고품질 증분 코어를 사용하기 위한 고급 워크플로 - 새로운 기술 및 장치
Summary
여기에서는 토크 배율기가있는 무선 드릴을 적용하여 나무를 코어 링할 때 문제를 최소화하여 증분 코어의 미세 균열을 방지하는 방법과 긴 마이크로 섹션 준비에 미치는 영향에 대한 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜에는 현장에서 코어를 날카롭게하는 절차도 포함되어 있습니다.
Abstract
수목 생태 학적 연구에서 각 단일 성장 고리의 정확한 연대 측정은 고리 너비 변화, 화학 또는 동위 원소 분석 또는 목재 해부학 적 연구에 초점을 맞춘 모든 연구의 기본 요구 사항입니다. 특정 연구(예: 기후학, 지형학)에 대한 샘플링 전략과 무관하게 샘플을 채취하는 방법은 성공적인 준비 및 분석에 매우 중요합니다.
최근까지는 추가 분석을 위해 샌딩할 수 있는 코어 샘플을 얻기 위해 (다소간) 날카로운 증분 코어를 사용하는 것으로 충분했습니다. 목재 해부학적 특성은 긴 시계열에 적용될 수 있기 때문에 고품질 증분 코어를 얻을 필요성이 새로운 의미를 갖게 되었습니다. 본질적으로, corer는 사용될 때 날카 로울 필요가 있습니다. 손으로 나무를 코어 링 할 때 코러를 취급하는 데 몇 가지 문제가있어 전체 코어를 따라 미세 균열이 숨겨져 있습니다. 손으로 드릴을 시작할 때 드릴 비트는 실이 트렁크에 완전히 들어갈 때까지 나무 껍질과 가장 바깥 쪽 링에 강하게 밀착됩니다. 동시에 드릴 비트는 위아래뿐만 아니라 옆으로도 움직입니다. 그런 다음 corer는 트렁크까지 뚫립니다. 그러나 매 회전 후에 멈추고 그립을 변경 한 다음 다시 회전해야합니다. 이러한 모든 움직임과 시동/정지 코어링은 코어에 기계적 스트레스를 가합니다. 결과적인 미세 균열은 이러한 모든 균열을 따라 떨어져 나가기 때문에 연속적인 미세 섹션을 만드는 것을 불가능하게 만듭니다.
우리는 나무를 코어링할 때 이러한 문제를 최소화하기 위해 무선 드릴을 사용하는 새로운 기술과 긴 마이크로 섹션 준비에 미치는 영향을 적용하여 이러한 장애물을 극복하기 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜에는 긴 마이크로 섹션의 준비와 현장에서 코어를 날카롭게하는 절차가 포함됩니다.
Introduction
Dendroecological 연구는 연간 및 기타 나무의 성장 고리의 다양한 특성을 기반으로합니다. “Precursory”분야 dendrochronology는 고리 너비 변화를 매개 변수로 사용하여 단순히 고리의 연대를 측정하고 결과적으로 긴 연대기를 설정합니다. 따라서 밀도 변화, 동위 원소 농도 또는 목재 해부학 적 특성과 같은 다양한 다른 특성을 사용하여 단일 고리 또는 그 구조 및 내용을 환경 매개 변수와 연관시켜 환경 조건이 시간 경과에 따른 나무 성장에 미치는 영향을 더 잘 이해합니다.
수목 생태학뿐만 아니라 수목 기후학은 주로 과거의 기후 조건을 재구성하는 환경 연구에서 중요성이 커졌습니다 1,2,3. 이를 위해서는 수많은 나무의 고리를 자세히 분석해야합니다. 나무 고리 폭 및 밀도를 결정하기 위한 일부 기술(예를 들어, 음파 기술4 또는 드릴링 저항(5,6)에 의해)이 존재하지만, 현재까지 나무로부터 고리의 특성을 추출하는 신뢰할 수 있는 “비파괴적” 방법은 없다. 트리 내의 링 특성에 대한 매우 상세한 분석이나 기저 면적 증가를 추정하려면 관심 트리에서 디스크를 자르는 것이 가장 좋습니다7. 이를 위해서는 특정 분석을 위해 모든 잠재적 관심 트리를 잘라야 합니다. 매년 전 세계적으로 분석되는 엄청난 수의 나무를 염두에 두고이 샘플링 전략은 실용적이지 않습니다. 엄청난 양의 자원을 낭비하더라도 이 전략은 너무 비쌉니다. 이로 인해, 증분 코어의 사용은 트리 링 연구8에서 표준 샘플링 기술로 확립되었습니다. 증분 코어를 사용하면 나무 껍질에서시작하여 (최적의 경우) 나무 9의 속까지 도달하여 줄기에서 목재 코어를 최소 침습적으로 추출 할 수 있습니다.
코어 링은 줄기에 부상을 입히지 만 ~ 1cm 직경의 구멍은 코어 구멍 근처에서 증가 된 목재 형성을 통해이 상처를 닫을 수 있습니다. 구멍 자체를 제외하고 단점은 구멍(10,11)에서 시작하는 곰팡이의 잠재적 확산을 방지하기 위해 세포가 페놀로 채워지는 구멍 주변의 영역 인 “구획화 영역”의 발생입니다. 우리가 아는 한, 증분 코어 링이 적어도 방해받지 않은 고지대 산림에서는 Picea abies12와 온대림13의 여러 활엽수 종을 나타내는 나무 부패 빈도를 크게 증가 시킨다는 증거는 아직 없습니다.
이 샘플링 표준은 전 세계적으로 수십 년 동안 적용되었지만 여전히 몇 가지 문제가 남아 있습니다. 그 중 하나는 기계적 지지없이 코어를 손으로 가져와야하므로 시간이 많이 걸리고 잠시 후 상당히 피곤하다는 사실입니다. 샘플링을 용이하게하기 위해 체인14,15,16,17 대신 코어가 장착 된 전기 톱을 사용하는 것과 같은 몇 가지 (다소 실용적인) 전략이 테스트되었습니다. 전기 톱의 사용은 후자가 충분히 강력하지 않았기 때문에 드릴보다 선호되었습니다. 그러나이 아이디어는 전기 톱의 무게가 크고 연료가 필요하기 때문에 잡히지 않았습니다.
최근 몇 년 동안 목재 해부학 기술은 크게 발전하여 수목 생태 학적 연구18,19에 통합되었습니다. 그러나 증분 코어에서 마이크로 섹션을 절단하여 장기간에 걸쳐 목재 해부학 적 매개 변수를 분석하는 기능은 예기치 않은 문제를 초래했습니다. 종종 코어에서 가져온 마이크로 섹션이 작은 조각으로 부서져 일관된 절단을 생성할 수 없었습니다(그림 1). 이 문제는 나무와 언샵 코어를 코어링하는 수동 기술로 인해 발생했습니다. 코어 링 중에 목재에 가해지는 기계적 응력으로 인해 코어 내에 미세 균열이 발생했습니다. 이러한 미세 균열은 증분 코어의 거시적 검사 중에 발견되지 않았으므로 문제가 발생하지 않았습니다.
수동 코어 링은 핸들을 코러의 뒤쪽 끝에 놓고 스레드가있는 팁을 스템에 누른 다음 코러가 스템 직경의 절반을 약간 넘을 때까지 핸들을 돌리기 시작하여 수행됩니다. 이렇게 하는 동안 코러의 끝은 (분명히) 스템에 고정되지만 핸들로 회전한 코러의 뒤쪽 끝은 적어도 드릴 헤드가 트렁크에 완전히 나사로 고정될 때까지 항상 옆 또는 위아래로 움직여 코러에 더 많은 안내와 안정성을 제공합니다. 고압과 corer의 움직임으로 인해 증분 코어는 가장 바깥쪽 ~5cm에서 자주 왜곡됩니다(그림 1). 선회 중 마찰이 최소로 감소하더라도 다른 공정은 코러 내부의 증분 코어에 응력을 가하고 있습니다. 수동 코어 링은 스템 내부의 코러 절삭 날의 지속적인 움직임을 허용하지 않습니다. 그립을 변경하기 위해 멈추기 전에 최대 한 번 완전히 돌린 다음 드릴링을 계속할 수 있습니다. 회전이 다시 시작될 때마다 마찰이 극복되고 드릴이 다시 회전 할 때까지 코어가 약간 꼬입니다. 이러한 기계적 응력은 잠재적으로 코어 구조에 미세한 균열을 일으킬 수 있습니다.
이 기계적 응력은 코어의 절삭 날이 날카 롭지 않을 때도 증가합니다. 언샵 코어에 대한 가시적 인 표시는 고르지 않은 코어 표면으로, 전체 확장 (20)을 따라 많은 균열을 보여줍니다 (그림 2). 날카롭게하는 빈도는 코어 링 할 나무의 밀도와 코어 링 할 나무 껍질에 존재하는 미네랄 또는 모래에 따라 다릅니다. 일반적으로 새로운 corers가 날카 롭다고 가정해서는 안됩니다. 현재까지 corer를 날카롭게하는 것은 손으로 수행해야하고 많은 경험이 필요하기 때문에 어려움으로 인해 현장에서 거의 수행되지 않습니다11,20.
요약하자면, 수동 코어링과 언샵 절삭날은 모두 취해진 코어에서 미세 균열이 발생합니다. 현재까지 이러한 문제는 체계적으로 분석되지 않았으며 해결책을 찾으려는 시도도 없었습니다. 이 백서는 수동 코어 링 기술을 새로운 기술의 적용과 비교하여 이러한 장애물을 극복하기위한 프로토콜을 제시합니다. 증분 코어를위한 특수 어댑터가 장착 된 무선 드릴을 사용하는 것이 좋습니다. 우리는 나무를 코어 링 할 때 문제가 최소화되는 정도와 긴 마이크로 섹션의 준비에 대한 연속적이고 기계적인 코어 링의 영향을 제시합니다. 이 프로토콜에는 수용성 테이프를지지 보조제로 사용하는 긴 마이크로 섹션의 준비와 현장에서 코어를 날카롭게하는 절차가 포함됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
수목 생태 학적 연구23,24에 목재 해부학이 크게 포함되고 나무 고리 연구를 전문으로하는 과학자들과 목재 해부학자 25 간의 활발한 교류가 과거 환경 조건에 대한 새롭고 심층적 인 분석의 광범위한 분야를 열었습니다. 이러한 새로운 연구는 새로운 가능성과 질문을 열었지만 새로운 문제를 야기했습니다.
이 새로운 시대의 “덴드로 해부학”의 빠른 개발에는 많은 수의 샘플이 필요하며, 이는 앞에서 설명한 것처럼 무선 드릴을 사용하여 확실히 지원됩니다. 드릴로 코어를 가져 오는 것이 전혀 소모되지 않는다는 사실 외에도 많은 시간을 절약 할 수 있습니다. 이 백서에 제시된 결과는 수동 코어 링보다 6 배 빠른 샘플링 가능성을 암시하지만 단일 코어에 대한 테스트입니다. 그럼에도 불구하고 정기적 인 샘플링 (한 사람이 코어 링, 한 사람이 코어를 코딩하고 저장)하는 동안 줄기 직경이 약 80cm 인 24 개의 가문비 나무 (각각 전체 길이의 코어 2 개)를 1.5 시간 이내에 코어링했습니다. 이것은 저장, 포장 및 다음 트리로의 이동을 포함하여 하나의 코어에 대해 평균 <2분입니다.
전체 프로세스의 빠른 처리는 증분 코어를 위해 새로 설계된 어댑터를 나사 또는 유사한 클로저로 어댑터 내부에 고정할 필요 없이 사용할 수 있다는 사실에 의해 뒷받침됩니다. 결과적으로 코어를 부수고 추출하기 위해 드릴을 corer의 핸들로 변경하는 것이 빠르고 쉽습니다. 어댑터는 스템이 썩은 경우 또는 (일부 증분 코어에서 흔히 볼 수 있듯이) 스템이 썩은 경우 드릴백하는 동안 코어를 빼낼 수 있도록 설계되었습니다.
그러나 스템에서 코어를 제거 할 때 드릴이 미끄러지지 않고 성공적으로 당겨 질 수 있도록 어댑터를 약간 기울여야합니다 (프로토콜 단계 2.8). 해부학적 프록시(19,26)를 기반으로 긴 연대기를 생성하기 위한 트리 링 연구에 대한 수요가 증가함에 따라 증분 코어에서 마이크로 섹션을 준비하거나 준비 전에 조각으로 절단하거나 전체 마이크로 섹션 22로 절단해야 했습니다. 최대 40cm 길이의 마이크로 섹션의 품질이 여전히 짧은 섹션과 항상 비교할 수는 없지만(예: 수직 확장에서 세포의 가변 각도는 종종 세포벽 측정을 방해함), 반응 목재 또는 파란색 고리(27)의 발생으로 특정 성장 반응을 식별하고 날짜를 지정하는 데 사용할 수 있습니다(그림 6).
결과적으로 샘플의 품질은 해부학적 구조의 성공적인 준비 및 추가 분석을 위한 기본 전제 조건입니다. 이 요구는 증분 코어를 사용할 때 샘플링 캠페인의 선명도에 대해 더 많은주의가 필요합니다. 결과적으로, 마이크로 섹션을 준비하는 것은 매우 시간이 많이 걸리고 노동 집약적 일 수 있으며 때로는 시편이 미리 매립되지 않은 경우 불가능할 수도 있습니다28.
증분 코어의 절삭 날을 손으로 날카롭게하려면 지지대없이 손으로 가장자리를 고르게 연마하기 위해 많은 연습과 경험이 필요합니다. 증분 코어를 연마하기 위해 새로운 드릴 마운트를 사용할 수 있는 기능을 통해 연마 경험이 없는 사용자도 현장에서 코어의 최첨단을 날카롭게 할 수 있습니다. 이제 이 작업을 신속하게 수행할 수 있다는 사실은 향후 채취한 샘플의 품질을 향상시킬 것입니다.
새로운 장비의 사용은 코어의 후속 처리에 분명한 이점을 보여 주지만 무선 드릴은 거의 40 년 전에 개발 및 발표 된 날카롭게하기 위해 소형 장치와 결합 될 수도 있습니다20. Maeglin20 은 목재와 금속29로 만든 “Goodchild의 천공 숫돌”의 수정 세부 사항을 제시했습니다. 요즘,이 장치는 아무런 문제없이 3D 프린터로 모델링하고 인쇄 할 수 있습니다30. 단일 부품을 인쇄하고 현장에서 사용하기 위해 조립하기 위해 숫돌의 상세한 3D 모델만 만들면 됩니다. 개선 가능성은 아직 소진되지 않았으며이 간행물이 많은 동료들이 여기에 제시된 도구를 더욱 개발하도록 영감을 줄 것이라고 확신합니다. 아직 해결되지 않은 장애물은 코어를 추출하기 위해 드릴을 제거하고 코어의 핸들을 추가해야한다는 사실입니다.
전체 증분 코어(22 )의 마이크로 섹션을 절단하는 최종 단계는 여전히 까다로운 문제이다. 앞에서 설명한 바와 같이 수용성 테이프의 적용은 절단시 섹션을 안정화하고 유리 슬라이드에 배치하여 공정을 지원합니다. 그럼에도 불구하고이 절차는 여전히 사용자에게 높은 수준의 경험을 요구합니다.
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
없음.
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 |
Referências
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