stresi ve varyasyonları degrade masaya sıcaklıklar arasında empoze edilebilir.
küçük Datalogger masaya çeşitli pozisyonlarda sıcaklık kaydedildi. Sıcaklık veri, özellikle sıcak ucunda, büyük bir varyasyon ile masanın ortasında, nispeten homojen sıcaklıkları gösterdi. Tablo yüzeyi ile temas kaydedicilerinin konumlandırılması ve toprak yüzeyine havaya maruz olasılıkla aşırı dikkat çekti. merkez konumunda kaydedilen Sıcaklıklar muhtemelen toplu zemin koşullarının daha göstergesidir idi. Örneğin, tarla dikim simüle etmek için gussets arasında degrade masaya toprağa bir tohum sadece hava ya da masa yüzey sıcaklığı toplu toprak sıcaklığına maruz kalan ve yok olacaktır. toprağın nem içeriği ve doku Tablo sıcaklıkları belirlenmesinde önemli bir rol oynar. inci eğere toprak kuru, hava boşlukları sıcaklık değişimi direnç ve etkili gussets gelen ısıyı yok. Nemli toprak etkili bir toprak profili ile ısıyı birkaç hava alanları ve daha likit su vardır. Bu deneyde, toprak maksimum su tutma kapasitesi% 70 ile 80 de muhafaza edildi, ancak daha yüksek bir su içeriği toprak sıcaklık farkı azalır olabilir. Kum yüksek organik madde topraklarda daha az büyük gözenek alanları gibi vardır ve böylece daha düzenli bir sıcaklık sağlamak için beklenir.
soğuk ucuna göre tablonun sıcak ucundaki toprak sıcaklığı daha fazla bir farklılık bulunmamaktadır. Muhtemel bir açıklama masada nem dağılımı yatıyor. Sıcak sonu nedeniyle büyük buharlaşan kayıpları kurumaya eğilimi ise Nem, soğuk sonunda muhafaza edilmesi eğilimindedir. Su davranış ısı yardımcı olduğundan, tablonun nem içeriği mümkün olduğunca tekdüze olması önemlidir. Webb ve ark., 9 Blott kullanılanGazete körüklü thermogradient tablosunda daha ucuz bir alternatif olarak çalıştı ise er kağıt, kılcal hareket yoluyla thermogradient masada su yürütmek. payandalar serin ve sıcak uçları hem tutarak, nem dağılımını eklemek için hidrofil kağıdı ile kaplı olsa bile eşit ıslak zordur.
Yüksek sıcaklıklarda hızlı buharlaşması tüm degrade tablo tasarımları oluşur. Yoğunlaşma genellikle kabın alt soğutucu kapağın iç tarafında toplama su neden üst daha sıcak olması nedeniyle kap deneyleri daha çevre sıcaklığının üstündeki sıcaklıklarda gradyan tablo yürütülmektedir bir sorundur. körüklü masaya toprak deneylerde, su körüklü tablodaki yukarıdaki havaya üst toprak katmanları buharlaşan. Toprak çok ıslak ise, tablonun sıcak ucundaki evaporatif kayıplar soğutucu iç-akrilik kapak üzerinde yoğunlaşabilir. akrilik veya doğrudan polistiren yalıtım sıkı oturan parçaları Dinlenmeköşebentlerinin üstünde ly daha muntazam bir nem ve sıcaklık sürekli bir toprak tutma tablosunun üzerinde hava sahası ile bir buhar alış verişine en aza indirir (veriler gösterilmemiştir). Tablo polistiren izolasyon kaplı zaman, sıcaklık farklılaşması çok aşm ısılar altında zemin profili boyunca sadece 1 ilâ 2 ° C oldu (veriler gösterilmemiştir). Bununla birlikte, polistiren izolasyonu ortaya çıkmasını fide önler ve büyüme inkübasyondan ilk saat analizinden sonra uzaklaştırılmalıdır. Sıcak toprakların hızla kurumasını önlemek için başka bir çözüm tercihen buharlaşan kayıpları telafi etmek için sıcak sonuna daha fazla su eklemektir. kapakları çıkarılmış ve uygulama hacimleri daha az hassas olan gerektiğinden El sulama sorunludur. Mikro sulama yayıcılar gradyanı masa üzerine dizayn edilebilir ve tercihen sıcak ucundan daha fazla su uygulamak için ayarlanabilir.
Thermogradient tablolar gibi alternatif büyüme odalarını hizmet etmek işlevsellik ve potansiyele sahiptir. when Her iki hamam, aynı ayarlanır tablo bir degrade gerekli değildir uygulamalar için tek deneysel sıcaklığa equilibrates. Gündüz ve gece ışık ve sıcaklık dalgalanmaları da programlanabilir dolaşan banyoları kullanılarak simüle ve ışıklar büyümeye LED edilebilir. LED'li kapaklarının içlerini doldurma ışıkları aydınlatma yoğunluğunu artırabilir büyür. LED sistemi içine ışıklar girdi asgari ısı büyümek ve benzeri toprak sıcaklıkları ve kapalı ışıkları ile kaydedildi çünkü degrade müdahale etmedi (veriler gösterilmemiştir). ışıklar eklenmesi bitki büyümesi ve büyük çevresel kontrol sağlar.
Thermogradient tablolar geçmişte çimlenme çalışmaları için tohum endüstrisi tarafından öncelikle kullanılan edilmiş, ancak diğer birçok uygulama mümkündür. Böcek davranış bazı davranışları 11 sıcaklık optimumu belirlemek için bir gradyan masada incelenmiştir. Buz subfreezing t test olaylar için bir degrade tablo yüzeyinde donmuş olabiliremperatures (veriler gösterilmemiştir). karbondioksit evrim dahil toprak ve atmosfer arasındaki gaz alışverişi, değişen su içeriğinin, toprak girdiler ve sıcaklıklarda körüklü degrade masada mümkündür. bir sıcaklık aralığı boyunca farklı ortam tipleri bakteriyel ve mantar büyümesi üzerindeki etkilerini araştırmak Bu deneysel sistem ile de mümkündür.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank Kent J. Bradford and his students at the UC Davis Seed Biotechnology Center for recording seedling emergence data.
Materials
| Thermogradient table | Appalachian Machinge Inc | 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. | |
| Insulated polymer board cabinet | TASCO LLC | The insulated polymer board cabinet containing the aluminum plate was constructed by TASCO LLC, 1440 Roanoke Street, Christiansburg, VA 24073 | |
| Blue Hawk Folding Steel Adjustable Sawhorse | Lowes Home Improvement | 162111 | Model #: 60142 Folding Steel Adjustable Sawhorses |
| Circulating Refrigerated water baths or comparable units | Brookfield Engineering | TC-550SD | |
| Seeds (200 seeds) | Johnny's Selected Seeds | Oat, lettuce, tomato, melon seeds from Johnny's Selected Seeds 955 Benton Ave, Winslow, ME 04901 or any other seed for germination testing, | |
| Professional 550 Grow Light | SolarOasis | Pro550 | |
| ID braided PVC tubing | United States Plastics Inc. | 60703 | 0.6 m pieces of 200 cm OD, 130 mm (1/2") |
| Super Tech 50/50 Antifreeze/Coolant Pre-Mix | Walmart | 1012574 | 4 liters distilled water-antifreeze (ethylene glycol) mixture |
| WatchDog Data Loggers | Spectrum Technologies Inc | Model 100 | |
| Parafilm M 4 cm wide | Fisher Scientific | S37440 | |
| Container Acrylic 5 1/4"x5"x1 3/8" plastic boxes | Hoffman Manufacturing Inc | Hoffman Manufacturing Inc. 16541 Green Bridge Road, Jefferson, OR | |
| 1" Collared-screw | Global Industrial | CS16H | Global Industrial, 11 Harbor Park Drive, Port Washington, NY |
| Collared Screw Worm Gear Hose Clamp | Global Industrial | WGB513588 | 3/4" – 1-1/2" Clamping Dia. 10-Pack . |
| Everbilt Model Foam Pipe Insulation | Home Depot | ORP11812 | Internet # 204760805 Store SKU # 1000031792 1 in. x 6 ft. |
| Capillary Mat | Farmtek | 106223 | greenhouse capillary matting – 4' x 100' or alternatively sheets of newspaper |
| Sunshine Mix #3 | TerraLink | 3236320 | 3.8 cubic feet compressed bale,SKU: 3236320, Germinating media |
References
- Chatterton, N. J., Kadish, A. R. A temperature gradient germinator. Agron. J. 61 (4), 643-644 (1969).
- Clegg, M. D., Eastin, J. D. A Thermogradient generating sand table. Agron. J. 70 (5), 881-883 (1978).
- Evans, R. A., Young, J. A., Henkel, R., Klomp, G. A low temperature-gradient bar for seed germination studies. Weed Science. 18, 575-576 (1970).
- Grime, J. P., Thompson, K. An apparatus for measurement of the effect of amplitude of temperature fluctuation upon the germination of seeds. Annals of Botany. 40 (4), 795-799 (1976).
- Halldal, P., French, C. S. Algal growth in crossed gradients of light intensity and temperature. Plant Physiol. 33 (4), 249-252 (1958).
- Thompson, K., Whatley, J. C. A thermogradient apparatus for the study of the germination requirements of buried seeds in situ. New Phytologist. 96, 459-471 (1984).
- Bergman, T. L., Incropera, F. P., Lavine, A. S. . Fundamentals of Heat and Mass Transfer. , (2011).
- McLaughlin, N. B., Bowes, G. R., Thomas, A. G., Dyck, F. B., Lindsay, T. M., Wise, R. F. A new design for a seed germinator with 100 independently temperature controlled cells. Weed Research. 25, 161-173 (1985).
- Webb, D. M., Smith, C. W., Schulz-Schaeffer, J. Amaranth seedling emergence as affected by seeding depth and temperature on a thermogradient plate1. Agron. J. 79 (1), 23-26 (1987).
- Welbaum, G. E. . Vegetable Production and Practices. , (2015).
- Swoboda, L. E. . Environmental influences on subterranean termite foraging behavior and bait acceptance. , (2004).
