Вентури Эффект может помочь вылечить наших деревьев

Environment

Your institution must subscribe to JoVE's Environment section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

По сравнению с более традиционными методами отверстий основе, большинство из которых требуют дерево, подлежащих бурению, инструменты с линзообразных лопастей превратить основам endotherapy ослабления закрытие раны и позволяет естественного поглощения растворов.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Montecchio, L. A Venturi Effect Can Help Cure Our Trees. J. Vis. Exp. (80), e51199, doi:10.3791/51199 (2013).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

В древесных растений, ксилемы сок движется вверх по сосудам вследствие уменьшения градиента водного потенциала от грунтовых вод в листве. В соответствии с этими факторами и их динамики, небольшие количества SAP-совместимых жидкостей (т.е. пестицидов) может быть введен в систему ксилемы, достигнув своей цели изнутри. Это endotherapic метод, называемый «ствол впрыска" или "ствол вливание" (в зависимости от того, предоставляет ли пользователь внешнее давление или нет), ограничивает применяемые химические вещества только в целевом дереве, что делает его особенно полезным в городских ситуациях. Основными факторами, ограничивающими широкое использование традиционных методов бурения связаны с отрицательными побочными эффектами отверстий, которые должны быть пробурены по окружности ствола, чтобы получить доступ к сосудах ксилемы под корой.

Университет Падуи (Италия) недавно разработала ручной, сверла без инструмента с небольшим, заперфорированной лезвие, которое входит в ствол, разделяя древесных волокон с минимальным трением. Кроме того, когда ступенчатую морфология лезвия уменьшает сечение сосудов », увеличивая скорость сока и позволяя естественного поглощения внешнего жидкости до листьев, когда интенсивность транспирации является существенным. Порты частично близкие вскоре после удаления лезвия за счет естественной упругости и упругости тканей растений и камбия деятельность завершает процесс заживления в несколько недель.

Introduction

В последнее время, багажник endotherapy постепенно заменить традиционные методы распыления воздуха в древесных растений 1-6, но это не последние идеи. В 15-м веке Леонардо да Винчи подробно описал, как он был в состоянии отравляют яблоки, вводя раствор мышьяка в багажник яблоней через глубокие отверстия, сделанные с буравчика 7. Мало что изменилось с тех пор: химикаты легко доступные в природе постепенно были заменены на более эффективные синтетические активных ингредиентов (инсектициды, фунгициды, бактерициды, удобрения, регуляторы роста растений и осушители). Атмосферные инъекции давления развились в высоком давлении, а также с ручным приводом Буравы были заменены современными сверл батареи 8-10. К сожалению, даже самый острый сверло слезы и перегревается камбиальный ткани, ответственный за закрытие отверстия. Следовательно, закрытие раны задерживается и большие участки смежных древесных тканей теряют удовольствиеctionality ("обесцвеченными лес") из места инъекции в несколько футов над и под 11. Кроме того, Unplugged отверстия можно легко колонизирована бактерий и грибков, привлеченных кровотечения сока и ведущих к долгосрочному внутреннего распада, с косвенный ущерб прочности древесины и стабильности 12,13.

Понимая, что 1) группа продольных волокон отделяет согласно чечевицеобразным геометрии двояковыпуклой (рис. 1а), и 2) SAP движения в судах выполнять принцип Бернулли на гидродинамики, в 2011 году Университет Падуи разработали новый 14 сверла без endotherapic Прибор с существенным линзовидные, двояковыпуклой и полой лопатки, который входит в лес, отделяющий его волокон. Таким образом, внутренние сосуды xylematic достигнута с минимальным трением (рис. 1б), а также временное снижение их секции увеличивает скорость SAP, ускорение естественного поглощения внешнего жидкости(Рис. 1в, Видео 1) 15,16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

