Her præsenterer vi en protokol om, hvordan man undgår mikrorevner i trinkerner ved at anvende en trådløs boremaskine med en momentmultiplikator for at minimere problemer ved kernetræer samt dens virkning på forberedelse af lange mikrosektioner. Denne protokol indeholder også en procedure til at skærpe corers i marken.
I dendroøkologisk forskning er præcis datering af hver enkelt vækstring et grundlæggende krav til alle undersøgelser, der kun fokuserer på ringbreddevariationer, kemiske analyser eller isotopanalyser eller træanatomiske undersøgelser. Uafhængigt af prøveudtagningsstrategien for en bestemt undersøgelse (f.eks. klimatologi, geomorfologi) er den måde, hvorpå prøver tages, afgørende for deres vellykkede forberedelse og analyser.
Indtil for nylig var det tilstrækkeligt at bruge en (mere eller mindre) skarp inkrementkorer til at opnå kerneprøver, der kunne slibes til yderligere analyser. Da træanatomiske egenskaber kan anvendes på lange tidsserier, har behovet for at opnå højkvalitets inkrementkerner fået en ny betydning. I det væsentlige skal coreren være skarp (ened), når den bruges. Når man spænder et træ i hånden, er der nogle problemer med håndteringen af coreren, hvilket resulterer i den skjulte forekomst af mikrorevner langs hele kernen: Når man begynder at bore i hånden, presses boret kraftigt mod barken og den yderste ring, indtil tråden er helt kommet ind i stammen. Samtidig bevæges boret op og ned samt sidelæns. Derefter bores coreren helt ind i bagagerummet; Det er dog nødvendigt at stoppe efter hver tur, skifte greb og dreje igen. Alle disse bevægelser, såvel som start/stop-coring, lægger mekanisk belastning på kernen. De resulterende mikrorevner gør det umuligt at skabe kontinuerlige mikrosektioner, da de falder fra hinanden langs alle disse revner.
Vi præsenterer en protokol til at overvinde disse forhindringer ved at anvende en ny teknik ved hjælp af en trådløs boremaskine for at minimere disse problemer, når man kerner et træ, samt dens virkning på forberedelsen af lange mikrosektioner. Denne protokol omfatter forberedelse af lange mikrosektioner samt en procedure til at skærpe corers i marken.
Dendroøkologisk forskning er baseret på forskellige karakteristika ved vækstringe i træer, både årlige og ellers. “Precursory” disciplin dendrokronologi blev etableret ved hjælp af ringbreddevariationer som en parameter for blot at datere ringene og som følge heraf etablere lange kronologier. Derfor bruges mangfoldige andre egenskaber, såsom densitetsvariationer, isotopkoncentrationer eller træanatomiske egenskaber, til at korrelere enkeltringe eller deres struktur og indhold til miljøparametre for bedre at forstå miljøforholdenes indvirkning på trævækst over tid.
Dendroøkologi såvel som dendroklimatologi har fået større betydning inden for miljøforskning, hovedsageligt ved rekonstruktion af tidligere klimaforhold 1,2,3. Til dette skal ringene af utallige træer analyseres detaljeret. Selvom der findes nogle teknikker til bestemmelse af træringes bredde og densitet (f.eks. ved akustisk bølgeteknologi4 eller boremodstand 5,6), er der til dato ingen pålidelig “ikke-destruktiv” metode til at udtrække ringenes egenskaber fra træer. For meget detaljerede analyser af ringkarakteristika i et træ eller for at estimere tilvæksten i basalarealet ville det være bedst at skære skiver fra træerne af interesse7. Dette ville kræve fældning af alle potentielle træer af interesse for specifikke analyser. I betragtning af det enorme antal træer, der analyseres over hele verden hvert år, er denne prøveudtagningsstrategi ikke gennemførlig. Uanset at spilde en utrolig mængde ressourcer, er denne strategi simpelthen for dyr. På grund af dette er brugen af inkrementkorere blevet etableret som en standardprøvetagningsteknik i træringforskning8. Brugen af inkrementkerner muliggør en minimalt invasiv udvinding af trækerner fra stilke, startende fra barken og når (i optimale tilfælde) træets pith9.
Selvom kerne forårsager en skade på stammen – er et hul med en diameter på ~ 1 cm – træer i stand til at lukke dette sår gennem øget trædannelse i nærheden af kernehullet. En ulempe, bortset fra selve hullet, er forekomsten af en “rumopdelingszone”, et område omkring hullet, hvor cellerne fyldes med phenoler for at forhindre potentiel spredning af svampe startende fra hullet10,11. Så vidt vi ved, er der stadig ingen beviser for, at tilvækst i kernedannelse forårsager en signifikant stigning i træernes forfaldsfrekvens, i det mindste i uforstyrrede højtliggende skovbevoksninger for Picea abies12 og flere løvtræsarter i en tempereret skov13.
Selv om denne prøveudtagningsstandard er blevet anvendt i årtier over hele verden, er der stadig nogle problemer. En af disse er det faktum, at kernerne skal tages i hånden uden mekanisk støtte, hvilket tager meget tid og er ret udmattende efter et stykke tid. For at lette prøveudtagningen er flere (mere eller mindre praktiske) strategier blevet testet, såsom brugen af motorsave udstyret med en corer i stedet for kæden14,15,16,17. Brugen af motorsave blev foretrukket frem for bor, fordi sidstnævnte ikke var kraftige nok; Denne idé fangede imidlertid ikke på grund af motorsavens store vægt og det krævede brændstof.
I de senere år har træanatomiske teknikker udviklet sig betydeligt og er blevet integreret i dendroøkologiske undersøgelser18,19. Imidlertid resulterede evnen til at analysere træanatomiske parametre over lange perioder ved at skære mikrosektioner fra inkrementkerner i uventede problemer. Ofte brød mikrosektionerne taget fra kerner i små stykker, hvilket gjorde det umuligt at producere sammenhængende snit (figur 1). Dette problem skyldtes den manuelle teknik til at kerne træer og uskarpe corers. Den mekaniske belastning, der blev udøvet på træet under kernen, resulterede i mikrorevner i kernen. Disse mikrorevner blev aldrig bemærket under makroskopisk undersøgelse af inkrementkernerne og udgjorde derfor aldrig et problem.
Manuel coring udføres ved at placere håndtaget på bagenden af coreren, trykke spidsen med gevindet til stilken og begynde at dreje håndtaget, indtil coreren har gennemboret lidt over halvdelen af stilkens diameter. Mens du gør dette, er spidsen af coreren (naturligvis) fastgjort i stammen, men den bageste ende af coreren, der drejes af håndtaget, bevæger sig altid sidelæns eller op og ned, i det mindste indtil borehovedet er skruet helt ind i bagagerummet, hvilket giver mere vejledning og stabilitet til coreren. Som et resultat af det høje tryk og korerens bevægelse forvrænges tilvækstkernerne ofte i det yderste ~ 5 cm (figur 1). Selvom friktionen under drejning reduceres til et minimum, udøver en anden proces stress på inkrementkernen inde i coreren. Manuel coring tillader ikke en kontinuerlig bevægelse af corerens skærkant inde i stammen. Man kan maksimalt gøre en fuld omdrejning, før man skal stoppe for at ændre grebet, og derefter fortsætte med at bore. Hver gang rotationen genstarter, drejes kernen let, indtil friktionen er overvundet, og boret roterer igen. Disse mekaniske belastninger kan potentielt forårsage mikroskopiske revner i kernernes struktur.
Denne mekaniske belastning øges endda, når corerens skærkant ikke er skarp. Et synligt tegn på en uskarp korer er en ujævn kerneoverflade, der viser masser af revner langs hele dens forlængelse20 (figur 2). Hyppigheden af slibning afhænger af tætheden af de træer, der skal kernes, og de mineraler eller sand, der er til stede i barken af træet, der skal cored. Generelt bør man ikke antage, at nye korere er skarpe. Til dato er slibning af en corer næsten aldrig gjort i marken på grund af vanskeligheden ved det, da dette skal gøres manuelt og kræver meget erfaring11,20.
For at opsummere resulterer manuel kernedannelse og uskarpe skærkanter begge i mikrorevner, der opstår i udtagne kerner. Hidtil er disse problemer ikke blevet analyseret systematisk, og der er heller ikke gjort forsøg på at finde løsninger. Dette papir præsenterer en protokol til at overvinde disse forhindringer ved at sammenligne den manuelle kerneteknik med anvendelsen af en ny teknik. Vi foreslår at bruge en trådløs boremaskine udstyret med en speciel adapter til en inkrementkorer. Vi præsenterer, i hvilket omfang problemer minimeres ved coring af et træ, samt effekten af kontinuerlig, mekanisk coring på forberedelsen af lange mikrosektioner. Denne protokol omfatter forberedelse af lange mikrosektioner ved hjælp af et vandopløseligt bånd som støttehjælp og en procedure til at skærpe corers i marken.
Den betydelige inddragelse af træanatomi i dendroøkologiske undersøgelser 23,24 samt en intensiveret udveksling mellem forskere specialiseret i træringforskning og træanatomister25 har åbnet et bredt felt af nye og dybtgående analyser af tidligere miljøforhold. Disse nye undersøgelser har åbnet nye muligheder og spørgsmål, men har også givet anledning til nye problemer.
