مقالة منهجية

سير عمل متقدم لأخذ نوى زيادة عالية الجودة - تقنيات وأجهزة جديدة

DOI:

10.3791/64747

⸱

مارس 10, 2023

 ,  ,  , 
1Forest Dynamics/Dendrosciences, Swiss Federal Research Institute WSL, 2Mechanische Werkstatt, Schenkung Dapples

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نقدم هنا بروتوكولا حول كيفية تجنب التشققات الدقيقة في النوى المتزايدة من خلال تطبيق مثقاب لاسلكي بمضاعف عزم الدوران لتقليل المشاكل عند حفر الأشجار ، وكذلك تأثيره على إعداد المقاطع الدقيقة الطويلة. يتضمن هذا البروتوكول أيضا إجراء لشحذ الكورات في الحقل.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في البحوث البيئية الشجرية ، يعد التأريخ الدقيق لكل حلقة نمو واحدة مطلبا أساسيا لجميع الدراسات ، مع التركيز على الاختلافات في عرض الحلقة فقط ، أو التحليلات الكيميائية أو النظائرية ، أو الدراسات التشريحية للأخشاب. بغض النظر عن استراتيجية أخذ العينات لدراسة معينة (على سبيل المثال ، علم المناخ ، الجيومورفولوجيا) ، فإن الطريقة التي يتم بها أخذ العينات أمر بالغ الأهمية لإعدادها وتحليلها بنجاح.

حتى وقت قريب ، كان يكفي استخدام أداة زيادة حادة (أكثر أو أقل) للحصول على عينات أساسية يمكن صنفرتها لمزيد من التحليلات. نظرا لأنه يمكن تطبيق الخصائص التشريحية للخشب على سلاسل زمنية طويلة ، فقد اكتسبت الحاجة إلى الحصول على نوى زيادة عالية الجودة معنى جديدا. بشكل أساسي ، يجب أن يكون الكور حادا (داخليا) عند استخدامه. عند حفر شجرة يدويا ، هناك بعض المشاكل في التعامل مع الحفرة ، مما يؤدي إلى حدوث تشققات دقيقة خفية على طول القلب بأكمله: عند البدء في الحفر يدويا ، يتم ضغط مثقاب الحفر بقوة على اللحاء والحلقة الخارجية حتى يدخل الخيط الجذع بالكامل. في الوقت نفسه ، يتم تحريك مثقاب الحفر لأعلى ولأسفل وكذلك جانبيا. بعد ذلك ، يتم حفر الحفرة على طول الطريق إلى الجذع ؛ ومع ذلك ، من الضروري التوقف بعد كل منعطف ، وتغيير القبضة ، والعودة مرة أخرى. كل هذه الحركات ، بالإضافة إلى بدء / إيقاف الحفر ، تضع ضغطا ميكانيكيا على القلب. تجعل الشقوق الدقيقة الناتجة من المستحيل إنشاء أقسام دقيقة مستمرة ، لأنها تنهار على طول كل هذه الشقوق.

نقدم بروتوكولا للتغلب على هذه العقبات من خلال تطبيق تقنية جديدة باستخدام مثقاب لاسلكي لتقليل هذه المشاكل عند حفر شجرة ، وكذلك تأثيرها على إعداد المقاطع الدقيقة الطويلة. يتضمن هذا البروتوكول إعداد أقسام صغيرة طويلة ، بالإضافة إلى إجراء لشحذ الكورات في هذا المجال.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تعتمد الأبحاث البيئية الشجرية على خصائص مختلفة لحلقات النمو في الأشجار ، سواء السنوية أو غير ذلك. تم إنشاء علم التسلسل الزمني للانضباط "السلائف" باستخدام اختلافات عرض الحلقة كمعلمة لتأريخ الحلقات ببساطة ، ونتيجة لذلك ، إنشاء تسلسل زمني طويل. لذلك ، يتم استخدام الخصائص الأخرى المتعددة ، مثل اختلافات الكثافة ، أو التركيزات النظيرية ، أو الخصائص التشريحية للخشب ، لربط الحلقات المفردة أو هيكلها ومحتواها بالمعلمات البيئية لفهم تأثير الظروف البيئية على نمو الأشجار بمرور الوقت بشكل أفضل.

اكتسبت Dendroecology ، وكذلك علم المناخ الشجري ، أهمية في البحوث البيئية ، وخاصة في إعادة بناء الظروف المناخية السابقة1،2،3. لهذا ، يجب تحليل حلقات الأشجار التي لا تعد ولا تحصى بالتفصيل. على الرغم من وجود بعض التقنيات لتحديد عرض حلقة الشجرة وكثافتها (على سبيل المثال ، بواسطة تقنية الموجات الصوتية4 أو مقاومة الحفر 5,6) ، حتى الآن ، لا توجد طريقة موثوقة "غير مدمرة" لاستخراج خصائص الحلقات من الأشجار. للحصول على تحليلات مفصلة للغاية لخصائص الحلقة داخل الشجرة ، أو لتقدير زيادة المساحة القاعدية ، سيكون من الأفضل قطع الأقراص من الأشجار ذات الأهمية7. سيتطلب ذلك قطع جميع الأشجار المحتملة ذات الأهمية لإجراء تحليلات محددة. مع الأخذ في الاعتبار العدد الهائل من الأشجار التي يتم تحليلها في جميع أنحاء العالم كل عام ، فإن استراتيجية أخذ العينات هذه غير عملية. بغض النظر عن إهدار كمية لا تصدق من الموارد ، فإن هذه الاستراتيجية ببساطة مكلفة للغاية. ونتيجة لذلك ، تم إنشاء استخدام أدوات الزخرفة المتزايدة كتقنية قياسية لأخذ العينات في أبحاث حلقات الأشجار8. يسمح استخدام أدوات الإزالة المتزايدة باستخراج نوى الخشب من السيقان بأقل تدخل جراحي ، بدءا من اللحاء والوصول (في الحالات المثلى) إلى لب الشجرة9.

على الرغم من أن الحفر يسبب إصابة في الساق - ثقب يبلغ قطره ~ 1 سم - إلا أن الأشجار قادرة على إغلاق هذا الجرح من خلال زيادة تكوين الخشب بالقرب من الثقب الأساسي. العيب ، بصرف النظر عن الثقب نفسه ، هو حدوث "منطقة تقسيم" ، وهي منطقة حول الحفرة حيث تمتلئ الخلايا بالفينولات لمنع الانتشار المحتمل للفطريات بدءا من الحفرة10,11. على حد علمنا ، لا يوجد حتى الآن دليل على أن زيادة الحفر تسبب زيادة كبيرة في تكرار تسوس الأشجار ، على الأقل في الغابات عالية الارتفاع غير المضطربة تقف على Picea abies12 والعديد من أنواع الأخشاب الصلبة في غابة معتدلة13.

على الرغم من تطبيق معيار أخذ العينات هذا منذ عقود في جميع أنحاء العالم ، إلا أن بعض المشاكل لا تزال قائمة. واحدة من هذه هي حقيقة أن النوى يجب أن تؤخذ باليد دون أي دعم ميكانيكي ، الأمر الذي يستغرق الكثير من الوقت ومرهق للغاية بعد فترة. لتسهيل أخذ العينات ، تم اختبار العديد من الاستراتيجيات (العملية إلى حد ما) ، مثل استخدام المناشير المزودة بآلة حفر بدلا من السلسلة14،15،16،17. تم تفضيل استخدام المناشير على التدريبات لأن الأخيرة لم تكن قوية بما فيه الكفاية. ومع ذلك ، لم تنتشر هذه الفكرة بسبب الوزن الكبير للمنشار والوقود المطلوب.

في السنوات الأخيرة ، تطورت تقنيات تشريحية الخشب بشكل كبير وتم دمجها في الدراسات البيئية الشجرية18،19. ومع ذلك ، فإن القدرة على تحليل المعلمات التشريحية للخشب على مدى فترات طويلة عن طريق قطع المقاطع الدقيقة من نوى الزيادة أدت إلى مشاكل غير متوقعة. في كثير من الأحيان ، تنقسم المقاطع الدقيقة المأخوذة من النوى إلى قطع صغيرة ، مما جعل من المستحيل إنتاج قطع متماسكة (الشكل 1). كان سبب هذه المشكلة هو التقنية اليدوية لحفر الأشجار و unsharpers. أدى الضغط الميكانيكي الذي يمارس على الخشب أثناء الحفر إلى حدوث تشققات صغيرة داخل القلب. لم تلاحظ هذه الشقوق الدقيقة أبدا أثناء الفحص العياني لنوى الزيادة ، وبالتالي لم تمثل مشكلة أبدا.

يتم الحفر اليدوي عن طريق وضع المقبض على الطرف الخلفي للكور ، والضغط على الطرف مع الخيط إلى الجذع ، والبدء في تدوير المقبض حتى يخترق الحفرة ما يزيد قليلا عن نصف قطر الساق. أثناء القيام بذلك ، يتم تثبيت طرف الحفرة (من الواضح) في الجذع ، لكن الطرف الخلفي من اللب الذي يديره المقبض يتحرك دائما جانبيا أو لأعلى ولأسفل ، على الأقل حتى يتم تثبيت رأس الحفر بالكامل في الجذع ، مما يعطي المزيد من التوجيه والاستقرار للحفر. نتيجة للضغط العالي وحركة اللب ، يتم تشويه نوى الزيادة بشكل متكرر في الخارج ~ 5 سم (الشكل 1). حتى إذا تم تقليل الاحتكاك أثناء الدوران إلى الحد الأدنى ، فإن هناك عملية أخرى تمارس ضغطا على قلب الزيادة داخل القلب. لا يسمح الحفر اليدوي بحركة مستمرة لحافة القطع داخل الساق. يمكن للمرء أن يفعل دورة كاملة واحدة كحد أقصى ، قبل الاضطرار إلى التوقف لتغيير القبضة ، ثم مواصلة الحفر. في كل مرة يتم فيها إعادة تشغيل الدوران ، يكون القلب ملتويا قليلا حتى يتم التغلب على الاحتكاك ويدور المثقاب مرة أخرى. من المحتمل أن تسبب هذه الضغوط الميكانيكية تشققات مجهرية في بنية النوى.

يزداد هذا الضغط الميكانيكي عندما لا تكون حافة القطع في الحفرة حادة. العلامة المرئية ل unsharp corer هي سطح قلب غير مستو ، يظهر الكثير من الشقوق على طول امتدادهبالكامل 20 (الشكل 2). يعتمد تواتر الشحذ على كثافة الأشجار المراد حفرها والمعادن أو الرمل الموجود في لحاء الشجرة المراد حفرها. بشكل عام ، لا ينبغي للمرء أن يفترض أن الكورات الجديدة حادة. حتى الآن ، لا يتم شحذ الكور تقريبا في هذا المجال بسبب صعوبة ذلك ، حيث يجب القيام بذلك يدويا ويحتاج إلى الكثير من الخبرة11,20.

للتلخيص ، يؤدي كل من الحفر اليدوي وحواف القطع غير الحادة إلى حدوث تشققات صغيرة في النوى المأخوذة. حتى الآن ، لم يتم تحليل هذه المشاكل بشكل منهجي ، ولم تبذل محاولات لإيجاد حلول. يقدم هذا البحث بروتوكولا للتغلب على هذه العقبات من خلال مقارنة تقنية الحفر اليدوي بتطبيق تقنية جديدة. نقترح استخدام مثقاب لاسلكي مزود بمحول خاص لرافعة زيادة. نقدم إلى أي مدى يتم تقليل المشاكل عند حفر شجرة ، وكذلك تأثير الحفر الميكانيكي المستمر على إعداد المقاطع الدقيقة الطويلة. يتضمن هذا البروتوكول إعداد أقسام دقيقة طويلة باستخدام شريط قابل للذوبان في الماء كمساعد داعم وإجراء لشحذ الكورات في الحقل.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. الحفر اليدوي

  1. قم بتجميع أداة الحفر المتزايدة وحدد موضع الحفر على جذع الشجرة اعتمادا على سؤال البحث (على سبيل المثال ، لإعادة البناء الجيومورفي ، بالتوازي مع اتجاه الإجهاد الميكانيكي ؛ لتحديد العمر ، منخفض قدر الإمكان).
    ملاحظة: خذ دائما نواتين من كل ساق ، ويفضل أن يكون ذلك في الاتجاه المعاكس.
  2. بعد تحديد موضع الحفر ، ضع الحفرة بزاوية قائمة بالنسبة لاتجاه نمو الساق.
  3. ضع دافعا في الطرف الخلفي من الحفرة لتثبيته أثناء الحفر.
  4. حقق وضعا ثابتا واتكئ على الدافع للضغط على حافة القطع.
  5. أدر مقبض الحفرة بكلتا يديه حتى يتم تحويل الجزء الملولب من المثقاب بالكامل إلى الجذع.
  6. حرر الضغط وأزل الدافع.
  7. ابدأ في تدوير مقبض اللب بكلتا يديه حتى يصل اللب أو يحفر من خلاله. تحقق من ذلك عن طريق إمساك المستخرج (الذي له نفس طول الكور) على المقبض بجانب الساق.
  8. خذ المستخرج مع الجانب المفتوح في الأعلى وأدخله بالكامل في القلب. أدر الكور للخلف (دورة واحدة كاملة) لكسر القلب من الساق. اسحب المستخرج من الكور.
  9. قم بإزالة النواة من المستخرج وتخزينها في قش ورقي.
  10. قم بإزالة الكور من الجذع وتخزينه في المقبض.

2. الحفر باستخدام مثقاب لاسلكي

  1. خذ المثقاب اللاسلكي المجهز بمعزز عزم الدوران وأضف المحول الخاص لآلة الحفر الإضافية التي تم تطويرها في WSL.
  2. ضع أداة الحفر المتزايدة في المحول الموجود على معزز عزم الدوران وحدد موضع الحفر على جذع الشجرة اعتمادا على مهمة البحث (انظر الخطوة 1.1).
  3. بعد تحديد موضع الحفر ، ضع الحفرة بزاوية قائمة بالنسبة لاتجاه نمو الساق.
  4. حقق وضعا ثابتا ، وأمسك المثقاب اللاسلكي بإحكام ، واضغط على حافة القطع.
  5. ابدأ المثقاب اللاسلكي ، مع الدوران ببطء حتى يتم حفر الجزء الملولب من المثقاب بالكامل في الجذع ، ثم قم بزيادة السرعة حتى يصل المثقاب إلى اللب أو يحفر من خلاله.
    ملاحظة: يمكن التحقق من العمق كما هو موضح في الخطوة 1.7.
  6. قم بإزالة المثقاب اللاسلكي من المثقاب ، وضع المقبض عليه ، واستخدم النازع لإزالة القلب كما هو موضح في الخطوة 1.8.
  7. قم بتخزين قلب الزيادة في قش ورقي.
  8. قم بإزالة المقبض ، ضع المثقاب اللاسلكي على المثقاب وإزالة الحفرة من الساق.

3. شحذ حافة القطع من زيادة الكورات

  1. استخدام دعم شحذ WSL
    1. خذ الحامل المصمم حديثا وضعه على الأرض.
    2. ضع المثقاب اللاسلكي ، بما في ذلك قلب الزيادة ، عند نقاط الدعم المحددة وأغلق كتيفة التثبيت لإصلاح المثقاب اللاسلكي.
    3. ابدأ المثقاب اللاسلكي عن طريق تثبيت كتلة Teflon على زر البدء واتركها تعمل. خذ حجر الطحن المخروطي وطحن الجزء الداخلي من حافة القطع به.
      ملاحظة: تعتمد زاوية التلامس على الجزء الداخلي من حافة القطع. يجب أن يكون لحجر الطحن اتصال كامل بالجدار الجانبي الداخلي ، ويصل من حافة القطع حتى الاتساع الداخلي للحفر.
    4. خذ حجر الطحن المستطيل وقم بطحن الجزء الخارجي من حافة القطع لإزالة الأزيز.
      ملاحظة: يعد ذلك ضروريا لإزالة النتوءات المشكلة مسبقا على الحافة عن طريق طحنها من الداخل وشحذ الحافة أخيرا.
    5. قم بإزالة كتلة Teflon من زر بدء التشغيل لإيقاف المثقاب ، وافتح كتيفة التثبيت لتحرير المثقاب اللاسلكي ، وأخرج الجهاز من الحامل.
  2. التحقق من حدة حافة القطع
    1. قم بإزالة آلة الحفر المتزايدة من محول المثقاب اللاسلكي.
    2. ضع ورقة على اللوح الخشبي لدعم الشحذ.
    3. ضع حافة القطع الخاصة بالحفر على الورق أثناء إمساك الحفرة عموديا.
    4. اقلب الكور أثناء إمساكه عموديا دون الضغط على الكور - فقط يجب أن يضغط وزن الكور على الورق.
    5. ارفع الحفرة وتحقق مما إذا كانت قطعة مستديرة من الورق قد بقيت داخل حافة القطع في الحفرة. إذا كان الأمر كذلك ، فإن الكور حاد. إذا لم يكن كذلك ، كرر إجراء الشحذ (الخطوة 3.1). كرر الإجراء بأكمله (الخطوتان 3.1 و 3.2) إذا لم يكن الجزء الخارجي من النواة سلسا.

5. قطع المقاطع الدقيقة من نوى الزيادة الكاملة باستخدام شريط قابل للذوبان في الماء

  1. ضع شريحة زجاجية طويلة بجوار الميكروتوم وأضف بعض الماء في منتصف الشريحة بطولها بالكامل.
  2. ضع اللب في حامل العينة للميكروتوم الأساسي.
    ملاحظة: لقص القسم كمقطع عرضي حقيقي ، تأكد من أن اتجاه الألياف مستقيم.
  3. ارفع حامل العينة حتى يلامس القلب حافة الشفرة تقريبا. اسحب الشفرة فوق القلب لقطع الجزء العلوي.
  4. ضع السكين في بداية القلب مرة أخرى ، وارفع العينة حوالي 10 ميكرومتر ، وكرر إجراء القطع حتى يتم الحصول على سطح مستوي بعرض 2 مم على الأقل.
  5. أضف محلول نشا الذرة على السطح المقطوع باستخدام فرشاة21.
  6. استخدم قطعة قماش لإزالة المحلول الفائض من أعلى القلب.
  7. قطع شريط من الشريط القابل للذوبان في الماء بنفس طول القلب ؛ ضع جانبا واحدا من الشريط في بداية القلب ، مع تداخل يبلغ حوالي 1 سم ، مع بداية النواة التي تواجه شفرة الميكروتوم.
  8. قم بتوصيل الشريط بسطح القلب عن طريق ضرب الشريط على السطح باستخدام إصبع.
  9. ارفع العينة في الميكروتوم بمقدار 15-20 ميكرومتر ، وارفع القطعة المتداخلة من الشريط قليلا ، وضع شفرة الميكروتوم على حافة القلب.
  10. قص القسم أثناء الضغط على نهاية الشريط.
  11. خذ الشريط مع القسم الرفيع العالق عليه وضعه مع القطع متجها لأسفل على خط الماء للشريحة الزجاجية المعدة في الخطوة 5.1.
  12. بعد حوالي 10 ثوان ، ابدأ في إزالة الشريط باستخدام ملاقط ، عن طريق تثبيت الشريط على جانب واحد ورفعه لأعلى ، مع الحرص على بقاء القسم على الشريحة الزجاجية.
  13. لإنتاج شريحة دائمة لهذا القسم ، اتبع الإجراءات القياسية22.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

عند مقارنة إجراء الحفر اليدوي باستخدام المثقاب اللاسلكي ، فإن مزايا هذا الأخير واضحة. قارنا أشجار التنوب (Picea abies (L.) H. Karst.) بقطر ساق على ارتفاع الثدي 60-80 سم. استخدمنا نواة 5 مم ، بطول 40 سم ، لجميع النوى المأخوذة ، وحفرنا الطول الكامل للكور في الساق. عند أخذ النوى يدويا ، استغرق الإجراء الكامل لأخذ النواة وإزالة النوى من الشجرة مرة أخرى في المتوسط ~ 6 دقائق. عند تكرار ذلك باستخدام المثقاب اللاسلكي المجهز بمعزز عزم الدوران ، استغرق الإجراء بأكمله في المتوسط 1 دقيقة فقط. بالإضافة إلى حقيقة أن الحفر باستخدام المثقاب اللاسلكي ليس مرهقا على الإطلاق ، لم يتم تشويه أي من النوى ، بسبب الضغط الذي يمارس على حافة القطع خلال المرحلة الأولى من الحفر حتى يصبح الخيط داخل الجذع تماما. بمجرد أن يكون الخيط داخل الجذع ، يتم تثبيت الحفرة إلى حد ما ، ويتم تقليل الحركات المحتملة لأعلى ولأسفل (الشكل 3).

بمجرد أن لم يعد القلب الأول سلسا من الخارج ولكنه أظهر خدوشا وتشققات ، كما في الشكل 2 ، كان شحذ حافة القطع مطلوبا. لأنه يمكن إصلاح المثقاب اللاسلكي ، حيث يتم استخدامه للحفر (أي بما في ذلك المحول وآلة الحفر المتزايدة ؛ الشكل 4) ، إجراء الشحذ سريع جدا أيضا. مع القليل من الممارسة ، لا يستغرق الشحذ أكثر من 5 دقائق. بمجرد أن يلتصق الورق المقطوع داخل اللب ، يمكن الاستمرار في أخذ العينات. النوى الناتجة ناعمة دون أي خدوش أو تشققات. النوى المأخوذة بمساعدة المثقاب اللاسلكي لديها احتمال أقل لإظهار الشقوق الدقيقة ؛ هذا شرط مسبق لقطع المقاطع الدقيقة من نوى الزيادة بأكملها. جعل تطبيق الشريط القابل للذوبان في الماء (الشكل 5) التعامل مع الأقسام الطويلة والهشة أسهل ، لأن الشريط يحمي القسم الرفيع من التمزق أثناء إزالته من الشفرة ووضعه على الشريحة الزجاجية. يوفر هذا الإجراء الوقت في المختبر ويحسن جودة الأقسام الدقيقة ، لأن غراء الشريط يثبت جدران الخلايا أثناء القطع بالإضافة إلى السائل غير النيوتوني (محلول نشا الذرة ؛ انظر البروتوكول الخطوة 5.5).

figure-results-1
الشكل 1: زيادة الحفر. (أ) زيادة النوى ، كما هو مستخدم في الحفر اليدوي ، وعرض مكبر للخيط وحافة القطع. (ب) قلب الزيادة المشوه بسبب الضغط العالي الذي يمارس على الخشب في بداية الحفر اليدوي. (ج) مقطع صغير لجزء من قلب زيادة مجزأ بسبب الشقوق الدقيقة. شريط المقياس = 0.5 سم. (D-F) صور تشير إلى إجراء الحفر عند استخدام مثقاب لاسلكي. ليست هناك حاجة إلى ضغط عال لبدء الحفر (D ، E) ، ويمكن بسهولة استخدام المقبض لاستخراج النواة (F) ، ويتم استخراج المثقاب مباشرة بعد ذلك (G). الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-2
الشكل 2: نواة الزيادة تظهر الخدوش والشقوق من الخارج بسبب استخدام أداة حفر غير حادة. شريط المقياس = 0.5 سم. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-3
الشكل 3: زيادة النوى والأقسام الدقيقة ذات الصلة. (أ) قلب مستقيم مأخوذ بنواة حادة ومثقاب لاسلكي. (ب) نواة مشوهة مأخوذة يدويا باستخدام نواة غير حادة. (ج) مقطع متصل من قلب صنوبر سيلفستريس أخذ عينات منه باستخدام كور حاد. (د) جزء من قلب Larix decidua مكسور إلى قطع بسبب استخدام كور غير حاد. قضبان المقياس = 0.5 سم (أ ، ب) ؛ 1 سم (ج). الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-4
الشكل 4: حامل مصمم لشحذ حافة القطع لأدوات الزيادة. (أ) كتلة تفلون لتوجيه وتثبيت كور الزيادة. (ب) كتلة تفلون لإصلاح بداية المثقاب اللاسلكي. (ج) مفتاح ربط سداسي لتثبيت A في مواضع أخرى على اللوحة ، اعتمادا على نوع الكور المستخدم. (د) المشبك لإصلاح المثقاب اللاسلكي. (ه) وضع حجر الطحن المخروطي داخل حافة القطع. (F) وضع حجر الطحن المستقيم بالخارج لإزالة الأزيز من حافة القطع. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-5
الشكل 5: تطبيق الشريط القابل للذوبان في الماء . (أ) قص الشريط إلى الطول اللازم لتغطية السطح الأساسي. (ب) ضع الشريط على السطح المحضر للقلب. (ج) قص الجزء عن طريق إمساك حافة الشريط بيد واحدة. (د) ضع الشريط بحيث يكون الجزء متجها لأسفل على شريحة زجاجية وأضف الماء لفصل الشريط عن القسم. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-6
الشكل 6: مقطع صغير من صنوبرية يظهر "حلقة زرقاء". جدران خلايا الخشب المتأخر غير خشبية ، ولهذا ، زرقاء ، في حلقة عام 1974 (مكبرة فوق الشريحة التي تظهر القسم الطويل). شريط المقياس = 1 سم. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

إن الإدراج الكبير لتشريح الخشب في الدراسات البيئية الشجرية 23،24 ، بالإضافة إلى التبادل المكثف بين العلماء المتخصصين في أبحاث حلقات الأشجار وعلماء تشريح الخشب25 ، قد فتح مجالا واسعا من التحليلات الجديدة والمتعمقة للظروف البيئية السابقة. لقد فتحت هذه الدراسات الجديدة إمكانيات وأسئلة جديدة ، ولكنها أدت أيضا إلى ظهور مشاكل جديدة.

يتطلب التطور السريع لهذا العصر الجديد من "التشريح الشجري" عددا كبيرا من العينات ، وهو ما يدعمه بالتأكيد استخدام مثقاب لاسلكي كما هو موضح من قبل. بالإضافة إلى حقيقة أن أخذ النوى مع الحفر ليس مرهقا على الإطلاق ، فإنه يوفر الكثير من الوقت. على الرغم من أن النتائج المقدمة في هذه الورقة تشير إلى إمكانيات أخذ العينات التي تكون أسرع بست مرات من الحفر اليدوي ، إلا أنها اختبار للنوى المفردة. ومع ذلك ، أثناء أخذ العينات بانتظام (شخص واحد يحفر ، مع ترميز واحد وتخزين النوى) ، تمكنا من قلب 24 شجرة تنوب (نواتان بطول كامل لكل منهما) ، بأقطار جذعية تبلغ حوالي 80 سم ، في غضون 1.5 ساعة. هذا متوسط <2 دقيقة لنواة واحدة ، بما في ذلك التخزين والتعبئة والانتقال إلى الشجرة التالية.

يتم دعم المعالجة السريعة للعملية بأكملها من خلال حقيقة أنه يمكن استخدام المحول المصمم حديثا لأدوات الإزالة المتزايدة دون الحاجة إلى إصلاح المحول داخل المحول بمسمار أو عمليات إغلاق مماثلة. نتيجة لذلك ، فإن تغيير المثقاب إلى مقبض اللب لكسر واستخراج النواة أمر سريع وسهل. تم تصميم المحول بحيث يمكن للمرء حتى سحب الحفرة للخارج أثناء الحفر للخلف في حالة تعفن الجذع ، أو (كما هو شائع مع بعض أدوات الزيادة) إذا لم يمسك الخيط عند الرجوع للخلف ولم يتحرك الكور للخارج.

ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه عند إزالة corer من الجذع ، يحتاج المرء إلى إمالة المحول قليلا بحيث يمكن سحبه بنجاح دون انزلاق المثقاب (خطوة البروتوكول 2.8). تطلب الطلب المتزايد على دراسات حلقات الأشجار لإنشاء تسلسل زمني طويل يعتمد على الوكلاء التشريحيين19,26 إعداد أقسام صغيرة من نوى الزيادة ، مقطعة إلى قطع قبل التحضير أو مقطوعة كأقسام جزئية كاملة 22. على الرغم من أن جودة المقاطع الدقيقة التي يصل طولها إلى 40 سم لا تزال غير قابلة للمقارنة دائما مع المقاطع القصيرة (على سبيل المثال ، الزاوية المتغيرة للخلايا في امتدادها الرأسي تعيق في كثير من الأحيان قياسات جدار الخلية) ، إلا أنه يمكن استخدامها لتحديد وتاريخ تفاعلات نمو محددة مثل حدوث تفاعل الخشب أو الحلقات الزرقاء27 (الشكل 6).

وبالتالي ، فإن جودة العينات هي شرط أساسي للتحضير الناجح والتحليلات الإضافية للهياكل التشريحية. يتطلب هذا الطلب مزيدا من الحذر فيما يتعلق بحدة حملة أخذ العينات عند أخذ نوى الزيادة. نتيجة لذلك ، يمكن أن يكون إعداد الأقسام الدقيقة مستهلكا للوقت وكثيف العمالة ، وأحيانا مستحيلا ، إذا لم يتم تضمين العينات مسبقا28.

يتطلب شحذ حافة القطع لآلة الحفر المتزايدة يدويا الكثير من الممارسة والخبرة ، من أجل طحن الحافة بالتساوي في كل مكان يدويا دون أي دعم. تتيح القدرة على استخدام حامل الثقب الجديد لشحذ نوى الزيادة حتى للمستخدمين عديمي الخبرة في الشحذ شحذ حافة القطع الخاصة بهم في الميدان. حقيقة أن هذا يمكن القيام به الآن بسرعة سيزيد من جودة العينات المأخوذة في المستقبل.

على الرغم من أن استخدام المعدات الجديدة يظهر مزايا واضحة للمعالجة اللاحقة للنوى ، إلا أنه يمكن أيضا دمج المثقاب اللاسلكي مع أجهزة صغيرة للشحذ والتطوير والعرض منذ ما يقرب من 40 عاما20. قدم Maeglin20 تفاصيل البناء لتعديل "مبراة حفار Goodchild" المصنوعة من الخشب والمعدن29. في الوقت الحاضر ، يمكن تصميم هذا الجهاز وطباعته في طابعة ثلاثية الأبعاد دون أي مشاكل30. سيحتاج المرء فقط إلى إنشاء نموذج 3D مفصل للمبراة لطباعة الأجزاء الفردية وتجميعها لاستخدامها في هذا المجال. لم يتم استنفاد إمكانيات التحسين بعد ونحن على يقين من أن هذا المنشور سيلهم العديد من الزملاء لمواصلة تطوير الأدوات المعروضة هنا. العقبة التي لم يتم حلها بعد هي حقيقة أن المرء يحتاج إلى إزالة المثقاب وإضافة مقبض اللب لاستخراج النواة.

لا تزال الخطوة الأخيرة المتمثلة في قطع المقاطع الدقيقة من نوى الزيادةالكاملة 22 مشكلة صعبة. يدعم تطبيق الشريط القابل للذوبان في الماء ، كما هو موضح سابقا ، العملية عن طريق تثبيت القسم عند القطع ووضعه على الشريحة الزجاجية. ومع ذلك ، لا يزال هذا الإجراء يتطلب من المستخدم أن يتمتع بمستوى عال من الخبرة.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويعلن أصحاب البلاغ أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
BS 18 LTX-3 BL QIMetaboالحفر اللاسلكي
Core-microtomeWSLMicrotome لقطع الأقسام الدقيقة من نوى الزيادة
محول الحفر لزيادةWSLلإصلاح الحفر الإضافي على الحفر اللاسلكي
Hagl & ouml ؛ ff40 سم زيادة الحفر
الطاقة X3Metaboعزم الدوران مضخم
شحذ لوحة دعمWSLلربط الدريل اللاسلكي لشحذ حافة القطع ofd
الشريط القابل للذوبان في الماء 5414 ، شريط شفاف 3 / 4IN3Mلدعم قطع المقاطع الطويلة
محول

