使用 X 射线计算机断层扫描进行树芯分析

摘要

在这里，我们展示了如何使用 X 射线计算机断层扫描工具链处理树芯。除了用于某些目的的化学提取外，不需要进一步的物理实验室处理。该工具链可用于生物量估计、获取 MXD/树木年轮宽度数据以及获取定量木材解剖数据。

摘要

提出了一种 X 射线计算机断层扫描 （CT） 工具链，无需进行劳动密集型表面处理或任何物理样品制备，即可获得树木年轮宽度 （TRW）、最大晚材密度 （MXD）、其他密度参数和定量木材解剖学 （QWA） 数据。这里的重点是分辨率范围从 60 μm 到 4 μm 的增量岩心和扫描程序。定义了应观察木材的三个尺度：（i） 环间尺度，（ii） 环尺度，即树木年轮分析和密度测量尺度，以及 （iii） 解剖尺度，后者接近传统的薄片质量。为每种秤定制设计的样品架都可实现多个增量岩心的高通量扫描。专门开发了一系列软件程序，以有效地处理树芯的三维 X 射线 CT 图像，用于 TRW 和密度测定。这项工作简要解释了 CT 的基本原理，这些原理对于正确理解协议是必需的。该协议是针对树木年代学中常用的一些已知物种提出的。粗略密度估计、TRW 和 MXD 数据以及定量解剖学数据的结合，使我们能够扩大和深化当前对气候重建或树木响应的分析，并进一步发展树木生态学/气候学和考古学领域。

引言

木材密度是一个易于测量的变量¹，它反映了木材² 的解剖学和化学性质。在对地上生物量进行生物量估算时，木材密度是一个重要的加^{权变量3,4,5}，^它与树木的尺寸相乘，并且是表示木材碳含量的因子。木材密度与木材的机械性能密切相关⁶ 并反映了树木的生活史⁷.

细胞壁密度测量值约为 1500 kg/m³，被认为是相当恒定的⁸，但也应考虑环内细胞壁密度变化 ^8,9。木质细胞（通常是针叶树中的管胞、血管、薄壁组织和硬木中的纤维）以不同的方式定向/塑造，这些细胞的细胞壁厚度和管腔大小各不相同¹⁰。因此，树木之间、树内（轴向和横向）以及树木年轮内的短时间间隔内的木材密度各不相同^11,12。在许多情....

研究方案

1. 岩心取样

1. 用 Pressler 蛀虫对树进行取样。查阅有关如何手动对树进行取芯的参考资料³⁹.该工具链适用于 5.15 mm 核心。
2. 将解开胶水的树芯放入 6 毫米纸吸管或任何其他不需要胶水的接收器中。不要将树芯粘在木支架上。如果芯子已经安装好，请根据胶水类型用手术刀/锯子或溶剂卸载它们。
3. 避免将它们包裹在塑料管中，先尝试将它们晾干，以避免霉菌生长和真菌腐烂。
4. 用铅笔在纸吸管上写字，因为提取可能会使记号笔文字褪色。
   注意：此工具链也适用于 4 mm 核心。可以使用已安装和打磨的磁芯，但需要先卸载这些磁芯。对于考古木材或残余木材，需要制作芯大小的样品（通过锯切/减小尺寸）进行扫描。

2. 扫描前的岩心准备

1. 进行乙醇/甲苯或乙醇或丙酮⁴⁰索氏提取至少24小时（图4A，B）。这对于确保无树脂木材体积以获得准确的密度计算是必要的（树脂衰减信号，图4C^13,41

讨论

协议中的关键步骤
该协议中的关键步骤包括正确处理增量钻孔器以获得高质量的增量核心（步骤1.1.和参见³⁹），以避免零碎。接下来，必须保持芯部未安装（但见²⁶），以便插入样品架（图 5，见²¹），以及用于正确提取树脂⁵⁰ 和可能的未来分析。在扫描之前（步骤 2.2.2.），在扫描室中对样品进行调?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
6 mm paper straws	http://artstraws.com/education/product/artstraws-thick-asst-cols/		Coring
Aluminium core holders
ASTM standard ASTM D 1107 – 96
Cardboard postal tubes	https://www.rajapack.co.uk/envelopes-mailing-bags/postal-tubes/1-5-2mm-brown-cardboard-postal-tubes_PDT05623.html
Column drill
Computer hardware for reconstruction and analysis			X-ray CT scanning
Cooling
Drying oven
Ethanol
Flask for under soxhlet (2000 ml)
Floral foam	https://www.oasisfloral.eu/		Sample holder type 1
Glass beads to fill void volume of Soxhlet to save solvent
Glue
Hot water bath	https://www.memmert.com/products/water-baths/water-bath/#!filters=%7B%7D		Soxhlet extraction
Increment borer	https://haglofsweden.com/project/increment-borers/
Plastic cylinder	Moonen et al. 2022		Sample holder type 2
Plastic cylinders
Reservoir
Tailored soxhlet apparatus
Toluene
Water pump
X-ray CT scanner