  1. Выполните процедуры предпочтительно от перерыва почек и в конце лета, в солнечных и свежий дней, в соответствии с общими правилами в дереве endotherapy 17.
  2. Надевайте перчатки, защитные очки и любое другое устройство безопасности в соответствии с действующими нормами.
  3. Разберитесь с прибором, разборки и повторной сборки его. Ее основные компоненты приведены на рисунке 2.
  4. Познакомьтесь с методом, описанным в следующих шагах и в видео 2. Начните практиковать технику вливания с использованием воды в не-обрезке дерева с гладкой корой, полностью разработанной навесом и очень широкими листьями (т.е. Platanus SPP., Quercus SPP.).
  5. Используйте только токсичные жидкости (инсектициды, фунгициды, осушители и т.д.), разрешенные для инъекций дерева в соответствии с местными или национальными правилами, и разводненной в соответствии с информацией производителя (см. этикетку).
  6. Измерьте окружность (CRF = диаметр х 3,14) дерева в бreast высота и рассчитать количество раствора в соответствии с технической информацией, предоставленной производителем жидкости (т.е. если CFR 190 см и дозировка составляет 0,7 мл / см, общая сумма 133 мл разведенного жидкости будет выведена).
  7. Рассчитайте количество портов, которые будут сделаны в соответствии с диаметром (диам) или окружности (CRF) на высоте груди, предусматривающий 1 port/25-30 см ХПН и округления результат в следующем блоке (т.е. 190 см CRF = 6,3 = 7 порты).
  8. Пересчитать расстояние между портами в соответствии с конечным числом портов (то есть 190 см / 7 портов = 27 см)
  9. Вычислить конечный объем жидкости / порт (т.е. 133 куб.см в общем / 7 портов = 19 мл / порт).
  10. При использовании предварительно заполненные капсулы, рассчитать количество портов в зависимости от производителя "указания.
  11. Выберите равноудаленные участки вставки (т.е. 7) вдоль окружности в первых 150 см от земли, предпочитая слегка выпуклую, Smooго места выше корневых вспышек.
  12. Избегайте любой части с аномалиями, способных помешать динамики SAP, выше или ниже места пункции (т.е. узлов, дерево распада, порезы обрезки).
  13. При необходимости, поверхностно сгладить кору ножом, чтобы внешняя прокладка сделать идеальный печать с корой. Если сайт слишком грубо или слишком изогнутые, переместить несколько см в сторону.
  14. Выберите лезвие с длиной совместимого как с толщиной коры и диаметра дерева и закрепите его к телу. В лиственных, по крайней мере, 2 см должны ввести древесных тканей, в хвойных и пальм, более длинные лезвия предпочтительнее преодолеть смолы суда или из-за monocotyledonae анатомии, соответственно.
  15. Заполните одноразовый шприц (фармацевтическую наиболее дешевым и эффективным раствор) из соответствующего объема с раствором, необходимого для одной вставки (т.е. 17,14 мл), поддерживая поршень в течение по меньшей мере 3 см в глубину (то есть 20 мл шприц).
  16. Как альтерродным для шприца, использовать любой контейнер для инъекций деревьев (т.е. капельного сумки, многоразового использования шприцев, предварительно заполненные капсулы, внешних баков) Сторона с конического отверстия (женский подкожных стандартной иглы) или 1/8 "резьбой, расположенной на руку инструмента .
  17. Удерживая корпус надежно с рукой, направляя лезвие в центре дерева. Кромка лопасти должны быть направлены параллельно волокон (т.е. вертикально).
  18. С другой стороны нанести скользящий молоток на организм пока внешний латекс прокладка не будет полностью сжата.
  19. Вставьте шприц в коническое отверстие и осторожно вытянуть поршень: воздух, который поступил в документ в ходе ударных вытечет через жидкость. Сопротивление плунжера указывает на совершенную вставку лезвия. Примечание: с различными муфты воздуха не может быть обращено, и лечение будет медленнее.
  20. Дождитесь полной поглощения.
  21. Если настой быстро (то есть 10 мл / 1 мин), чтобы уменьсебе общее количество портов заполните емкость, прежде чем это пустой, а затем пересчитать количество портов. Примечание: чтобы обеспечить хорошее распределение жидкости навеса, по крайней мере, один порт / 40 см по окружности предлагается.
  22. Если настой занимает слишком много времени (более 1 мл / мин, т.е. в пасмурные дни или в хвойных и пальм) переходит в режим светового впрыска, снова вставить поршень и применения низкое давление большим пальцем, или при подключении инструмента к под давлением бак (около 1,5 бар; 3а, б).
  23. Если инъекция не бывает, отложить лечение до подходящие физиологические и климатические условия не преобладают.
  24. Когда контейнер пуст, ждать оставшуюся жидкость для выхода нож (8-10 сек), удалить шприц и извлечь лезвие ударом молотка в противоположном направлении.
  25. Переход к следующему порту.
  26. Используйте инертный воск или смолу, если защита раны желательно или обязательно. Неттэ: обрезка или прививки десны, содержащие пестициды могут быть фитотоксичными для камбий, замедляя закрытие раны.
  27. В случае растений, пострадавших от передаваемых заболеваний, дезинфекции как лезвие и тело после лечения. Где локально приемлемым, используйте спирт или перекись водорода. В случае теплового дезинфекции, удаления и внешний и два внутренних резиновые прокладки и лечить их отдельно, или заменить их.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Благодаря своей малой размерности и уникальной формы, когда ступенчатую лезвие не удалить камбиальных и Вуди ткани, и по сравнению с традиционными скважин, рана заметно меньше (рис. 4а). Как правило, края отверстия медленно разобщенным по камбиальных тканей (рис. 4b1), часто из-за перегрева во время бурения. И наоборот, после обработки того же дерево с чечевицеобразным лезвия, в лесистых волокна вернуться к своей предыдущей форме, и камбий начинает производить меристематических тканей в течение нескольких дней. В основном в лиственных, это видно после отсоединения кору (рис. 4B2 и C). Как правило, после нескольких месяцев, рана прекрасно исцелил, с небольшим количеством базового обесцвеченными дерева (рис. 5), что позволяет дальнейшего лечения, если дерево не используется для высококачественной древесины.

