Flujo de trabajo avanzado para tomar núcleos incrementales de alta calidad: nuevas técnicas y dispositivos
Summary
Aquí, presentamos un protocolo sobre cómo evitar micro grietas en núcleos de incremento mediante la aplicación de un taladro inalámbrico con un multiplicador de par para minimizar los problemas al extraer árboles, así como su efecto en la preparación de micro secciones largas. Este protocolo también incluye un procedimiento para afilar los descorchadores en el campo.
Abstract
En la investigación dendroecológica, la datación precisa de cada anillo de crecimiento individual es un requisito básico para todos los estudios, centrándose solo en las variaciones de ancho de anillo, análisis químicos o de isótopos, o estudios anatómicos de madera. Independientemente de la estrategia de muestreo para un determinado estudio (por ejemplo, climatología, geomorfología), la forma en que se toman las muestras es crucial para su preparación y análisis exitosos.
Hasta hace poco, era suficiente utilizar un (más o menos) descorer de incremento agudo para obtener muestras de núcleo que pudieran lijarse para su posterior análisis. Dado que las características anatómicas de la madera se pueden aplicar a series temporales largas, la necesidad de obtener núcleos incrementales de alta calidad ha adquirido un nuevo significado. Esencialmente, el descorchador debe ser afilado cuando se usa. Al extraer un árbol a mano, hay algunos problemas en el manejo del descorchador, lo que resulta en la aparición oculta de micro grietas a lo largo de todo el núcleo: Al comenzar a perforar a mano, la broca se presiona fuertemente contra la corteza y el anillo más externo hasta que el hilo haya entrado completamente en el tronco. Al mismo tiempo, la broca se mueve hacia arriba y hacia abajo, así como hacia los lados. Luego, el corer se perfora hasta el fondo en el tronco; Sin embargo, es necesario detenerse después de cada giro, cambiar el agarre y volver a girar. Todos estos movimientos, así como el arranque / parada-coring, ejercen una tensión mecánica en el núcleo. Las micro grietas resultantes hacen imposible crear micro secciones continuas, ya que se deshacen a lo largo de todas estas grietas.
Presentamos un protocolo para superar estos obstáculos mediante la aplicación de una nueva técnica utilizando un taladro inalámbrico para minimizar estos problemas al extraer muestras de un árbol, así como su efecto en la preparación de micro secciones largas. Este protocolo incluye la preparación de micro secciones largas, así como un procedimiento para afilar los descorchadores en el campo.
Introduction
La investigación dendroecológica se basa en diversas características de los anillos de crecimiento en los árboles, tanto anuales como de otro tipo. La dendrocronología de la disciplina “precursora” se estableció utilizando variaciones de ancho de anillo como parámetro para simplemente fechar los anillos y, como resultado, establecer cronologías largas. Por lo tanto, otras características múltiples, como variaciones de densidad, concentraciones isotópicas o características anatómicas de la madera, se utilizan para correlacionar anillos individuales o su estructura y contenido con parámetros ambientales para comprender mejor el impacto de las condiciones ambientales en el crecimiento de los árboles a lo largo del tiempo.
La dendroecología, así como la dendroclimatología, ha ganado importancia en la investigación ambiental, principalmente en la reconstrucción de condiciones climáticas pasadas 1,2,3. Para ello, los anillos de innumerables árboles tienen que ser analizados en detalle. Aunque existen algunas técnicas para determinar el ancho y la densidad de los anillos de los árboles (por ejemplo, mediante tecnología de onda acústica4 o resistencia de perforación5,6), hasta la fecha, no existe un método confiable “no destructivo” para extraer las características de los anillos de los árboles. Para análisis muy detallados de las características de los anillos dentro de un árbol, o para estimar el incremento del área basal, sería mejor cortar discos de los árboles de interés7. Esto requeriría cortar todos los árboles potenciales de interés para análisis específicos. Teniendo en cuenta la gran cantidad de árboles analizados en todo el mundo cada año, esta estrategia de muestreo no es factible. Independientemente de desperdiciar una cantidad increíble de recursos, esta estrategia es simplemente demasiado costosa. Debido a esto, el uso de descorchos incrementales se ha establecido como una técnica de muestreo estándar en la investigación de anillos de árboles8. El uso de descorsadores incrementales permite una extracción mínimamente invasiva de núcleos de madera de tallos, partiendo de la corteza y alcanzando (en casos óptimos) la médula del árbol9.
Aunque la extracción de muestras causa una lesión en el tallo, un agujero con un diámetro de ~ 1 cm, los árboles pueden cerrar esta herida a través de una mayor formación de madera en las proximidades del orificio del núcleo. Una desventaja, aparte del agujero en sí, es la aparición de una “zona de compartimentación”, un área alrededor del agujero donde las células se llenan de fenoles para evitar la posible propagación de hongos a partir del agujero10,11. Hasta donde sabemos, todavía no hay evidencia de que el incremento de la extracción de muestras cause un aumento significativo de la frecuencia de descomposición de los árboles, al menos en bosques de gran elevación no perturbados para Picea abies12 y varias especies de madera dura en un bosque templado13.
Aunque este estándar de muestreo se ha aplicado durante décadas en todo el mundo, aún quedan algunos problemas. Uno de ellos es el hecho de que los núcleos tienen que ser tomados a mano sin ningún tipo de soporte mecánico, lo que lleva mucho tiempo y es bastante agotador después de un tiempo. Para facilitar el muestreo, se han probado varias estrategias (más o menos practicables), como el uso de motosierras equipadas con un descorcho en lugar de la cadena14,15,16,17. Se prefería el uso de motosierras a los taladros porque estos últimos no eran lo suficientemente potentes; Sin embargo, esta idea no se hizo popular debido al gran peso de la motosierra y el combustible requerido.
En los últimos años, las técnicas anatómicas de madera han evolucionado significativamente y se han integrado en estudios dendroecológicos18,19. Sin embargo, la capacidad de analizar los parámetros anatómicos de la madera durante largos períodos cortando microsecciones de núcleos incrementales resultó en problemas inesperados. Con frecuencia, las microsecciones tomadas de los núcleos se rompían en pequeños pedazos, lo que hacía imposible producir cortes coherentes (Figura 1). Este problema fue causado por la técnica manual de extracción de árboles y descorchadores desfilados. La tensión mecánica ejercida sobre la madera durante la extracción de muestras dio lugar a micro grietas dentro del núcleo. Estas micro grietas nunca se notaron durante el examen macroscópico de los núcleos de incremento, y por lo tanto nunca presentaron un problema.
La extracción manual de testigos se realiza colocando el mango en el extremo posterior del descorchador, presionando la punta con el hilo contra el vástago y comenzando a girar el mango hasta que el descorchador haya perforado un poco más de la mitad del diámetro del vástago. Al hacer esto, la punta del descorcho está (obviamente) fijada en el vástago, pero el extremo posterior del descorchador girado por el mango siempre se mueve hacia los lados o hacia arriba y hacia abajo, al menos hasta que el cabezal de perforación esté completamente atornillado en el tronco, dando más orientación y estabilidad al descorchador. Como resultado de la alta presión y el movimiento del corer, los núcleos incrementales se distorsionan con frecuencia en el más externo ~5 cm (Figura 1). Incluso si la fricción durante el giro se reduce al mínimo, otro proceso está ejerciendo tensión en el núcleo de incremento dentro del corer. La extracción manual de muestras no permite un movimiento continuo del filo del descorchador dentro del vástago. Uno puede hacer un máximo de una vuelta completa, antes de tener que detenerse para cambiar el agarre, y luego continuar perforando. Cada vez que se reinicia la rotación, el núcleo se tuerce ligeramente hasta que se supera la fricción y el taladro gira de nuevo. Estas tensiones mecánicas potencialmente causan grietas microscópicas en la estructura de los núcleos.
Esta tensión mecánica aumenta incluso cuando el filo del descorchador no está afilado. Un signo visible para un destapador desenfocado es una superficie de núcleo desigual, que muestra muchas grietas a lo largo de toda su extensión20 (Figura 2). La frecuencia de afilado depende de la densidad de los árboles a ser desnudos y los minerales o arena presentes en la corteza del árbol a ser desnudos. En una nota general, uno no debe asumir que los nuevos descorches son agudos. Hasta la fecha, el afilado de un descorchador casi nunca se realiza en el campo debido a la dificultad del mismo, ya que esto se tiene que hacer a mano y requiere mucha experiencia11,20.
En resumen, la extracción manual de muestras y los bordes de corte desafilados dan como resultado micro grietas que ocurren en los núcleos tomados. Hasta la fecha, estos problemas no han sido analizados sistemáticamente, ni se han hecho intentos para encontrar soluciones. Este artículo presenta un protocolo para superar estos obstáculos comparando la técnica de extracción manual de muestras con la aplicación de una nueva técnica. Proponemos utilizar un taladro inalámbrico equipado con un adaptador especial para un descorchador de incremento. Presentamos en qué medida se minimizan los problemas al extraer muestras de un árbol, así como el efecto de la extracción continua de muestras mecánicas en la preparación de microsecciones largas. Este protocolo incluye la preparación de microsecciones largas utilizando una cinta soluble en agua como ayuda de soporte y un procedimiento para afilar los descorchadores en el campo.
Protocol
Representative Results
Discussion
La inclusión significativa de la anatomía de la madera en los estudios dendroecológicos23,24, así como un intercambio intensificado entre científicos especializados en la investigación de anillos de árboles y anatomistas de madera25, ha abierto un amplio campo de análisis nuevos y profundos de las condiciones ambientales pasadas. Estos nuevos estudios han abierto nuevas posibilidades y preguntas, pero también han dado lugar a nuevos problemas.
El rápido desarrollo de esta nueva era de “dendroanatomía” requiere un alto número de muestras, lo que definitivamente está respaldado por el uso de un taladro inalámbrico como se explicó anteriormente. Además del hecho de que tomar núcleos con el taladro no es nada agotador, ahorra mucho tiempo. Aunque los resultados presentados en este documento implican posibilidades de muestreo que son seis veces más rápidas que la extracción manual de núcleos, es una prueba para núcleos individuales. Sin embargo, durante el muestreo regular (extracción de muestras de una persona, con una codificación y almacenamiento de los núcleos), logramos núcleos de 24 abetos (dos núcleos de longitud completa cada uno), con diámetros de tallo de aproximadamente 80 cm, dentro de 1,5 h. Esto es un promedio de <2 minutos para un núcleo, incluido el almacenamiento, el embalaje y el traslado al siguiente árbol.
El manejo rápido de todo el proceso está respaldado por el hecho de que el adaptador de nuevo diseño para encorvesadores incrementales se puede utilizar sin la necesidad de fijar el corer dentro del adaptador con un tornillo o cierres comparables. Como resultado, cambiar el taladro al mango del corer para romper y extraer el núcleo es rápido y fácil. El adaptador está diseñado para que uno pueda incluso sacar el corer mientras perfora en caso de que el vástago esté podrido, o (como es común con algunos perforadores de incremento) si la rosca no se agarra al girar hacia atrás y el corer no se mueve.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que al retirar el deshuesador del vástago, es necesario inclinar ligeramente el adaptador para que se pueda tirar con éxito sin que el taladro se deslice (paso de protocolo 2.8). La creciente demanda de estudios de anillos de árboles para crear cronologías largas basadas en proxies anatómicos19,26 ha requerido la preparación de microsecciones a partir de núcleos incrementales, cortadas en trozos antes de la preparación o cortadas como microsecciones completas 22. Aunque la calidad de las microsecciones de hasta 40 cm de largo todavía no siempre es comparable a las secciones cortas (por ejemplo, el ángulo variable de las células en su extensión vertical con frecuencia dificulta las mediciones de la pared celular), se pueden utilizar para identificar y fechar reacciones de crecimiento específicas como la aparición de madera de reacción o anillos azules27 (Figura 6).
En consecuencia, la calidad de las muestras es un requisito previo básico para la preparación exitosa y el análisis posterior de las estructuras anatómicas. Esta demanda requiere más precaución con respecto a la nitidez de la campaña de muestreo al tomar núcleos de incremento. Como consecuencia, la preparación de microsecciones puede llevar mucho tiempo y mucha mano de obra, y a veces incluso imposible, si las muestras no están incrustadas de antemano28.
Afilar el filo de un descorchador de incremento a mano requiere mucha práctica y experiencia, con el fin de moler el borde uniformemente a mano sin ningún soporte. La capacidad de utilizar el nuevo soporte de taladro para afilar núcleos de incremento permite incluso a los usuarios sin experiencia en afilado afilar el filo de sus perforadores en el campo. El hecho de que esto ahora se pueda hacer rápidamente aumentará la calidad de las muestras tomadas en el futuro.
Aunque el uso de los nuevos equipos muestra claras ventajas para el posterior procesamiento de los núcleos, el taladro inalámbrico también podría combinarse con pequeños dispositivos para afilar, desarrollados y presentados hace casi 40 años20. Maeglin20 presentó detalles constructivos de una modificación del “afilador barrenador de Goodchild” de madera y metal29. Hoy en día, este dispositivo se puede modelar e imprimir en una impresora 3D sin ningún problema30. Solo se necesitaría crear un modelo 3D detallado del sacapuntas para imprimir las piezas individuales y ensamblarlo para usarlo en el campo. Las posibilidades de mejora aún no se han agotado y estamos seguros de que esta publicación inspirará a muchos colegas a desarrollar aún más las herramientas presentadas aquí. Un obstáculo aún no resuelto es el hecho de que uno necesita quitar el taladro y agregar el mango del corer para extraer el núcleo.
El paso final de cortar microsecciones de núcleos de incremento completos22 sigue siendo un tema complicado. La aplicación de la cinta soluble en agua, como se describió anteriormente, apoya el proceso estabilizando la sección al cortarla y colocarla en el portaobjetos de vidrio. Sin embargo, este procedimiento aún requiere que el usuario tenga un alto nivel de experiencia.
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ninguno.
Materials
| BS 18 LTX-3 BL QI | Metabo | 0 | Cordless drill |
| Core-microtome | WSL | 0 | Microtome to cut micro sections from increment cores |
| Drill adapter for increment corer | WSL | 0 | Adapter to fix the increment corer on the cordless drill |
| Increment corer | Haglöff | 0 | 40cm increment corer |
| Power X3 | Metabo | 0 | Torque amplifyer |
| Sharpening support board | WSL | 0 | Board to attach the cordless dril to sharpen the cutting edge ofd the corer |
| Water-soluble tape 5414, transparent 3/4IN | 3M | 0 | Transparent tape to support cutting long sections |
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