Artykuł metodologiczny

Efekt Venturiego może pomóc w leczeniu naszych drzew

DOI:

10.3791/51199

⸱

1 października 2013

1Department of Land, Environment, Agriculture and Forestry (TeSAF), Unversity of Padova

W tym artykule

Podsumowanie

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

W porównaniu do bardziej tradycyjnych metod opartych na otworach, z których większość wymaga nawiercenia drzewa, narzędzia z soczewkowymi ostrzami przekształcają podstawy endoterapii, ułatwiając zamknięcie rany i umożliwiając naturalne przyjęcie roztworów.

Streszczenie

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

U roślin drzewiastych, sok ksylemu przemieszcza się w górę przez naczynia z powodu malejącego gradientu potencjału wodnego od wód gruntowych do liści. W zależności od tych czynników i ich dynamiki, niewielkie ilości płynów kompatybilnych z sokami (tj. pestycydów) mogą być wstrzykiwane do systemu ksylemu, docierając do celu od wewnątrz. Ta endotermiczna metoda, zwana "iniekcją do pnia" lub "infuzją pnia" (w zależności od tego, czy użytkownik dostarcza ciśnienie zewnętrzne, czy nie), ogranicza stosowane chemikalia tylko w drzewie docelowym, co czyni ją szczególnie przydatną w sytuacjach miejskich. Głównymi czynnikami ograniczającymi szersze zastosowanie tradycyjnych metod wiercenia są negatywne skutki uboczne otworów, które muszą być wiercone na całym obwodzie pnia, aby uzyskać dostęp do naczyń ksylemu znajdujących się pod korą.

Uniwersytet w Padwie (Włochy) niedawno opracował ręczny, niewymagający wiercenia instrument z małym, perforowanym ostrzem, które wchodzi do pnia, oddzielając zdrewniałe włókna przy minimalnym tarciu. Co więcej, soczewkowate ostrze zmniejsza przekrój naczyń, zwiększając prędkość soków i umożliwiając naturalne pobieranie zewnętrznej cieczy aż do liści, gdy szybkość transpiracji jest znaczna. Porty częściowo zamykają się wkrótce po usunięciu ostrza ze względu na naturalną elastyczność i jędrność tkanek roślinnych, a aktywność kambialna kończy proces gojenia w ciągu kilku tygodni.

Wprowadzenie

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

W ostatnim czasie, endoterapia pnia stopniowo zastąpiła tradycyjne metody natryskiwania powietrzem u roślin drzewiastych1-6, ale nie jest to nowy pomysł. W XVwieku Leonardo Da Vinci opisał szczegółowo, w jaki sposób był w stanie odurzyć jabłka poprzez wstrzyknięcie roztworu arsenu do pnia jabłoni przez głębokie otwory wykonane za pomocą gimletu7. Od tego czasu niewiele się zmieniło: substancje chemiczne łatwo dostępne w przyrodzie zostały stopniowo zastąpione bardziej wydajnymi syntetycznymi składnikami aktywnymi (insektycydy, fungicydy, bakteriobójcze, nawozy, regulatory wzrostu roślin i osuszacze). Wtryski pod ciśnieniem atmosferycznym przekształciły się w wysokociśnieniowe, a gimlety z napędem ręcznym zostały zastąpione nowoczesnymi wiertarkamiakumulatorowymi 8-10. Niestety, nawet najostrzejsze wiertło rozrywa i przegrzewa tkankę kambium odpowiedzialną za zamknięcie otworu. W konsekwencji zamknięcie rany jest opóźnione, a duże odcinki sąsiednich tkanek drzewiastych tracą swoją funkcjonalność ("odbarwione drewno") od miejsca wstrzyknięcia do kilku stóp powyżej i poniżej11. Co więcej, niezatkane otwory mogą być łatwo skolonizowane przez bakterie i grzyby przyciągane przez krwawiący sok, co prowadzi do długotrwałego rozkładu wewnętrznego, co w konsekwencji prowadzi do utraty wytrzymałości i stabilności drewna12,13.

Zdając sobie sprawę, że 1) grupa podłużnych włókien rozdziela się zgodnie z soczewkowatą geometrią dwuwypukłą (Rysunek 1a), oraz 2) ruchy soków do naczyń spełniają zasadę Bernoulliego dotyczącą dynamiki płynów, w 2011 roku Uniwersytet w Padwie zaprojektował nowy14-punktowy instrument endotermiczny bez wiercenia z niezbędnym soczewkowym, dwuwypukłym i pustym ostrzem, które wchodzi w drewno, oddzielając jego włókna. W ten sposób dociera się do wewnętrznych naczyń ksylematycznych przy minimalnym tarciu (ryc. 1b), a chwilowe zmniejszenie ich przekroju zwiększa prędkość soków, przyspieszając naturalny pobór cieczy zewnętrznej (ryc., film 1)15,16.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Zabiegi najlepiej wykonywać między pękaniem pąków a późnym latem, w słoneczne i wietrzne dni, zgodnie z ogólnymi zasadami endoterapii drzew17.
  2. Nosić rękawice, okulary ochronne i wszelkie inne urządzenia ochronne zgodnie z obowiązującymi przepisami.
  3. Zapoznaj się z instrumentem, demontując go i składając ponownie. Jego główne składniki przedstawiono na rysunku 2.
  4. Zapoznaj się z metodą opisaną w poniższych krokach oraz w filmie 2. Zacznij ćwiczyć technikę naparu z użyciem wody w nieprzycinanym drzewie o gładkiej korze, w pełni rozwiniętym baldachimie i bardzo szerokich liściach (np. Platanus spp., Quercus spp.).
  5. Używaj wyłącznie toksycznych płynów (insektycydów, fungicydów, środków osuszających itp.) dopuszczonych do iniekcji drzew zgodnie z lokalnymi lub krajowymi przepisami i rozcieńczonych zgodnie z informacjami producenta (patrz etykieta).
  6. Zmierz obwód (crf = średnica x 3,14) drzewa na wysokości pierśnicy i oblicz ilość roztworu zgodnie z informacjami technicznymi dostarczonymi przez producenta płynu (tj. jeśli cfr wynosi 190 cm, a dozowanie wynosi 0,7 ml /cm, zostanie wstrzyknięte łącznie 133 ml rozcieńczonej cieczy).
  7. Oblicz liczbę portów, które należy wykonać, zgodnie ze średnicą (średnicą) lub obwodem (crf) na wysokości pierśnicy, przewidując 1 port/25-30 cm crf i zaokrąglając wynik do następnej jednostki (tj. 190 cm crf = 6,3 = 7 portów).
  8. Przelicz odległość między portami zgodnie z ostateczną liczbą portów (np. 190 cm/7 portów = 27 cm)
  9. Obliczyć końcową objętość cieczy/port (tj. łącznie 133 cm³/7 portów = 19 ml/port).
  10. W przypadku korzystania z wstępnie napełnionych kapsułek należy obliczyć liczbę portów zgodnie z instrukcjami producenta.
  11. Wybierz równoodległe miejsca wkłucia (tj. 7) wzdłuż obwodu w pierwszych 150 cm od ziemi, preferując lekko wypukłe, gładkie miejsca nad rozbłyskami korzeni
    12. .
  12. Unikaj wszelkich części z anomaliami, które mogą zakłócać dynamikę soków, powyżej lub poniżej miejsca wprowadzenia (np. sęków, rozkładu drewna, cięć przycinających).
  13. W razie potrzeby powierzchownie wygładź korę nożem, aby zewnętrzna uszczelka mogła idealnie uszczelnić korę. Jeśli miejsce jest zbyt szorstkie lub zbyt zakrzywione, przesuń się o kilka cm w bok.
  14. Wybierz ostrze o długości zgodnej zarówno z grubością kory, jak i średnicą drzewa i przykręć je do korpusu. W przypadku liści liściastych co najmniej 2 cm muszą wniknąć w tkanki zdrewniałe; W drzewach iglastych i palmowych preferowane są dłuższe ostrza, aby pokonać naczynia żywiczne lub ze względu na anatomię jednoliściennych.
  15. Napełnić jednorazową strzykawkę farmaceutyczną (najtańszy i najskuteczniejszy roztwór) o odpowiedniej objętości roztworem wymaganym do jednorazowego wprowadzenia (tj. 17,14 ml), trzymając tłok na głębokości co najmniej 3 cm (tj. strzykawkę o pojemności 20 ml).
  16. Jako alternatywę dla strzykawki należy użyć dowolnego pojemnika do wstrzykiwań w drzewa (np. worków kroplowych, strzykawek wielokrotnego napełniania, wstępnie napełnionych kapsułek, zbiorników zewnętrznych) wyposażonych w otwór stożkowy (standard igły podskórnej żeńskiej) lub gwint 1/8" znajdujący się na ramieniu narzędzia.
  17. Chwyć mocno ciało ręką, kierując ostrze do środka drzewa. Krawędź ostrza musi być skierowana równolegle do włókien (tj. pionowo).
  18. Drugą ręką uderz młotkiem ślizgowym w korpus, aż zewnętrzna uszczelka lateksowa zostanie całkowicie ściśnięta.
  19. Włożyć strzykawkę do stożkowego otworu i delikatnie wyciągnąć tłok: powietrze, które dostało się do instrumentu podczas uderzenia, wypłynie przez płyn. Opór tłoka wskazuje na idealne włożenie ostrza. Uwaga: w przypadku różnych złączy powietrze nie może być odprowadzane, a uzdatnianie będzie wolniejsze.
  20. Poczekaj na całkowite wchłonięcie.
  21. Jeśli infuzja jest szybka (tj. 10 ml/1 min), aby zmniejszyć całkowitą liczbę portów, należy ponownie napełnić pojemnik przed jego opróżnieniem, a następnie ponownie obliczyć liczbę portów. Uwaga: aby zapewnić dobre rozprowadzenie cieczy do baldachimu, sugeruje się co najmniej jeden port /40 cm wzdłuż obwodu.
  22. Jeśli infuzja trwa zbyt długo (więcej niż 1 ml/min; tj. w pochmurne dni lub w drzewach iglastych i palmowych) przełączyć się w tryb lekkiego wstrzykiwania, ponownie wkładając tłok i wywierając niski nacisk kciukiem lub podłączając narzędzie do zbiornika pod ciśnieniem (ok. 1,5 bara; Rysunki 3a i b).
  23. Jeśli do iniekcji nie dojdzie do iniekcji, należy odłożyć zabieg do czasu, gdy zapanują odpowiednie warunki fizjologiczne i klimatyczne.
  24. Gdy pojemnik jest pusty, poczekaj, aż pozostały płyn opuści ostrze (8-10 sekund), wyjmij strzykawkę i wyjmij ostrze, uderzając młotkiem w przeciwnym kierunku.
  25. Przejdź do następnego portu.
  26. Użyj obojętnego wosku lub gumy, jeśli ochrona rany jest pożądana lub obowiązkowa. Uwaga: przycinanie lub szczepienie dziąseł zawierających pestycydy może być fitotoksyczne dla kambium, spowalniając zamykanie się ran.
  27. W przypadku roślin dotkniętych chorobami zakaźnymi po zabiegu należy zdezynfekować zarówno źdźbło, jak i ciało. Tam, gdzie jest to dopuszczalne lokalnie, należy używać alkoholu lub wody utlenionej. W przypadku dezynfekcji termicznej należy usunąć zarówno zewnętrzne, jak i dwie wewnętrzne uszczelki gumowe i traktować je oddzielnie lub wymienić.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

Ze względu na swój mały wymiar i unikalny kształt, soczewkowe ostrze nie usuwa kambialnych i zdrewniałych tkanek, a w porównaniu z tradycyjnymi otworami, rana jest widocznie mniejsza (Rysunek 4a). Zazwyczaj krawędzie otworu są powoli dzielone na przedziały przez tkanki kambium (ryc. 4b1), często z powodu przegrzania podczas wiercenia. I odwrotnie, po potraktowaniu tego samego drzewa soczewkowatym ostrzem, zdrewniałe włókna powracają do poprzedniego kształtu, a kambium zaczyna wytwarzać t...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

Pomimo uznanych korzyści środowiskowych endoterapii drzew, do tej pory głównym czynnikiem ograniczającym szersze rozpowszechnienie tej metody były negatywne skutki uboczne wiercenia otworów stosowanych w tradycyjnych metodach ciśnieniowych (tj. opóźnione zamykanie ran, infekcje pasożytnicze przez otwór, produkcja nieaktywnego przebarwionego drewna).

W przeciwieństwie do innych metod, opisana metoda miała działać zgodnie z fizjologią gospodarza, uznając szybkość dostarczania za drugorz...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Odniesienia patentowe opisywanego instrumentu to PD2011A000245, EP2012/063680, WIPO WO/2013/010909.

Podziękowania

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

Autor dziękuje Urzędowi Patentowemu Uniwersytetu w Padwie, Departamentowi TeSAF i firmie Vitzani srl za wsparcie finansowe i techniczne, które umożliwiło opracowanie instrumentu, dr Jonathanowi Cockingowi (Wielka Brytania) za życzliwą współpracę i korektę językową, Gminie Ponte San Nicolò PD za życzliwą gościnność podczas kręcenia filmu, a anonimowym recenzentom za ich celowe, szczegółowe propozycje.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
BITEVitzani srl, Perarolo di Cadore, Włochy 

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kielbaso, J. J., Ed, Proc. of the Symposium on Systemic Chemical Treatments in Tree Culture. , Michigan State University, MI. (1978).
  2. Miller, K. Symposium on Systemic Chemical Treatments in Tree Culture. , Second, Michigan State University, MI. (1991).
  3. Chen, R. F., Wang, H. H., Wang, C. Y. Translocation and metabolism of injected glyphosate in lead tree (Leucaena leucocephala). Weed Science. 57, 229-234 (2009).
  4. Gentile, S., Valentino, D., Tamietti, G. Effectiveness of potassium phosphyte in the control of Chestnut ink disease. Acta Hort. 866, 417-424 (2010).
  5. Poltronieri, Y., Martinez, H. E. P., Cecon, P. R. Effect of zinc and its forms of supply on production and quality of coffee beans. J. Sci. Food Agric. 91, 2431-2436 (2011).
  6. Zuo, Y., Zhang, F. Soil and crop management strategies to prevent iron deficiency in crops. Plant and Soil. 339, 83-95 (2011).
  7. Da Vinci, L. Codex Atlanticus. , 12-76 (1478-1519).
  8. Helton, A. W., Rohrbach, K. G. Translocation of twelve fungicidal compounds injected into trees of Prunus domestica. Phytopathology. 56, 933-939 (1966).
  9. Jones, T. W., Gregory, G. F. An apparatus for pressure injection of solutions into trees. USDA Forest Service Reserch Paper. 233, 1-9 (1971).
  10. Reil, W. O., Beutel, J. A. A pressure machine for injecting trees. Calif. Agric. 30, 4-5 (1976).
  11. Perry, T. O., Santamour, F. S., Stipes, R. J., Shear, T., Shigo, A. L. Exploring alternatives to tree injection. J. Arb. 17, 217-226 (1991).
  12. Shigo, A. L., Campana, R. J. Discolored and decayed wood associated with injection wounds in American elm. J. Arb. 3, 230-235 (1977).
  13. Neely, D. Wound closure rates on trees. J. Arb. 14, 250-254 (1988).
  14. Study on Structure of Needle Head and Seal Mechanism of Tree Trunk Injection. Shang, Q., Liao, K., Liu, H., Zhao, B. Proc. of 2011 International Conference on Transportation, Mechanical, and Electrical Engineering (TMEE), Changchun, China, , (2011).
  15. BITE: a low impact tool for xylematic injections. Montecchio, L. Proc. of Towards Future-proof Crop Protection in Europe, Wageningen, NL, , (2012).
  16. Antonini, E. BITE, un nuovo strumento per i trattamenti endoterapici agli alberi. Giardini e ambiente. 3, 70-73 (2013).
  17. Chaney, W. R. Anatomy and physiology related to chemical movement in trees. J. Arb. 12, 85-91 (1988).
  18. Cocking, J. Report on the 22nd AGM of the European Arboricultural Council. The ARB Magazine. 158, 27(2012).
  19. Strazzabosco, L., Klaudatos, C. Separa non buca. Acer. 2, 33-37 (2013).
  20. Shigo, A. L. Modern Arboriculture. , Shigo and Trees Associates. Snohomish, WA. (1991).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Venturi EffectTrunk InjectionLenticular BladeXylem SapTree EndotherapyFluid UptakeTranspiration RateCambial HealingDrill free MethodSap Vessels

Powiązane artykuły