JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

כאן אנו מראים כיצד לעבד ליבות עץ עם שרשרת כלים טומוגרפיה ממוחשבת רנטגן. למעט מיצוי כימי למטרות מסוימות, אין צורך בטיפול מעבדה פיזי נוסף. שרשרת הכלים יכולה לשמש להערכות ביומסה, לקבלת נתוני רוחב MXD/טבעות עצים וכן לקבלת נתונים כמותיים על אנטומיה של עץ.

Abstract

שרשרת כלים של טומוגרפיה ממוחשבת בקרני רנטגן (CT) מוצגת כדי לקבל רוחב טבעת עץ (TRW), צפיפות עץ מאוחרת מרבית (MXD), פרמטרים אחרים של צפיפות ונתוני אנטומיה כמותית של עץ (QWA) ללא צורך בטיפול משטח עתיר עבודה או הכנת דגימה פיזית כלשהי. הדגש כאן הוא על ליבות תוספות והליכי סריקה ברזולוציות הנעות בין 60 מיקרומטר עד 4 מיקרומטר. שלושה סולמות מוגדרים בהם יש להסתכל על עץ: (i) סולם בין-טבעתי, (ii) סולם טבעתי, כלומר ניתוח טבעות עצים וסולם צפיפות, וכן (iii) סולם אנטומי, האחרון מתקרב לאיכות הקונבנציונלית של חתך דק. מחזיקי דוגמאות שתוכננו בהתאמה אישית עבור כל אחד מקני מידה אלה מאפשרים סריקה בתפוקה גבוהה של ליבות מרווחים מרובות. סדרה של שגרות תוכנה פותחו במיוחד כדי לטפל ביעילות בתמונות CT תלת ממדיות של קרני רנטגן של ליבות העץ עבור TRW ודנסיטומטריה. עבודה זו מסבירה בקצרה את העקרונות הבסיסיים של CT, הדרושים להבנה נכונה של הפרוטוקול. הפרוטוקול מוצג עבור כמה מינים ידועים המשמשים בדרך כלל בדנדרוכרונולוגיה. השילוב של אומדני צפיפות גסים, נתוני TRW ו- MXD, כמו גם נתוני אנטומיה כמותיים, מאפשר לנו להרחיב ולהעמיק את הניתוחים הנוכחיים עבור שחזורי אקלים או תגובת עצים, כמו גם לפתח עוד יותר את תחום הדנדרואקולוגיה / קלימטולוגיה וארכיאולוגיה.

Introduction

צפיפות העץ היא משתנה קל למדידה1 המשקף הן את התכונות האנטומיות והן את התכונות הכימיות של העץ2. באומדני ביומסה של ביומסה מעל פני הקרקע, צפיפות העץ היא משתנה שקילה חשוב 3,4,5, המוכפל עם ממדי העץ וגורם המייצג את תכולת הפחמן של העץ. צפיפות העץ קשורה קשר הדוק לתכונות המכניות של עץ6 ומשקפת את תולדות חייו של עץ7.

צפיפות דופן התא נמדדת כ-1500 ק"ג/מ"ק בקירוב ונחשבת קבועה למדי8, אולם יש לקחת בחשבון גם שינויים בצפיפות דופן התא התוך-טבעתית 8,9. תאים עציים (באופן כללי קנה הנשימה בעצי מחט, כלי, פרנכימה וסיבים בעצים קשים) מכוונים/מעוצבים בדרכים שונות ועובי דופן התא וגודל הלומן של תאים אלה משתנה10. לכן, צפיפות העץ משתנה בין עצים, בתוך עץ (צירי ורוחבי) ובמרווחים קצרים בתוך טבעת עץ11,12. במקרים רבים שינוי צפיפות העץ בסקאלה הטבעתית תוחם גם את גבול טבעת העץ13. צפיפות העץ ובסופו של דבר שברי הרקמה נוצרים, ובמאמר זה הם מחולקים באופן כללי לשלוש קטגוריות (כלומר, שלושה סולמות רזולוציה שונים), בהתאם למטרת המחקר (איור 1) כמתואר להלן.

סולם בין-טבעתי: על ידי מדידת חתיכות עץ, מתקבל ערך יחיד עבור אותה דגימה. זה יכול להיעשות באמצעות טבילה במים או גיאומטרי14. בדרך זו ניתן לקבל ביומסה כללית או משתנים טכנולוגיים של עץ. כדי לכלול וריאציה של פית לקליפה, ניתן לחלק את פיסות העץ הללו לבלוקים שנמדדים באופן ידני כדי לקבל מידע על אסטרטגיית תולדות החיים15. בעת מעבר ל- CT רנטגן ברזולוציה נמוכה כגון בסורקים רפואיים17,18, נתוני TRW על טבעות בינוניות עד רחבות יכולים להתבצע בצורה יעילה על דגימות רבות 18,19,20. זהו גם קנה המידה שניתן להשתמש בו כדי להעריך ביומסה מפית-לקליפה מעצים ממוזגים וטרופיים 4,22, בדרך כלל ברזולוציות שבין 50 מיקרומטר ל-200 מיקרומטר.

סולם טבעת: עץ הוא מקליט של תנאי הסביבה בעבר. הפרמטר הידוע ביותר הוא רוחב טבעת עץ (TRW), אך עבור שחזורי טמפרטורה גלובליים, רשומות צפיפות עץ מאוחרת מקסימלית (MXD) הוכחו כפרוקסי טוב יותר לטמפרטורה22. MXD הוא משתנה קל למדידה23, ומייצג את עובי דופן התא ואת גודל התא על התאים האחרונים של טבעת עץ, והם נמצאים בקו העצים ובאתרי חזיר הקשורים באופן חיובי לטמפרטורת האוויר העונתית24: ככל שהקיץ חם וארוך יותר, מתרחשת יותר קשירת דופן התא, מה שמגדיל את צפיפות התאים האחרונים. מדידות מסורתיות כגון טבילה וגיאומטריה הן פחות מדויקות כדי לקבוע צפיפות זו ברמת הטבעת. עבודה קודמת פיתחה שרשרת כלים לשימוש בסרט רנטגן על דגימות דקות25. הדבר חולל מהפכה הן בייעור והן בפליאוקלימטולוגיה מאוחרת יותר15,18, והגדיר את צפיפות העץ המאוחר המרבית (MXD), כלומר ערך צפיפות השיא שלעתים קרובות נמצא בקצה הטבעת, כפרוקסי לטמפרטורת הקיץ. העיקרון הבסיסי הוא שהדגימות מנוסרות (בערך 1.2 מ"מ עד 7 מ"מ13) כך שיהיו מקבילות לחלוטין לכיוון הצירי, והדגימה מונחת על סרט רגיש החשוף למקור רנטגן. לאחר מכן סרטי רדיוגרפיה אלה נקראים החוצה באמצעות מקור אור המזהה את העוצמה ושומר את הפרופילים ואת הפרמטרים השנתיים של טבעות העצים. כלים אלה, לעומת זאת, דורשים כמות משמעותית של הכנת מדגם ועבודה ידנית. לאחרונה זה פותח עבור רנטגן CT בצורה סטנדרטית יותר או מבוסס על ליבות רכוב26. הרזולוציה כאן נעה בין 10 מיקרומטר ל -20 מיקרומטר. TRW נמדד גם בסולם זה, במיוחד כאשר מדובר בטבעות קטנות יותר.

קנה מידה אנטומי: בקנה מידה זה (רזולוציה < 4 מיקרומטר), רמות הצפיפות הממוצעות הופכות פחות רלוונטיות מכיוון שהמאפיינים האנטומיים העיקריים מוצגים באופן חזותי וניתן למדוד את רוחבם ואת הפרופורציות שלהם. בדרך כלל, זה נעשה באמצעות ביצוע microsections או סריקות אופטיות ברזולוציה גבוהה או סריקות μ-CT. כאשר יש צורך להמחיש את מבנה העל של דפנות התא, מיקרוסקופ אלקטרונים סורק הוא השיטה הנפוצה ביותר27. בקנה מידה אנטומי, שברי הרקמה הבודדים הופכים גלויים, כך שניתן לגזור פרמטרים פיזיולוגיים מהתמונות. בהתבסס על הפרמטרים האנטומיים הבודדים וצפיפות דופן התא של עץ, ניתן לגזור צפיפות אנטומית להשוואה עם מעריכים קונבנציונליים של צפיפות עץ24.

