Här presenterar vi ett protokoll om hur man undviker mikrosprickor i stegkärnor genom att applicera en sladdlös borr med en vridmomentmultiplikator för att minimera problem vid kärnning av träd, liksom dess effekt på att förbereda långa mikrosektioner. Detta protokoll innehåller också ett förfarande för att skärpa rälsen i fältet.
I dendroekologisk forskning är exakt datering av varje enskild tillväxtring ett grundläggande krav för alla studier, med fokus på endast ringbreddsvariationer, kemiska eller isotopanalyser eller träanatomiska studier. Oberoende av provtagningsstrategin för en viss studie (t.ex. klimatologi, geomorfologi) är det avgörande hur prover tas för att de ska kunna förberedas och analyseras framgångsrikt.
Fram till nyligen var det tillräckligt att använda en (mer eller mindre) skarp stegspärr för att få kärnprover som kunde slipas för ytterligare analyser. Eftersom träanatomiska egenskaper kan tillämpas på långa tidsserier har behovet av att erhålla högkvalitativa tillväxtkärnor fått en ny betydelse. I huvudsak måste kärnan vara skarp (ened) när den används. När du kärnar ett träd för hand finns det några problem med att hantera corer, vilket resulterar i den dolda förekomsten av mikrosprickor längs hela kärnan: När du börjar borra för hand pressas borrkronan starkt mot barken och den yttersta ringen tills tråden har gått in i stammen helt. Samtidigt flyttas borrkronan upp och ner samt åt sidan. Sedan borras corern hela vägen in i bagageutrymmet; Det är dock nödvändigt att stanna efter varje varv, byta grepp och vrida igen. Alla dessa rörelser, liksom start/stopp-coring, sätter mekanisk belastning på kärnan. De resulterande mikrosprickorna gör det omöjligt att skapa kontinuerliga mikrosektioner, eftersom de faller isär längs alla dessa sprickor.
Vi presenterar ett protokoll för att övervinna dessa hinder genom att tillämpa en ny teknik med en sladdlös borr för att minimera dessa problem vid kärnning av ett träd, liksom dess effekt på beredningen av långa mikrosektioner. Detta protokoll inkluderar beredning av långa mikrosektioner, liksom ett förfarande för att skärpa korrar i fältet.
Dendroekologisk forskning bygger på olika egenskaper hos tillväxtringar i träd, både ettåriga och andra. “Precursory” disciplin dendrokronologi etablerades med hjälp av ringbreddsvariationer som en parameter för att helt enkelt datera ringarna och som ett resultat upprätta långa kronologier. Därför används många andra egenskaper, såsom densitetsvariationer, isotopkoncentrationer eller träanatomiska egenskaper, för att korrelera enstaka ringar eller deras struktur och innehåll till miljöparametrar för att bättre förstå miljöförhållandenas inverkan på trädtillväxt över tid.
Dendroekologi, liksom dendroklimatologi, har fått betydelse inom miljöforskningen, främst för att rekonstruera tidigare klimatförhållanden 1,2,3. För detta måste ringarna av otaliga träd analyseras i detalj. Även om det finns vissa tekniker för att bestämma trädringens bredd och densitet (t.ex. med akustisk vågteknik4 eller borrmotstånd 5,6), finns det hittills ingen tillförlitlig “icke-destruktiv” metod för att extrahera egenskaperna hos ringar från träd. För mycket detaljerade analyser av ringegenskaper inom ett träd, eller för att uppskatta basareans ökning, är det bäst att klippa skivor från träden av intresse7. Detta skulle kräva att alla potentiella träd av intresse huggs ned för specifika analyser. Med tanke på det stora antalet träd som analyseras över hela världen varje år är denna provtagningsstrategi inte genomförbar. Oavsett att slösa bort otroligt mycket resurser är denna strategi helt enkelt för dyr. På grund av detta har användningen av inkrementskorrar etablerats som en standardprovtagningsteknik i trädringsforskning8. Användningen av stegkorrar möjliggör en minimalt invasiv utvinning av träkärnor från stjälkar, med början från barken och når (i optimala fall) trädets märg9.
Även om coring orsakar en skada på stammen-ett hål med en diameter på ~ 1 cm-träd kan stänga detta sår genom ökad träbildning i närheten av kärnhålet. En nackdel, förutom själva hålet, är förekomsten av en “uppdelningszon”, ett område runt hålet där cellerna fylls av fenoler för att förhindra potentiell spridning av svampar från och med hålet10,11. Såvitt vi vet finns det fortfarande inga bevis för att stegvis korning orsakar en betydande ökning av trädförfallsfrekvensen, åtminstone i ostörda höghöjdsskogsbestånd för Picea abies12 och flera lövträdsarter i en tempererad skog13.
Även om denna provtagningsstandard har tillämpats i årtionden över hela världen, kvarstår vissa problem. En av dessa är det faktum att kärnorna måste tas för hand utan något mekaniskt stöd, vilket tar mycket tid och är ganska ansträngande efter ett tag. För att underlätta provtagningen har flera (mer eller mindre praktiskt genomförbara) strategier testats, till exempel användning av motorsågar utrustade med en corer istället för kedjan14,15,16,17. Användningen av motorsågar föredrogs framför borrar eftersom de senare inte var tillräckligt kraftfulla; Denna idé tog dock inte fart på grund av motorsågens stora vikt och det bränsle som krävdes.
Under de senaste åren har träanatomiska tekniker utvecklats avsevärt och integrerats i dendroekologiska studier18,19. Förmågan att analysera träanatomiska parametrar under långa perioder genom att skära mikrosektioner från stegkärnor resulterade dock i oväntade problem. Ofta bröt mikrosektionerna från kärnor i små bitar, vilket gjorde det omöjligt att producera sammanhängande snitt (figur 1). Detta problem orsakades av den manuella tekniken för att kärna träd och oskarpa corers. Den mekaniska belastningen som utövades på träet under borrning resulterade i mikrosprickor i kärnan. Dessa mikrosprickor märktes aldrig under makroskopisk undersökning av inkrementkärnorna och utgjorde därför aldrig ett problem.
Manuell kärnning görs genom att placera handtaget på den bakre änden av corer, trycka spetsen med tråden mot stammen och börja vrida handtaget tills corer har genomborrat drygt hälften av stammens diameter. Medan du gör detta är spetsen på corer (uppenbarligen) fixerad i stammen, men den bakre änden av corer som vrids av handtaget rör sig alltid åt sidan eller upp och ner, åtminstone tills borrhuvudet är helt skruvat in i bagageutrymmet, vilket ger mer vägledning och stabilitet till corer. Som ett resultat av det höga trycket och korrens rörelse förvrängs ökningskärnorna ofta i den yttersta ~ 5 cm (figur 1). Även om friktionen under vridning reduceras till ett minimum, utövar en annan process stress på ökningskärna inuti corer. Manuell kärnning tillåter inte en kontinuerlig rörelse av skäreggen på corer inuti stammen. Man kan göra max ett helt varv, innan man måste stanna för att byta grepp, och sedan fortsätta borra. Varje gång rotationen startar om vrids kärnan något tills friktionen övervinns och borren roterar igen. Dessa mekaniska spänningar orsakar potentiellt mikroskopiska sprickor i kärnans struktur.
Denna mekaniska spänning ökar till och med när skäreggen på corer inte är skarp. Ett synligt tecken för en oskarp kärna är en ojämn kärnyta som visar massor av sprickor längs hela dess förlängning20 (figur 2). Skärpningsfrekvensen beror på tätheten hos de träd som ska kärnas och de mineraler eller sand som finns i barken på trädet som ska kärnas. Generellt bör man inte anta att nya korrar är skarpa. Hittills är skärpning av en corer nästan aldrig gjord i fältet på grund av svårigheten med det, eftersom detta måste göras för hand och kräver mycket erfarenhet11,20.
Sammanfattningsvis resulterar både manuell kärnning och oskarpa skäreggar i mikrosprickor som uppstår i kärnor som tas. Hittills har dessa problem inte analyserats systematiskt och inte heller försök gjorts för att hitta lösningar. Detta dokument presenterar ett protokoll för att övervinna dessa hinder genom att jämföra den manuella kärntekniken med tillämpningen av en ny teknik. Vi föreslår att du använder en trådlös borr utrustad med en speciell adapter för en stegvis corer. Vi presenterar i vilken utsträckning problem minimeras vid borrning av ett träd, liksom effekten av kontinuerlig, mekanisk kärnning på beredningen av långa mikrosektioner. Detta protokoll omfattar beredning av långa mikrosektioner med hjälp av en vattenlöslig tejp som stödmedel och ett förfarande för att skärpa räder i fältet.
Den betydande inkluderingen av träanatomi i dendroekologiska studier23,24, liksom ett intensifierat utbyte mellan forskare specialiserade på trädringsforskning och träanatomister 25, har öppnat ett brett fält av nya och djupgående analyser av tidigare miljöförhållanden. Dessa nya studier har öppnat nya möjligheter och frågor, men har också gett upphov till nya problem.
Den snabba utvecklingen av denna nya era av “dendroanatomi” kräver ett stort antal prover, vilket definitivt stöds av användningen av en sladdlös borr som förklarats tidigare. Förutom att det inte alls är ansträngande att ta kärnor med borren, sparar det mycket tid. Även om resultaten som presenteras i detta dokument innebär provtagningsmöjligheter som är sex gånger snabbare än manuell coring, är det ett test för enskilda kärnor. Under regelbunden provtagning (en person som klippte, med en kodning och lagring av kärnorna) lyckades vi dock kärna 24 granar (två kärnor i full längd vardera), med stamdiametrar på cirka 80 cm, inom 1,5 h. Detta är i genomsnitt <2 minuter för en kärna, inklusive lagring, packning och flytt till nästa träd.
Den snabba hanteringen av hela processen stöds av det faktum att den nydesignade adaptern för stegskydd kan användas utan att behöva fixera corer inuti adaptern med en skruv eller jämförbara stängningar. Som ett resultat är det snabbt och enkelt att byta borr till handtaget på corer för att bryta och extrahera kärnan. Adaptern är utformad så att man till och med kan dra ut korren medan man borrar tillbaka om stammen är ruttet, eller (som är vanligt med vissa stegskikt) om tråden inte griper tag när man vrider tillbaka och corern inte rör sig ut.
Det bör dock noteras att när man tar bort corer från stammen måste man luta adaptern något så att den framgångsrikt kan dras utan att borren glider av (protokollsteg 2.8). Den ökande efterfrågan på trädringsstudier för att skapa långa kronologier baserade på anatomiska proxyer19,26 har krävt beredning av mikrosektioner från stegkärnor, skurna i bitar före beredning eller skurna som hela mikrosektioner22. Även om kvaliteten på upp till 40 cm långa mikrosektioner fortfarande inte alltid är jämförbar med korta sektioner (t.ex. den variabla vinkeln på cellerna i deras vertikala förlängning hindrar ofta cellväggsmätningar), kan de användas för att identifiera och datera specifika tillväxtreaktioner som förekomsten av reaktionsträ eller blå ringar27 (figur 6).
Följaktligen är provernas kvalitet en grundförutsättning för framgångsrik beredning och vidare analys av anatomiska strukturer. Detta krav kräver mer försiktighet när det gäller skärpan i provtagningskampanjen när man tar stegkärnor. Som en konsekvens kan förberedelse av mikrosektioner vara mycket tidskrävande och arbetskrävande, och ibland till och med omöjligt, om proverna inte är inbäddade i förväg28.
Att vässa skäreggen på en stegskärare för hand kräver mycket övning och erfarenhet för att slipa kanten jämnt runt om för hand utan stöd. Möjligheten att använda det nya borrfästet för att slipa stegkärnor gör det möjligt för även användare som är oerfarna att slipa skäreggen på sina korrar i fältet. Att detta nu kan göras snabbt kommer att öka kvaliteten på de prover som tas i framtiden.
Även om användningen av den nya utrustningen visar tydliga fördelar för efterföljande bearbetning av kärnorna, kan den trådlösa borren också kombineras med små anordningar för skärpning, utvecklad och presenterad för nästan 40 år sedan20. Maeglin20 presenterade konstruktionsdetaljer för en modifiering av “Goodchilds borrslipare” av trä och metall29. Numera kan den här enheten modelleras och skrivas ut i en 3D-skrivare utan problem30. Man skulle bara behöva skapa en detaljerad 3D-modell av skärparen för att skriva ut de enskilda delarna och montera den för att använda i fältet. Förbättringsmöjligheterna är ännu inte uttömda och vi är säkra på att denna publikation kommer att inspirera många kollegor att vidareutveckla de verktyg som presenteras här. Ett ännu olöst hinder är det faktum att man måste ta bort borren och lägga till handtaget på corer för att extrahera kärnan.
Det sista steget att skära mikrosektioner av hela stegkärnor22 är fortfarande en knepig fråga. Appliceringen av det vattenlösliga tejpen, som beskrivits tidigare, stöder processen genom att stabilisera sektionen vid skärning och placering på glasskivan. Ändå kräver denna procedur fortfarande att användaren har en hög erfarenhetsnivå.
The authors have nothing to disclose.
Ingen.
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 |