Her presenterer vi en protokoll om hvordan du unngår mikrosprekker i inkrementkjerner ved å bruke en trådløs drill med en momentmultiplikator for å minimere problemer når du korerer trær, samt dens effekt på å forberede lange mikroseksjoner. Denne protokollen inneholder også en prosedyre for å skjerpe kjerner i feltet.
I dendroøkologisk forskning er presis datering av hver enkelt vekstring et grunnleggende krav for alle studier, med fokus på ringbreddevariasjoner, kjemiske eller isotopanalyser eller treanatomiske studier. Uavhengig av prøvetakingsstrategien for en bestemt studie (f.eks. Klimatologi, geomorfologi), er måten prøvene tas på avgjørende for deres vellykkede forberedelse og analyser.
Inntil nylig var det tilstrekkelig å bruke en (mer eller mindre) skarp inkrementkjerne for å få kjerneprøver som kunne slipes for videre analyser. Siden treanatomiske egenskaper kan brukes på lange tidsserier, har behovet for å oppnå høykvalitets inkrementkjerner fått en ny betydning. I hovedsak må corer være skarp (ened) når den brukes. Når du korerer et tre for hånd, er det noen problemer med å håndtere coreren, noe som resulterer i den skjulte forekomsten av mikrosprekker langs hele kjernen: Når du begynner å bore for hånd, presses borekronen sterkt mot barken og den ytterste ringen til tråden har kommet helt inn i stammen. Samtidig flyttes borekronen opp og ned så vel som sidelengs. Deretter bores coreren helt inn i bagasjerommet; Det er imidlertid nødvendig å stoppe etter hver sving, endre grepet og snu igjen. Alle disse bevegelsene, så vel som start / stopp-coring, setter mekanisk belastning på kjernen. De resulterende mikrosprekkene gjør det umulig å lage kontinuerlige mikroseksjoner, da de faller fra hverandre langs alle disse sprekkene.
Vi presenterer en protokoll for å overvinne disse hindringene ved å bruke en ny teknikk ved hjelp av en trådløs drill for å minimere disse problemene når du korerer et tre, samt dens effekt på utarbeidelsen av lange mikroseksjoner. Denne protokollen inkluderer utarbeidelse av lange mikroseksjoner, samt en prosedyre for å skjerpe kjerner i feltet.
Dendroøkologisk forskning er basert på ulike egenskaper ved årringer i trær, både årlig og ellers. “Precursory” disiplin dendrokronologi ble etablert ved hjelp av ringbreddevariasjoner som en parameter for å bare datere ringene og som et resultat etablere lange kronologier. Derfor brukes mangfoldige andre egenskaper, som tetthetsvariasjoner, isotopkonsentrasjoner eller treanatomiske egenskaper, til å korrelere enkeltringer eller deres struktur og innhold til miljøparametere for bedre å forstå virkningen av miljøforhold på trevekst over tid.
Dendroøkologi, samt dendroklimatologi, har fått betydning i miljøforskning, hovedsakelig i rekonstruksjon av tidligere klimaforhold 1,2,3. For dette må ringene til utallige trær analyseres i detalj. Selv om det finnes noen teknikker for å bestemme treringbredde og tetthet (f.eks. Ved akustisk bølgeteknologi4 eller boremotstand 5,6), er det til dags dato ingen pålitelig “ikke-destruktiv” metode for å trekke ut egenskapene til ringer fra trær. For svært detaljerte analyser av ringegenskaper i et tre, eller for å estimere basalarealsøkning, ville det være best å kutte disker fra trærne av interesse7. Dette vil kreve å kutte ned alle potensielle trær av interesse for spesifikke analyser. Med tanke på det enorme antallet trær som analyseres over hele verden hvert år, er denne prøvetakingsstrategien ikke praktisk mulig. Uansett å kaste bort utrolig mye ressurser, er denne strategien rett og slett for dyr. På grunn av dette har bruk av inkrementkjerner blitt etablert som en standard prøvetakingsteknikk i treringsforskning8. Bruken av inkrementelle corers tillater en minimal invasiv utvinning av trekjerner fra stengler, som starter fra barken og når (i optimale tilfeller) pith av treet9.
Selv om coring forårsaker en skade på stammen- et hull med en diameter på ~ 1 cm-trær er i stand til å lukke dette såret gjennom økt tredannelse i nærheten av kjernehullet. En ulempe, bortsett fra selve hullet, er forekomsten av en “compartmentalization zone”, et område rundt hullet der cellene fylles av fenoler for å forhindre potensiell spredning av sopp fra hullet10,11. Så vidt vi vet, er det fortsatt ingen bevis for at inkrementell coring forårsaker en betydelig økning av treforfallsfrekvensen, i hvert fall i uforstyrret høytliggende skog står for Picea abies12 og flere hardvedarter i en temperert skog13.
Selv om denne prøvetakingsstandarden har blitt brukt i flere tiår over hele verden, gjenstår det fortsatt noen problemer. En av disse er det faktum at kjernene må tas for hånd uten mekanisk støtte, noe som tar mye tid og er ganske utmattende etter en stund. For å lette prøvetakingen har flere (mer eller mindre praktiske) strategier blitt testet, for eksempel bruk av motorsager utstyrt med en corer i stedet for kjeden14,15,16,17. Bruk av motorsag ble foretrukket fremfor boring fordi sistnevnte ikke var kraftig nok; Denne ideen fanget imidlertid ikke på grunn av den store vekten av motorsagen og drivstoffet som kreves.
I de senere år har tre anatomiske teknikker utviklet seg betydelig og blitt integrert i dendroøkologiske studier18,19. Imidlertid resulterte evnen til å analysere tre anatomiske parametere over lange perioder ved å kutte mikroseksjoner fra inkrementkjerner i uventede problemer. Ofte brøt mikroseksjonene tatt fra kjerner i små biter, noe som gjorde det umulig å produsere sammenhengende kutt (figur 1). Dette problemet ble forårsaket av den manuelle teknikken for coring trær og uskarpe corers. Den mekaniske belastningen som ble utøvd på treet under koring resulterte i mikrosprekker i kjernen. Disse mikrosprekkene ble aldri lagt merke til under makroskopisk undersøkelse av inkrementkjernene, og presenterte derfor aldri noe problem.
Manuell coring gjøres ved å plassere håndtaket på bakenden av coreren, trykke spissen med tråden til stammen, og begynne å vri håndtaket til corer har gjennomboret litt over halvparten av diameteren på stammen. Mens du gjør dette, er spissen av coreren (åpenbart) festet i stammen, men bakenden av coreren dreid av håndtaket beveger seg alltid sidelengs eller opp og ned, i hvert fall til borehodet er helt skrudd inn i bagasjerommet, noe som gir mer veiledning og stabilitet til corer. Som et resultat av høyt trykk og bevegelse av coreren, blir inkrementkjernene forvrengt ofte i den ytterste ~ 5 cm (figur 1). Selv om friksjonen under sving reduseres til et minimum, er en annen prosess å utøve stress på trinnkjernen inne i kjernen. Manuell coring tillater ikke en kontinuerlig bevegelse av kanten av corer inne i stammen. Man kan gjøre maksimalt en full sving, før man må stoppe for å bytte grep, og deretter fortsette å bore. Hver gang rotasjonen starter på nytt, vris kjernen litt til friksjonen er overvunnet og boret roterer igjen. Disse mekaniske spenningene forårsaker potensielt mikroskopiske sprekker i kjernenes struktur.
Denne mekaniske belastningen økes til og med når kanten av coreren ikke er skarp. Et synlig tegn for en uskarp kjerneoverflate er en ujevn kjerneoverflate som viser mange sprekker langs hele forlengelsen20 (figur 2). Hyppigheten av skarphet avhenger av tettheten av trærne som skal kjernes og mineralene eller sanden som er tilstede i barken på treet som skal kjernes. På generelt grunnlag bør man ikke anta at nye kjerner er skarpe. Til dags dato er sliping av en corer nesten aldri gjort i feltet på grunn av vanskeligheten med det, siden dette må gjøres for hånd og trenger mye erfaring11,20.
For å oppsummere, manuell coring og uskarpe skjærekanter resulterer begge i mikrosprekker som oppstår i kjerner tatt. Hittil har disse problemene ikke blitt analysert systematisk, og det har heller ikke blitt gjort forsøk på å finne løsninger. Dette papiret presenterer en protokoll for å overvinne disse hindringene ved å sammenligne den manuelle coring-teknikken med anvendelsen av en ny teknikk. Vi foreslår at du bruker en trådløs drill utstyrt med en spesiell adapter for en trinnvis corer. Vi presenterer i hvilken grad problemer minimeres når man korerer et tre, samt effekten av kontinuerlig, mekanisk koring på utarbeidelsen av lange mikroseksjoner. Denne protokollen inkluderer fremstilling av lange mikroseksjoner ved hjelp av et vannløselig tape som støttemiddel og en prosedyre for å skjerpe kjerner i feltet.
Den betydelige inkluderingen av treanatomi i dendroøkologiske studier23,24, samt en intensivert utveksling blant forskere spesialisert på treringforskning og treanatomister 25, har åpnet et bredt felt av nye og grundige analyser av tidligere miljøforhold. Disse nye studiene har åpnet for nye muligheter og spørsmål, men har også gitt opphav til nye problemer.
Den raske utviklingen av denne nye epoken med “dendroanatomi” krever et høyt antall prøver, noe som definitivt støttes av bruken av en trådløs drill som forklart tidligere. I tillegg til at det ikke er utmattende å ta kjerner med boret, sparer det mye tid. Selv om resultatene som presenteres i denne artikkelen innebærer prøvetakingsmuligheter som er seks ganger raskere enn manuell koring, er det en test for enkeltkjerner. Likevel, under regelmessig prøvetaking (en person coring, med en koding og lagring av kjernene), klarte vi å kjerne 24 grantrær (to kjerner av full lengde hver), med stamme diametre på ca 80 cm, innen 1,5 h. Dette er i gjennomsnitt <2 minutter for en kjerne, inkludert lagring, pakking og flytting til neste tre.
Den raske håndteringen av hele prosessen støttes av det faktum at den nyutviklede adapteren for inkrementkjerner kan brukes uten å måtte feste koreren inne i adapteren med en skrue eller sammenlignbare lukkinger. Som et resultat er det raskt og enkelt å bytte boret til håndtaket på coreren for å bryte og trekke ut kjernen. Adapteren er utformet slik at man til og med kan trekke koreren ut mens man borer tilbake i tilfelle stammen er råtten, eller (som det er vanlig med noen trinnvise kjerner) hvis tråden ikke griper når man snur tilbake og coreren ikke beveger seg ut.
Det skal imidlertid bemerkes at når man fjerner coreren fra stammen, må man vippe adapteren litt slik at den kan trekkes uten at boret glir av (protokoll trinn 2.8). Den økende etterspørselen etter treringsstudier for å lage lange kronologier basert på anatomiske proxyer19,26 har krevd utarbeidelse av mikroseksjoner fra trinnvise kjerner, kuttet i stykker før forberedelse eller kuttet som hele mikroseksjoner 22. Selv om kvaliteten på opptil 40 cm lange mikroseksjoner fortsatt ikke alltid kan sammenlignes med korte seksjoner (f.eks. Den variable vinkelen til cellene i deres vertikale forlengelse hemmer ofte celleveggmålinger), kan de brukes til å identifisere og datere spesifikke vekstreaksjoner som forekomst av reaksjonstrevirke eller blå ringer27 (figur 6).
Kvaliteten på prøvene er derfor en grunnleggende forutsetning for vellykket preparering og videre analyser av anatomiske strukturer. Dette kravet krever mer forsiktighet med hensyn til skarpheten til prøvetakingskampanjen når du tar økningskjerner. Som en konsekvens kan utarbeidelse av mikroseksjoner være svært tidkrevende og arbeidskrevende, og noen ganger til og med umulig, hvis prøvene ikke er innebygd på forhånd28.
Å skjerpe kanten av en trinnvis corer for hånd krever mye øvelse og erfaring, for å slipe kanten jevnt rundt for hånd uten støtte. Muligheten til å bruke det nye borfestet for å slipe trinnskjerpende kjerner gjør det mulig for selv brukere som ikke har erfaring med sliping, å skjerpe kanten av kjernene i felten. At dette nå kan gjøres raskt, vil øke kvaliteten på prøvene som tas i fremtiden.
Selv om bruken av det nye utstyret viser klare fordeler for etterfølgende prosessering av kjernene, kan den trådløse bormaskinen også kombineres med små enheter for sliping, utviklet og presentert for nesten 40 år siden20. Maeglin20 presenterte konstruksjonsdetaljer for en modifikasjon av “Goodchilds boresliper” laget av tre og metall29. I dag kan denne enheten modelleres og skrives ut i en 3D-skriver uten problemer30. Man trenger bare å lage en detaljert 3D-modell av slipemaskinen for å skrive ut enkeltdelene og montere den til bruk i feltet. Forbedringsmulighetene er ennå ikke uttømt, og vi er sikre på at denne publikasjonen vil inspirere mange kolleger til å videreutvikle verktøyene som presenteres her. Et ennå uløst hinder er det faktum at man må fjerne boret og legge til håndtaket på coreren for å trekke ut kjernen.
Det siste trinnet med å kutte mikroseksjoner av hele inkrementkjerner22 er fortsatt et vanskelig problem. Påføringen av det vannløselige båndet, som beskrevet tidligere, støtter prosessen ved å stabilisere delen ved kutting og plassere den på glassglasset. Likevel krever denne prosedyren fortsatt at brukeren har et høyt erfaringsnivå.
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 |