הודות לטכניקות חתך משופרות ותוכנת תמונה 29,30, דנדרו-אנטומיה30 פותחה כדי לקבל תיעוד מדויק יותר של העץ, הן כדי לקבל הערכה קרובה יותר של MXD בעצי מחט והן כדי למדוד מספר משתנים אנטומיים מעצים רחבי עלים. בסולם זה נמדדים פרמטרים אנטומיים בפועל הקשורים לפרמטרים סביבתיים31 . עם μCT רמה זו ניתן להשיג גם32,33.

מכיוון שעץ הוא מטבעו היגרוסקופי ואנאיזוטרופי, צפיפות העץ צריכה להיות מוגדרת בקפידה ולהגדיר את תנאי המדידה, בין אם כיבש בתנור, מותנה (בדרך כלל בתכולת לחות של 12%) או ירוק (כפי שנפל ביער)34. עבור דוגמאות גדולות ומטרות טכניות, צפיפות עץ מוגדרת כמשקל חלקי נפחו בתנאים נתונים. עם זאת, ערך צפיפות העץ תלוי מאוד בקנה המידה שבו הוא נמדד, למשל מפית' לקליפת עץ צפיפות יכול להכפיל את עצמו, ובסולם טבעתי (בעצי מחט) המעבר של עץ מוקדם לעץ מאוחר מביא לעלייה משמעותית גם בצפיפות העץ, עם שיא בגבול הטבעת.

כאן, פרוטוקול סריקת CT רנטגן של ליבות תוספות מוצג על מנת למדוד תכונות בשלושת הסולמות שהוזכרו לעיל (איור 1). התפתחויות אחרונות ב- CT רנטגן יכולות לכסות את רוב קני המידה הללו, בשל הגדרה גמישה. מטרות המחקר יקבעו את הפרוטוקול הסופי לסריקה.

גורם מגביל מכריע (הקשור באופן אינהרנטי לאופי קנה המידה של צפיפות העץ והעץ בכלל) הוא הרזולוציה והזמן הדרושים לסריקה. דוגמאות מדגימות כיצד: (i) להשיג פרופילי צפיפות עץ בקנה מידה בין-טבעתי עבור אומדני ביומסה ב-Terminalia superba מאגן קונגו, (ii) להשיג רשומות צפיפות מ-Clanwilliam cedar (Widdringtonia cedarbergensis) בהתבסס על סריקה סלילית במערכת HECTOR35, ו-(iii) למדוד פרמטרים של כלי שיט על אלון ססילי, במערכת Nanowood. שני הסורקים הם חלק מחבילת הסורקים במרכז UGent לטומוגרפיית רנטגן (UGCT,

figure-introduction-6537
איור 1: עץ החלטות מתודולוגי כללי לסריקת CT רנטגן. השורות מציינות את הצעדים שיש לנקוט, החל ממטרת המחקר ועד לפורמט הנתונים הסופי. תיבות לבנות הן השלבים הרלוונטיים לשרשרת כלים זו. תיבות אפורות הן שלבים שניתן לבצע עם תוכנות או חבילות R אחרות, כגון dplr47 ו- Treeclim48 לניתוח טבעות עצים, ו- ROXAS44 וכן ImageJ42 או יישומים (מסחריים) אחרים להפקת פרמטרים אנטומיים מעץ בהתבסס על תמונות CT. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

מחקר X-CT על עץ
הגדרת סורק: סורק CT סטנדרטי מורכב מצינור רנטגן, גלאי רנטגן, שלב סיבוב וסט מנועים להזזת שלב הסיבוב, וברוב המקרים גם הגלאי, קדימה ואחורה (איור 2).

figure-introduction-7619
איור 2. מערכת סריקת הקטור. המערכת35, המציגה את מרחק גלאי המקור (SDD) ואת מרחק אובייקט המקור (SOD). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

לרוב המערכות מבוססות המעבדה יש גיאומטריית חרוט-אלומה, כלומר קרני הרנטגן המופקות מופצות מחלון היציאה של הצינור בצורת חרוט-אלומה, מה שמרמז על כך שעל ידי שינוי המרחק בין האובייקט לבין הצינור (SOD = מקור-אובייקט-מרחק) והגלאי והצינור (SDD = מקור-גלאי-מרחק), ההגדלה נשלטת (ראה דיון על רזולוציה). בשל כוח החדירה של קרני רנטגן, הם עוברים דרך האובייקט, ועוצמת קרן ההנחתה היא פונקציה של האנרגיה של קרן הרנטגן, ההרכב הכימי של האובייקט (המספר האטומי של היסודות הנוכחים) וצפיפות החומר. בהינתן ספקטרום אנרגיה קבוע והרכב חומרים קבוע של עץ, הנחתת קרן הרנטגן תלויה מאוד בצפיפות החומר, מה שמסביר את השימוש בו לצפיפות. ההנחתה (או השידור) יכולה לבוא לידי ביטוי על ידי חוק באר-למברט:

figure-introduction-8737

עם I0 קרן הרנטגן הנכנסת באופן מעריכי אשר דועכת לקרן רנטגן משודרת Id בעת התפשטות דרך החומר על פני מרחק d. מקדם ההנחתה הליניארי μ תלוי בסדרה של אינטראקציות עם החומר של האובייקט. ההקרנות הן אפוא הקלטות של הקרן המשודרת.

מעשית, האובייקט מותקן על שלב הסיבוב, SOD ו- SDD מתאימים נבחרים, כוח מסוים נבחר גם כן (הקשור לגודל האובייקט, צפיפות והרכב) והאובייקט מסובב 360° ובמהלך סיבוב זה נלקחות הקרנות מרובות. הקרנות אלה משמשות לאחר מכן לשחזור המבנה הפנימי של האובייקט. ישנם מספר אלגוריתמים לשחזור זמינים, מתוכם הנפוצים ביותר עדיין מבוססים על המסגרת האנליטית שפותחה לפני עשרות שנים, תוך הסתמכות על טרנספורמציית ראדון ומשפט פרוסת פורייה. לפרטים נוספים, הקורא מופנה לספרות מיוחדת36.

חידת הרזולוציה, נפח הנתונים וגודל המדגם: רזולוציה היא המפתח בסריקת CT רנטגן. במערכות עם גיאומטריה הופכית, או גיאומטריית אלומות מקביליות כגון אלומות סינכרוטרון, שיקולים אחרים משחקים תפקיד. פרוטוקול זה דן רק בסריקת CT רנטגן סטנדרטית מבוססת מעבדה עם גיאומטריה של קרן חרוט. כאן, הרעיון של הגדלה, גודל פיקסל גלאי וגודל ספוט הם חיוניים. הגדלה מוגדרת כיחס של SDD/SOD. בשלב הבא, גודל הפיקסלים של הגלאי משפיע כמובן גם על הרזולוציה: ככל שגודל הפיקסלים קטן יותר, כך הרזולוציה גבוהה יותר, אך ברוב המקרים שדה הראייה (FoV) קשור ישירות גם לגודל הפיקסלים ולגודל הגלאי (גודל פיקסלים קטן יותר, FoV קטן יותר לאותו מספר פיקסלים). יתר על כן, גודל הספוט של קרן הרנטגן חשוב גם הוא: ככל שגודל הספוט גדול יותר, כך הרזולוציה נמוכה יותר, מה שאומר שניתן לראות פחות פרטים.

חשוב להתייחס לכך שניתן לקבל רזולוציה גבוהה ממה שמתאפשר על פי המגבלות הנ"ל, ולכן עדיף להשתמש במונח גודל ווקסל (ווקסל הוא פיקסל נפח) במקום רזולוציה. יתר על כן, ישנם גורמים אחרים במשחק, כגון חדות הגלאי, אשר מגבילים עוד יותר את הרזולוציה האמיתית שבה אובייקט נסרק. רק כיול אמיתי של המערכת, תוך שימוש ביעדים מוגדרים, מספק את התשובה האמיתית.

ברוב המקרים, עם זאת, גודל הווקסל שבו ניתן לסרוק אובייקט מוגבל בעיקר על ידי גודל האובייקט. משמעות הדבר היא שככל שהאובייקט גדול יותר, כך גודל הווקסל יהיה נמוך יותר. אם האובייקט אינו מתאים בתוך ה- FoV של הגלאי עבור גודל ווקסל מסוים, אז ניתן להקטין את גודל הווקסל, למשל, על ידי הגבלת ההגדלה.

