Un effetto Venturi può aiutare a curare i nostri alberi

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Summary

Rispetto ai tradizionali metodi foro-based, molti dei quali richiedono dell'albero da forare, utensili con lame lenticolari trasformano le basi del endoterapia facilitare la chiusura della ferita e consentendo l'assorbimento naturale delle soluzioni.

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

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Abstract

In piante legnose, succo xilematico si muove verso l'alto attraverso i vasi a causa di un gradiente decrescente di potenziale idrico della falda al fogliame. Secondo questi fattori e le loro dinamiche, piccole quantità di liquidi compatibili con sap (cioè antiparassitari) possono essere iniettati nel sistema xilema, raggiungendo il loro obiettivo dall'interno. Questo metodo endoterapica, chiamato "iniezione tronco" o "tronco infusione" (a seconda che l'utente fornisce una pressione esterna o no), limita le sostanze chimiche applicate solo all'interno della struttura di destinazione, così da rendere particolarmente utile in situazioni urbane. I principali fattori limitanti più ampio uso dei metodi tradizionali di perforazione sono riportate effetti collaterali negativi dei fori che devono essere praticati attorno alla circonferenza del tronco per accedere ai vasi dello xilema sotto la corteccia.

L'Università di Padova (Italia) ha recentemente sviluppato uno strumento manuale, privo di trapano con una piccola, alama traforata che entra nel tronco separando le fibre legnose con minimo attrito. Inoltre, la lama sagomata lenticolare riduce sezione trasversale delle imbarcazioni, all'aumentare della velocità linfa e consentendo l'assorbimento di un liquido naturale esterno fino alle foglie, quando il tasso di traspirazione è sostanziale. Porte parzialmente chiudi subito dopo la rimozione della lama a causa della naturale elasticità e turgore dei tessuti vegetali, e l'attività cambial completa il processo di guarigione in poche settimane.

Introduction

In tempi recenti, il tronco endoterapia ha progressivamente sostituito i metodi tradizionali spruzzo di aria in piante legnose 1-6, ma questo non è un'idea recente. Nel 15 ° secolo Leonardo Da Vinci descritto in dettaglio come egli fu in grado di intossicare le mele iniettando una soluzione di arsenico nel tronco di un albero di mele con buche profonde fatte con un succhiello 7. Poco è cambiato da allora: le sostanze chimiche facilmente reperibili in natura sono stati gradualmente sostituiti con i più efficaci principi attivi di sintesi (insetticidi, fungicidi, battericidi, fertilizzanti, fitoregolatori e disidratanti). Iniezioni a pressione atmosferica evoluto in alta pressione, e succhielli mano-driven sono state sostituite da moderni trapani batteria 8-10. Purtroppo, anche la punta più acuta bit lacrime e surriscalda il tessuto cambiale responsabile per la chiusura del foro. Di conseguenza, la chiusura della ferita è in ritardo e grandi sezioni dei tessuti legnosi adiacenti perdono il loro divertimentoctionality ("legno scolorito") dal sito di iniezione a diversi metri sopra e sotto 11. Inoltre, i fori disconnesso possono essere facilmente colonizzati da batteri e funghi attratti dalla linfa sanguinamento e che portano al degrado interno-lungo termine, con una conseguente perdita di forza del legno e stabilità 12,13.

Rendendosi conto che 1) un gruppo di fibre longitudinali separa secondo una biconvessa geometria lenticolare (Figura 1a), e 2) i movimenti di linfa nei vasi compiere principio di Bernoulli sulla dinamica dei fluidi, nel 2011 l'Università di Padova ha progettato un nuovo 14 endoterapica libero-drill strumento con una lama essenziale lenticolare, biconvessa e cavo che entra nel bosco separa sue fibre. In questo modo, vasi xilematici interni sono raggiunti con il minimo attrito (Figura 1b), e la riduzione temporanea della loro sezione aumenta velocità linfa, accelerando l'assorbimento di un liquido naturale esterno(Figura 1c, Video 1) 15,16.

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Protocol

  1. Effettuare trattamenti preferibilmente tra germogliamento e alla fine dell'estate, in giornate di sole e ventilate, secondo le regole generali in albero endoterapia 17.
  2. Indossare guanti, occhiali protettivi e qualsiasi altro dispositivo di sicurezza secondo le norme vigenti.
  3. Acquisire familiarità con lo strumento, smontaggio e rimontaggio di esso. I suoi componenti principali vengono riportati in Figura 2.
  4. Acquisire familiarità con il metodo descritto nelle seguenti procedure e video 2. Iniziare a praticare la tecnica di infusione con acqua in un albero non-potato con corteccia liscia, baldacchino completamente sviluppato e foglie molto larghe (cioè Platanus spp., Quercus spp.).
  5. Utilizzare solo liquidi tossici (insetticidi, fungicidi, disidratanti, ecc) autorizzati per l'iniezione albero in base alle leggi locali o nazionali, e diluito secondo le informazioni produttore (vedi etichetta).
  6. Misurare la circonferenza (crf = diametro x 3.14) dell'albero a baltezza reast e calcolare la quantità di soluzione in base alle informazioni tecniche fornite dal produttore del liquido (cioè se cfr è di 190 cm ed il dosaggio è di 0,7 ml / cm, un importo totale di 133 ml di liquido diluito verranno iniettati).
  7. Calcolare il numero di porte da effettuarsi in base al diametro (diametro) o la circonferenza (crf) a petto, prevedendo 1 port/25-30 cm CRF e arrotondando il risultato al seguente unità (ossia 190 centimetri crf = 6,3 = 7 porte).
  8. Ricalcolare la distanza tra le porte in base al numero finale di porte (ossia 190 centimetri / 7 porte = 27 cm)
  9. Calcolare il volume finale di liquido / port (cioè 133 cc in totale / 7 porte = 19 ml / porto).
  10. Quando si utilizzano le capsule pre-riempite, calcolare il numero di porte in base alle istruzioni del produttore.
  11. Selezionare siti di inserzione equidistanti (cioè 7) lungo la circonferenza nei primi 150 cm da terra, preferendo leggermente convesso, smooth posizioni sopra razzi root.
  12. Evitare qualsiasi parte con anomalie in grado di interferire con la dinamica linfa, al di sopra o al di sotto del sito di inserzione (cioè nodi, legno di decadimento, tagli di potatura).
  13. Se necessario, lisciare superficialmente la corteccia con un coltello per consentire la guarnizione esterna per fare una perfetta tenuta con la corteccia. Se il sito è troppo ruvida o troppo curvo, spostare qualche cm di lato.
  14. Scegliere una lama con una lunghezza compatibile sia con spessore corteccia e diametro dell'albero e avvitarlo al corpo. In latifoglie, almeno 2 cm devono entrare i tessuti legnosi, in conifere e palme, pale più lunghe sono preferibili a superare i vasi in resina o causa dell'anatomia monocotyledonae, rispettivamente.
  15. Riempire una siringa monouso farmaceutica (la soluzione più economica ed efficace) di opportuno volume con la soluzione necessaria per una singola inserzione (cioè 17.14 ml), mantenendo lo stantuffo per almeno 3 cm di profondità (cioè una siringa da 20 ml).
  16. Come un alternativo alla siringa, usare qualsiasi contenitore per preparazioni iniettabili albero (sacchetti di raccolta, siringhe riutilizzabili, capsule pre-riempite, serbatoi esterni) montaggio con il foro conico (standard femmina ago ipodermico) o il filetto da 1/8 "che si trova sul braccio dello strumento .
  17. Tenere il corpo saldamente con una mano, dirigendo la lama al centro dell'albero. Bordo della lama deve essere diretto parallelamente alle fibre (ossia verticalmente).
  18. Con l'altra mano colpire il martello scorrevole sul corpo finché la guarnizione lattice esterno è completamente compresso.
  19. Inserire la siringa nell'apertura conica e delicatamente estrarre lo stantuffo: aria che è entrato strumento durante la percussione fluirà attraverso il liquido. La resistenza del pistone indica il perfetto inserimento della lama. Nota: con diversi accoppiamenti aria non può essere tirato fuori e il trattamento sarà più lento.
  20. Attendere che l'assorbimento totale.
  21. Se l'infusione è veloce (cioè 10 ml / 1 min), per diminuise il numero totale di porte riempire il contenitore prima che sia vuoto e ricalcolare il numero di porte. Nota: per garantire una buona distribuzione del liquido per la vela, almeno una porta / 40 cm lungo la circonferenza è suggerito.
  22. Se l'infusione dura troppo a lungo (più di 1 ml / min, ossia nelle giornate nuvolose o in conifere e palme), girare a modalità di iniezione luce, re-inserendo il pistone e l'applicazione di una bassa pressione con il pollice, o collegare lo strumento ad una pressione serbatoio (ca. 1,5 bar; figure 3a e b).
  23. Se l'iniezione non avviene, rimandare il trattamento fino a quando prevalgono condizioni fisiologiche e climatiche adatte.
  24. Quando il contenitore è vuoto, attendere che il liquido restante per uscire la lama (8-10 sec), rimuovere la siringa ed estrarre la lama colpendo il martello nella direzione opposta.
  25. Passare al porto successivo.
  26. Utilizzare una cera inerte o gomma se la protezione della ferita è auspicabile o obbligatorio. NoTE: potatura o innesto gengive contenenti pesticidi può essere fitotossici per la cambium, rallentando la chiusura della ferita.
  27. Nel caso di piante affette da malattie trasmissibili, disinfettare sia della lama e il corpo dopo il trattamento. Dove localmente accettabile, utilizzare alcool o acqua ossigenata. In caso di disinfezione termica, rimuovere sia il due guarnizioni in gomma interni e esterni e trattare separatamente, o sostituirli.

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Representative Results

Grazie alle sue piccole dimensioni e la forma unica, la lama lenticolare non rimuove cambiale e legnoso tessuti, e se confrontato con fori tradizionali, la ferita è visibilmente più piccolo (figura 4a). Di solito, i bordi del foro sono lentamente compartimenti stagni da tessuti cambiale (Figura 4b1), spesso a causa di surriscaldamento durante la perforazione. Al contrario, dopo aver trattato lo stesso albero con una lama lenticolare, le fibre legnose tornano alla loro forma precedente, e il cambium inizia a produrre tessuti meristematici in pochi giorni. Soprattutto in latifoglie, questo è visibile dopo il distacco della corteccia (figure 4b2 ec). Di solito, dopo alcuni mesi, la ferita è guarita perfettamente, con una piccola quantità di legno scolorito sottostante (Figura 5), consentendo ulteriori trattamenti se l'albero non è utilizzata per legname di alta qualità.

A causa della sua forma, la lama produce un "Venturi effetto ". Questo fenomeno fisico avviene quando la velocità del fluido all'interno di un condotto è sostanziale (Video 1), e in un albero le principali variabili che influenzano la velocità linfa sono associati a foglia traspirazione. Secondo i nostri risultati preliminari, infusioni sono più veloci in latifoglie con anulare o diminuendo legno porosità, e quando il liquido viene applicato in superfici convesse o piane vicine alla base o razzi radice (Video 2; la figura 6). Le condizioni ambientali migliori sono durante il giorno, con umidità del suolo vicino al 60% e leggera brezza (Figura 7). In condizioni normali, per esempio, un aereo Londra (Platanus acerifolia) può assorbimento spontaneamente 10 ml della abamectine insetticida in meno di 1 minuto, in condizioni ideali circa 1 L di 10 min 18.

Quando la velocità linfa è troppo bassa (condizioni ambientali, specie sub-ottimali albero con intrinsicalsap ly lento, come conifere e palme), l'up-take può essere forzato delicatamente applicando qualche leggera pressione dall'esterno (iniezione).

Come regola generale in albero endoterapia, l'infusione di liquidi localizzata lungo il tronco non garantiscono una rapida traslocazione di foglie. Figura 8 rapporti acqua fino prendere tempo per foglie di farnia (Quercus robur) dimostrando che, senza alcuna pressione esterna applicata, ha bisogno di almeno 6 ore per raggiungere le foglie, e che i tempi di assorbimento può essere raddoppiata utilizzando ingredienti attivi, anche se formulato per endoterapia. Tuttavia, la velocità e il metodo di consegna non è il fattore limitante: Figura 9 dimostra che fino-prendere alle foglie mediante infusione avviene anche in palme, caratterizzato da dinamiche linfa molto lenta. In questo caso, ci vogliono ca. 24 ore, mentre lo stesso risultato viene raggiunto attraverso i fori in ca. 3 ore, applicando una pressione di 50 psi.

Wide, test basati statisticamente sull'efficacia delle sostanze chimiche iniettate contro singoli parassiti non sono stati eseguiti, essendo legati a molte variabili (cioè specie arboree, stato fisiologico, il grado di infestazione, principi attivi e formulazioni), ma prove preliminari utilizzando abamectine 6% per controllare afidi su Prunus spp. e Cedrus libani, Cameraria ohridella su Aesculus hyppocastanum, e Thaumetopoea pityocampa su entrambi Cedrus spp. e Pinus spp., ha dato risultati positivi 19.

Figura 1
Figura 1. Vantaggi di lame lenticolari. Introducendo un oggetto di qualsiasi forma in un gruppo di fibre, si separano secondo una geometria biconvessa lenticolare (a). Diversamente da aghi esistenti, una lama lenticolare distaccata s le fibre con minimo attrito e danni (b). La forma della lama provoca una riduzione temporanea di sezione trasversale delle imbarcazioni, producendo un "effetto Venturi": la pressione diminuisce linfa e la sua velocità aumenta. Quando la velocità naturale di linfa è sostanziale, liquidi provenienti da una fonte esterna sono passivamente assorbiti dalla pianta (c). Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .

Figura 2
Figura 2. Componenti. Lo strumento è completamente manuale e ha lame intercambiabili di diversa lunghezza, un corpo di collegamento al contenitore di liquido, ed un martello scorrevole per inserimento assiale e estrazioni per i meno danni all'albero (figura modificata da 16)./ Files/ftp_upload/51199/51199fig2highres.jpg "target =" _blank "> Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita.

Figura 3
Figura 3. Pressione di iniezione a bassa pressione. Pollice di solito è sufficiente ruotare da infusione per iniezione quando la velocità linfa naturale è troppo lento (a). Connessioni multiple a serbatoi pressurizzati accelerare il trattamento (b). Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .

Figura 4
Figura 4. Tempi di chiusura. Confronto tra un tradizionale 4 millimetri foro di diametro e la lama della ferita prima del trattamento (a Betula pubescens). Rimozione della corteccia 4 settimane dopo il trattamento, il bordo del foro è più piccolo ma notevolmente necrotico (b1), mentre la lama più grande ma ferita meno traumatico, è perfettamente chiuso da tessuti meristematici (b2; due trattamenti diametralmente opposti della stessa Populus nigra) . Chiusura completa dopo 1 mese (c, Aesculus hyppocastanum). Tutti i trattamenti al germogliamento con abamectine 6%, barre:. 5 millimetri Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .

Figura 5
Figura 5. Legno scolorito Dodici mesi dal trattamento, l'estensione del legno scolorito (a, Populus nigra, bar:. 5 mm; b, Betula pendula; potassium fosfati 25%). Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .

Figura 6
Figura 6. I tempi di iniezione cambiano con la posizione di iniezione e legno porosità. Secondo i risultati preliminari, le infusioni più veloci accade in buona salute latifoglie con anulare o diminuendo la porosità del legno, in superfici convesse o piane vicino alla base o sui razzi di root (min/10 ml di abamectine 0,1%, umidità del suolo del 60%, vento di 4 nodi, foglie completamente sviluppate). Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .

Figura 7 Figura 7. Variabili ambientali influenzano la velocità di up-take. Secondo i risultati preliminari, le variabili migliori prestazioni sono di giorno, l'umidità vicino al 60% e vento debole suolo (minuti assorbono 10 ml di abamectine 0.1%, 0 psi, foglie completamente sviluppate). Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .

Figura 8
Figura 8. Up-take volte per le foglie. Usando safranin rosso come un marcatore, liquidi infusi in farnia (Quercus robur) richiede tempi significativamente diversi da rilevare in piccioli fogliari, in base alla pressione applicata e le caratteristiche liquide attivi (hr/10 ml di liquido, umidità del suolo del 60%, vento di 4 nodi, foglie completamente sviluppate, ABAM = abamectine, TBZ = tiabendazolo, H 3 PO 3 = pot phosphytes assium,. tutti i prodotti in commercio formulati per l'iniezione tronco) Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .

Figura 9
Figura 9. Up-take volte in palme. Palme sono noti per la loro velocità linfa molto lento. Le due immagini mostrano la presenza di insetticida tinto in piccioli (a) e le foglie (b) ca. 24 ore di infusione (Trachycarpus fortunei, abamectine 0,1% e safranina, 0 psi, bar: 5 mm). Clicca qui per vedere l'immagine ingrandita .


Video 1.1.wmv "target =" _blank "> Clicca qui per vedere film 1 L'." Effetto Venturi "Azione 1:. Volta ridotto l'area della sezione, quando la velocità di acqua è notevole questo fenomeno fisico avviene Azione 2:. Secondo la linfa naturale velocità, lo stesso effetto si verifica con una lama lenticolare ridurre temporaneamente la sezione della nave (velocità video fino a 8x, Ciliegio, Prunus cerasifera, fosfato di potassio 25%).


. Video 2 Clicca qui per vedere Movie 2. infusione assorbimento naturale in Ciliegio (Prunus cerasifera, fosfato di potassio 25%)..

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Discussion

Nonostante i vantaggi ambientali riconosciuti di albero di endoterapia, fino ad oggi il principale fattore limitante una più ampia diffusione di questo metodo è stata correlata agli effetti collaterali negativi dei fori utilizzati nei metodi di pressione tradizionali (chiusura della ferita cioè differite, infezioni parassitarie attraverso il foro, produzione di legno inattiva scolorito).

In contrasto con altri metodi, quello descritto è previsto per funzionare in conformità fisiologia dell'ospite, considerando il tasso di consegna come di secondaria importanza per il successo del trattamento.

Dal punto di vista di un operatore professionale, questa è una limitazione della tecnica. Infatti, con metodi basati sulla pressione esterna, i tempi di consegna sono prevedibili anche in condizioni sub ottimali, e il numero di piante da trattare al giorno possono essere facilmente previsti. Con la tecnica descritta, invece, la velocità di assorbimento è direttamente correlata al volume di acqua simultanogni cambio disperso attraverso la traspirazione fogliare, e in condizioni sub ottimali può essere più lento di quanto desiderato. In questo caso, l'assorbimento può essere incoraggiato applicando delicatamente una bassa pressione esterna, non superiore a 1,5 bar. Secondo l'approccio di progetto, in attesa di condizioni migliori è la scelta consigliata quando traspirazione fogliare non è ottimale.

Un punto critico riguarda la distribuzione dei liquidi all'interno piante legnose. Infatti, mentre una quantità enorme di dati scientifici è accessibile iniezioni pressione, poco è attualmente compreso le dinamiche che portano alla migliore circolazione delle sostanze chimiche in tutto l'albero quando applicata mediante infusione. Indagini in corso presso l'Università di Padova, rafforzano l'ipotesi che, secondo la formulazione, specie arboree e la posizione della porta, piccole modifiche del pH del liquido possono accelerare significativamente l'assorbimento naturale.

Secondo le nuove tendenze della moderna arboricoltura 11,17,20, questo pAPER suggerisce un modo diverso per distribuire pesticidi e altri liquidi compatibili linfa in alberi. Questo metodo è una scelta adatta quando gli effetti collaterali del metodo di consegna sono più importanti produttività giornaliera dell'operatore. Strumenti a lame lenticolari, consentendo alberi per assorbire i liquidi in base al loro stato fisiologico, rappresentano un nuovo passo in avanti nello sviluppo di trattamenti endoterapici meno invasivi.

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Disclosures

Riferimenti brevetto dello strumento descritto sono PD2011A000245, EP2012/063680, WIPO WO/2013/010909.

Acknowledgments

L'autore ringrazia l'Ufficio Brevetti dell'Università di Padova, Dipartimento TESAF e Vitzani srl per il loro sostegno finanziario e tecnico che ha permesso lo sviluppo dello strumento, il Dr. Jonathan Cocking (UK) per la sua gentile collaborazione e la revisione linguistica, il Comune di Ponte San Nicolò PD per la gentile ospitalità durante le riprese video, ei revisori anonimi per i loro propositivo, suggerimenti dettagliati.

Materials

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

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