Den hurtige udvikling af denne nye æra af “dendroanatomi” kræver et stort antal prøver, hvilket helt sikkert understøttes af brugen af en trådløs boremaskine som forklaret før. Ud over det faktum, at det slet ikke er udmattende at tage kerner med boret, sparer det meget tid. Selvom resultaterne præsenteret i dette papir indebærer prøveudtagningsmuligheder, der er seks gange hurtigere end manuel coring, er det en test for enkeltkerner. Ikke desto mindre lykkedes det os under regelmæssig prøveudtagning (en person, der coring, med en kodning og opbevaring af kernerne) at kerne 24 grantræer (to kerner i fuld længde hver) med stammediametre på ca. 80 cm inden for 1,5 time. Dette er i gennemsnit <2 minutter for en kerne, inklusive opbevaring, pakning og flytning til det næste træ.
Den hurtige håndtering af hele processen understøttes af, at den nydesignede adapter til inkrementkerner kan bruges uden behov for at fastgøre coreren inde i adapteren med en skrue eller tilsvarende lukninger. Som et resultat er det hurtigt og nemt at skifte boret til håndtaget på coreren for at bryde og udtrække kernen. Adapteren er designet, så man endda kan trække coreren ud, mens man borer tilbage, hvis stammen er rådden, eller (som det er almindeligt med nogle inkrementkerner), hvis tråden ikke griber fat, når man vender tilbage, og coreren ikke bevæger sig ud.
Det skal dog bemærkes, at når man fjerner coreren fra stammen, skal man vippe adapteren lidt, så den med succes kan trækkes uden at boret glider af (protokoltrin 2.8). Den stigende efterspørgsel efter træringundersøgelser for at skabe lange kronologier baseret på anatomiske proxyer19,26 har krævet forberedelse af mikrosektioner fra inkrementkerner, skåret i stykker før forberedelse eller skåret som hele mikrosektioner 22. Selvom kvaliteten af op til 40 cm lange mikrosektioner stadig ikke altid kan sammenlignes med korte sektioner (f.eks. hæmmer cellernes variable vinkel i deres lodrette forlængelse ofte cellevægsmålinger), kan de bruges til at identificere og datere specifikke vækstreaktioner som forekomsten af reaktionstræ eller blå ringe27 (figur 6).
Derfor er kvaliteten af prøverne en grundlæggende forudsætning for vellykket forberedelse og yderligere analyser af anatomiske strukturer. Dette krav kræver mere forsigtighed med hensyn til prøveudtagningskampagnens skarphed, når der tages inkrementkerner. Som følge heraf kan forberedelse af mikrosektioner være meget tidskrævende og arbejdskrævende og undertiden endda umulig, hvis prøverne ikke er indlejret på forhånd28.
Slibning af skærkanten af en inkrementkorer i hånden kræver meget øvelse og erfaring for at slibe kanten jævnt rundt i hånden uden støtte. Muligheden for at bruge det nye borebeslag til slibning af inkrementkerner gør det muligt for selv brugere, der ikke har erfaring med slibning, at skærpe skærkanten af deres kerner i marken. Det faktum, at dette nu kan gøres hurtigt, vil øge kvaliteten af de prøver, der tages i fremtiden.
Selvom brugen af det nye udstyr viser klare fordele for efterfølgende behandling af kernerne, kunne den trådløse boremaskine også kombineres med små enheder til slibning, udviklet og præsenteret for næsten 40 år siden20. Maeglin20 præsenterede konstruktionsdetaljer om en modifikation af “Goodchilds borersliber” lavet af træ og metal29. I dag kan denne enhed modelleres og udskrives i en 3D-printer uden problemer30. Man behøver kun at oprette en detaljeret 3D-model af slibemaskinen for at udskrive de enkelte dele og samle den til brug i marken. Mulighederne for forbedring er endnu ikke udtømt, og vi er sikre på, at denne publikation vil inspirere mange kolleger til at videreudvikle de værktøjer, der præsenteres her. En endnu uløst hindring er det faktum, at man skal fjerne boret og tilføje håndtaget på coreren for at udtrække kernen.
Det sidste trin med at skære mikrosektioner af hele inkrementkerner22 er stadig et vanskeligt problem. Påføringen af det vandopløselige bånd, som beskrevet tidligere, understøtter processen ved at stabilisere sektionen, når den skæres og placeres på glasglasset. Ikke desto mindre kræver denne procedure stadig, at brugeren har et højt erfaringsniveau.
The authors have nothing to disclose.
Ingen.
BS 18 LTX-3 BL QI | Metabo | 0 | Cordless drill |
Core-microtome | WSL | 0 | Microtome to cut micro sections from increment cores |
Drill adapter for increment corer | WSL | 0 | Adapter to fix the increment corer on the cordless drill |
Increment corer | Haglöff | 0 | 40cm increment corer |
Power X3 | Metabo | 0 | Torque amplifyer |
Sharpening support board | WSL | 0 | Board to attach the cordless dril to sharpen the cutting edge ofd the corer |
Water-soluble tape 5414, transparent 3/4IN | 3M | 0 | Transparent tape to support cutting long sections |