זמן הסריקה ונפח הנתונים חשובים לקחת בחשבון כאשר מחליטים על גודל הווקסל הרצוי. באופן כללי, ככל שגודל הווקסל קטן יותר פירושו ככל שהפרטים שרוצים לראות גבוהים יותר, כך הדגימה קטנה יותר או פחות דגימות שניתן לסרוק בבת אחת, נדרש זמן רב יותר ונפחי הנתונים ייאספו גדולים יותר. תארו לעצמכם את הדוגמה התיאורטית הבאה: ניתן לסרוק מדגם בגודל 10 ס"מ x 10 ס"מ x 10 ס"מ ב 50 מיקרומטר בבת אחת עם מערכת רנטגן מסוימת CT ורוצים לסרוק את אותו נפח ב 10 מיקרומטר, הנפח שמתאים ל- FoV יהיה רק 2 ס"מ x 2 ס"מ x 2 ס"מ, בהנחה שזה אפשרי מבחינה פיזית. משמעות הדבר היא כי יש צורך 125 סריקות (5³ = 5 פעמים רזולוציה גבוהה יותר, בקנה מידה של 3 בשל האופי הנפחי של טכניקת ההדמיה) כדי לכסות את כל נפח, וכי נפח הנתונים יגדל באופן דומה. כמובן, זהו רק ניסוי מחשבתי, וצריך לשקול הרבה יותר מאשר רק פתרון. למידע נוסף מופנה הקורא לסקירה כללית של אפשרויות הסריקה37.

גמישות המכשירים לסריקת חפצי עץ: בעשור האחרון, חברות רבות סיפקו מערכות CT רנטגן עם הרכבה דומה לזו של HECTOR35. סקירה כללית של מספר מערכות CT, שהוערכו במיוחד עבור הרזולוציה הטמפורלית שלהן, ניתנת ב38.

בסך הכל, הגמישות והידידותיות למשתמש של מערכות רנטגן CT השתפרו במידה ניכרת. מערכות רבות מאפשרות סריקה של מגוון רחב של אובייקטים, וזה גם המקרה של המערכות ב-UGCT. הפרוטוקול להלן מודגם עבור מערכת HECTOR, המתאימה לניתוח טבעות עצים. עם זאת, הפרוטוקול תקף לכל מערכת זמינה אחרת אם הרזולוציה ותבנית הנתונים מאפשרות זאת.

מערכות אלו מאפשרות סריקה של מגוון אובייקטים. כמה תמונות של חפצי עץ שונים שנסרקו באמצעות מערכת HECTOR מוצגות באיור 3. גמישות זו היא שכוללת את שלושת הסולמות שאנו מציגים באיור 1, החל מרזולוציה גסה ועד לרזולוציה עדינה מאוד.

figure-introduction-12981
איור 3. דוגמאות להגדרת סריקה. (A) יומן, (B) צ'לו49, (C) מחזיקי דגימות (סוג 1) עם ליבות עץ לסריקת אצווה ו-(D) מחזיק דגימה מסוג 2 עם ליבות תוספת לסריקה סלילית המותקנות על שלב הסיבוב של HECTOR. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

1. דגימת ליבה

  1. דגמו את העץ עם בורר פרסלר. עיין בממליצים כיצד ליליבה של עץ באופן ידני39. שרשרת כלים זו מוצגת עבור ליבות 5.15 מ"מ.
  2. הניחו את ליבות העץ ללא הדבקה בקשיות נייר בקוטר 6 מ"מ או בכל קולטן אחר שאינו דורש דבק. אין להדביק את ליבות העץ על תומך עץ. אם הליבות כבר הותקנו, בטל אותן באמצעות אזמל / מסור או ממס בהתאם לסוג הדבק.
  3. הימנע לעטוף אותם צינורות פלסטיק, לנסות לייבש אותם תחילה כדי למנוע צמיחת עובש ריקבון פטרייתי.
  4. השתמש בעיפרון כדי לכתוב על קשיות הנייר, שכן החילוץ עלול לדהות את כתבי הטוש.
    הערה: שרשרת כלים זו מתאימה גם לליבות 4 מ"מ. כבר רכוב ליבות חול ניתן להשתמש, אבל אלה צריכים להיות unmounted הראשון. עבור עץ ארכיאולוגי או שאריות, יש לבצע דגימה בגודל ליבה (על ידי ניסור / הקטנת הגודל) לסריקה.

2. הכנת ליבה לפני הסריקה

  1. בצעו מיצוי אתנול/טולואן או אתנול או אצטון40 Soxhlet במשך 24 שעות לפחות (איור 4A,B). זה הכרחי כדי להבטיח נפח עץ ללא שרף כדי לקבל חישוב צפיפות מדויק (שרף מחליש את האות, איור 4C13,41).
    1. הפוך פתרון של 1000 מ"ל אתנול עם 427 מ"ל של toluene (על פי למשל, ASTM D 1107 - 96) או אתנול טהור או אצטון. באוניברסיטאות רבות יש סדנת זכוכית מעבדה שיכולה ליצור גרסה מותאמת של מכשיר Soxhlet עבור ליבות עץ (איור 4B).
    2. ממלאים את הבקבוק בעל התחתית העגולה בממס, ומניחים את הדגימות בתוך הקשיות בתמיכה מנירוסטה במנגנון Soxhlet עם צידנית על תנור מעבדה. אפשר לפחות 6 סיפונים לשעה.
      הערה: מעגל מים סגור עדיף להשתמש לקירור (או כל מערכת קירור מודרנית אחרת). במקרה זה, משאבת מים מזרימה את המים, מאוחסנים באגן 100 L עם טבליות כלור (כדי למנוע התפתחות אצות), ב 120 L / h (אבל זה יהיה תלוי בגודל של מכשיר Soxhlet, כמו גם את החום המופעל על ידי אלמנט החום). מצנן אוויר משמש לקירור המים באגן 100 L. כדי לחסוך בממס, ניתן להשתמש בחרוזי זכוכית כדי למלא את נפח החלל של מכשיר Soxhlet.
    3. בדוק את הטמפרטורה ואת מספר siphonings באופן קבוע. יבשו את הליבות מתחת לקולט אדים כימי (בדקו זאת במדיניות המעבדה) כדי להסיר את שאריות הממס או הכניסו תנור ייבוש מתחת לקולט האדים.
  2. יבשו את הליבות למשך 24 שעות בתנור ייבוש (103.5°C) תחת אוורור פליטה ובצעו אמבט מים חמים (90°C) או מיצוי Soxhlet במים חמים למשך 24 שעות כמתואר לעיל.
    1. שמור את הדגימות בקשיות הנייר במחזיקי דגימות הפלדה. יש לייבש שוב בתנור יבש למשך 24 שעות בטמפרטורה של 103.5°C, ולאחר מכן למזג ללחות יחסית (לחות יחסית) של 60% לפני הסריקה.
      הערה: הערך של 60% נבחר במקרה זה מכיוון שאלו הם בערך תנאי הלחות היחסית הסביבתית הממוצעת בחדר סריקת CT רנטגן. ניתן להשתמש גם בדוגמאות יבשות בתנור. הגורם החשוב ביותר הוא שכל הדגימות נסרקות באותם תנאים.
    2. במקרה שאיבת המים מנוונת את קשיות הנייר, החזירו את ליבות העץ לקשיות נייר חדשות בקוטר 6 מ"מ21. ניתן להכניס ליבות 5.15 מ"מ ו- 4 מ"מ לקשיות נייר 6 מ"מ.
    3. ודאו שכל קשית הנייר מלאה בעץ. עוטפים את שני קצוות הקש וחותכים את הקצוות. הדבר מאפשר החדרה קלה של הקשיות למחזיק הגלילי.
    4. ודא שצד הקמביום (קליפה) מצוין בבירור על הליבה מכיוון שהמעבד CoreProcessor ו- RingIndicator מניחים שצד הקליפה למטה. הסר חתיכות וחתיכות, כמו גם ליבות עם סדקים כמו אלה קשה לעבוד עם.

figure-protocol-3372
איור 4. זרימת עבודה לחילוץ וייבוש ליבות לפני הסריקה. (A) ליבות מצטברות בקשיות נייר מוכנסות תחילה לאמבט מים חמים ולאחר מכן לתערובת אתנול-טולואן חמה עם מכשיר Soxhlet למשך 24 שעות ואז מיובשות, מוכנסות לאמבט מים חמים למשך 24 שעות, ואז מיובשות שוב ב-103.5°C, ואז מותנות לפני הסריקה. (B) תמונות של מערך Soxhlet המותאם באוניברסיטת גנט. מספר מכשירי Soxhlet מותאמים מחוברים באופן סדרתי. שימו לב לרדיד האלומיניום ולצינורות הבידוד כדי לשמור על תערובת הממס או הממס חמה מספיק למיצוי. (C) דוגמה לפני השטח של ליבת תוספת מ- Pinus longaeva לפני ואחרי החילוץ. שרפים ותמציות אחרות מסווים את אות הצפיפות האמיתית, עקב החלשת קרני הרנטגן. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

