Baumkernanalyse mit Röntgen-Computertomographie

Zusammenfassung

Hier zeigen wir, wie Baumkerne mit einer Röntgen-Computertomographie-Toolchain bearbeitet werden können. Mit Ausnahme der chemischen Extraktion für einige Zwecke ist keine weitere physikalische Laborbehandlung erforderlich. Die Toolchain kann für Biomasseschätzungen, zur Gewinnung von MXD/Jahrringbreitendaten sowie zur Gewinnung quantitativer Holzanatomiedaten verwendet werden.

Zusammenfassung

Es wird eine Röntgen-Computertomographie (CT)-Toolchain vorgestellt, um die Baumringbreite (TRW), die maximale Spätholzdichte (MXD), andere Dichteparameter und quantitative Holzanatomiedaten (QWA) zu erhalten, ohne dass eine arbeitsintensive Oberflächenbehandlung oder eine physische Probenvorbereitung erforderlich ist. Der Fokus liegt dabei auf inkrementellen Kernen und Scanverfahren mit Auflösungen von 60 μm bis hinunter zu 4 μm. Es werden drei Skalen definiert, bei denen Holz betrachtet werden soll: (i) die Interringskala, (ii) die Ringskala, d.h. die Jahrringanalyse- und Densitometrieskala, sowie (iii) die anatomische Skala, die sich der herkömmlichen Dünnschliffqualität annähert. Speziell entwickelte Probenhalter für jede dieser Waagen ermöglichen das Scannen mehrerer inkrementeller Kerne mit hohem Durchsatz. Eine Reihe von Software-Routinen wurde speziell entwickelt, um dreidimensionale Röntgen-CT-Bilder der Baumkerne für TRW und Densitometrie effizient zu behandeln. In dieser Arbeit werden kurz die Grundprinzipien der CT erläutert, die für ein richtiges Verständnis des Protokolls erforderlich sind. Das Protokoll wird für einige bekannte Spezies vorgestellt, die in der Dendrochronologie häufig verwendet werden. Die Kombination von groben Dichteschätzungen, TRW- und MXD-Daten sowie quantitativen Anatomiedaten ermöglicht es uns, aktuelle Analysen für Klimarekonstruktionen oder Baumreaktionen zu erweitern und zu vertiefen sowie das Gebiet der Dendroökologie/Klimatologie und Archäologie weiterzuentwickeln.

Einleitung

Die Holzdichte ist eine leicht zu messende Variable¹, die sowohl die anatomischen als auch die chemischen Eigenschaften des Holzes widerspiegelt². Bei der Biomasseschätzung der oberirdischen Biomasse ist die Holzdichte eine wichtige Abwägungsvariable ^3,4,5, die mit den Abmessungen des Baumes multipliziert wird und den Kohlenstoffgehalt des Holzes darstellt. Die Holzdichte ist eng mit den mechanischen Eigenschaften von Holz⁶ verknüpft und spiegelt die Lebensgeschichte eines Baumes^{wider 7<....}

Protokoll

1. Kernprobenahme

1. Beproben Sie den Baum mit einem Pressler-Bohrer. Konsultieren Sie Referenzen zum manuellen Kernen eines Baums³⁹. Diese Toolchain wird für 5,15 mm Kerne angeboten.
2. Legen Sie die Baumkerne gelöst in 6 mm Papierstrohhalme oder in einen anderen Rezeptor, der keinen Klebstoff benötigt. Kleben Sie die Baumkerne nicht auf eine Holzunterlage. Wenn die Kerne bereits montiert waren, nehmen Sie sie je nach Leimtyp mit Skalpell/Säge oder Lösungsmittel ab.
3. Vermeiden Sie es, sie in Plastiktuben einzuwickeln, versuchen Sie sie zuerst zu trocknen, um Schimmelbildung und Pilzfäule zu vermeiden.

Diskussion

Kritische Schritte innerhalb des Protokolls
Zu den kritischen Schritten innerhalb des Protokolls gehört die ordnungsgemäße Handhabung des Inkrementbohrers, um qualitativ hochwertige Inkrementkerne zu erhalten (Schritt 1.1 und siehe³⁹), um Kleinigkeiten zu vermeiden. Als nächstes ist es wesentlich, dass die Kerne ungefasst bleiben (siehe^{aber 26}), sowohl für das Einsetzen in den Probenhalter (Figur 5, siehe²¹) als .......

Materialien

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