En Venturi effekt kan hjælpe med at helbrede vores træer

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 mere traditionelle hole-baserede metoder, hvoraf de fleste kræver det træ, der skal bores, værktøjer med linseformede klinger omdanne det grundlæggende i endotherapy lette lukningen af ​​såret og lade den naturlige optagelse af løsningerne.

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 træagtige planter, veddet saft bevæger sig opad gennem karrene på grund af en faldende gradient af potentiel vand fra grundvand til løv. Ifølge disse faktorer og deres dynamik, kan små mængder af SAP-kompatible væsker (dvs. pesticider) injiceres i veddet systemet nå deres mål indefra. Denne endotherapic metode, kaldet "trunk injektion" eller "trunk infusion" (afhængigt af om brugeren leverer et ydre tryk eller ej), begrænser de anvendte kemikalier kun inden målet træet, hvilket gør det særligt nyttigt i byområder situationer. De vigtigste faktorer, der begrænser en bredere anvendelse af de traditionelle boremetoder er relateret til negative bivirkninger af de huller, der skal bores omkring stammen omkreds for at få adgang til veddet fartøjer under bark.

The University of Padova (Italien) har for nylig udviklet en manual, bore-fri instrument med en lille, prperforerede blad, der kommer ind i stammen ved at adskille træagtige fibre med minimal friktion. Desuden linseformede formet klinge reducerer skibenes tværsnit, øge saft hastighed og lade den naturlige optagelse af en ekstern væske op til bladene, når transpiration sats er betydelig. Porte delvis nære hurtigt efter fjernelse af bladet på grund af den naturlige elasticitet og fasthed af plantevæv og cambial aktivitet fuldender helingsprocessen i få uger.

Introduction

I den seneste tid har trunk endotherapy gradvist erstattet de traditionelle luft spray metoder i træagtige planter 1-6, men dette er ikke en ny idé. I det 15. århundrede Leonardo Da Vinci beskrev i detaljer, hvordan han var i stand til at beruse æbler ved at indsprøjte arsen løsning ind i bagagerummet på et æbletræ gennem dybe huller lavet med en gimlet 7.. Lidt har ændret sig siden da: kemikalier let tilgængelige i naturen er gradvist blevet erstattet med mere effektive syntetiske aktive ingredienser (insekticider, fungicider, baktericider, gødningsstoffer vækstreguleringsmidler og tørremiddel). Atmosfærisk tryk injektioner udviklede sig til højt tryk, og hånd-drevne gimlets er blevet erstattet af moderne batteri boremaskiner 8-10. Desværre, selv de skarpeste bore bit tårer og overopheder den cambial væv er ansvarlig for hul lukning. Derfor er sårlukning forsinket og store dele af de tilstødende woody væv mister deres sjovctionality ("misfarvet træ") fra injektionsstedet til flere meter over og under 11.. Desuden kan unplugged huller nemt blive koloniseret af bakterier og svampe tiltrækkes af blødning saft og fører til intern henfald langsigtet med et deraf følgende tab af træ styrke og stabilitet 12,13.

Indse, at 1) en gruppe af langsgående fibre adskiller ifølge en linseformet bikonveks geometri (figur 1a), og 2) SAP bevægelser i fartøjer opfylder Bernoullis princip om fluid dynamik i 2011 universitetet i Padova designet en ny 14 bore-fri endotherapic instrument med en væsentlig linseformede, bikonvekse og hul blad, der kommer ind i træet adskille sine fibre. På denne måde bliver indre xylematic fartøjer nåede med minimal friktion (figur 1b), og den midlertidige reduktion af deres sektion øger sap hastighed, accelererer den naturlige optagelse af en ekstern væske(Figur 1c, Video 1) 15,16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

  1. Udføre behandlinger fortrinsvis mellem opløbet pause og sensommeren i solrige og blæsende dage, ifølge almindelige regler i træ endotherapy 17.
  2. Bær handsker, beskyttelsesbriller og enhver anden sikkerhedsanordning i henhold til gældende regler.
  3. Bliv fortrolig med instrumentet, demontering og genmontering det. Dens vigtigste komponenter er rapporteret i figur 2..
  4. Bliv fortrolig med den metode, der er beskrevet i de følgende trin og i Video 2. Begynde at øve infusion teknik ved hjælp af vand i en un-beskåret træ med glat bark, fuldt udviklet baldakin og meget brede blade (dvs. Platanus spp., Quercus spp.).
  5. Brug kun giftige væsker (insekticider, fungicider, tørremidler osv.) er godkendt til træ injektion i henhold til lokale eller nationale regler og udvandet ifølge producenten oplysninger (se etiket).
  6. Mål omkredsen (CRF = diam x 3.14) af træet på breast højde og beregne mængde opløsning i henhold til den tekniske oplysninger fra væskens producent (dvs. hvis cfr er 190 cm og dosering er 0,7 ml / cm, et samlet beløb på 133 ml fortyndet væske vil blive injiceret).
  7. Beregn antallet af havne, der skal foretages i henhold til diameteren (diameter) eller omkreds (CRF) i brysthøjde, påtænker 1 port/25-30 cm CRF og afrunding resultatet til følgende enhed (dvs. 190 cm CRF = 6,3 = 7 porte).
  8. Genberegne afstanden mellem havne i henhold til det endelige antal porte (dvs. 190 cm / 7 porte = 27 cm)
  9. Beregn den endelige volumen af væske / port (dvs. 133 cc i alt / 7 porte = 19 ml / port).
  10. Ved brug af fyldte kapsler, beregne antallet af havne, i henhold til producentens anvisninger.
  11. Vælg ækvidistante indsættelse sites (dvs. 7) langs omkredsen i de første 150 cm fra jorden, foretrækker let konveks, smooth steder over rod nødblus.
  12. Undgå enhver del med anomalier i stand til at blande sig med SAP dynamik, over eller under insertionsstedet (dvs. knuder, træ forfald, beskæring nedskæringer).
  13. Hvis det er nødvendigt, overfladisk glatte bark med en kniv til at tillade den ydre pakning for at lave en perfekt tætning med bark. Hvis webstedet er for groft eller for buet, flytte et par cm til den ene side.
  14. Vælg et blad med en længde kompatibel med både bark tykkelse og træ diameter og skrue det til kroppen. I løvtræer, skal mindst 2 cm indtaste woody væv i nåletræer og palmer, længere vinger er at foretrække at overvinde de harpiks skibe eller på grund af monocotyledonae anatomi, hhv.
  15. Fyld en engangs farmaceutisk sprøjte (den billigste og mest effektive løsning) af passende volumen med den løsning, der kræves for en enkelt isætning (dvs. 17,14 ml), holder stemplet i mindst 3 cm dyb (dvs. en 20 ml sprøjte).
  16. Som et alterhjemmehørende i sprøjten, skal du bruge en hvilken som helst beholder til træet injektioner (dvs. drop poser, genopfyldning sprøjter, fyldte kapsler, eksterne tanke) montering med konisk hul (kvindelige kanyle standard) eller 1/8 "gevind placeret på værktøjets arm .
  17. Holde kroppen fast med en hånd, lede bladet til træet centrum. Bladets kant skal være rettet parallelt til fibrene (dvs. vertikalt).
  18. Med den anden hånd ramme glidende hammer på kroppen, indtil den eksterne latex pakningen er fuldstændigt presset.
  19. Sæt sprøjten i den koniske åbning og forsigtigt trække stemplet: luft, ind i instrumentet under percussion vil strømme ud gennem væsken. Modstanden af ​​stemplet angiver perfekt indføring af bladet. Bemærk: med forskellige koblinger luft ikke kan trækkes ud, og behandlingen vil være langsommere.
  20. Vent til total optagelse.
  21. Hvis infusionen er hurtig (dvs. 10 ml / 1 min), til decreaSE det samlede antal porte refill beholderen, inden den er tom, og derefter genberegne antallet af porte. Bemærk: For at sikre en god fordeling af væsken til baldakin, mindst en port / 40 cm langs omkredsen er foreslået.
  22. Hvis infusion tager for lang tid (mere end 1 ml / min, dvs på overskyede dage eller på nåletræer og palmer) henvende sig til lys injektion tilstand, re-indsætte stemplet og anvende et lavt tryk med tommelfingeren, eller tilslutning af værktøjet til en tryksat tanken (ca. 1,5 bar, figur 3a og b).
  23. Hvis injektion ikke sker, udsætte behandlingen, indtil passende fysiologiske og klimatiske forhold gør sig gældende.
  24. Når beholderen er tom, skal du vente for de resterende væske for at afslutte klingen (8-10 sek), fjern sprøjten og udtrække bladet ved at slå hammeren i den modsatte retning.
  25. Flyt til næste havn.
  26. Brug en inaktiv voks eller gummi, hvis beskyttelse af såret er ønskelig eller obligatorisk. Nejte: beskæring eller podning tandkød indeholder pesticider kan være fytotoksiske for kambium, bremse såret lukning.
  27. I tilfælde af anlæg, der er ramt af overførbare sygdomme, desinficere både kniven og kroppen efter behandlingen. Hvor lokalt acceptable, sprit eller brintoverilte. I tilfælde af varme desinfektion fjerne både to interne gummipakninger eksterne og og behandle dem hver for sig, eller erstatte dem.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

På grund af sin lille dimension og unikke form, er den linseformede bladet ikke fjerne cambial og woody væv, og når sammenlignet med traditionelle borehuller, såret er synligt mindre (figur 4a). Normalt er kanterne af hullet langsomt kompartmentaliseret af cambial væv (Figur 4B1), ofte på grund af overophedning under boring. Omvendt efter behandling det samme træ med en linseformet klinge, træagtige fibre tilbage til deres tidligere form, og kambium begynder at producere meristematiske væv i et par dage. Hovedsageligt i løvtræer, det er synligt efter afmontering af bark (figur 4B2 og c). Normalt efter nogle måneder, såret er helt helet, med en lille mængde af underliggende misfarvet træ (figur 5), således at yderligere behandlinger, hvis træet ikke anvendes for høj kvalitet træ.

På grund af sin form, bladet producerer en "Venturi effekt ". Denne fysiske fænomen finder sted, når væskens hastighed inde i en kanal er betydelig (Video 1), i et træ de vigtigste variabler, der påvirker saft hastighed er forbundet med blad transpiration. Ifølge vores foreløbige resultater, infusioner er hurtigere på bredbladede arter med ringformede eller faldende træ porøsitet, og når væsken påføres i konvekse eller flade overflader tæt på basen eller på rod nødblus (Video 2, figur 6). de bedst præsterende miljømæssige forhold er i dagtimerne, med vandindhold jord tæt ved 60% og svag vind (figur 7). Under normale forhold, for eksempel, en London plan (Platanus acerifolia), kan spontant optagelse 10 ml af insektmidlet abamectine på mindre end 1 min, og under ideelle forhold omkring 1 L i 10 min 18 år.

Når sap hastighed er for lav (sub-optimale miljøforhold, træarter med intrinsically langsom SAP, ligesom nåletræer og palmer), kan up-take forsigtigt tvunget ved at anvende nogle mindre pres udefra (injektion).

Som en generel regel i træ endotherapy, behøver lokaliseret infusion af væsker langs stammen ikke garantere hurtig translokation til blade. Figur 8 rapporter op-tage tid at blade i Stilk eg (Quercus robur), der viser, at med nogen ekstern pres anvendt vand har brug for mindst 6 timer at nå frem til blade, og at optagelsen tider kan fordobles ved hjælp af aktive ingredienser, selv formuleret til endotherapy. Men hastigheden og ikke levering metoden er den begrænsende faktor: Figur 9 viser, at op-tage til bladene ved hjælp af infusion sker også i palmer, kendetegnet ved meget langsomme saft dynamik. I dette tilfælde tager det ca. 24 timer, mens det samme resultat er opnået gennem borehuller i ca. 3 timer under anvendelse af en 50 psi.

WIDE, statistisk baserede test på effekten af de injicerede kemikalier mod enlige skadedyr blev ikke udført, er relateret til mange variabler (dvs. træarter, fysiologiske status, skadedyrsangreb grad, aktive ingredienser og formuleringer), men de foreløbige forsøg med abamectine 6% til at styre bladlus på Prunus spp. og Cedrus libani, Cameraria ohridellaAesculus hyppocastanum og Thaumetopoea pityocampa på både Cedrus spp. og Pinus spp., gav positive resultater 19.

Figur 1
Figur 1. Fordele ved linseformede vinger. Ved at indføre en genstand af enhver form, i en gruppe af fibre, de adskiller ifølge en linseformet bikonveks geometri (a). Til forskel fra eksisterende nåle, en linseformet klinge adskille s fibrene med minimal friktion og skader (b). Vingen form forårsager en midlertidig reduktion af skibenes tværsnit, der producerer en "Venturi-effekten": SAP trykket aftager, og dens hastighed stiger. Når den naturlige hastighed saft er betydelig, er væsker fra en ekstern kilde passivt absorberet af træet (c). Klik her for at se større billede .

Figur 2
Figur 2. Komponenter. Instrumentet er helt manuel og har udskiftelige blade af forskellige længder, et organ til forbindelse med væskebeholderen, og en glidende hammer til aksial indføring og ekstraktioner til de mindst skader på træet (figur modificeret fra 16)./ Files/ftp_upload/51199/51199fig2highres.jpg "target =" _blank "> Klik her for at se større billede.

Figur 3
Figur 3. Lavtryks-injektioner. Thumb tryk sædvanligvis er tilstrækkelig til at slå fra infusion til injektion naturlig saft hastighed er for langsom (a). Flere forbindelser til trykbeholdere fremskynde behandlingen (b). Klik her for at se større billede .

Figur 4
Figur 4.. Lukning gange. Sammenligning mellem en traditionel 4 mm diameter bore hul og klinge sår før behandling (en Betula pubescens). Fjernelse af bark 4 uger efter behandling, kanten af hullet er mindre, men mærkbart nekrotisk (B1), mens den større klinge, men mindre traumatisk sår, er perfekt lukket af meristematiske væv (b2, to diametralt modsatte behandlinger i samme Populus nigra) . Fuldstændig lukning efter 1 måned (c, Aesculus hyppocastanum). Alle behandlinger på opløbet pause med abamectine 6%, bar:. 5 mm Klik her for at se større billede .

Figur 5
Figur 5. Misfarvet træ Tolv måneder fra behandling, udvidelse af misfarvet træ (a, Populus nigra, bar:. 5 mm, b, Betula pendula; potassium fosfater 25%). Klik her for at se større billede .

Figur 6
Figur 6. Injection tiderne skifter med indsprøjtning position og træ porøsitet. Ifølge de foreløbige resultater, de hurtigste infusioner sker hos raske bredbladede arter med ringformede eller faldende træ porøsitet, i konvekse eller flade overflader tæt på basen eller på rod nødblus (min/10 ml abamectine 0,1%, jordens fugtighed på 60%, vind 4 knob, fuldt udviklede blade). Klik her for at se større billede .

Figur 7 Figur 7. Miljømæssige variabler påvirker op-tage fart. Ifølge de foreløbige resultater, bedst udfører variable dagtimerne, jord fugtighed tæt på 60%, og svag vind (minutter for optag 10 ml abamectine 0,1%, 0 psi, fuldt udviklede blade). Klik her at se større billede .

Figur 8
Figur 8. Up-tage gange for at blade. Brug rød safranin som en markør, væsker infunderes i Stilk eg (Quercus robur) tager væsentligt forskellige tidspunkter for at blive opdaget i blade bladstilke, ifølge tryk, og aktive flydende features (hr/10 ml væske, jordens fugtighed på 60%, vind 4 knob, fuldt udviklede blade, ABAM = abamectine, TBZ = thiabendazol, H 3 PO 3 = pot assium phosphytes. alle produkter kommercielt formuleret til bagagerum injektion) Klik her for at se større billede .

Figur 9
Figur 9. Up-tage gange i håndfladerne. Er palmer kendt for deres meget langsom saft hastighed. De to billeder viser tilstedeværelsen af farvede insekticid i bladstilke (a) og blade (b) ca. 24 timer fra infusion (Trachycarpus fortunei, abamectine 0,1% og safranin, 0 psi, bar: 5 mm). Klik her for at se større billede .


Video 1.1.wmv "target =" _blank "> Klik her for at se Movie 1". Venturi-effekten "Aktion 1:. Engang reduceret tværsnitsareal, når vandhastighed er betydelig denne fysiske fænomen finder sted Aktion 2:. Henhold til naturlig saft hastighed, sker den samme effekt med en linseformet blad midlertidig nedsættelse fartøjets sektion (video hastighed op 8x, Cherry Tree, Prunus cerasifera, kaliumphosphat 25%).


. Video 2 Klik her for at se Movie 2. Infusion Naturlig optagelse i kirsebær (Prunus cerasifera, kaliumphosphat 25%)..

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

På trods af de anerkendte miljømæssige fordele ved træ endotherapy, indtil nu er den vigtigste faktor, der begrænser en bredere udbredelse af denne metode er blevet relateret til de negative bivirkninger af de borehuller, der anvendes i traditionelle tryk-metoder (dvs. forsinket sårlukning, parasitære infektioner gennem hullet produktionen af ​​inaktive misfarvet træ).

I modsætning til andre metoder, blev beskrevet en planlagt til at arbejde i overensstemmelse med vært fysiologi, overvejer levering sats som af mindre betydning til behandling succes.

Fra synspunktet af en professionel operatør, er en begrænsning af teknikken. I virkeligheden, med metoder baseret på ydre pres, leveringstider er forudsigelige også i sub optimale betingelser, og antallet af planter, der skal behandles pr dag kan let planlagt. Med den beskrevne teknik i stedet optagelse hastighed er direkte relateret til den mængde vand, simultanhusholdninger rammes samtidigt spredt gennem blad transpiration, og i sub optimale betingelser kan det være langsommere end ønsket. I dette tilfælde kan optagelse fremmes ved forsigtigt at anvende et lavt eksternt pres, der ikke overstiger 1,5 bar. Ifølge projektet tilgang, venter på bedre vilkår er den foreslåede valg, når blad transpiration ikke er optimal.

Et kritisk punkt vedrører fordeling af væsker inde træagtige planter. I virkeligheden, mens en enorm mængde af videnskabelige data er tilgængelig på tryk injektioner, lidt i øjeblikket forstået om den dynamik, der fører til den bedste cirkulation af kemikalier i hele træet, når den anvendes ved hjælp af infusion. Igangværende undersøgelser ved universitetet i Padova styrke den hypotese, at ifølge formulering kan træarter og port placering, mindre ændringer i væske pH væsentligt accelerere naturlig optagelse.

Ifølge de nye tendenser inden for moderne arboriculture 11,17,20, dette paper foreslår en anden måde at distribuere pesticider og andre SAP-kompatible væsker ind i træer. Denne metode er en velegnet mulighed, når bivirkningerne af levering metode er vigtigere end operatørens daglige produktivitet. Linseformede bladede instrumenter, ved at give træer til at absorbere væsker i henhold til deres fysiologiske status, repræsenterer et nyt skridt fremad i udviklingen af ​​mindre invasive endotherapic behandlinger.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Patent henvisninger til det beskrevne instrument er PD2011A000245, EP2012/063680, WIPO WO/2013/010909.

Acknowledgments

Forfatteren takker patentmyndighed Padova Universitet, den TeSAF afdeling og Vitzani srl for deres finansielle og tekniske støtte, der muliggjorde udviklingen af ​​instrumentet, Dr. Jonathan Cocking (UK) for hans venlige samarbejde og lingvist Kommune Ponte San Nicolò PD for venlige gæstfrihed under videooptagelse, og de anonyme anmeldere for deres målbevidste, detaljerede 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