利用X射线计算机断层扫描进行树木年轮分析

我的研究范围是探讨木材生长及其对气候的响应。我试图回答的问题是：我们如何重建过去的气候，以及树木对当前气候变化的响应是什么？因此，我们目前面临的实验挑战之一，是通过X射线CT扫描获得的大量数据。

因此，我们需要在希望扫描的样本数量与所需分辨率之间找到一个适当的平衡。X射线CT技术使我们能够以前所未有的速度扫描树木年轮样本。我们已获得来自热带和温带地区的密度分布图谱。

因此，我们这项技术的主要优势在于，不仅能够进行大量高通量的扫描和分析，而且我们所做的所有标记和操作在整个工具链中均可追溯，包括年轮的标记。该工具将使我们能够更新现有的最大晚材密度年表，同时还能对来自全球各地的树木年轮样本进行木材特性测量，尤其是在目前数据匮乏的地区。首先，使用 Pressler 钻孔器对树木进行钻取取芯。

将未粘合的树芯放入6毫米的纸管中，并用铅笔标记纸管。在圆底烧瓶中加入溶剂，将纸管放置于索氏提取装置的不锈钢支架上，装置连接冷凝器并置于实验室加热器上。虹吸结束后，在通风排气条件下，于103.5摄氏度的烘箱中干燥树芯24小时。

第二天，进行24小时的热水索氏提取。将样品放入钢制样品架中，再次干燥24小时。然后将密封样品架中的岩心重新放回吸管中。

开始进行样品核心扫描时，根据研究目的选择合适的样品架类型，将装在纸管中的树木年轮样本放入样品架中，并在可下载的电子表格模板中记录每个样本的位置。按照正确的设置和扫描方案执行X射线显微CT扫描。为获得密度值，请通过提供的链接安装Core Processor、Ring Indicator和Core Comparison工具箱。

接下来，使用 Core Processor 对核心体积进行预处理时，选择包含重建的 16 位横截面 TIFF 切片的文件夹以及电子表格文件。选择若干切片进行检查，然后根据电子表格文件中的指示选择暗场和白场参考，用于木材密度计算。

在新的弹出窗口中，根据电子表格文件中的信息，通过在每个岩心周围绘制圆形或椭圆形来逐一选择每个岩心。然后点击“Mass core extraction”以提取给定圆柱体中的所有岩心。在 Core Processor 工具箱中，点击“Manual Tg correction”。

然后选择提取的文件夹，并确保每个岩心样本的横断面和径向平面方向正确。要从右下角的图中可视化木纹方向，请观察显示的切片，并绘制一条线以指示木纹方向。双击可自动旋转岩心样本。

然后裁剪核心体积，仅保留木材部分，去除其他材料。打开年轮指示器工具箱，选择一个多页TIFF文件。接着，在体积选项卡下，检查横切面和径向平面上的图形用户界面。

对于横切面和径向平面的结构校正，点击图像以插入绿色标线，标线从髓心开始，至最新一轮年轮结束。一旦在某一平面上放置了绿色标线，其他平面上将自动生成相应的标线。点击“密度测量”（Densitometry），然后点击“密度分布图”（Densitometry plot），以计算密度分布曲线。

通过选择叠加绘图，然后选择绘制密度轮廓，创建并绘制密度轮廓图。密度轮廓图显示后，标出所有年轮。移动条形末端的节点以改变角度。

然后使用中间节点更改条形位置，并调整节点的大小。按下数据（Data），然后选择导出（Export）。按下环形（Rings）按钮，随后选择导出环形（Export rings），以确保环形和纤维的标识被正确写入相应的 txt 文件中。

将采伐日期更改为从活树上采集年轮样本的年份，或选择一个合适的日期。在叠加绘图中，选择“绘制年轮”以显示年份。同时，选择用于绘制年轮或密度轮廓的平面。

选择两个年轮样本后，打开“年轮宽度对比工具箱”以比较年轮宽度序列。选择要对比的 txt 文件，随后将打开一个显示年轮宽度、交叉定年结果以及各序列间统计参数（如同步率 Gleichlaufigkeit 和 Spearman 相关系数）的界面。打开一个“年轮指示器”实例，调整绿色标示条，然后再次导出。

然后最大化核心比较界面，并点击刷新按钮以重新评估各项指标。接着选择绘图与导出，再选择年轮宽度，以可视化树木年轮宽度（TRW）数据。点击绘图与导出，然后选择导出RW数据，以将TRW数据导出为电子表格或图森格式。

最后，选择另一个绘图，然后导出聚类数据，以获得每个年轮的平均密度、最大密度（MXD）、最小密度（MND）及四分位数数据。本研究展示了在年轮间、年轮内及解剖学尺度上的三个层次的生物量估算或树木生长增量。在翅苞木（Terminalia superba）中，径向和轴向木材密度趋势显示从髓心到树皮密度逐渐增加，且上部树干的木材密度更高。

展示了利用威氏刺柏（Widdringtonia cedarbergensis）的最小密度和最大晚材密度进行年表构建的示例。高分辨率的橡木年轮切片扫描表明，早材和晚材导管已被成功分割。