Из-за своей формы, лезвие производит "Вентури эфFect ". Эта физическое явление имеет место, когда скорость флюида внутри канала является существенным (Видео 1), и в дереве основные переменные, влияющие скорость сока связаны с листьев транспирации. По нашим предварительным данным, вливания быстрее в лиственных пород с кольцевой или уменьшения древесины пористость, а когда жидкость применяется в выпуклых или плоских поверхностях, близких к основанию или на корневых вспышек (Видео 2; рисунке 6). самые эффективные условия окружающей среды в дневное время, с влажностью почвы близка к 60% и легкий ветерок (рис. 7). В нормальных условиях, например, в Лондоне самолет (Platanus acerifolia) может самопроизвольно поглощать 10 мл инсектицида abamectine менее чем за 1 мин, а в идеальных условиях по всему 1 л в 10 мин 18.

Когда скорость сок слишком низкая (суб-оптимальные условия окружающей среды, виды деревьев с свойственныйлы медленно сок, как хвойных и пальм), до-дубль можно осторожно пропускали, применяя некоторые небольшое давление извне (инъекции).

Как правило в дереве endotherapy, локализованы вливание жидкостей вдоль ствола не гарантируют быстрое перемещение к листьям. Рисунок 8 отчеты UP-потребуется время, чтобы листья дуба черешчатого (Quercus Robur) демонстрируя, что, без внешнего давления, вода нуждается по крайней мере 6 часов, чтобы достичь листья, и что раз поглощения может быть удвоена с помощью активных ингредиентов, хотя сформулировал для endotherapy. Однако скорость, а не способ доставки является ограничивающим фактором: Рисунок 9 показывает, что до-дубль для листьев с помощью инфузии происходит и в пальмами, характеризуется динамикой очень медленных SAP. В этом случае он принимает прибл. 24 ч, в то время как тот же результат достигается за счет отверстий в ок. 3 ч, применяя давление 50 фунтов на кв.