3. סריקת ליבה

  1. בחר את סוג מחזיק המדגם המתאים (איור 5) כמתואר להלן, בהתאם למטרת המחקר כמתואר באיור 1.
    1. למטרות אבנית בין טבעות, יש להשתמש במחזיק מסוג 1 - קרטון וקצף פרחים מחורר.
    2. עבור מחזיק נתוני MXD סוג 2 - מחזיק דגימת פלסטיק המחזיק 6 ליבות באורך 1-15 ס"מ וקוטר 3 ס"מ.
    3. השתמש מחזיק סוג 3 - למטרות דנדרו-אנטומיה המורכבת פשוט קשירת קשיות נייר יחד.
  2. טען את ליבות העץ בקשיות נייר לתוך מחזיק הדגימה ומלא את תבנית הגיליון האלקטרוני שניתן להוריד https://dendrochronomics.ugent.be/#software. כל מספר מתאים למיקום נתון במחזיק המדגם.
  3. סריקה במתקן רנטגן μCT: יש להתייעץ עם מומחה רנטגן CT לקבלת ההגדרות המתאימות ופרוטוקול הסריקה. לקבלת הסורק המשמש בפרוטוקול זה, ראה37.
  4. שחזור התמונות הסרוקות: התייעץ עם מומחה CT רנטגן לקבלת ההגדרות הנכונות של השחזור, או ההגדרות המצורפות לסורק ה- CT (חבילת התוכנה של סורק ה- CT הרנטגן). לקבלת פרמטרים של שחזור עבור פרוטוקול זה, ראה37.

figure-protocol-5483
איור 5. סוגי מחזיקים לדוגמה ורזולוציה. תכנון שלושת סוגי המחזיקים העיקריים, המתאימים ל-(A) סולם בין-טבעתי, (B) סולם טבעות עצים ו-(C) קנה מידה אנטומי. בשל הגודל המתקבל, מספר הדגימות פוחת עם דרישת הרזולוציה הגוברת. העיבודים התלת-ממדיים המתאימים עבור (D) סולם בין-טבעתי (מחזיק 1), (E) רוחב טבעת ו-MXD (סוג מחזיק 2), ו-(F) פרמטרים אנטומיים (סוג מחזיק 3). סרגל קנה מידה = 5 מ"מ. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

4. קבלת נתוני TRW, נתוני צפיפות ונתונים אנטומיים

  1. תחילת העבודה עם התוכנה.
    1. כדי לקבל ערכי צפיפות (סוג מחזיק 1 ו- 2), התקן את שלוש חבילות התוכנה הבאות: (i) CoreProcessor, (ii) RingIndicator ו- (iii) ארגזי כלים CoreCompare מ
    2. מכיוון שארגזי כלים אלה יוצרו ב- MATLAB, התקינו את זמן הריצה הנכון של מהדר MATLAB (MCR), הזמין ב: http://nl.mathworks.com/products/compiler/mcr/. הגרסה הדרושה כרגע היא MATLAB2022B. ה- MCR הוא בחינם, בדיוק כמו 3 חבילות התוכנה.
    3. לצד התיקייה של אמצעי האחסון המשוחזרים, צור תיקייה ריקה חדשה עבור קבצי MAT (פורמט קובץ מ- MATLAB המאחסן משתנים וכו '), למשל, matfiles_useful_name_sample_holder, יש צורך בכך כדי לאחסן פרמטרים זמניים.
    4. ודא שהגיליון האלקטרוני נמצא בתיקיה של אמצעי האחסון המשוחזרים, כדי למלא את הדוגמאות בשלב מאוחר יותר.
  2. עיבוד מראש של אמצעי האחסון של הליבה באמצעות CoreProcessor.
    הערה: עבור נתוני אנטומיה ברזולוציה גבוהה, שלבי העיבוד הבאים אינם נחוצים (תרשים 1), לאחר שאמצעי האחסון המשוחזרים יהיו זמינים, עיין בהנחיות ImageJ עבור תמונות תלת-ממדיות42. ניתן לבצע סגמנטציה באמצעות תוסף Weka43 לציון כלים על פרוסות בודדות למשל12או בתוספי תוכנה כגון ROXAS,44.
    1. הכן את חילוץ הליבה: הכן את החילוץ האוטומטי של ליבות ההפרש (בהתאם לקנה המידה הבין-טבעתי איור 6A או קנה המידה הטבעתי איור 6B) כמתואר להלן.
      1. בחרו בתיקייה עם קבצים משוחזרים (פרוסות TIFF חתך של 16 סיביות) וקובץ הגיליון האלקטרוני (XrayForm.xlsx).
      2. בחר את התיקיה הריקה מתוך 4.1.3. זוהי התיקיה שבה CoreProcessor ייצור קובץ MAT שישמש ב- 4.2.2. למיצוי ליבה המוני.
      3. בחר את תיקיית קבצי MAT הריקה החדשה שנוצרה, או אם לא נוצרה, בחר תיקיה אחרת. נפח נטען, חתך אורך של הגליל מופיע, לבדוק כמה פרוסות אופקיות כדי לוודא אם כל הליבות וההפניות הותקנו כראוי לתוך הצילינדר.
      4. לחצו מלמטה למעלה כדי לבחור פרוסות להערכה זו. חתכים אלה ישמשו לשלב הבא, לכן לחץ לכל אורכו. ציין את ההפניות הכהות (אוויר) והלבנות (איור 6), כמה פעמים שמצוין בקובץ הגיליון האלקטרוני. לחץ פעמיים לאחר כל בחירה.
      5. עבור מחזיק מדגם 1, בדוק את המסך המרובה עם 9 חתכים, שנוצרו באמצעות חומר הייחוס כדי לבדוק אם חישוב הצפיפות בוצע על העץ (ולא על קש הנייר או חומר אחר שאינו עץ). זה חיוני להמרה נכונה לערכי צפיפות עץ בפועל.
      6. בחלון קופץ חדש, בחר כל ליבה בנפרד על ידי ציור עיגול/אליפסה סביבה. בצע תיוג בהתבסס על המידע מקובץ הגיליון האלקטרוני, בדוק אם השם נכון. כבד את סדר מילוי התבנית. כל המידע מאוחסן בקובץ MAT, שישמש בשלב הבא לחילוץ כל הליבות בבת אחת.
    2. לחץ על Mass Core Extraction כדי לבצע חילוץ ליבה עבור כל הליבות בצילינדר נתון (שצוינו ב- 4.2.1.2), בהתחשב בכך שקבצי המטא נתונים והגיליון האלקטרוני ממוקמים באותה תיקיה.
      הערה: בעת שימוש בחילוץ ליבה המונית, כל הליבות יחולצו בהתאם לתיוג המשתמש (המאוחסנות בתיקיית קובץ ה- mat). כתוצאה מפעולה זו, תיווצר תיקיה חדשה בשם Extracted המכילה את כל הליבות הנפרדות. כאשר מחזיקי דוגמאות מרובים מוכנים בשלב הראשון, וכל קבצי MAT מאוחסנים באותה תיקייה, כל קבצי MAT בתיקיה זו יעובדו.
    3. בארגז הכלים של CoreProcessor לחצו על Manual Tg Correction ולאחר מכן בחרו בתיקייה Extracted כדי להבטיח כיוון נכון של המישור הרוחבי והרדיאלי של כל נפח ליבה, בדומה להרכבת דגימות פיזיות במחזיק דגימה לפני שיוף תוך שמירה על המישור הרוחבי (איור 7B).
      1. חתכים מסוימים מוצגים כך שהמשתמש יכול לראות את כיוון הגרגיר. בחלקה האחרונה (מימין למטה), בדוק את הפרוסה המוצגת וצייר קו כדי לציין את כיוון הגרגר. לחץ פעמיים כדי לסובב את הליבה באופן אוטומטי.
      2. לאחר מכן מופיע מסך, כאן חותכים את נפח הליבה (איור 7C), ומוודאים שהמלבן מקיף את כל קוטר הליבה. זה הכרחי מכיוון שהנקודה המרכזית של המלבן צריכה להיות קרובה ככל האפשר לציר הליבה (ליישור נכון במודול RingIndicator).
        הערה: אם סריקה ברזולוציה גבוהה, בחר רק חומר בתוך הליבה בשלב זה והשתמש בממיר כדי לעבור לסוג מחזיק דגימה 2. זה בהחלט מועיל למינים נקבוביים טבעתיים, למשל.
    4. בצע את השלבים האופציונליים הבאים במקרה של ליבות לא מיושרות, הפוכות או שבורות או תבניות תמונה שאינן תואמות.
      1. תיקון הטיית ליבה (רק עבור מחזיק מדגם 1): כדי לתקן באופן אוטומטי הטיית ליבה (לדוגמה, כאשר הליבה נוטה מעט בצילינדר; איור 7A). זה חשוב לשלבים מאוחרים יותר. בחר את התיקיה Extracted שנוצרה בשלב הקודם.
        הערה: בדרך כלל אין צורך בכך אם יש לך מחזיק מדגם מסוג 2 או סוג 3 (איור 5) או כאשר כל הדגימות ומחזיקי הדגימות מונחים זקופים לחלוטין.
      2. נפחי היפוך: במקרה שהדגימה לא הונחה עם הצד של הקליפה כלפי מטה (כיוון קליפת העץ אינו משמאל לימין), שנה את הכיוון על ידי היפוך ליבות. הפונקציה מבקשת תיקיה ותיצור תיקיה חדשה.
      3. ליבות הדבקה: תפרו חלקים גדולים של ליבות בודדות יחד באופן וירטואלי. הרעיון הוא לא לתפור בצורה מושלמת, אלא לוודא שאם יש צורך, ליבות בודדות נמצאות באותו נפח TIFF מרובה עמודים. השתמש בחיווי הליבה השבורה (ראה שלב 4.3.4.9) כדי להתגבר על הרווחים בין חלקי הליבה.
      4. ממיר: אם אמצעי האחסון טופלו בחבילת תוכנה אחרת והם נשמרים מחוץ לארגז הכלים (לדוגמה, ImageJ), בצע שלב זה כדי לתקן את פרטי הכותרת. השתמש בשלב זה גם עבור אמצעי אחסון מרובי עמודים מסוג TIFF של 16 סיביות המגיעים מסורק CT אחר ולשימוש בארגז הכלים RingIndicator.
        הערה: כל השלבים מכאן הם עבור תיקוני כיוון מבנה ולבסוף, צפיפות וניתוח טבעות עצים.
  3. תיקון הזוויות וסימון טבעות ב- RingIndicator.
    הערה: יש לבצע את השלבים הבאים באופן כרונולוגי במודול RingIndicator: (i) הדמיה של המישור הרוחבי והרדיאלי, (ii) תיקון מבנה, (iii) יצירת פרופיל צפיפות, ו-(iv) ציון הטבעות באופן ידני או חצי אוטומטי.
    1. בצע הדמיה של מישור רוחבי ורדיאלי כמתואר להלן.
      1. כדי להכיר את ממשק המשתמש הגרפי, פתח את ארגז הכלים ובחר קובץ TIFF מרובה עמודים (קובץ שנוצר לאחר חילוץ ולאחר תיקון tg, כך משם התיקיה Tg מתוקן).
      2. בחרו ' חצי עובי של תמונת פרוסה ' כדי להציג תמונה ממוצעת של פרוסות X המרכזיות, כאשר X נע בין 1 ל-10 כאשר 1 אינו ממוצע (כלומר, מציג רק את הפרוסה המרכזית), ו- 10 הוא תמונה ממוצעת של 10 הפרוסות המרכזיות.
        הערה: ממוצע יכול להועיל להדגשת גבולות טבעת טוב יותר, ולדכא רעש, מצד שני הוא יכול גם לגרום לגבולות טבעת להיראות פחות מובחנים, במיוחד כאשר זווית הסיבים משמעותית. אנא כוונן ערך זה בהתאם לצרכים. חשוב לציין שזה רק להצגה, זה לא משפיע על נפח הבסיס, וגם לא משפיע על החישובים / התוצאות בסופו של דבר.
      3. בדוק את ממשק המשתמש הגרפי (GUI). ממשק המשתמש הגרפי מכיל איור עליון עם המישור הרוחבי של הליבה ואיור תחתון עם המישור הרדיאלי של הליבה, ותפריט (איור 8).
      4. כדי לטעון אמצעי אחסון ליבה חדש, חפש את הפונקציה Volume > Load Volume כדי לבחור קובץ TIFF מרובה עמודים חדש בספרייה. כעת המשתמש מוכן לציין את כיוון המבנה כדי לציין לאחר מכן את טבעות העצים בפועל.
    2. תיקון מבנה כדי להקל על חיווי טבעת עצים אוטומטי.
      1. לחץ ידנית על התמונה כדי להוסיף פסים ירוקים לתיקון מבנה. התחל עם פית (או הטבעת העתיקה ביותר הזמינה) וסיים עם הטבעת האחרונה. לאורך הליבה נכונה סטיות מבניות הן במישור הרוחבי והן במישור הרדיאלי.
      2. הקפד לציין את זווית הטבעת והסיבים כראוי, מכיוון שכל האינדיקציות הבאות ייקחו זווית אינטרפולציה בין האינדיקציות המתאימות.
      3. הכנס פס ירוק במישור אחד, הוא ייצור פס באופן אוטומטי במישור השני. לאחר הכנסת הסרגל, הזיזו את הצמתים (ריבועים לבנים) בקצה הסרגל כדי לשנות את הזווית. השתמש בצומת האמצעי כדי לשנות את מיקום הסרגל. התאם את גודל הצמתים כדי להקל על השימוש.
      4. לאחר כל שלב, הקפד ללחוץ על Data > Export and Rings > Export Rings, כדי לוודא שסימני הטבעת והסיבים נכתבים בקבצי .txt המתאימים. לאורך כל התיקונים, הקפידו תמיד לבצע את שתי הפעולות הללו.
    3. חישוב פרופיל הצפיפות.
      1. השתמש בתרשים Densitometry > Densitometry כדי לחשב את פרופיל הצפיפות. צרו והתוו פרופיל צפיפות באמצעות בחירה באפשרות 'התוויית כיסוי' >'פרופיל צפיפות התוויית', שיכול לשמש ככיסוי במישורי הליבה.
      2. לחישוב MXD, ציין אחוז (מומלץ הוא 20%, למשל, 20% פירושו שרק 20% מערכי הצפיפות הגבוהה ביותר נכללים), כדי לא לכלול ערכים נמוכים יותר בתעלות שרף, עץ מוקדם וכו '. עבור ערכי צפיפות ממוצעת, השתמש ב- 100%. עבור צפיפות מינימלית גם להשתמש 100%.
    4. בצע חיווי ידני ו/או אוטומטי של גבולות הטבעת באמצעות לחיצת עכבר שמאלית אחת לכל טבעת כמתואר להלן.
      הערה: הוסף את אותם פסים ירוקים כמו בשלב 4.3.2.1., הפעם המשתמש צריך לעשות זאת כעת טבעת לכל טבעת (תרשים 9).
      1. השתמשו בהתוויית כיסוי > בפרופיל צפיפות התוויית, כדי להציג באופן חזותי את פרופיל הדחיסות בתמונה. עדיף לציין את גבול הטבעת גם בשילוב עם פרופיל זה.
        הערה: פתח מופעים רבים ככל הנדרש מארגז הכלים, בשילוב עם ארגז הכלים CoreCompare (ראה עוד).
      2. לחיווי אוטומטי (מומלץ למשל לעצי מחט), השתמש בזיהוי אוטומטי > מרבי/דקה/הטיה . פונקציה זו תציין באופן אוטומטי גבולות טבעת עץ בהתבסס על פרופיל הצפיפות שנוצר בשלב הקודם. לחיווי אוטומטי (מתאים במיוחד לעצי מחט חזיריים או למינים עם גבולות טבעתיים ברורים המוגדרים על-ידי פרופיל הצפיפות), השתמש בזיהוי אוטומטי > מרבי/מינימום/הטיה . פונקציה זו תציין באופן אוטומטי גבולות טבעת עץ בהתבסס על פרופיל הצפיפות שנוצר בשלב הקודם.
      3. בהתאם למין (מפוזר-נקבובי/טבעתי-נקבובי או מחטני), השתמש בנטייה המקסימלית/מינימלית, או העקומה (מיד לאחר שיא הצפיפות) כקריטריון גבול טבעת העץ. הפרמטר הראשון הוא סף לפונקציית השיא, השני הוא פונקציה חלקה יותר.
      4. לאחר ביצוע חיווי הצלצול האוטומטי, בצע הזזה אוטומטית (עם גודל חלון של פיקסל אחד ואיטרציות המוגדרות על-ידי המשתמש) , תוך הקפדה על כך שלא ישורטטו חיווי טבעת זה על זה עקב הזזה זו והפעל מחדש את תרשים הצפיפות.
      5. שנה את תאריך הכרית לשנה שבה נלקחו ליבות התוספת על עצים חיים או כל תאריך מתאים אחר. ברירת המחדל מוגדרת ל- 1900.
      6. בהתוויית שכבת-על, בחרו 'טבעות התווייה' והשנים מוצגות. בחרו גם במישור שעליו יש להתוות טבעות ו/או בפרופיל הדחיסות.
      7. ברגע שיש שתי ליבות מסומנות במלואן (למשל מאותו עץ), בצע השוואות זוגיות של עקומות רוחב טבעות ליבה על ידי פתיחת ארגז הכלים CoreComparison. פתח מופע RingIndicator אחד לכל ליבה וערוך את המחוונים במידת הצורך. ייצא אותם שוב והשתמש בגישה איטרטיבית ואינטראקטיבית זו כדי להשיג נתונים באיכות טובה. בשלב הבא (שלב 4.4.1.), בצע פעולה זו עבור כל הליבות כדי לייצא הן את נתוני TRW והן את ערכי הצפיפות המתאימים.
      8. בדוק מיקומי טבעות כפולות באפשרות טבעות > בדוק טבעות ; פעולה זו תבדוק אם לסימנים כלשהם יש מיקום מחוץ לתמונות, כמו גם טבעות חופפות, למשל, במקרה של לחיצה כפולה פעמיים על אותו מיקום.
      9. עבור ליבות שבורות שיש להן חתיכות וחתיכות, התחל בפית, ותחם אנומליות (אוויר עקב ליבות שבורות, כתמים בהירים עקב כיסי שרף, זיהום וחלקים רקובים) כאילו היו טבעות למחוק אותם לאחר מכן. סיים עם גבול טבעת העץ של הטבעת האחרונה שנוצרה וייצא את הנתונים. נסו להימנע מליבות שבורות במהלך הדגימה (ראו שלב 1.1ו-39).
        הערה: ניתן לציין גם טבעות חסרות וגם טבעות שבורות, ראה איור 10. שני מקרים מוגדרים, אחד שבו הליבה נשברת באמצע טבעת, ואחד שבו הליבה נשברת על גבול טבעת. עבור הראשון (איור 10A), ציין את הפער, ציין את מספר הפער ואחריו את הספרה 1 וסגור את הסוגריים. לאחר מכן התוכנית תסכם את שני חלקי הטבעת כדי לקבל ערך TRW נכון. במקרה השני, מספר הפער מצוין ואחריו מספר 2, והתוכנית תשמיט סעיף זה (איור 10B).
      10. על-ידי ציון טבעות ויצירת פרופילי צפיפות, מספר קובצי .txt נוצרים ומאוחסנים באותה תיקייה שבה מאוחסנים קובצי TIFF מרובי עמודים, והחשובים שבהם מפורטים בטבלה 1. שמור קבצי .txt אלה באותה תיקייה כמו תמונות TIFF, כדי להמשיך לטפל בהם במודול CoreCompare (שלב 5.4).
        הערה: לחישוב ערכי צפיפות בדרך שונה בהתבסס על פרופיל הצפיפות הגולמית (לדוגמה, רוחב עץ מאוחר לעומת רוחבעץ מוקדם 45 או מדדים אחרים שאינם נתמכים בתיבות הכלים CoreComparison ו- CoreProcess), השתמש בקבצי הטקסט zpos_corr ו- density_corr והשתמש בהם לחישובים כאלה.
  4. להשוואת סדרות TRW וייצוא הנתונים באמצעות CoreComparison, בצע את השלבים הבאים.
    הערה: בעת שימוש בארגז כלים זה, נפתחים שני חלונות בו-זמנית, CoreCompation ומודול PatternMatching . CoreCompare עוסק בהצלבה וייצוא של נתוני TRW, בעוד שניתן להשתמש במודול PatternMatching לייצוא פרופילי צפיפות וערכי צפיפות (MXD, צפיפות מינימלית (MND), צפיפות ממוצעת וערכי 4 רבעוניים). המטרה העיקרית של CoreCompare היא ליצור את ערכי TRW ואת ערכי הצפיפות, ולקבל הערכה גסה של איכות cross dating , עם צימוד ל- RindIndicator במקרה של טבעות חסרות או אינדיקציות שגויות.
    1. בצעו את השלבים הבאים לתיארוך צולב או להתאמת תבנית רוחב הטבעת לסדרות אחרות.
      1. לאחר השלמת המקטע RingIndicator, בחר את קובצי הטקסט להשוואה, וייפתח מסך עם רוחב טבעת, יחד עם תיארוך צולב או פרמטרים סטטיסטיים כגון Gleichlaüfigkeit (GLK)46 ו- או מתאם Spearman בין סדרות בודדות (איור 11).
      2. כדי לבצע שינויים בחיווי הטבעות (לדוגמה, במהלך היכרויות צולבות), פתח מחדש את RingIndicator, ייבא נתונים, יצא את הנתונים והטבעות שהשתנו והשתמש בלחצן רענן במודול CorePreview (ראה צד שמאל למעלה) כדי לראות את השינויים.
      3. פתח מופעים מרובים של RingIndicator כדי לבצע שינויים בסדרות שונות של טבעות עצים והשתמש בצגי מסך מרובים לשם כך.
      4. בתפריט GLK ו- CORR (איור 11), בצע סדרה של פעולות הקשורות ל- GLK, כגון סף האיורים, ייצוא ערכי GLK לגיליון אלקטרוני ודירוגם.
    2. השג ערכי TRW מ- CoreCompare כמתואר להלן.
      1. השתמש בפונקציית ההתוויה והייצוא ב- Coreהשוואה לשינוי ההסטה בין העקומות (ערך גדול יותר גורם להסטה קטנה יותר). הצג באופן חזותי את נתוני TRW בהתוויית תרשים על-ידי בחירה באפשרות התוויית וייצוא > רוחב טבעת.
      2. יצא את נתוני TRW על-ידי לחיצה על התוויית וייצוא > ייצוא נתוני RW. ייצוא טבעות רוחב בתבנית גיליון אלקטרוני או בתבנית טוסון.
    3. השג את פרופילי הצפיפות ממודול התאמת תבניות כמתואר להלן.
      1. כדי להשיג את פרופילי הצפיפות בגיליון אלקטרוני, עבור אל מודול התאמת תבניות ולאחר טעינה בפרופילים, בתפריט אחר בחר התוויית > ייצוא פרופילי צפיפות מתוקנת.
      2. כדי לעבד פרופילי אצווה או להעריך את הנתונים בשיטות שונות, השתמש ישירות בקבצי .txt מטבלה 1 (ראה שלב 4.3.4.11).
    4. השג ערכי צפיפות MXD , MND וערכי צפיפות אחרים ממודול התאמת תבניות כמתואר להלן.
      1. לקבלת הצפיפות הממוצעת, MXD, MND ונתוני רביעון לכל טבעת עץ, השתמש ב - Other Plotting > Export Clustered Data. גיליון אלקטרוני ייווצר וניתן למצוא אותו באותה תיקיה שבה נמצאים קבצי TIFF.
      2. הכרטיסיות בגיליון האלקטרוני מפורטות בטבלה 2. יצא משתני טבעת עצים אלה ל- Rstudio או לתוכנה אחרת לניתוח נוסף.

figure-protocol-21145
איור 6. קבלת ערכי צפיפות עץ מערכים אפורים. המרת הערכים האפורים של התמונה להערכות צפיפות עץ בפועל, באמצעות כיול עם חומר ייחוס. (A) מחזיק מדגם 1, ברזולוציה של 60 מיקרומטר, המציג את ייחוס האוויר, הייחוס הלבן והליבה. (B) מחזיק הדגימה, ב-20 מיקרומטר, אוויר, ייחוס וליבה מוצגים גם כן. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-protocol-21805
איור 7. שלבי עיבוד מראש של נפח הליבה התלת-ממדי. שלבי עיבוד מראש של נפח הליבה התלת-ממדית לפני הדמיה וציון טבעות העצים. (A) תיקון הטיה (צירית), (B) תיקון משיק, כאשר הפסים האפורים מציינים את כיוון הסיב, (C) חיתוך נפח הליבה לקבלת נפח עם ווקסלים עציים בלבד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-protocol-22456
איור 8. צילום מסך של ליבה. צילום מסך של ליבה (רוחב משיק כ- 3 מ"מ, רזולוציה מיקרומטר) שנפתחה בארגז הכלים RingIndicator. החלונית העליונה היא התצוגה הרוחבית, החלונית התחתונה היא התצוגה המוקדית. פסים ירוקים מראים את חיווי המבנה (במקרה זה על גבול הטבעת), הקו האדום הוא פרופיל הצפיפות. המספרים הצהובים מציינים שנה קלנדרית, והמספרים הכחולים מציינים את מספר הטבעת הגנרי (ספירה מהאינדיקציה הראשונה). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-protocol-23194
איור 9. חיווי טבעת ותצוגה חזותית של פרופיל צפיפות במודול RingIndicator. קווים ירוקים הם אינדיקציות, קו אדום הוא פרופיל צפיפות העץ. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-protocol-23672
איור 10. איך להתמודד עם סדקים בליבות. (A) כאשר נוצר סדק באמצע הטבעת, מספר הטבעת הגנרי (החל מהפית) יסומן כרווח, ו-TRW יחושב על ידי סיכום הרוחב של שני חלקי הטבעת. הפרמטרים הם 3 (מספר הטבעת) ו-1 (מקרה 1: סדק באמצע טבעת)31. (B) כאשר נוצר סדק בגבול טבעת, הפער יושמט מחישוב TRW. הפרמטרים הם 3 (מספר הטבעת) ו-2 (מקרה 2: סדק בגבול הטבעת)31. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-protocol-24435
איור 11. צילום מסך של מודול השוואת הליבה. צילום מסך של מודול השוואת הליבה, שבו סדרות רוחב טבעת מופצות אנכית להשוואה חזותית קלה. החלונית העליונה מציגה את רוחב הטבעת של 4 ליבות מ- Fagus sylvatica, החלונית השמאלית התחתונה מציגה את Gleichlaüfigkeit (GLK) והחלונית הימנית התחתונה מציגה את מקדם מתאם Spearman. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

שם הקובץהסבר
SAMPLENAME_density.txtערכי דחיסות לא מתוקנים לכל אורך התמונה, ולכן אינם מתוקנים לזווית הטבעת והסיבים
שם דוגמה _density_corr.txtcf. txt קודם אך לאחר מכן עם ערכי צפיפות מתוקנים
שם דוגמה _ring-and-fibre.txtמיקומי חיווי טבעת וסיבים וזוויות
שם דוגמה _zpos.txtמיקום גבולות טבעת העץ על הליבה, ללא תיקון טבעת וסיבים
שם דוגמה _zpos.corr.txtIDEM כ- ZPOS, אך לאחר מכן תוקן עבור טבעת וזווית סיבים
SAMPLENAME _ringwidth.txtרוחב טבעת מחושב, בהתחשב בזווית הטבעת והסיבים

טבלה 1. קבצי טקסט שנוצרו על ידי RingIndicator. רשימת קובצי טקסט הנוצרים לאחר ציון טבעות וייצוא פרופיל הצפיפות ב- RingIndicator. אלה צריכים להישאר באותה תיקיה כמו קובץ .tiff כדי לפתוח במודול CoreComparison.

משתנה טבעת-עץהסבר
צפיפות ממוצעתצפיפות ממוצעת לכל טבעת עץ
צפיפות מקסימלית חצי מבוססתMXD אך מבוסס רק על המחצית השנייה של טבעת העץ כדי למנוע ערכי צפיפות גבוהה של השנה הקודמת אינם כלולים
צפיפות מינימליתהצפיפות המינימלית לכל טבעת עץ
רבע 1-רבעון4ממוצע וערכים מרביים עבור כל רביעון של פרופיל הטבעת התוך-שנתי

טבלה 2. פרטי גיליון אלקטרוני. משתני טבעות עץ המיוצאים לגיליון אלקטרוני בשם ייצוא נתונים מקובצים באשכולות.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

תוצאות

אם המטרה היא הערכת ביומסה או הגדלת גדילת עצים של דגימות רבות, כלומר סולם בין-טבעתי (איור 1), אז מחזיק הדגימה 1 (איור 5) משמש לסריקת דגימות כדי לקבל פרופילי צפיפות (ראו שלב 5.4.3) והערכות של צמיחת עצים, למשל עבור עצים שצומחים מהר עם TRW גדול, מה שמאפשר רזולוציה גסה יות?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

שלבים קריטיים בתוך הפרוטוקול
שלבים קריטיים בתוך הפרוטוקול כוללים טיפול נכון של משעמם התוספת כדי להשיג ליבות תוספת באיכות גבוהה (שלב 1.1. וראה39) כדי למנוע סיביות וחתיכות. לאחר מכן, חיוני להשאיר את הליבות לא מותקנות (אך ראו26), הן להחדרה למחזיק הדגימה (איו?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.

Acknowledgements

אנו מודים לשלושת הסוקרים האנונימיים על המשוב וההצעות. מחקר זה מומן על ידי קרן המחקר המיוחדת של BOF עבור JVdB (BOF Starting Grant BOF. STG.2018.0007.01), עבור UGCT כמרכז מומחיות (BOF. EXP.2017.0007) וכמתקן ליבה (BOF. COR.2022.008), המחברים מודים גם לקרן המחקר פלנדריה (G019521N ו-G009720N), ולקרן המחקר התעשייתי UGent (IOF) על התמיכה הכספית בתשתית באמצעות מענק IOF. APP.2021.0005 (פרויקט FaCT F2021/IOF-Equip/021).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
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 tubeshttps://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 analysisX-ray CT scanning
Cooling 
Drying oven
Ethanol 
Flask for under soxhlet (2000 ml)
Floral foamhttps://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%7DSoxhlet 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

References

  1. Björklund, J., et al. The utility of bulk wood density for tree-ring research. Dendrochronologia. 69 (September), 125880(2021).
  2. Lachenbruch, B., Mcculloh, K. A. Traits, properties, and performance: How woody plants combine hydraulic and mechanical functions in a cell, tissue, or whole plant. New Phytologist. 204 (4), 747-764 (2014).
  3. Baker, T. R., et al. Variation in wood density determines spatial patterns in Amazonian forest biomass. Global Change Biology. 10 (5), 545-562 (2004).
  4. Bastin, J. F., et al. Wood specific gravity variations and biomass of central African tree species: The simple choice of the outer wood. PLoS ONE. 10 (11), 1-16 (2015).
  5. Chave, J., et al. Improved allometric models to estimate the aboveground biomass of tropical trees. Global Change Biology. 20 (10), 3177-3190 (2014).
  6. Chave, J., et al. Towards a worldwide wood economics spectrum. Ecology letters. 12, 351-366 (2009).
  7. Plourde, B. T., Boukili, V. K., Chazdon, R. L. Radial changes in wood specific gravity of tropical trees: inter- and intraspecific variation during secondary succession. Functional Ecology. 29 (1), 111-120 (2015).
  8. Decoux, V., Varcin, É, Leban, J. -M. Relationships between the intra-ring wood density assessed by X-ray densitometry and optical anatomical measurements in conifers. Consequences for the cell wall apparent density determination. Annals of Forest Science. 61, 251-262 (2004).
  9. Rathgeber, C. B. K., Decoux, V., Leban, J. M. Linking intra-tree-ring wood density variations and tracheid anatomical characteristics in Douglas fir (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco). Annals of Forest Science. 63 (7), 699-706 (2006).
  10. Ziemińska, K., Butler, D. W., Gleason, S. M., Wright, I. J., Westoby, M. Fibre wall and lumen fractions drive wood density variation across 24 Australian angiosperms. AoB PLANTS. 5, plt046(2013).
  11. Ziemińska, K., Westoby, M., Wright, I. J. Broad anatomical variation within a narrow wood density range - A study of twig wood across 69 Australian angiosperms. PLoS ONE. 10 (4), 1-25 (2015).
  12. De Mil, T., et al. Wood density profiles and their corresponding tissue fractions in tropical angiosperm trees. Forests. 9 (12), 763(2018).
  13. Björklund, J., et al. Scientific Merits and Analytical Challenges of Tree-Ring Densitometry. Reviews of Geophysics. 57 (4), 1224-1264 (2019).
  14. Maniatis, D., Saint André, L., Temmerman, M., Malhi, Y., Beeckman, H. The potential of using xylarium wood samples for wood density calculations: A comparison of approaches for volume measurement. IForest. 4 (1), 150-159 (2011).
  15. Lehnebach, R., et al. Wood density variations of legume trees in French Guiana along the shade tolerance continuum: Heartwood effects on radial patterns and gradients. Forests. 10 (2), 1-22 (2019).
  16. Longuetaud, F., et al. Within-stem maps of wood density and water content for characterization of species: a case study on three hardwood and two softwood species. Annals of Forest Science. 73 (3), 601-614 (2016).
  17. Steffenrem, A., Kvaalen, H., Dalen, K. S., Høibø, O. A. A high-throughput X-ray-based method for measurements of relative wood density from unprepared increment cores from Picea abies. Scandinavian Journal of Forest Research. 29 (5), 506-514 (2014).
  18. Vannoppen, A., et al. Dendrochronologia Using X-ray CT based tree-ring width data for tree growth trend analysis. Dendrochronologia. 44, 66-75 (2017).
  19. Maes, S. L., et al. Evaluating the robustness of three ring-width measurement methods for growth release reconstruction. Dendrochronologia. 46 (May), 67-76 (2017).
  20. Van Den Berge, S., et al. Biomass increment and carbon sequestration in hedgerow-grown trees. Dendrochronologia. 70 (September), 125894(2021).
  21. De Mil, T., Vannoppen, A., Beeckman, H., Van Acker, J., Van den Bulcke, J. A field-to-desktop toolchain for X-ray CT densitometry enables tree ring analysis. Annals of Botany. 117 (7), 1187-1196 (2016).
  22. St. George, S., Esper, J. Concord and discord among Northern Hemisphere paleotemperature reconstructions from tree rings. Quaternary Science Reviews. 203, 278-281 (2018).
  23. Schweingruber, F., Fritts, H., Braker, O., Drew, L., Schar, E. The X-ray technique as applied to dendroclimatology. Tree-Ring Bulletin. 38, 61-91 (1978).
  24. Björklund, J., et al. Cell size and wall dimensions drive distinct variability of earlywood and latewood density in Northern Hemisphere conifers. New Phytologist. 216 (3), 728-740 (2017).
  25. Polge, H. Applications dans les domaines Technologique et Physiologique. Annales des sciences forestières. 23 (1), 215(1966).
  26. De Mil, T., et al. A lonely dot on the map: Exploring the climate signal in tree-ring density and stable isotopes of clanwilliam cedar, South Africa. Dendrochronologia. 69 (November 2020), 125879(2021).
  27. Jansen, S., et al. Preparation of wood specimens for transmitted light microscopy and scanning electron microscopy. Belgian Journal of Botany. 131 (1), 41-49 (1998).
  28. Gärtner, H., Nievergelt, D. The core-microtome: A new tool for surface preparation on cores and time series analysis of varying cell parameters. Dendrochronologia. 28 (2), 85-92 (2010).
  29. von Arx, G., Crivellaro, A., Prendin, A. L., Čufar, K., Carrer, M. Quantitative Wood Anatomy-Practical Guidelines. Frontiers in Plant Science. 7 (June), 781(2016).
  30. Seftigen, K., et al. Prospects for dendroanatomy in paleoclimatology -- a case study on Picea engelmannii from the Canadian Rockies. Climate of the Past. 18 (5), 1151-1168 (2022).
  31. Castagneri, D., Regev, L., Boaretto, E., Carrer, M. Xylem anatomical traits reveal different strategies of two Mediterranean oaks to cope with drought and warming. Environmental and Experimental Botany. 133 (October), 128-138 (2017).
  32. Brodersen, C. R., et al. Automated analysis of three-dimensional xylem networks using high-resolution computed tomography. The New phytologist. 191 (4), 1168-1179 (2011).
  33. Van den Bulcke, J., et al. X-ray tomography as a tool for detailed anatomical analysis. Annals of Forest Science. 66 (5), 508(2009).
  34. Williamson, G. B., Wiemann, M. C. Measuring wood specific gravity...Correctly. American journal of botany. 97 (3), 519-524 (2010).
  35. Masschaele, B., et al. HECTOR: A 240kV micro-CT setup optimized for research. Journal of Physics: Conference Series. 463 (1), 012012(2013).
  36. Kak, A. C., Slaney, M. Principles of Computerized Tomographic Imaging. , Society for Industrial and Applied Mathematics. (2001).
  37. Van Den Bulcke, J., et al. Advanced X-ray CT scanning can boost tree ring research for earth system sciences. Annals of Botany. 124 (5), 837-847 (2019).
  38. Zwanenburg, E. A., Williams, M. A., Warnett, J. M. Review of high-speed imaging with lab-based x-ray computed tomography. Measurement Science and Technology. 33 (1), 012003(2022).
  39. Gärtner, H., Cherubini, P., Schneider, L., Lucchinetti, S. Advanced Workflow for Taking High-Quality Increment Cores - New Techniques and Devices. JoVE. (193), e64747(2023).
  40. Schweingruber, F. H., Fritts, H. C., Bräker, O. U. The X-ray technique as applied to dendroclimatology. Tree-Ring Bulletin. 38, (1978).
  41. Grabner, M., Wimmer, R., Gierlinger, N., Evans, R., Downes, G. M. Heartwood extractives in larch and effects on X-ray densitometry. Canadian Journal of Forest Research. 35 (12), 2781-2786 (2005).
  42. Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nature Methods. 9 (7), 671-675 (2012).
  43. Arganda-Carreras, I., et al. Trainable Weka Segmentation: A machine learning tool for microscopy pixel classification. Bioinformatics. 33 (15), 2424-2426 (2017).
  44. von Arx, G., Carrer, M. ROXAS - A new tool to build centuries-long tracheid-lumen chronologies in conifers. Dendrochronologia. 32 (3), 290-293 (2014).
  45. Koubaa, A., Zhang, S. Y. T., Makni, S. Defining the transition from earlywood to latewood in black spruce based on intra-ring wood density profiles from X-ray densitometry. Annals of Forest Science. 59 (5-6), 511-518 (2002).
  46. Buras, A., Wilmking, M. Correcting the calculation of Gleichläufigkeit. Dendrochronologia. 34, 29-30 (2015).
  47. Bunn, A. G. Statistical and visual crossdating in R using the dplR library. Dendrochronologia. 28 (4), 251-258 (2010).
  48. Zang, C., Biondi, F. Treeclim: an R package for the numerical calibration of proxy-climate relationships. Ecography. (November 2014), 1-6 (2014).
  49. Van den Bulcke, J., et al. Nondestructive research on wooden musical instruments: From macro- to microscale imaging with lab-based X-ray CT systems. Journal of Cultural Heritage. 27, S78-S87 (2017).
  50. Helama, S., Vartiainen, M., Kolström, T., Meriläinen, J. Dendrochronological investigation of wood extractives. Wood Science and Technology. 44 (2), 335-351 (2010).
  51. Black, B. A., et al. The value of crossdating to retain high-frequency variability, climate signals, and extreme events in environmental proxies. Global Change Biology. 22 (7), 2582-2595 (2016).
  52. Hubau, W., et al. The persistence of carbon in the African forest understory. Nature plants. 5 (2), 133-140 (2019).
  53. Stoffel, M., Klinkmüller, M. 3D analysis of anatomical reactions in conifers after mechanical wounding: First qualitative insights from X-ray computed tomography. Trees - Structure and Function. 27 (6), 1805-1811 (2013).
  54. Van den Bulcke, J., et al. Advanced X-ray CT scanning can boost tree-ring research for earth-system sciences. Annals of Botany. , 1-11 (2019).
  55. Ziaco, E., Biondi, F., Heinrich, I. Wood Cellular Dendroclimatology: Testing New Proxies in Great Basin Bristlecone Pine. Frontiers in Plant Science. 7 (October), 1-13 (2016).
  56. De Ridder, M., et al. High-resolution proxies for wood density variations in Terminalia superba. Annals of botany. 107 (2), 293-302 (2011).
  57. Resente, G., et al. Repeat! Artificial Intelligence for Quantitative Wood Anatomy. Frontiers in Plant Science. 12 (November), 1-14 (2021).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved