En Venturi Effect kan hjelpe kurere våre trær

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

Sammenlignet med de mer tradisjonelle hole-baserte metoder, de fleste som krever treet som skal bores, verktøy med linseformede blader forvandle det grunnleggende endotherapy lettelser nedleggelsen av såret og lar det naturlige opptaket av løsningene.

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

I treaktige vekster, beveger xylem sap oppover gjennom fartøyene grunnet en avtagende gradient av vannpotensialet fra grunnvann til bladverket. I henhold til disse faktorer og deres dynamikk, kan små mengder av saft-kompatible væsker (dvs. pesticider) injiseres i Margen systemet, og nådde sitt mål fra innsiden. Denne endotherapic metode, som kalles "trunk injeksjon" eller "trunk infusjon" (avhengig av om brukeren leverer et ytre trykk eller ikke), begrenser de anvendte kjemikalier bare innenfor målet treet, og dermed gjør den spesielt nyttig i tett situasjoner. De hovedfaktorer som begrenser omfattende bruk av den tradisjonelle boremetoder er relatert til negative bivirkninger av hullene som skal bores rundt stammen omkretsen for å få tilgang til Margen fartøy under barken.

Universitetet i Padova (Italia) har nylig utviklet en manual, drill-free instrument med en liten, perperforerte blad som går inn i stammen ved å skille de treaktige fibre med minimal friksjon. Videre reduserer linseformet formet blad fartøyenes tverrsnitt, øker SAP hastighet og slik at den naturlige opptak av en ytre væske opp til bladene, når transpirahastighet er betydelig. Porter delvis lukke tid etter fjerning av bladet på grunn av den naturlige elastisitet og turgiditet av plante-vev, og cambial aktivitet full helingsprosessen i noen uker.

Introduction

I nyere tid har trunk endotherapy gradvis erstattet tradisjonelle luftsprøytemetoder i treaktige planter 1-6, men dette er ikke en ny idé. I det 15. århundre Leonardo Da Vinci beskrev i detalj hvordan han var i stand til å beruse epler ved å injisere arsen løsning i bagasjerommet på et epletre gjennom dype hull laget med en Gimlet 7. Lite har endret seg siden da: kjemikalier lett tilgjengelig i naturen har gradvis blitt erstattet med mer effektive syntetiske aktive ingredienser (insektmidler, soppmidler, bakterie, gjødsel, plantevekst regulatorer og Avfuktere). Atmosfærisk trykk injeksjoner utviklet seg til høyt trykk, og hånd-drevet gimlets har blitt erstattet av moderne batteri øvelser 8-10. Dessverre, selv de skarpeste borr tårer og overopphetet cambial vev ansvarlig for hullet nedleggelse. Følgelig er såret nedleggelse forsinket, og store deler av de tilstøtende treaktige vevet mister sin moroctionality ("misfarget tre") fra injeksjonsstedet til flere meter over og under 11. Videre kan unplugged hull lett bli kolonisert av bakterier og sopp tiltrukket av blødning saft og fører til langvarig intern forfall, med et påfølgende tap av tre styrke og stabilitet 12,13.

Innser at 1) en gruppe med langsgående fibre skiller ifølge en linseformet bikonveks geometri (Figur 1a), og 2) sap bevegelser i kar oppfylle Bernoullis prinsipp på væskedynamikk, i 2011 ved Universitetet i Padova utviklet en ny 14 drill-free endotherapic Instrumentet med en vesentlig linseformet, bikonveks, hul blad som går inn i trevirket som skiller dens fibre. På denne måte blir indre xylematic fartøy oppnådd med minimal friksjon (fig. 1b), og en midlertidig reduksjon av deres delen øker sap hastighet, akselererer den naturlige opptak av en ytre væske(Figur 1c, Video 1) 15,16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

  1. Utføre behandlinger fortrinnsvis mellom knoppsprett og sensommeren, i solrike og breezy dager, i henhold til de generelle reglene i tre endotherapy 17.
  2. Bruk hansker, vernebriller og annet sikkerhetsutstyr i henhold til forskrifter.
  3. Bli kjent med instrumentet, demontering og remontering det. Dens viktigste komponenter er rapportert i figur 2.
  4. Bli kjent med metoden, beskrevet i følgende trinn og i Video to. Begynne å trene infusjonsteknikk ved hjelp av vann i en FN-beskjæres treet med glatt bark, fullt utviklet baldakin og svært brede blader (dvs. Platanus spp.., Quercus spp..).
  5. Bruk bare giftige væsker (insektmidler, soppmidler, tørkemidler, etc.) godkjent for tre injeksjon i henhold til lokale eller nasjonale regler, og utvannet i henhold til produsent informasjon (se etikett).
  6. Mål omkretsen (CRF = diam x 3,14) av treet på breast høyde og beregne mengden av løsningen i henhold til teknisk informasjon fra væskens produsent (dvs. hvis cfr er 190 cm og dosering er 0,7 ml / cm, et samlet beløp på 133 ml fortynnet væske skal injiseres).
  7. Beregn antall porter skal gjøres i henhold til diameteren (diam) eller omkrets (CRF) i brysthøyde, ser for seg en port/25-30 cm CRF og avrunding resultatet til følgende enhet (dvs. 190 cm crf = 6,3 = 7 porter).
  8. Beregne avstanden mellom portene i henhold til det endelige antall porter (dvs. 190 cm / 7 porter = 27 cm)
  9. Beregn det endelige volumet av væske / port (dvs. 133 cc i totalt / 7 porter = 19 ml / port).
  10. Ved bruk av ferdigfylte kapsler, beregne antall porter i henhold til produsentens instruksjoner.
  11. Velg ekvidistante innstikk (dvs. 7) langs omkretsen på de første 150 cm fra bakken, og foretrakk lett konveks, smooth steder over rot nødbluss.
  12. Unngå noen del med uregelmessigheter i stand til å gripe inn med SAP dynamikk, over eller under innstikkstedet (dvs. knop, tre forfall, beskjæring kutt).
  13. Hvis det er nødvendig, på overflaten glatt bark med en kniv, slik at den ytre pakningen for å få en perfekt tetning med barken. Hvis området er for grovt eller for buet, flytte noen cm til den ene siden.
  14. Velg et blad med en lengde som er kompatibel med både barktykkelse og diameter på treet og skru den til kroppen. I lauvtrær, må minst to cm inn woody vev, i bartrær og palmer, lengre kniver er å foretrekke for å overvinne de harpiks fartøy eller på grunn av monocotyledonae anatomi, henholdsvis.
  15. Fyll en engangs farmasøytisk sprøyte (den billigste og mest effektive løsning) av passende volum med løsningen som kreves for en enkel innsetting (dvs. 17,14 ml), og holder stemplet i minst 3 cm dyp (dvs. en 20 ml sprøyte).
  16. Som et alterinnfødt til sprøyten, bruke noen beholder for tre injeksjoner (dvs. drypp vesker, gjenbrukssprøyter, ferdigfylte kapsler, eksterne tanker) passer med den koniske hullet (kvinnelig kanyle standard) eller 1/8 "gjenger som ligger på verktøyets arm .
  17. Hold godt fast med en hånd, dirigere bladet til treet sentrum. Bladet kanten må rettes parallelt med fibrene (dvs. vertikalt).
  18. Med den andre hånden slår den glidende hammer på legemet inntil den ytre latex pakningen er fullstendig sammenklemt.
  19. Sett sprøyten i den koniske åpning og forsiktig trekke ut stempelet: luften som gikk inn i apparatet i løpet av perkusjons vil strømme ut gjennom væsken. Motstanden av stempelet indikerer perfekt innsetting av bladet. Merk: med ulike koblinger luft ikke kan trekkes ut og behandling vil bli tregere.
  20. Vent på totalt opptak.
  21. Ved infusjon er rask (det vil si 10 ml / 1 min), å avtarse det samlede antall porter fylle beholderen før den er tom, og så beregne det antall porter. Merk: for å sikre en god fordeling av væsken til himlingen, i det minste en port / 40 cm langs omkretsen er foreslått.
  22. Hvis infusjonen tar for lang tid (mer enn 1 ml / min, dvs. på overskyete dager eller i bartrær og palmer) slå til lys injeksjon modus, re-sette stempelet og bruke et lavtrykk med tommelen, eller kobler verktøyet til en trykk tanken (ca. 1,5 bar, figurene 3a og b).
  23. Hvis injeksjonen ikke skjer, utsette behandlingen inntil egnede fysiologiske og klimatiske forhold gjelde.
  24. Når beholderen er tom, må du vente til den gjenværende væske skal gå ut bladet (8-10 sek), fjern sprøyten og trekke ut bladet ved å slå hammeren i motsatt retning.
  25. Flytt til neste havn.
  26. Bruk en inert voks eller gummi hvis beskyttelse av såret er ønskelig eller obligatorisk. Neite: beskjæring eller pode tannkjøttet som inneholder plantevernmidler kan være fytotoksiske for kambiumet, sakker såret nedleggelse.
  27. I tilfelle planter som påvirkes av overførbare sykdommer, desinfiser både bladet og kroppen etter behandling. Hvor lokalt akseptabelt, bruke alkohol eller hydrogen peroxide. Ved varmedesinfeksjon, fjerne både den eksterne og to interne gummipakninger og behandle dem separat, eller erstatte dem.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

På grunn av sin lille dimensjon og unike form, betyr det lenticular bladet fjerner ikke cambial og Woody vev, og sammenlignet med tradisjonelle bore hull, er såret synlig mindre (figur 4a). Vanligvis er kantene av hullet langsomt compartmentalized ved cambial vev (figur 4B1), ofte på grunn av overoppvarming under boring. Omvendt, etter behandling av det samme treet med en linseformet blad, woody fibrene gå tilbake til sin tidligere form, og kambiumet begynner å produsere meristematic vev i noen få dager. Hovedsakelig i lauvtrær, er dette synlig etter å ha koblet barken (Tall 4B2 og c). Vanligvis, etter noen måneder, såret er helt grodd, med en liten mengde underliggende misfarget trevirke (Figur 5), slik at ytterligere behandlinger dersom treet ikke brukes for høy kvalitet tømmer.

På grunn av sin form, frembringer en "Venturi ef bladetfekt ". Denne fysiske fenomenet skjer når væskens hastighet inne i en kanal er betydelig (Video 1), og i et tre de viktigste variablene som påvirker sap hastighet er forbundet med blad transpirasjon. Ifølge våre foreløpige resultater, infusjoner er raskere i lauvtrær med ringformet eller avtagende tre porøsitet, og når væske tilføres i form av konvekse eller flate overflater i nærheten av bunnen eller roten fakler (Video 2, Fig. 6). de beste resultater miljøforhold er på dagen, med jord fuktighetsinnhold i nærheten av 60% og svak bris (figur 7). Under normale forhold, for eksempel, en London fly (Platanus acerifolia) kan spontant opptak 10 ml av insektmiddel abamectine på mindre enn 1 min, og i ideelle forhold rundt en L i 10 min 18.

Når sevjen hastigheten er for lav (sub-optimale miljøforhold, treslag med intrinsically treg sevje, som bartrær og palmer), kan det opp-take være forsiktig tvang ved å bruke noen lett trykk fra utsiden (injeksjon).

Som en generell regel i tre endotherapy, trenger lokalisert infusjon av væsker langs stammen ikke garantere rask translokasjon til blader. Figur 8 rapporter den opp-ta tid å blader i pedunculate eik (Quercus robur) som viser at, uten ytre press brukt, vann trenger minst 6 timer for å nå blader, og at opptakstider kan fordobles ved hjelp av aktive ingredienser, selv formulert for endotherapy. Imidlertid er hastigheten og ikke leveringsmetoden den begrensende faktor: Figur 9 viser at opp-ta til bladene ved hjelp av infusjon også skjer i palmetrær, karakterisert ved meget langsom sap dynamikk. I dette tilfelle tar det ca. 24 timer, mens den samme resultat oppnås gjennom hull i ca. 3t, påføring av en 50 psi trykk.

WIDE, statistisk baserte tester på effekten av de injiserte kjemikalier mot enkelt skadedyr ble ikke utført, blir knyttet til mange variabler (dvs. treslag, fysiologisk status, infestation grad, aktive ingredienser og formuleringer), men foreløpige forsøk med abamectine 6% for å kontrollere bladlus på Prunus spp.. og Cedrus libani, Cameraria ohridellaAesculus hyppocastanum, og Thaumetopoea pityocampa på både Cedrus spp.. og Pinus spp.., ga positive resultater 19.

Figur 1
Figur 1. Fordeler med linseformede kniver. Ved å innføre en gjenstand av en hvilken som helst form til en gruppe av fibre, at de skilles i henhold til en linseformet bikonveks geometri (a). Forskjellig fra eksisterende nåler, en linseformet blad skille r de fibre med minimal friksjon og skade (b). Bladet formen fører til en midlertidig reduksjon av skipenes tverrsnitt, produsere en "Venturi-effekten": SAP trykket synker og dets hastigheten øker. Når den naturlige hastigheten på sap er betydelig, er væske fra en ekstern kilde passivt absorbert av treet (c). Klikk her for å se større bilde .

Fig. 2
Figur 2. Komponenter. Instrumentet er helt manuell og har utskiftbare blader av forskjellige lengder, et organ for tilkobling til væskebeholderen, og en glidende hammer for aksiell innsetting og uttak for den minste skade på treet (figur modifisert fra 16)./ Files/ftp_upload/51199/51199fig2highres.jpg "target =" _blank "> Klikk her for å se større bilde.

Figur 3
Figur 3. Lavtrykks injeksjoner. Tommeltrykk er vanligvis tilstrekkelig til å slå fra infusjons injeksjon når den naturlige saft hastigheten er for langsom (a). Flere tilkoblinger til trykktanker fremskynde behandling (b). Klikk her for å se større bilde .

Figur 4
Figur 4. Nedleggelse ganger. Sammenligning mellom en tradisjonell 4 mm diameter bore hull og blad såret før behandling (en Betula pubescens). Fjerning av bark 4 uker etter behandling, er den kanten av hullet mindre, men merkbart nekrotisk (b1), mens den større blad, men mindre traumatisk sår, har en perfekt lukket av meristematic vev (b2, to diametralt motstående behandlinger i samme Populus nigra) . Full nedleggelse etter en måned (c, Aesculus hyppocastanum). Alle behandlinger på knoppsprett med abamectine 6%, bar:. 5 mm Klikk her for å se større bilde .

Figur 5
Figur 5. Misfarget tre Tolv måneder fra behandlingen, forlengelse av misfarget treverk (a, Populus nigra, bar:. 5 mm, b, Betula pendula; potassium fosfater 25%). Klikk her for å se større bilde .

Figur 6
Figur 6. Injeksjon tidene forandrer seg med injeksjon posisjon og tre porøsitet. Ifølge foreløpige resultater, skjer de raskeste infusjoner hos friske lauvtrær med ringformet eller avtagende tre porøsitet, i konvekse eller flate overflater nær bunnen eller på rot flares (min/10 ml abamectine 0,1%, jord fuktighet 60%, vind fire knop, fullt utviklede blader). Klikk her for å se større bilde .

Figur 7 Figur 7. Miljømessige variabler påvirker opp-ta fart. Ifølge foreløpige resultater, beste resultater variabler er dagtid, jord fuktighet nær 60% og svak vind (minutter til opptak 10 ml abamectine 0,1%, 0 psi, fullt utviklede blader). Klikk her å se større bilde .

Figur 8
Figur 8. Up-ta tid til blader. Bruke rød safranin som en markør, væsker infused i pedunculate eik (Quercus robur) tar vesentlig forskjellige tider for å bli oppdaget i blad petioles, i henhold til trykket og aktive væske funksjoner (hr/10 ml væske, jord fuktighet 60%, vind fire knop, fullt utviklede blader, ABAM = abamectine, TBZ = tiabendazol, H 3 PO 3 = pot assium phosphytes;. alle produkter kommersielt formulert for trunk injeksjon) Klikk her for å se større bilde .

Figur 9
Figur 9. Up-ta ganger i håndflatene. Palmer er kjent for sin svært treg sap hastighet. De to bildene viser tilstedeværelse av farget insekticid i petioles (a) og blader (b) ca. 24 hr fra infusjon (Trachycarpus fortunei, abamectine 0,1% og safranin, 0 psi, bar: 5 mm). Klikk her for å se større bilde .


Video 1.1.wmv "target =" _blank "> Klikk her for å se film en The." Venturi-effekten "Handling 1:. Gang redusert leddområdet, når vannhastigheten er betydelig denne fysiske fenomenet foregår Tiltak 2:. Henhold til naturlig saft hastighet, skjer den samme effekten med en linseformet blad midlertidig redusere fartøyets seksjonen (video hastighet opp 8x; Cherry treet, Prunus cerasifera, kalium fosfat 25%).


. Video 2 Klikk her for å vise Movie 2. Infusion Naturlig opptak i Cherry treet (Prunus cerasifera, kalium fosfat 25%)..

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

På tross av de anerkjente miljømessige fordelene av tre endotherapy, opp til nå den viktigste begrensende faktor for en større spredning av denne metoden har vært knyttet til de negative bivirkninger av bore hull som brukes i tradisjonelle trykkmetoder (dvs. forsinket lukking av sår, parasittinfeksjoner gjennom hullet, produksjon av inaktive misfarget tre).

I motsetning til andre metoder, ble det beskrevet en tenkt å arbeide i samsvar med verts fysiologi, med tanke på leveransetakt som av mindre betydning for behandling suksess.

Fra det synspunkt av en profesjonell operatør, er dette en begrensning av teknikken. Faktisk, med metoder basert på ytre press, leveringstider er forutsigbare også i sub optimale forhold, og antall planter som skal behandles per dag kan lett planlagt. Med den beskrevne teknikk i stedet opptakshastigheten er direkte relatert til volumet av vann simultaneously spres gjennom blad tran, og i sub optimale forhold kan det være tregere enn ønskelig. I dette tilfellet kan opptaket bli oppmuntret ved å forsiktig bruke en lav ytre press, som ikke overstiger 1,5 bar. Ifølge prosjektet tilnærming, venter på bedre vilkår er det foreslått valg når blad transpirasjon er ikke optimal.

Et kritisk punkt er knyttet til væsker fordelingen inne treaktige planter. Faktisk, mens en stor mengde vitenskapelig informasjon er tilgjengelig for trykk injeksjoner, er lite forstått for tiden om dynamikken som fører til den beste sirkulasjon av kjemikaliene i det hele treet når det påføres ved hjelp av infusjon. Undersøkelser i arbeid ved Universitetet i Padova styrke hypotesen om at, i henhold til formulering, kan treslag og portplasseringen, mindre endringer i væske pH betydelig akselerere naturlig opptak.

Ifølge de nye trender av moderne skogbruk 11,17,20, dette pAper foreslår en annen måte å distribuere plantevernmidler og andre SAP-kompatible væsker i trær. Denne metoden er et egnet alternativ når bivirkninger av leveringsmetoden er viktigere enn operatørens daglige produktivitet. Linseformede blader instrumenter, ved at trær for å absorbere væsker i henhold til deres fysiologiske status, representerer et nytt skritt videre i utviklingen av mindre invasive endotherapic behandlinger.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Patent referanser av den beskrevne instrument er PD2011A000245, EP2012/063680, WIPO WO/2013/010909.

Acknowledgments

Forfatteren takker Patent Office of Universitetet i Padova, det TeSAF avdeling og Vitzani srl for deres økonomiske og teknisk støtte som tillot utviklingen av instrumentet, Dr. Jonathan Cocking (UK) for hans type samarbeid og språklig revisjon, kommune Ponte San Nicolò PD for slag gjestfrihet under videoopptak, og de anonyme anmeldere for sin målbevisste, detaljerte forslag.

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