Wязь, основанные на статистике тесты на эффективность вводимых химических веществ против отдельных вредителей не проводились, имеющие отношение ко многим переменным (т.е. видов деревьев, физиологического состояния, вредителей степени, активных ингредиентов и рецептур), но предварительных испытаний с использованием abamectine 6% для контроля тли на Prunus SPP. и Cedrus Libani, Cameraria ohridella на Aesculus hyppocastanum и Thaumetopoea pityocampa на обоих Cedrus SPP. и Пинус SPP., дали положительные результаты 19.

Рисунок 1
Рисунок 1. Преимущества линзовидных лезвий. Вводя объект любой формы в группу волокон, они разделяются согласно ступенчатой ​​геометрии двояковыпуклой (а). В отличие от существующих игл, линзовидные лезвие отделить S волокна с минимальным трением и повреждений (б). Форма лезвия вызывает временное снижение сечения судов, производя "Вентури эффект": SAP уменьшает давление и его скорость увеличивается. Когда естественная скорость сока является существенным, жидкости из внешнего источника пассивно поглощается дерева (с). Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 2
Рисунок 2. Компоненты. Прибор полностью ручной и имеет сменные лезвия различной длины, кузова для подключения к емкости для жидкости, и раздвижной молотком для вставки осевой и экстракции для наименьшим ущербом для дерева (рис. изменение из 16)./ Files/ftp_upload/51199/51199fig2highres.jpg "целевых =" _blank "> Нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.

Рисунок 3
Рисунок 3. Давление инъекции низкого давления. Thumb обычно достаточно, чтобы обратиться от вливания инъекцией, когда естественный скорость сок слишком медленно (а). Несколько соединений цистерн высокого давления ускорить лечение (б). Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 4
Рисунок 4. Раз Закрытие. Сравнение между традиционной 4 мм Диаметр отверстия и лезвия раны до лечения ( Betula пушистая). Удаление коры 4 недели после обработки, край отверстия меньше, но заметно некротический (b1), в то время как больший лезвия, но менее травматической раны, идеально закрыт меристемы тканей (B2; два диаметрально противоположных процедуры в то же Populus черная) . Полное закрытие после 1 месяц (с, Конский hyppocastanum). Все процедуры в распускания почек с abamectine 6%; бар:. 5 мм Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 5
Рисунок 5. Обесцвеченными древесины Двенадцать месяцев с лечения, расширение обесцвеченными дерева (а, Populus негр, бар:. 5 мм, B, Betula маятников; potassiuм фосфаты 25%). Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 6
Рисунок 6. Раз Инъекции изменить с позиции впрыска и дерева пористости. Согласно предварительным результатам, самые быстрые настои происходит у здоровых лиственных пород с кольцевой или убывающей дерева пористости, в выпуклых или плоских поверхностях, близких к основанию или по корневых вспышек (мин/10 мл abamectine 0,1%, влажность почвы 60%, ветер 4 узла, полностью разработанные листья). Кликните здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение .

Рисунок 7 Рисунок 7. Переменные среды влияют на до-принять скорость. Согласно предварительным результатам, самые эффективные переменные день, влажность почвы близка к 60% и слабом ветре (минут к поглощению 10 мл abamectine 0,1%, 0 фунтов на квадратный дюйм, полностью развитыми листьями). Нажмите здесь чтобы просмотреть увеличенное изображение .

Рисунок 8
Рисунок 8. Up-принимать раз в листьях. Использование красный сафранином в качестве маркера, жидкости переплетаются в дуба черешчатого (Quercus Robur) имеет существенно различные времена, которые будут обнаружены в листовых черешков, в соответствии с приложенным давлением и жидких активных функций (hr/10 мл жидкости, влажность почвы 60%, ветер 4 узла, полностью разработанные листья, ABAM = abamectine, ТБЗ = тиабендазол, H 3 PO 3 = горшок assium phosphytes;. все продукты коммерчески сформулированные для инъекций багажника) Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 9
Рисунок 9. Up-взять раз в ладонях. Пальмы известны своей очень медленной скорости сока. Два снимка показывают наличие окрашенных инсектицида в черешках (а) и листьев (б) ок. 24 часа в сутки из настоя (Trachycarpus Fortunei, abamectine 0,1% и сафранином, 0 фунтов на квадратный дюйм; бар: 5 мм). Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .


Видео 1.1.wmv "целевых =" _blank "> Щелкните здесь для просмотра видео 1." Вентури эффект "Действие 1:. Один раз уменьшается площадь сечения, когда скорость воды является существенным это физическое явление происходит Действие 2:. Соответствии с естественной сока скорость, тот же эффект происходит с чечевицеобразным лезвия временно снижая раздел судна (скорость видео до 8x; Вишня, Черемуха cerasifera; фосфат калия 25%).


. Видео 2 Щелкните здесь для просмотра кино 2. Настой естественного поглощения в Вишневое дерево (Prunus cerasifera; фосфата калия 25%)..

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Несмотря на признанных экологических преимуществ дерева endotherapy, до сих пор основным фактором, ограничивающим более широкое распространение этого метода было связано с негативных побочных эффектов скважин, используемых в традиционных методов давления (то есть с задержкой закрытия раны, паразитарные инфекции через отверстие, производство неактивной обесцвеченными дерева).

В отличие от других методов, описанный одним было предусмотрено для работы в соответствии с принимающей физиологии, учитывая скорость доставки, как второстепенное значение для успеха лечения.

С точки зрения профессионального оператора, это ограничение техники. В самом деле, с помощью методов, основанных на внешнее давление, время доставки предсказуемы и в суб оптимальных условиях, и количество растений подлежащего лечению, в день может быть легко планировалось. С описанной методике, вместо этого, поглощение скорость напрямую связана с объемом воды Simultaneously развеяны по листьев транспирации, а в суб оптимальных условиях это может быть медленнее, чем хотелось. В этом случае поглощение можно поощрять, осторожно применяя низкую внешнее давление, не более 1,5 бар. В соответствии с подходом проекта, ожидая лучших условий является предложил выбор, когда лист транспирация не является оптимальным.

Один критическая точка относится к распределению жидкостей внутри древесных растений. В самом деле, в то время как огромное количество научных данных доступно на инъекции давления, в настоящее время мало понял о динамике ведущих к лучшей циркуляции химических веществ во всем дереве, когда наносится с помощью инфузии. Исследования прогресса в университете Падуи подтверждают гипотезу о том, что, согласно редакции, виды деревьев и расположение порта, незначительные изменения в жидкой рН может значительно ускорить естественного поглощения.

В соответствии с новыми тенденциями современной Лесоводство 11,17,20, это ркабан предлагает другую способ распространения пестицидов и других SAP совместимые жидкости в деревья. Этот метод является подходящим вариантом, когда побочные эффекты способа доставки важнее суточной производительностью оператора. Линзовидные холодное оружие, позволяя деревьев для поглощения жидкостей в соответствии с их физиологического состояния, представляют собой новый шаг вперед в развитии менее инвазивные endotherapic лечения.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Патентные ссылки описанного прибора являются PD2011A000245, EP2012/063680 ВОИС WO/2013/010909.

Acknowledgments

Автор благодарит Патентное ведомство Университет Падуи, Департамент TeSAF и Vitzani SRL для их финансовой и технической поддержки, что позволило развитие инструмента, д-р Джонатан Cocking (Великобритания) за его любезное сотрудничество и лингвистического пересмотра, муниципалитет Понте Сан - Николо ПД для гостеприимство во время видеосъемки, и анонимных рецензентов за их целеустремленные, подробные предложения.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
BITE Vitzani srl, Perarolo di Cadore, Italy  

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics