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Environment

Produzione di sensori di temperatura del suolo e contenuto idrico semplice e poco costoso

Published: December 21, 2019
doi:
10.3791/60308
, , , , , , ,
1Southwest Biological Science Center,U.S. Geological Survey, 2Centre for Energy Technology Brandenburg, 3Institute of Environmental Sciences,Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg, 4Umweltanalytische Produkte GmbH, 5Institute of Plant Sciences,University of Graz, 6Multiphase Chemistry Department,Max Planck Institute for Chemistry

Summary

Misurare accuratamente la temperatura e il contenuto dell’acqua dei 5 mm superiori della superficie del suolo può migliorare la nostra comprensione dei controlli ambientali sui processi biologici, chimici e fisici. Qui descriviamo un protocollo per la produzione, la calibrazione e la conduzione delle misurazioni con sensori di temperatura e umidità della superficie del suolo.

Abstract

Quantificare la temperatura e l’umidità sulla superficie del suolo è essenziale per comprendere come il biota della superficie del suolo risponde ai cambiamenti dell’ambiente. Tuttavia, sulla superficie del suolo queste variabili sono altamente dinamiche e i sensori standard non misurano esplicitamente la temperatura o l’umidità nei pochi millimetri superiori del profilo del suolo. Questo documento descrive i metodi per la produzione di sensori semplici e poco costosi che misurano contemporaneamente la temperatura e l’umidità dei 5 mm superiori della superficie del suolo. Oltre alla costruzione del sensore, vengono spiegate le fasi per il controllo della qualità, nonché per la calibrazione per vari substrati. I sensori incorporano una termocoppia di tipo E per misurare la temperatura e valutare l’umidità del suolo misurando la resistenza tra due sonde metalliche placcate in oro alla fine del sensore ad una profondità di 5 mm. I metodi qui presentati possono essere modificati per personalizzare sonde per diverse profondità o substrati. Questi sensori sono stati efficaci in una varietà di ambienti e hanno sopportato mesi di forti piogge nelle foreste tropicali e l’intensa radiazione solare nei deserti dei risultati statunitensi sud-occidentali dimostrano l’efficacia di questi sensori per valutare riscaldamento, essiccazione e congelamento della superficie del suolo in un esperimento di cambiamento globale.

Introduction

I sensori ambientali sono strumenti fondamentali per valutare, monitorare e comprendere le dinamiche dell’ecosistema. La temperatura e l’umidità sono fattori fondamentali dei processi biologici nei suoli e influenzano l’attività e la composizione comunitaria degli organismi del suolo1,2. Inoltre, la temperatura e l’umidità hanno dimostrato di influenzare la tempistica di apparizione piantine e tassi di decomposizione della lettiera3,4,5. Negli ecosistemi delle terre aride, le superfici del suolo non coperte da piante vascolari sono spesso sormontate da comunità di muschi, licheni e cianobatteri, noti come crosta biologica del suolo (biocrust) (Figura 1). Queste comunità esistono sulla superficie del suolo e raramente penetrano più in profondità di pochi millimetri nel terreno6. Le croste biologiche del suolo possono influenzare fortemente la stabilizzazione del suolo, l’infiltrazione d’acqua e i tassi di evaporazione, albedo, temperatura, cicli nutritivi e lo scambio di CO2 dell’atmosfera suolo7,8,9. A sua volta, per alcuni sistemi l’attività di queste comunità superficiali può dominare gli attributi complessivi del suolo e i tassi di vari processi10. I sensori che concentrano esplicitamente le misurazioni su profondità poco profonde possono aiutarci a capire in che modo la temperatura surficia e l’umidità influenzano la germinazione dei semi, i tassi di decomposizione e le risposte dei biota della superficie del suolo, nonché molte altre funzioni dell’ecosistema.

Recenti sviluppi nella tecnologia dei sensori del suolo hanno dimostrato l’importanza di misurazioni spazialmente esplicite per comprendere i processi biologici sulla superficie del suolo11,12. I metodi convenzionali per l’analisi dell’umidità del suolo incorporano sensori posizionati sotto la superficie del suolo e spesso integrano le misurazioni attraverso le profondità. L’umidità del suolo registrata da queste sonde può aiutare a informare la nostra comprensione dei controlli ambientali sugli organismi del suolo, ma probabilmente mancano molte delle sfumature che si verificano sulla superficie del suolo. Per misurare esplicitamente il contenuto di acqua dei primi pochi millimetri di terreno, Weber ealtri hanno recentemente sviluppato sonde di umidità biocrust (BWP) che determinano l’umidità del suolo attraverso la conduttività elettrica della superficie del suolo ad una profondità di 3 mm11. Utilizzando i sensori di Weber in combinazione con sonde di umidità integrate da 0 a 5 cm, Tucker e altri hanno dimostrato l’importanza dei sensori di umidità che si concentrano sui primi pochi millimetri della superficie del suolo. In particolare, piccoli eventi di precipitazioni, che erano altamente rilevanti per l’attività delle comunità di biocrust, non si sono registrati per le sonde integrate da 0 a 50 mm (cioè 5 cm) e sono state rilevate solo dai BNP12. I sensori focalizzati sui primi pochi millimetri di terreno sono essenziali per misurare gli eventi di umidità che non sono abbastanza grandi da infiltrarsi oltre la superficie, ma sono sufficienti per indurre risposte dal biota in superficie.

La temperatura superficiale del suolo è un altro importante fattore ambientale che guida i processi fisiologici. Le temperature superficiali del suolo diurne possono essere molto variabili, soprattutto negli interspazi delle piante in cui la superficie del suolo non ombreggiata è esposta a grandi quantità di radiazioni solari. Inoltre, la temperatura è più variabile sulla superficie del suolo che più in profondità nel profilo del suolo13 o nell’aria14. Ad esempio, Tucker e altri hanno mostrato un intervallo massimo di temperatura della superficie del suolo diurna di quasi 60 gradi centigradi (13-72 gradi centigradi) che si verificano solo su 24 ore. Queste temperature sono state misurate utilizzando termocoppie inserite 3 mm nella superficie del suolo. Nel frattempo, le sonde di temperatura vicine 50 mm profonde hanno misurato un intervallo di soli 30 gradi centigradi nello stesso giorno12. Le termocoppie che misuravano esplicitamente la temperatura sulla superficie del suolo hanno mostrato variazioni molto più elevate rispetto ai sensori a una profondità di 50 mm, poiché i suoli superficiali erano più freddi di notte e 20 gradi più caldi durante il calore del giorno rispetto ai valori profondi 50 mm.

La temperatura rappresenta un controllo critico sui processi fisiologici. Ad esempio, a costante umidità del suolo in condizioni di laboratorio, le perdite di CO2 dal suolo aumentano drasticamente con l’aumento delle temperature nella maggior parte degli ecosistemi2,15,16. Allo stesso modo, i dati provenienti da studi di manipolazione del clima sul campo che mirano ad aumentare le temperature del terreno rispetto ai controlli hanno dimostrato che i suoli riscaldati rilasciano più CO2 rispetto ai terreni non riscaldati nelle vicinanze (almeno nei primi anni di trattamenti17,18) e che i suoli in biocrospolizzati mostrano una risposta simile al riscaldamento7,9. Sia la temperatura che l’umidità hanno dimostrato di essere importanti variabili ambientali e sensori in grado di catturare con precisione le condizioni climatiche della superficie del suolo in grado di chiarire come influenzano i processi fisiologici degli organismi sulla superficie del suolo11,12.

Questo documento presenta sensori progettati per misurare sia la temperatura che l’umidità a una profondità di 5 mm sotto la superficie del suolo, offrendo una potenza significativa nella valutazione del modo in cui queste variabili interagiscono e guidano le risposte biologiche dal biota surficiale. La termocoppia di tipo E è costituita da due metalli (cromo e constantan), e le variazioni di temperatura nei metalli creano tensioni diverse che vengono registrate da un registratore di dati. Il sensore di umidità del suolo misura la resistenza tra due punte metalliche placcate in oro. La resistenza è influenzata dal contenuto di acqua del suolo, perché più acqua aumenta la conduttanza e quindi diminuisce la resistenza tra le punte. Seguendo la progettazione di Weber et al.11, questi sensori misurano l’umidità del suolo ad una profondità di 5 mm e inoltre includono una termocoppia per misurare la temperatura sulla stessa sonda. Questi sensori consentono una visione raffinata di come la dinamica di temperatura e umidità variano in concerto sulla superficie del suolo utilizzando una singola sonda. Queste sonde offrono una miriade di opportunità per esplorare come gli organismi che vivono in superficie rispondono ai cambiamenti nel loro ambiente. Un ulteriore vantaggio di questi sensori è che sono relativamente semplici e poco costosi da costruire e calibrare, e i ricercatori saranno facilmente in grado di adottare il loro uso.

Il protocollo seguente descrive in dettaglio i materiali e i metodi per la costruzione dei sensori, incluso un contorno per il collegamento dei sensori ai data logger. Questi sensori utilizzavano logger disponibili in commercio, ma è possibile utilizzare qualsiasi registratore di dati che possa essere collegato a un multiplexer. Vengono inoltre descritti i metodi per calibrare i sensori in base ai substrati di interesse.

Protocol

1. Sensori di produzione Tagliare le lunghezze appropriate del cavo. Determinare la distanza massima dalla posizione del data logger al posizionamento del sensore desiderato. Tenere conto della lunghezza aggiuntiva del cavo necessaria per le curve nel cavo, gli ostacoli e l’attaccamento al data logger. Tagliare tutti i cavi termocoppia e umidità del suolo a questa lunghezza massima desiderata. Le differenze nella lunghezza del cavo possono portare a resistenze variabili tra i sensori. Questo problema può essere evitato mantenendo invariate tutte le lunghezze dei cavi del sensore. Preparare il cavo termocoppia. Striscia la giacca del cavo a 4,5 cm dall’estremità del cavo. Strisciare le appena esposte, guaine di piccolo diametro 5 mm dall’estremità dei fili. Arco saldare insieme le punte esposte dei fili e testare la forza della nuova saldatura tirando delicatamente sui fili per garantire che non si separano.AVVISO: Un casco di saldatura o uno scudo viso deve essere utilizzato per proteggere dalle radiazioni generate durante la saldatura ad arco. Mantenere tutto nell’ambiente di lavoro asciutto per evitare potenziali shock. Lavora in un’area ben ventilata per mantenere fumi o gas dalla tua zona di respirazione. Immergere le punte saldati ad arco del cavo termocoppia in nastro elettrico liquido per proteggere i fili esposti. Il nastro elettrico liquido deve coprire il metallo esposto dei fili e almeno 3 mm delle guaine dei fili di piccolo diametro.AVVISO: Il nastro elettrico liquido ha vapori infiammabili che possono irritare il tratto respiratorio. Utilizzare in una zona ben ventilata lontano da fiamme aperte. Evitare l’esposizione diretta agli occhi e alla pelle, in quanto ciò può causare irritazione. Lasciare asciugare il nastro elettrico liquido per circa 4 ore o come indicato dal produttore. Tagliare un pezzo di 0,13 in (3,3 mm) di tubi di territura termosi di umidità abbastanza a lungo da coprire il nastro elettrico liquido sulle tanie di piccolo diametro e almeno 1 cm della giacca del cavo termocoppia (circa 6 cm di lunghezza). Inserire i fili nel tubo di terrima termico e spostare il tubo indietro sopra la giacca del cavo. Attendere l’applicazione del calore fino a un passaggio successivo (Passaggio 1.5.3). Preparare il cavo di umidità del suolo. Striscia la giacca del cavo 5 cm dall’estremità del cavo. Tagliare il filo di terra (senza guaina) alla giacca del cavo in modo che non sia esposto oltre la giacca. Striscia 1 cm delle guaine interne di piccolo diametro dalle estremità dei fili di umidità del suolo. Ruotare il metallo esposto di ogni filo per consolidare i piccoli fili. Far latta i piccoli fili intrecciati applicando saldatura al metallo esposto ad ogni estremità del filo.AVVISO: Quando si utilizzano gli strumenti estremamente caldi necessari per la saldatura, occorre prestare attenzione. Solder in aree ben ventilate e indossare un’adeguata protezione degli occhi e della pelle. Tagliare un pezzo di 10 mm di tubi termoretraibili più lunghi di 1 cm rispetto alla distanza da cui è stata spogliata la giacca del cavo fino alla fine dei fili in scatola. Posizionare questo tubo su entrambi i fili e farlo scivolare indietro sopra la giacca del cavo per fissare in posizione in un secondo momento. Tagliare due pezzi da 1,5 cm di 0,13 pollici (3,3 mm) di terzini di terzazione di umidità e posizionarne uno su ciascun filo. Non riscaldare questi fino a quando non si è saldato il filo alla striscia di presa a due punte. Applicare il flusso di saldatura alle punte della striscia a presa a due punte. Sgratare le estremità in scatola del filo fino alle estremità della striscia a presa a due punte. Fare attenzione a mantenere le due estremità separate in modo che non si tocchino. Spostare i due pezzi di 0,13 in (3,3 mm) di tergicapacità di guarnizione dell’umidità sulla base della striscia di presa a due punte in modo che tutte le parti metalliche siano coperte. Utilizzare la pistola termica per aderire ai tubi termoretraivi, facendo attenzione a non surriscaldarsi e sciogliere la saldatura sotto i tubi. Spostare il tubo di compattazione del calore dell’umidità da 10 mm a 1 mm dall’estremità della striscia a presa a due punte in modo che copra la striscia di presa, i fili di piccolo diametro e parte della giacca del cavo. Utilizzare la pistola termica per fissare questo tubo termoretraimento in posizione. Modificare la striscia terminale per la testa del sensore. Per modificare la striscia terminale a otto punte, orientare la striscia in modo che le punte superiori si stiano curvando lontano dalla vista. Utilizzare i tagli di filo per tagliare la seconda, la quarta e la settima serie da sinistra appena sotto la striscia di contatto in plastica nera (Figura 2). Misurare 5 mm sotto la striscia di contatto in plastica nera e segnare la terza, quinta e sesta punte da sinistra a 5 mm. Snip queste punte al marchio 5 mm. Questa lunghezza può essere modificata per soddisfare diverse domande di ricerca. Assemblare la testa del sensore. Tagliare due pezzi da 1 cm di 0,5 pollici (13 mm) di terzini di terzazione umida e far scorrere uno su ciascuno dei cavi termocoppia e umidità del suolo. Spostare l’estremità unita ad arco dei fili termocoppia sopra la parte superiore del terzo frontale ritagliato in modo che la punta della termocoppia sia orientata con l’estremità della punta ritagliata. Piegare i fili in modo che seguano la curva superiore del puntello. Far scorrere il tubo di compattazione del calore dell’umidità (dal punto 1.2.6) verso l’alto sulla parte curva del prong e sui fili termocoppia. Controllare che il tubo termoretraibile copra anche parte della giacca con cavo termocoppia e usi una pistola termica per aderire al tubo termoretraibile in posizione. Spremere la parte del tubo termoretraicolmo che si trova sopra la spinta curva con le dita per fissarla. Inserire le estremità curve superiori delle punte 5 e 6 nella striscia a presa a due punte (Figura 2). Spostare il primo 0,5 in (13 mm) pezzo di riscaldamento termico idratazione verso la testa del sensore in modo che sia posizionato a circa 1 cm dalla testa. Utilizzare una pistola termica per aderire in posizione, avendo cura di mantenere la striscia di presa saldamente collegato a punte 5 e 6 e al filo termocoppia su prong 3. Utilizzare una pistola termica per aderire all’altro pezzo di termoreami di temperatura umida (13 mm) che si ntefazza pochi centimetri rispetto al precedente pezzo di tubo termoretraile. Applicare nastro elettrico liquido su tutti i lati del filo termocoppia e puntellatura 3. Applicare un nastro elettrico liquido su tutti i lati della connessione a striscia di presa assicurando si trattadi di tutto il metallo esposto. Non coprire, tuttavia, le punte ritagliate da 5 mm associate a questa connessione (Figura 3). 2. Collegamento dei sensori al data logger e multiplexer NOTA: questi sensori devono essere utilizzati con un multiplexer collegato a un data logger. Tutti i passaggi di questo protocollo sono per l’uso con il data logger e multiplexer elencati nella tabella dei materiali (altri data logger funzionerebbero anche). Ad ogni tempo di misurazione, il data logger apre la comunicazione al multiplexer, che, a sua volta, agisce come un relè e permette alla corrente di fluire al sensore di resistenza. Collegare il multiplexer al data logger utilizzando fili audio. Collegare la porta COM sul data logger alla porta RES sul multiplexer. Collegare la porta COM separata sul data logger alla porta CLK sul multiplexer. Collegare le porte G e 12 V sul registratore di dati alle porte GND e 12 V rispettivamente sul multiplexer. Creare un divisore di tensione sul data logger collegando un trassificante a foro 1 k , 0,1% tra una porta VX e una porta H DIFF sul registratore di dati. Collegare due fili audio con un terreno da questo divisore di tensione al multiplexer. Collegare un cavo dalla stessa porta H DIFF a cui è collegato il divisore di tensione sul data logger alla porta COM ODD L sul multiplexer. Assicurarsi che l’altro filo colleghi una porta di terra sul data logger alla porta COM ODD H sul multiplexer. Assicurarsi che un filo di terra colleghi un terreno dal data logger a un terreno sul multiplexer. Collegare un filo termocoppia di tipo E al data logger e al multiplexer. Il filo viola collega la porta DIFF 1 H sul data logger alla porta COM EVEN H sul multiplexer. Il filo rosso collega la porta DIFF 1 L sul data logger alla porta COM EVEN L sul multiplexer. Assicurarsi che il filo di terra si connetta a un terreno sia sul data logger che sul multiplexer. Modificare il multiplexer in modalità 4 x 16. Collegare i sensori al multiplexer. I cavi audio di umidità del suolo si collegano alle porte ODD con il filo nero a H e il filo rosso a L. Termocoppia fili si collegano alle porte EVEN con il filo viola a H e il filo rosso a L. L’ordine dei fili termocoppia è fondamentale per una corretta misurazione. 3. Test dei sensori Solder le estremità di un resistore pellicola per le punte su un connettore presa a due punte utilizzando saldatura di piombo e flusso di saldatura. Collegare tutti i sensori da testare al multiplexer. Regolare il programma di registrazione dei dati per eseguire la scansione ogni 30 s, o ad una frequenza preferita per la scansione di più sensori. Per i sensori di umidità, posizionare il connettore a presa con il resistore della pellicola su 5 e 6 punti del sensore e registrare i dati dal registratore di dati. Posizionare il resistore su ciascun sensore per assicurarsi che tutti diano la stessa lettura. Monitorare i dati della termocoppia per assicurarsi che percepano temperature simili. Per i sensori di temperatura, posizionare l’estremità della termocoppia tra due dita per assicurarsi che le temperature cambino di conseguenza. 4. Calibrazione dei sensori NOTA: in questa sezione viene descritto il processo di correlazione dell’output del sensore con l’umidità del suolo. Produrre la testa del sensore di calibrazione. Striscia 12 cm della giacca dal cavo di umidità del suolo. Rimuovere la schermatura della lamina dai fili. Tagliare una lunghezza di 10 cm di entrambi i fili interni di piccole diametro del suolo umidità. Striscia circa 1 cm di guaina da entrambe le estremità di ogni filo. Ruotare i piccoli fili su ciascuna delle estremità e infilarli con un ferro da saldatura. Modificare una striscia terminale a otto punte secondo le stesse specifiche dei passaggi 1.4.1 e 1.4.2. Applicare il flusso di saldatura alle curve superiori delle punte 5 e 6. Sgravi i fili alle curve superiori delle punte 5 e 6 sulla striscia terminale a otto punte. Ritagliare le due punte esterne delle strisce terminali a otto punte a 5 mm. Posizionare un pezzo di 2 cm di 0,13 pollici (3,3 mm) di terzazione di calore dell’umidità su entrambi i fili. Aderire i pezzi di termoretrazione del calore il più vicino possibile alla testa del sensore modificato. Mettete due pezzi di 2 cm di 0,13 pollici (3,3 mm) di terzazione di calore dell’umidità su entrambi i fili, uno su ciascun filo. Attendere di seguirli sul posto in un secondo momento. Tagliare le due lunghe punte centrali di una striscia terminale a quattro punte a 1 cm. Applicare il flusso di saldatura alle estremità curve superiori delle punte centrali sulla striscia terminale a quattro punte. Sgravi le estremità libere di entrambi i fili alle punte tagliate della striscia terminale a quattro punte in modo che i primi quattro punte curve siano rivolti lontano dalla testa delsensoremodificato ( Figura 4 ). Spostare il calore di calore dell’umidità precedentemente posizionato fino alla base della striscia terminale a quattro punte e riscaldarlo in posizione. Preparare il cavo di umidità del suolo per la calibrazione. Tagliare un cavo di umidità del suolo della stessa lunghezza dei sensori utilizzati sul campo. Togliere la giacca del cavo a 5 cm dalla fine. Tagliare il filo di terra (senza guaina) alla giacca del cavo in modo che non sia esposto oltre la giacca. Striscia 1 cm di guaine di filo di piccolo diametro dalle estremità dei fili di umidità del suolo. Ruotare il metallo esposto di ogni filo per consolidare i piccoli fili. Far latta i piccoli fili intrecciati applicando saldatura al metallo esposto ad ogni estremità del filo. Tagliare un pezzo di 6 cm di 0,38 pollici (10 mm) di scaldare l’umidità, posizionarlo su entrambi i fili e farlo scivolare indietro sopra la giacca del cavo per aderire in un secondo momento. Tagliare due pezzi da 1,5 cm di 0,13 pollici (3,3 mm) tubi termoretraibili e posizionarne uno su ciascun filo. Non applicare il calore fino a quando il filo non viene saldato alla striscia della presa a due punte. Applicare il flusso di saldatura alle punte della striscia a presa a due punte. Sgratare le estremità in scatola del filo fino alle estremità della striscia a presa a due punte. Fare attenzione a mantenere le due estremità separate in modo che non si tocchino. Spostare i due pezzi di 0,13 in (3,3 mm) di tergicapacità di guarnizione dell’umidità sulla base della striscia di presa a due punte in modo che tutte le parti metalliche siano coperte. Utilizzare la pistola termica per aderire ai tubi termoretraivi in posizione, facendo attenzione a non surriscaldarsi e sciogliere la saldatura sotto i tubi. Spostare il tubo di compattazione del calore dell’umidità (dal punto 4.2.7) a 1 mm dall’estremità della striscia a presa a due punte in modo che copra la striscia di presa, i fili di piccolo diametro e alcune delle giacche del cavo. Utilizzare la pistola termica per aderire al tubo di termoretrazione del calore in posizione. Creare il contenitore del terreno di calibrazione (Figura 5). Tagliare un tubo di centrifugazione monofuga in polipropilene da 50 mL 4 cm dalla parte superiore del coperchio. Questo creerà un tubo con un’apertura ad un’estremità e un coperchio rimovibile dall’altra. Utilizzare un trapano per praticare un foro di 2,5 cm al centro del coperchio. Un bit di trapano passo è facile da usare ed efficace. Tagliare due fessure verticali di distanza 6 mm, partendo dall’estremità aperta del tubo e estendendosi fino alla parte inferiore del coperchio. Utilizzare un taglio perpendicolare nella parte inferiore del coperchio per collegare le due fessure e rimuovere la striscia di plastica (Figura 5). Questo creerà uno spazio abbastanza grande da inserire i fili della testa del sensore. Tagliare un pezzo circolare di 6 cm di diametro di stoffa in polipropilene. Posizionare la rete tra il coperchio e il tubo e avvitare il coperchio. Inserire nella stesura del sensore di calibrazione la striscia terminale a otto punte della testa del sensore di calibrazione in modo che i fili scivolino lungo lo spazio creato al punto 4.3.3. Nastro le punte più lunghe della striscia terminale a quattro punte sul lato dell’estremità aperta del tubo in modo che le punte superiori siano rivolte lontano dal tubo e possano essere facilmente collegate alla striscia a presa a due punte del cavo di calibrazione (Figura 5). Posizionare il contenitore con la testa del sensore collegato in un forno di essiccazione a 60 gradi centigradi per 48 h per rimuovere l’umidità. Calibrare il sensore e il suolo.Pesare i contenitori di calibrazione vuoti essiccati al forno insieme a una testa del sensore di calibrazione su un equilibrio con una precisione di 0,0001 g. Questa misurazione verrà utilizzata per calcolare il contenuto di acqua gravimetrica (GWC) in una fase successiva. Condurre calibrazioni in un ambiente in grado di mantenere una temperatura costante. Preparare il terreno della biocrosta per la calibrazione. Rimuovere il coperchio del tubo di calibrazione e utilizzare l’estremità filettata come stampo per ritagliare un pezzo di biocrust dello stesso diametro. La biocrust dovrebbe rimanere nel tubo quando tirato su, ma può richiedere qualche assistenza per tenerlo nel tubo. Utilizzando un dito, spingere il campione di biocrosta dall’estremità tagliata del tubo in modo che 3-5 mm della parte superiore della biocrust rimangano nel tubo. Raschiare via qualsiasi terreno in eccesso che viene spinto fuori dall’estremità filettata del tubo in modo che il fondo della biocrust sia a filo con il fondo del tubo. Posizionare la maglia in polipropilene di 6 cm sull’estremità filettata, sotto la biocrust, e avvitare il coperchio stretto. Inumidire il campione di biocrosta e fissare delicatamente la testa del sensore nella parte superiore del substrato in modo che le punte sono completamente sepolte. Potrebbe essere necessario piegare i fili per garantire che la testa del sensore rimanga in posizione e non si muova durante la calibrazione. Preparare il terreno minerale per la calibrazione. Raccogliere i terreni dai 5 mm superiori nell’area in cui saranno posizionati i sensori. Utilizzare un setaccio di 2 mm per rimuovere grandi rocce e materiale organico dal terreno. Assicurarsi che il coperchio sia avvitato a stretto con la maglia in polipropilene di 6 cm di diametro fissata tra il coperchio e il tubo. Collocare il terreno setacciato nel contenitore di calibrazione in modo che copra il fondo del contenitore ad una profondità di 6 mm. Inumidire il campione di terreno e fissare delicatamente la testa del sensore nella parte superiore del substrato in modo che le punte siano completamente sepolte. Potrebbe essere necessario piegare i fili per garantire che la testa del sensore rimanga in posizione e non si muova durante la calibrazione. Saturare il substrato (biocrosta o suolo) con acqua deionizzata fino a quando uno strato d’acqua lucida è visibile in superficie. Lasciare asciugare il substrato saturo durante la notte. Prima di iniziare qualsiasi misurazione, verificare che la testa del sensore sia ancora in posizione e che le punte siano tutte completamente sepolte nel substrato. Saturare il substrato con acqua deionizzata fino a quando uno strato lucido è visibile in superficie. Asciugare il substrato per 15 min. Collegare la striscia a presa a due punte del cavo di umidità del terreno di calibrazione alle due punte interne della striscia terminale a quattro punte. Programmare il data logger per registrare le misurazioni ogni minuto. Attivare il data logger per iniziare a raccogliere misurazioni di resistenza. Posizionare una ventola per soffiare delicatamente l’aria sul contenitore di calibrazione quando i pesi non vengono registrati per promuovere l’essiccazione. Sorrida il substrato con acqua deionizzata fino a quando una neavia è visibile in superficie. Posizionare il contenitore di calibrazione con terreno bagnato su un tovagliolo di carta per assorbire l’acqua gocciolante. Scollegare il filo di umidità del terreno di calibrazione dalla striscia terminale a quattro punte. Toccare leggermente il contenitore per espellere l’acqua gocciolante. Spegnere la ventola prima di posizionare il contenitore di calibrazione sulla bilancia. Posizionare il contenitore sulla bilancia e registrare il peso e il tempo di misurazione. Ricollegare il filo di umidità del suolo alla striscia terminale a quattro punte. Posizionare il contenitore di calibrazione sul tovagliolo di carta. Accendere la ventola per accelerare l’essiccazione. Registrare pesi ogni 15 min fino a quando il substrato non è completamente essiccato all’aria. L’essiccazione completa è indicata da un leggero o nessun cambiamento nel peso del contenitore di calibrazione tra le misurazioni. Posizionare il contenitore di calibrazione, la testa del sensore di calibrazione e il substrato in un forno di essiccazione a 60 gradi centigradi per 48 h. Pesare il substrato essiccato al forno, contenitore e testa del sensore. Analisi dei dati di calibrazione del sensore. Calcolare il peso del substrato secco sottraendo il peso del contenitore di calibrazione a secco determinato al punto 4.4.1 dal peso del contenitore di calibrazione a secco con substrato determinato al punto 4.4.34. Calcolare il peso dell’acqua per ogni timepoint di 15 min o la calibrazione sottraendo il peso del contenitore di calibrazione a secco con il substrato (passaggio 4.4.34) dai pesi registrati ogni 15 min. Calcolare il GWC per ogni timepoint di 15 min dividendo i pesi dell’acqua (passaggio 4.5.2) per il peso del suolo secco (4.5.1). Abbina i tempi di misurazione della resistenza al GWC di ogni timepoint di 15 min determinato al punto 4.5.3. Determinare la curva di calibrazione dall’analisi di regressione con GVC come variabili dipendenti e Siemens come variabili indipendenti (Figura 6). Diversi tipi di curva (lineare, potenza, logaritmico) possono essere più adatti per la calibrazione di diversi substrati.

Representative Results

Valutare il microclima della superficie del suolo è essenziale per comprendere e prevedere i processi biologici, chimici e fisici che si verificano lì. Queste sonde offrono potenti opportunità per monitorare il microclima allo strato superficiale del profilo del suolo e sono quindi preziose per le valutazioni dell’attività biologica che si verificano nei primi pochi millimetri del suolo11,12. Queste sonde sono state sviluppate e perfezionate per valutare i controlli sull’attività biologica della crosta del suolo perché la temperatura e l’umidità nella biocrust possono essere fondamentali per la sua funzione2,8,10,12,15. Tuttavia, mentre queste sonde sono state sviluppate per terreni fotosintetici nelle zone aride, c’è un forte potenziale per implementarle in una vasta gamma di sistemi, nonché per valutare come la temperatura e l’umidità variano lungo i profili di profondità del suolo. Ad esempio, questi sensori sono stati impiegati in un esperimento di riscaldamento della foresta tropicale per accertare come i trattamenti di riscaldamento e le variazioni naturali del clima interagiscono per determinare le covariazioni nei processi del suolo, la temperatura e l’umidità. Tuttavia, ci sono alcune considerazioni chiave prima di implementare i sensori della superficie del suolo. Ad esempio, le curve di calibrazione devono essere sviluppate per convertire le unità di resistenza in metriche più comunemente utilizzate sull’umidità del suolo, come GWC. Il sensore della superficie del suolo misura la resistenza tra i valori di conduttanza del metallo e della conduttura delle uscite (l’inverso della resistenza) nei valori di Siemens (1/Ohm). Pertanto, deve essere eseguita la conversione da Siemens all’umidità del suolo. Una serie di proprietà chimiche e fisiche del substrato del suolo possono influenzare la relazione tra le letture di conduttanza del sensore in Siemens e l’umidità del suolo. È quindi fondamentale condurre calibrazioni specifiche del substrato per convertire le letture della sonda in valori di umidità del suolo. Vengono visualizzati i dati di calibrazione da tre substrati che dimostrano queste differenze. La figura 6 illustra i dati di calibrazione di essiccazione per due campioni, ciascuno dei tre substrati del suolo, ciascuno con la propria sonda. I substrati erano completamente saturi fino a quando una piccola quantità di acqua era visibile in superficie. Le resistenze alle sonde e i pesi del suolo sono stati misurati ogni 15 min fino a quando tutti i campioni non erano asciutti. La massa del suolo è stata successivamente utilizzata per calcolare il GWC. Figura 6 Mostra regressioni di conduttanza e GWC per ogni campione. I substrati utilizzati per queste calibrazioni includono terreni di limo limo limo limo (23% di sabbia, 64% limo e 13% di argilla) raccolti in una stazione sperimentale nella foresta nazionale di El Yunque, Porto Rico; biocroste dominate dal muschio raccolte nei pressi di Castle Valley, Utah; e terreno di sabbia fine (92% sabbia, 3% limo e 5% di argilla) da appezzamenti di riscaldamento sperimentale vicino a Moab, Utah. La necessità di calibrazioni specifiche del sensore del substrato è dimostrata dalla variazione della conduttanza della sonda e dell’umidità del suolo per ogni substrato. Ad esempio, le regressioni per i campioni del suolo del loam di limo (Figura 6a) erano distinte dalle altre due sottostrati del suolo. Pertanto, l’applicazione dell’equazione di regressione del terreno del loam di limo al muschio biocrosta, o viceversa, porterebbe a valori drammaticamente diversi. D’altra parte, la relazione tra GWC e resistenze sonda per il terreno di sabbia fine (Figura 6c) e muscromosso biocrust (Figura 6b) erano simili. Tuttavia, il terreno di sabbia fine non era in grado di contenere tanta acqua quanto il muschio e di conseguenza ha sperimentato l’essiccazione molto più veloce. Poiché vi è variazione all’interno dei substrati, è importante avere una dimensione del campione sufficientemente grande da produrre una curva di calibrazione accurata e creare curve di calibrazione individuali per tutti i siti. In un ambiente sperimentale, questi sensori di superficie del suolo sono stati utilizzati per valutare gli effetti del trattamento di uno studio di manipolazione climatica nei pressi di Moab, Utah, USA. Questo studio ha utilizzato lampade a infrarossi per aumentare la temperatura ambiente dei grafici di 4 gradi centigradi nella stessa posizione e con metodi simili descritti da Wertin et al.17. La figura 7 mostra la temperatura media e il GWC dai grafici riscaldati e di controllo per due eventi di pioggia separati che si sono verificati all’inizio di maggio 2018. Le temperature medie nei grafici riscaldati erano costantemente superiori alle temperature medie dei grafici di controllo (Figura 7a). Nel corso di questi due eventi di pioggia i sensori di resistenza nei appezzamenti riscaldati registravano meno umidità del suolo rispetto ai controlli e i appezzamenti riscaldati si asciugavano più rapidamente (Figura 7b). Va notato che gli aumenti di temperatura possono portare a una maggiore conduttività dei suoli che devono essere contabilizzati per19. La sensibilità dei componenti di temperatura e umidità di questi sensori di superficie del suolo ci ha permesso non solo di osservare le differenze di temperatura del trattamento di riscaldamento, ma anche come ha influenzato la dinamica dell’umidità nelle trame. Le interazioni di temperatura e umidità sono state ulteriormente studiate in uno studio osservazionale utilizzando questi sensori della superficie del suolo per analizzare la tempistica della disponibilità di umidità per le biocros durante le condizioni di congelamento-disgelo sull’altopiano del Colorado, USA. I sensori sono stati collocati nella top 5 mm di biocroste che sono state composte principalmente dal muschio Syntrichia caninervis, e la temperatura superficiale e l’umidità sono state registrate durante i mesi di gennaio e febbraio 2018. Quando le temperature erano al di sotto di 0 gradi centigradi, l’umidità sulla superficie del muschio era congelata e i valori di condursi di uscita del sensore corrispondevano allo 0% GWC (Figura 8). Tuttavia, dato che le temperature hanno superato i 0 gradi centigradi, il gelo si è sciolto sulla superficie del muschio e l’acqua liquida registrata sul sensore di resistenza. In questo caso, le misurazioni simultanee di temperatura e umidità hanno mostrato come le variabili interagivano per influenzare potenzialmente i processi biologici degli organismi esistenti sulla superficie del suolo. Figura 1: Interspazi bioincrostati sull’altopiano del Colorado, USA. In molti ecosistemi desertici gli spazi tra le piante sono spesso coperti da comunità di biocrust composti da licheni, muschi e cianobatteri. Due sensori di temperatura del suolo e umidità sono stati collocati nella superficie della biocrust del muschio. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 2: Ritaglio della striscia terminale a otto punte. La striscia terminale placcata in oro è orientata con le punte curve superiori rivolte di distanza. Le punte sono numerate da 1 a 8, partendo da sinistra e muovendosi a destra. Le punte 2, 4 e 7 sono tagliate a filo con il fondo della plastica nera. Le punte 3, 5 e 6 sono tagliate a 5 mm sotto la plastica nera. La lunghezza 3 stabilizza i fili della termocoppia saldati ad arco, mentre la resistenza viene misurata tra le punte 5 e 6. Questi funzionano come il sensore di umidità del suolo. Le punte 1 e 8 servono come holdfast nel terreno. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 3: testa del sensore finita. La testa del sensore modificato e il cavo termocoppia sono coperti con nastro elettrico liquido. È importante mantenere le punte 5 e 6 (il sensore di umidità) pulite e non rivestite con nastro elettrico liquido per garantire che non vi sia alcuna contaminazione che influenzi le misurazioni della resistenza. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 4: Testa del sensore di calibrazione. La striscia terminale a quattro punte viene saldata ai fili in modo che si affaccia lontano dalla testa del sensore modificato. La riduzione del calore della guarnizione dell’umidità è fissata in posizione vicino alle strisce terminali per evitare il crosstalk tra i fili. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 5: Contenitore di calibrazione e testa del sensore. La striscia terminale a quattro punte viene attaccata al contenitore e orientata in modo che possa essere facilmente collegata a una striscia a presa a due punte. Questo posizionamento consente alla testa del sensore di essere collocata nella vella tagliata e fissata nel substrato di interesse. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 6: calibrazioni dei sensori per tre substrati del suolo. Le percentuali calcolate di contenuto d’acqua gravimetrico (GWC), determinate misurando la massa del suolo durante il substrato a secco, sono state confrontate con i valori di conduttanza del sensore del suolo delle sonde (misurati in Siemens). I dati mostrati sono relativi a due campioni da ciascuno dei tre sustrati distinti del suolo. I substrati del suolo erano (a) un terreno di loam di limo, (b) una biocrust di muschio e (c) un terreno di sabbia fine. (a) Il rapporto tra GWC e valori di conduttanza nei suoli prevalentemente di limo di limo di limo di limo era meglio rappresentato da una regressione di potere. (b) È stata osservata una forte relazione lineare tra GWC e conduttanza sensoriale per le biocros dominate dal muschio Syntrichia caninervis. (c) Una regressione lineare rappresentava meglio la relazione tra il GWC e le misurazioni della conduttanza dei sensori nei suoli di sabbia fine. A valori GWC elevati, i valori di conduttanza divergono dalla curva di calibrazione, indicando una potenziale limitazione dei sensori quando i suoli sono saturi. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 7: Temperatura e contenuto di acqua gravimetrica con trattamenti di riscaldamento degli infrarossi sul campo. Temperatura media oraria della superficie e GWC registrati a intervalli di 10 min in 5 appezzamenti di controllo riscaldati e 5 in 4 giorni. I dati provengono da un esperimento di cambiamento globale in un ecosistema semi-arido della steppa sull’altopiano del Colorado, USA17. I dati mostrano che i sensori della superficie del suolo hanno catturato gli effetti del trattamento. (a) Le temperature medie sulla superficie del suolo erano costantemente più elevate nei terreni riscaldati. (b) Gli effetti del riscaldamento sono stati evidenti anche nei valori GWC, dimostrando che i terreni riscaldati hanno mantenuto tempi di essiccazione più rapidi. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 8: Temperatura della biocrosta del muschio e contenuto di acqua gravimetrica durante gli eventi di gelo. Temperatura superficiale media e GWC di quattro repliche di Biocrusts mosso di Syntrichia caninervis registrate a intervalli di 10 min dalle 9:50 del 24 gennaio 2018 alle 11:20 del 25 gennaio 2018. Le ore notturne sono rappresentate nella zona grigia ombreggiata e nelle ore diurne nelle aree non ombreggiate. Quando l’acqua veniva congelata sotto forma di gelo sulla superficie del muschio, non c’era conduttanza misurata dal sensore. Così, il GWC era 0. Le condizioni di congelamento si sono verificate poco dopo il calar della notte, dato che la temperatura del suolo è scesa al di sotto di 0 gradi centigradi. Lo scongelamento si è verificato poco dopo l’alba, quando le temperature sono salite al di sopra di 0 gradi centigradi, quando il gelo si è sciolto e l’acqua liquida è stata rilevata dai sensori. Questi risultati dimostrano l’efficacia dei sensori nel distinguere l’acqua liquida e il ghiaccio, che possono avere importanti implicazioni per una serie di processi biologici. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussion

Le sonde per la temperatura del suolo e l’umidità possono essere strumenti efficaci per analizzare la temperatura e il contenuto di acqua sulla superficie del suolo. Fatta eccezione per le Biocrust Wetness Probes (BWP) sviluppate da Weber et al.11, i comuni sensori di temperatura del suolo e umidità non misurano esplicitamente queste variabili ambientali ai primi pochi millimetri della superficie del suolo. Al momento dello sviluppo, i BWstimavano solo l’umidità del suolo in superficie e non la temperatura20. Con il design originale BWP utilizzato come guida, le sonde descritte in questo manoscritto sono state sviluppate per misurare simultaneamente la temperatura e l’umidità per valutare come queste variabili ambientali interagiscono tra loro, così come con processi biologici, chimici e fisici sulla superficie del suolo.

Ci sono una serie di considerazioni per garantire il funzionamento ottimale di queste sonde. Durante la costruzione del sensore, è importante fare attenzione a non tagliare le guaine interne ed esporre i fili metallici sottostanti. Questo può portare a variazioni nella conduttanza e crosstalk tra i fili. È inoltre fondamentale testare sia i sensori di termocoppia che di resistenza per ogni sonda nello stesso ambiente, per confermare che sono costruiti correttamente e che le variazioni nelle letture sono dovute a differenze fisiche e chimiche nel substrato del suolo Misurato. Durante il processo di calibrazione, un numero sufficiente di campioni di resistenza e calibrazioni GWC è fondamentale per tenere correttamente conto della variazione nel suolo o nei substrati della biocrosta. Inoltre, è meglio testare la stessa combinazione di sonde e substrati due volte, da bagnato ad asciutto, in quanto è comune per queste sonde “drift” nel tempo a causa di elettrolisi o corrosione. Inoltre, durante la calibrazione è importante utilizzare campioni di substrato poco profondi che sono sufficientemente profondi per ospitare la lunghezza della sonda (cioè tra 6 e 7 mm), in modo che i pesi dell’acqua misurati provengano dall’acqua principalmente nell’area delle misurazioni della conduttanza (tra e intorno alle sonde). Ciò garantisce che i cambiamenti nella massa dell’acqua nei suoli siano direttamente correlati ai cambiamenti nelle misurazioni della resistenza delle sonde. Infine, quando si distribuiscono queste sonde sul campo, è importante fissare correttamente le sonde alla superficie del suolo (ad esempio, con pali da giardino non conduttive), che limiteranno l’interferenza nelle misurazioni della conduttanza, ma possono garantire che i sensori non spostino la posizione e diminuire la qualità delle misurazioni a lungo termine.

È anche importante notare alcune limitazioni di questi sensori. Poiché le sonde di resistenza sono lunghe solo 5 mm, le loro misurazioni possono essere fortemente influenzate da grandi spazi di pori riempiti d’aria nei substrati. Grandi lacune d’aria lungo le sonde riducono la connettività del substrato e generalmente portano a una minore conduttività misurata e quindi a un minore contenuto d’acqua stimato, che potrebbe non riflettere l’effettiva umidità del suolo su scale più grandi. Allo stesso modo, la composizione chimica dei suoli può influenzare le letture di umidità del suolo. Una maggiore salinità aumenterà la conduttività e porterà a valori Siemens più alti21. Entrambi i problemi devono essere risolti con le tarature specifiche del substrato adeguate. Tuttavia, alcuni suoli possono mantenere le differenze chimiche o avere grande architettura dello spazio poro che potrebbe renderli ambienti poveri per questi sensori. La temperatura influisce anche sulla conduttività elettrica dei suoli e quindi deve essere considerata15. In futuro, le calibrazioni di temperatura con questi sensori devono essere condotte per determinare come le temperature modificano la resistenza dei substrati misurati.

Come le Sonde di umidità Biocrust sviluppate da Weber et al.11, queste calibrazioni del sensore mostrano che le misurazioni della resistenza sono affidabili al contenuto medio dell’acqua, ma che sperimentano alcune anomalie a un contenuto di acqua molto alto e basso (Figura 6). Inoltre, durante le tarature a secco, i valori di resistenza occasionalmente leggono zero quando c’era ancora dell’acqua presente nel campione di substrato. Ciò potrebbe essere dovuto alla quantità di substrato nel contenitore di calibrazione leggermente più grande dell’area misurata dal sensore. Se l’acqua fosse presente al di fuori dell’area di resistenza, il sensore leggerebbe zero mentre il substrato aveva ancora umidità presente. È stata prestata attenzione a ridurre le dimensioni del substrato senza compromettere le misurazioni della resistenza. All’aumentare del contenuto d’acqua, i valori di resistenza all’interno del substrato diminuiscono, portando a uscite Siemens più elevate. Tuttavia, al più alto contenuto di acqua, i valori di resistenza aumentano con l’aumentare del contenuto di acqua. Questo porta ad un “gancio” nei dati di calibrazione come si vede in Figura 1C. Questo gancio era presente in ogni substrato utilizzato per le calibrazioni, ma era più prominente nei suoli di sabbia fine (Figura 6). Weber et al.11 suggerisce che una potenziale causa di anormale aumento della resistenza ad alto contenuto di acqua è che l’acqua supplementare diluisce gli ioni in terreni saturi, aumentando così la resistenza.

Questi sensori dipendono attualmente dall’utilizzo di tecnologie multiplexer e data logger esistenti. Il multiplexer permette ai sensori di essere “spenti” e invia solo una corrente ai sensori in un momento programmato. Ciò impedisce ai terminali del sensore di umidità del suolo di corrodersi. Altre società elettroniche forniscono alternative data logger e multiplexer per le sonde, e circuiti stampati programmabili e computer potrebbero anche essere incorporati per un design wireless di sensori di temperatura e umidità del suolo, che potrebbero rappresentare un entusiasmante progresso.

La progettazione e la costruzione di sensori consente al ricercatore di personalizzare le sonde. La lunghezza e la direzione delle punte possono essere manipolate per valutare meglio l’umidità in diversi mezzi o a profondità diverse. Il cablaggio personalizzato può essere ordinato per consentire progetti con più teste di sensore provenienti dallo stesso cavo. Con l’aggiunta di registrazione dei dati poco costosa e opzioni multiplexer, questi sensori forniscono un’opzione economica e accessibile per i ricercatori per misurare la temperatura e l’umidità del suolo sulla superficie del suolo. Ciò include la misurazione di eventi difficili da catturare, come la formazione di gelate e rugiada (Figura 8) e gli effetti di trattamento sperimentale come il riscaldamento (Figura 7). Questo documento fornisce una guida passo-passo per la costruzione di sensori di superficie del suolo che misurano contemporaneamente temperatura e umidità, che possono essere utilizzati e perfezionati da chiunque sia interessato a valutare l’ambiente delle comunità di biocrust e gli strati surfici di molti altri tipi di suolo.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ringraziamo Robin Reibold per la sua attenta saldatura ad arco e Cara Lauria per la sua precisione durante le calibrazioni. Siamo grati al Dr. Steve Fick e tre recensori anonimi per i loro commenti utili su una precedente bozza di questo manoscritto. Questo lavoro è stato sostenuto dal Programma di Scienza del Cambiamento del Suolo del Geological Survey degli Stati Uniti e dal Dipartimento della Scienza dell’Energia degli Stati Uniti, dall’Office of Biological and Environmental Research Terrestrial Ecosystem Sciences Program (premi 89243018SSC000017 e DESC-0008168). Il lavoro di BW è stato sostenuto dalla Fondazione tedesca per la ricerca (Grants WE2393/2-1, 2-2), dalla Max Planck Society e dall’Università di Graz. Qualsiasi uso di marchi, società o nomi di prodotto è solo a scopo descrittivo e non implica l’approvazione da parte del governo degli Stati Uniti.

Materials

Single sensor audio cable alliedelec.com Allied Stock #: 70004848 Cable; 1Pr; 22AWG; 7×30; TC; PP ins; Foil; Black PVC jkt; CMR
Double sensor audio cable alliedelec.com Allied Stock #: 70004635 Cable; 2Pr; 22AWG; 7×30; TC; PP ins; Foil; Black LSZH jkt; CMG-LS
Thermocouple cable Omega.com Part #: TT-E-24-TWSH-SLE-(Desired length) Type E, 24 ga, PFA (teflon coated), twisted shielded, special limits of error
Eight prong terminal strip Samtec.com MTSW-108-21-G-S-1130-RA
Four prong terminal strip Samtec.com MTSW-104-21-G-S-1130-RA
Two prong socket strip Samtec.com SSW-102-03-G-S
0.13" moisture-seal heat shrink tubing McMaster.com Part #: 7861K51
0.25" moisture-seal heat shrink tubing McMaster.com Part #: 7861K53
0.38" moisture-seal heat shrink tubing McMaster.com Part #: 7861K54
0.5" moisture-seal heat shrink tubing McMaster.com Part #: 7861K55
Liquid electrical tape McMaster.com Part #: 76425A23
Metal film resistor Newark.com Part #: RN55C1001BB14
Voltage divider resistor Newark.com Part #: 83F1210
16- or 32-Channel Relay Multiplexer campbellsci.com AM16/32B This relay multiplexer is critical for the sensors to function correctly
CR1000X Measurement and Control Datalogger campbellsci.com CR1000X
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Howell, A., Tucker, C., Grote, E. E., Veste, M., Belnap, J., Kast, G., Weber, B., Reed, S. C. Manufacturing Simple and Inexpensive Soil Surface Temperature and Gravimetric Water Content Sensors. J. Vis. Exp. (154), e60308, doi:10.3791/60308 (2019).
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