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Büntgen, U. Scrutinizing tree-ring parameters for Holocene climate reconstructions. Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change. , 778(2022).
  2. Hadad, M. A., González-Reyes, Á, Roig, F. A., Matskovsky, V., Cherubini, P. Tree-ring-based hydroclimatic reconstruction for the northwest Argentine Patagonia since 1055 CE and its teleconnection to large-scale atmospheric circulation. Global and Planetary Change. 202, 103496(2021).
  3. Shen, Y., et al. Effects of climate on the tree ring density and weight of Betula ermanii in a cool temperate forest in central Japan. Trees. , 1-9 (2022).
  4. Wang, X. Acoustic measurements on trees and logs: a review and analysis. Wood Science and Technology. 47 (5), 965-975 (2013).
  5. Downes, G. M., et al. Application of the IML Resistograph to the infield assessment of basic density in plantation eucalypts. Australian Forestry. 81 (3), 177-185 (2018).
  6. Tomczak, K., Tomczak, A., Jelonek, T. Measuring radial variation in basic density of pendulate oak: comparing increment core samples with the Iml power drill. Forests. 13 (4), 589(2022).
  7. Piene, H., D'Amours, J., Bray, A. A. Spruce budworm defoliation and growth loss in young balsam fir: estimation of volume growth based on stem analysis and increment cores at breast height. Northern Journal of Applied Forestry. 13 (2), 73-78 (1996).
  8. Phipps, R. L. Collecting, Preparing, Crossdating,and Measuring Tree Increment Cores. US Department of the Interior, Geological Survey. , No. 85-4148 (1985).
  9. Schweingruber, F. H. Tree Rings and Environment: Dendroecology. , Paul Haupt AG. Bern. (1996).
  10. Toole, E. R., Gammage, J. L. Damage from increment borings in bottomland hardwoods. Journal of Forestry. 57 (12), 909-911 (1959).
  11. Grissino-Mayer, H. D. A manual and tutorial for the proper use of an increment borer. Tree-Ring Research. 59 (2), 63-79 (2003).
  12. Wunder, J., et al. Does increment coring enhance tree decay? New insights from tomography assessments. Canadian Journal of Forest Research. 43 (8), 711-718 (2013).
  13. Helcoski, R., et al. No significant increase in tree mortality following coring in a temperate hardwood forest. Tree-Ring Research. 75 (1), 67-72 (2019).
  14. Hall, A. A., Bloomberg, W. J. A power-driven increment borer. The Forestry Chronicle. 60 (6), 356-357 (1984).
  15. Scott, J. H., Arno, S. F. Using a power increment borer to determine the age structure of old-growth conifer stands. Western Journal of Applied Forestry. 7 (4), 100-102 (1992).
  16. Krottenthaler, S., et al. A power-driven increment borer for sampling high-density tropical wood. Dendrochronologia. 36, 40-44 (2015).
  17. Caetano-Andrade, V. L., et al. Advances in increment coring system for large tropical trees with high wood densities. Dendrochronologia. 68, 125860(2021).
  18. Edwards, J., et al. Intra-annual climate anomalies in northwestern North America following the 1783-1784 CE Laki eruption. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 126 (3), 033544(2021).
  19. Zhirnova, D. F., et al. A 495-year wood anatomical record of Siberian stone pine (Pinus sibirica Du Tour) as climatic proxy on the timberline. Forests. 13 (2), 247(2022).
  20. Maeglin, R. R. Increment Cores: How to Collect, Handle, and Use Them. 25, US Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory. Madison WI. (1979).
  21. Gärtner, H., et al. A technical perspective in modern tree-ring research - how to overcome dendroecological and wood anatomical challenges. Journal of Visualized Experiments. (95), e52337(2015).
  22. Gärtner, H., Banzer, L., Schneider, L., Schweingruber, F. H., Bast, A. Preparing micro sections of entire (dry) conifer increment cores for wood anatomical time-series analyses. Dendrochronologia. 34, 19-23 (2015).
  23. Rodriguez, D. R. O., et al. Exploring wood anatomy, density and chemistry profiles to understand the tree-ring formation in Amazonian tree species. Dendrochronologia. 71, 125915(2022).
  24. Gärtner, H., Farahat, E. Cambial activity of Moringaperegrina (Forssk.) Fiori in arid environments. Frontiers in Plant Science. 12, 760002(2021).
  25. von Arx, G., et al. Q-NET-a new scholarly network on quantitative wood anatomy. Dendrochronologia. 70, 125890(2021).
  26. Seftigen, K., et al. Prospects for dendroanatomy in paleoclimatology-a case study on Picea engelmannii from the Canadian Rockies. Climate of the Past. 18 (5), 1151-1168 (2022).
  27. Matulewski, P., Buchwal, A., Gärtner, H., Jagodziński, A. M., Čufar, K. Altered growth with blue rings: comparison of radial growth and wood anatomy between trampled and non-trampled Scots pine roots. Dendrochronologia. 72, 125922(2022).
  28. Prislan, P., del Castillo, E. M., Skoberne, G., Špenko, N., Gričar, J. Sample preparation protocol for wood and phloem formation analyses. Dendrochronologia. 73, 125959(2022).
  29. Heinrichs, J. F. Pocket-sized sharpender for increment borers. Journal of Forestry. 62, 653(1964).
  30. Schneider, L., Gärtner, H. Additive manufacturing for lab applications in environmental sciences: pushing the boundaries of rapid prototyping. Dendrochronologia. 76, 126015(2022).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة