Name: assessing the particulate matter removal abilities of tree leaves
Uploaded: 2018-10-07T15:00:00
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Diese Arbeit wurde durch die grundlegenden Forschungsmittel für die zentralen Universitäten (2017ZY21) und die National Natural Science Foundation of China (21607038) unterstützt.

1. Blatt-Sammlung, Elutions- und Massemessung der PM
<ol><li>Wählen Sie aus fünf gesunde Einzelbäume (d. h. fünf Wiederholungen) der einzelnen Baumarten mit ähnlichen Durchmesser in Brusthöhe. Vier größere Zweige nach dem Zufallsprinzip aus vier Richtungen der äußeren Haube in der Mitte Baldachin-Schicht zu sammeln und alle intakt Blätter abgeschnitten. Hinweis: Alle Pflanzen für Blatt Probenahme sollte eng in einem Begrünung Streifen mit Länge und Breite von etwa 250 bis 60 m, bzw. befinden u...

<ol>
	<li>Baidurela, A., Halik, U., Aishan, T., Nuermaimaiti, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maximum+dust+retention+of+main+greening+trees+in+arid+land+oasis+cities,+Northwest+China.">Maximum dust retention of main greening trees in arid land oasis cities, Northwest China.</a> Scientia Silvae Sinicae. 51, 57-63 (2015).</li><li>Fan, S. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dust+capturing+capacities+of+twenty-six+deciduous+broad-leaved+trees+in+Beijing.">Dust capturing capacities of twenty-six deciduous broad-leaved trees in Beijing.</a> Chinese Journal of Plant Ecology. 39, 736-745 (2015).</li><li>Dzierzanowski, K., Gawro&#324;ski, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+trees+for+reducing+particulate+matter+pollution+in+air.">Use of trees for reducing particulate matter pollution in air.</a> Challenges of Modern Technology. 2, 69-73 (2011).</li><li>Przybysz, A., S&#230;b&#248;, A., Hanslin, H. M., Gawro&#324;ski, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accumulation+of+particulate+matter+and+trace+elements+on+vegetation+as+affected+by+pollution+level,+rainfall+and+the+passage+of+time.">Accumulation of particulate matter and trace elements on vegetation as affected by pollution level, rainfall and the passage of time.</a> Science of the Total Environment. 481, 360-369 (2014).</li><li>Chen, L. X., Liu, C. M., Zou, R., Yang, M., Zhang, Z. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+examination+of+effectiveness+of+vegetation+as+bio-filter+of+particulate+matter+in+the+urban+environment.">Experimental examination of effectiveness of vegetation as bio-filter of particulate matter in the urban environment.</a> Environmental Pollution. 208, 198-208 (2016).</li><li>Zhang, Z. D., Xi, B. Y., Cao, Z. G., Jia, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploration+of+a+quantitative+methodology+to+characterize+the+retention+of+PM2.5+and+other+atmospheric+particulate+matter+by+plant+leaves:+Taking+Populus+tomentosa+as+an+example.">Exploration of a quantitative methodology to characterize the retention of PM2.5 and other atmospheric particulate matter by plant leaves: Taking Populus tomentosa as an example.</a> Chinese Journal of Applied Ecology. 25, 2238-2242 (2014).</li><li>Zhang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+on+the+Existing+Shrubs+of+the+Road+in+Changchun+and+the+Dust+Retention+Capacity+of+the+Three+Shrubs.">Studies on the Existing Shrubs of the Road in Changchun and the Dust Retention Capacity of the Three Shrubs.</a> Jilin Agricultural University. , (2013).</li><li>Beckett, K. P., Freer-Smith, P., Taylor, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effective+tree+species+for+local+air-quality+management.">Effective tree species for local air-quality management.</a> Journal of Arboriculture. 163, 12-19 (2000).</li><li>Wang, H. X., Shi, H., Wang, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+the+captured+quantity+of+particulate+matter+by+plant+leaves+under+typical+weather+conditions.">Dynamics of the captured quantity of particulate matter by plant leaves under typical weather conditions.</a> Acta Ecologica Sinica. 35, 1696-1705 (2015).</li><li>Wang, Z. H., Li, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capacity+of+dust+uptake+by+leaf+surface+of+Euonymus+Japonicus+Thunb.+and+the+morphology+of+captured+particle+in+air+polluted+city.">Capacity of dust uptake by leaf surface of Euonymus Japonicus Thunb. and the morphology of captured particle in air polluted city.</a> Ecology &amp; Environment. 15, 327-330 (2006).</li><li>Liu, H. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+the+Role+of+Ultrasonic+Cleaning+in+Quantitative+Evaluation+of+the+Retention+of+Tree+Leaves+to+Atmospheric+Particles:+A+Case+Study+with+Ginkgo+biloba.">Analysis of the Role of Ultrasonic Cleaning in Quantitative Evaluation of the Retention of Tree Leaves to Atmospheric Particles: A Case Study with Ginkgo biloba.</a> Scientia Silvae Sinicae. 52 (12), 133-140 (2016).</li><li>Chen, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dust+absorption+effect+of+urban+conifers+in+Northeast+China.">Dust absorption effect of urban conifers in Northeast China.</a> Chinese. Journal of Applied Ecology. 14 (12), 2113-2116 (2003).</li><li>Li, H., Yang, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+of+suspended+particulates+adhering+to+salt+marsh+plants.">Changes of suspended particulates adhering to salt marsh plants.</a> Acta Oceanolo Giga Sinica. 32 (1), 114-119 (2010).</li><li>Nguyen, T., Yu, X. X., Zhang, Z. M., Liu, M. M., Liu, X. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+types+of+urban+forest+and+PM2.5+capture+at+three+growth+stages+of+leaves.">Relationship between types of urban forest and PM2.5 capture at three growth stages of leaves.</a> Journal of Environmental Sciences. 27 (1), 33-41 (2015).</li><li>Fan, S. X., Li, X. P., Han, J., Cao, Y., Dong, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field+assessment+of+the+impacts+of+landscape+structure+on+different-sized+airborne+particles+in+residential+areas+of+Beijing,+China.">Field assessment of the impacts of landscape structure on different-sized airborne particles in residential areas of Beijing, China.</a> Atmospheric Environment. 166, 192-203 (2017).</li><li>Liu, J. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+based+investigation+on+particulate+size+distribution+and+retention+efficiency+of+particulate+matters+retained+on+tree+leaves-Taking+Ginkgo+biloba+and+Pinus+tabuliformis+as+examples.">Ultrasonic based investigation on particulate size distribution and retention efficiency of particulate matters retained on tree leaves-Taking Ginkgo biloba and Pinus tabuliformis as examples.</a> Chinese Journal of Applied Ecology. 40, 798-809 (2016).</li><li>Yao, X. Y., Hu, Y. S., Liu, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dust-retention+effect+of+8+common+greening+Tree+Species+in+Beijing.">Dust-retention effect of 8 common greening Tree Species in Beijing.</a> Journal of Northwest Forestry University. 29, 92-95 (2014).</li><li>Wang, H. X., Shi, H., Wang, Y. H., Duan, J., Wang, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+surface+structure+on+the+particle+size+distribution+captured+by+Ligustrum+lucidum.">Influence of surface structure on the particle size distribution captured by Ligustrum lucidum.</a> Journal of Safety &amp; Environment. 1, 258-262 (2015).</li></ol>

Präzise und korrekte Sammlung der PM auf Blattoberflächen beibehalten ist die Grundlage für die Beurteilung der PM-Entfernung-Fähigkeiten von verschiedenen Baumarten. Jedoch die konventionellen Reinigungsmethode (WC oder plus BC) kann nicht vollständig entfernen Sie den Staub auf Blattoberflächen, die durch scanning Electron Microscopy10bestätigt wurde. Dies zeigte sich weiter deutlich durch die vorliegende Studie (Abbildung 1, Abbildung 2<...

Die Fähigkeiten von verschiedenen Baumarten, PM aus der Umgebungsluft zu entfernen können beurteilt werden, durch die Masse des PM auf Blattoberflächen beibehalten zu quantifizieren. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden die Subtraktion Methode1,2, die Membran Filter Methode3,4,5und die Elution-Wägung Methode gepaart mit Partikel Größe Analyse6 angewendet, um die Masse von PM2,5 quantitativ zu schätzen (Durchmesser ≤ 2,5 µm), PM10 (Durchmesser ≤ 10 µm) oder total suspendierten Partikel (TSP) auf den Blättern erhalten. Die Genauigkeit dieser Methoden hängt jedoch im Wesentlichen ihre Leistung bei der Erhebung von PM auf den Blattoberflächen beibehalten. Die herkömmlichen Blatt Reinigung in Studien häufig verwendete Methode umfasst derzeit einem oder zwei Schritten, nämlich nur mit Wasser waschen (einweichen und Blätter mit entionisiertem Wasser spülen)3,7 oder plus Bürsten5, 8 , 9. einige Studien10,11 haben jedoch gezeigt, dass PM auf Blattoberflächen nicht vollständig durch die konventionellen Reinigungsmethode eluiert werden könnte. Als Ultraschall-Reinigung die Vorteile von hoher Geschwindigkeit, hoher Qualität und wenig Beschädigung der Oberfläche des Objekts hat, hat es großes Potenzial verwendet werden, um die PM beibehalten auf Blattoberflächen mit komplexen Mikrostrukturen zu sammeln. Derzeit, Ultraschallreinigung angewendet wurde in einigen Studien, PM auf Blattoberflächen beibehalten zu sammeln (d.h.die Blätter in entionisiertem Wasser genommen, und die Ultraschall-Reiniger verwenden, um PM zu eluieren)12,13. Diese Methode dient jedoch nur als Ergänzung zu einem Blatt Reinigungsmethode, es ist nicht bekannt, ob die Ultraschallreinigung sich positiv wirkt auf das Sammeln von PM von Blattoberflächen und seine optimalen Betriebsparameter auch nicht klar sind. Unsere bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass die PM beibehalten auf Ginkgo Biloba Blattoberfläche vollständig eluiert könnte ohne Zerstörung der Blattoberflächen, wenn eine ordnungsgemäße Ultraschall Reinigungsprozedur, die konventionellen Reinigungsmethode11 ergänzt wurde . Jedoch die Stabilität und die allgemeine Anwendbarkeit der Ultraschallreinigung Parameter (Ultraschall-Leistung, Zeit und andere Informationen) zu verschiedenen Pflanzenarten erleben verschiedene Staub Aufbewahrungsfristen sind noch unklar.
Derzeit ist Masse der PM2,5, PM10oder TSP auf Einheit des Blattes oft verwendet worden, um die Fähigkeiten von verschiedenen Baumarten Umgebungsluft14,15Uhr entfernen zu bewerten. Unter dem natürlichen Zustand, die PM auf Blattoberflächen beibehalten kann in zwei Teile eingeteilt werden: der erste Teil ist der PM, die Blätter aufgrund der Auswirkungen der Wind herunterfallen kann und Niederschläge, während der andere Teil die PM, die streng eingehalten wird ist, um Blatt-Oberflächen und nicht Ea arvelatwood durch Regen abgewaschen. Jedoch haben einige Studien auf die Masse der beiden Arten von PM auf Blattoberflächen konzentriert. Darüber hinaus unterscheiden sich die PM Aufbewahrungsfristen der Blätter in verschiedenen Studien enorm. Die Vergleichbarkeit der Ergebnisse dieser Studien werden so schlecht, wenn die Masse des PM auf Einheit des Blattes beibehalten angenommen wird, um die PM Entfernung Fähigkeiten der Bäume16zu bewerten. Infolgedessen die PM Aufbewahrung Effizienz (die Masse des PM beibehalten auf Einheit des Blattes pro Zeiteinheit), als Alternative wurde vorgeschlagen, dass der PM Reinigung Auswirkungen von Stadtbäumen5,17. Im Allgemeinen gibt es noch ein Mangel an Forschung in diesem Aspekt. Es ist äußerst notwendig, um entsprechende Studien für verschiedene Baumarten methodische Grund- und Daten unterstützen für die Beurteilung der PM-Entfernung-Fähigkeiten von verschiedenen Baumarten genau durchführen.
Hier wurden drei Laubbäume Baumarten (G. Biloba, Sophora Japonicaund Salix Babylonica) und zwei Needleleaf Baumarten (Pinus Tabuliformis und Sabina Chinensis) ausgewählt, um ihre PM-Entfernung zu bewerten Fähigkeiten unter zwei PM Aufbewahrungsfristen. Die Blatt-Probenahme-Website wurde im Xitucheng Park (39,97 ° N, 116,36 ° E), liegt in einem Gebiet mit starker Luftverschmutzung in Peking. Die drei spezifische Ziele dieser Studie waren: (1) zur Bewertung der Effizienz der verschiedenen Reinigungsmethoden (Wasserreinigung (WC), bürstenreinigung (BC) und Ultraschall-Reinigung (UC)) in eluierenden der PM auf den Blättern, (2) zu überprüfen, die Wirkung der Ultraschall-Reinigung auf Blatt eluierenden PM, und (3) zur Beurteilung der Effizienz der Aufbewahrung von verschiedenen Baumarten, PM1, PM2,5PM5, PM10und TSP.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1519px;" width="1518">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:349px;">MSA2258-1CE-DU ten-thousandth scale</td>
			<td style="width:328px;">Sartorius Scientific Instruments (Beijing) Co., Ltd.</td>
			<td style="width:153px;">MSA2258-1CE-DU</td>
			<td style="width:688px;">precision: 0.01 mg</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;">The IS13320 laser granularity instrument</td>
			<td>Beckman Coulter, Brea, USA</td>
			<td>IS13320</td>
			<td>working conditions: liquid/power samples; particle size range of measurement: 0.017-2000 &#956;m</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Epson Twain Pro high-quality scanner</td>
			<td>Seiko Epson, Nagano, Japan</td>
			<td>expression1680</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Automatic image analysis software WinRHIZO</td>
			<td>Regent Instruments Inc., Quebec, Canada</td>
			<td>WinRHIZO Pro 2013a</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessing the particulate matter removal abilities of tree leaves

Basierend auf der herkömmlichen Reinigungsmethoden (Wasserreinigung (WC) + bürstenreinigung (BC)), bewertet diese Studie den Einfluss der Ultraschallreinigung (UC) auf das Sammeln von verschiedenen mittelständischen Feinstaub (PM) auf Blattoberflächen beibehalten. Wir zeichnen weitere Aufbewahrung Effizienz der Blätter zu verschiedenen Größe PM, die dazu beitragen, um die Fähigkeiten von Stadtbäumen PM entfernen aus der Umgebungsluft quantitativ zu bewerten.
Drei Laubbäume Baumarten (Ginkgo Biloba, Sophora Japonica, und Salix Babylonica) und zwei Needleleaf Baumarten (Pinus Tabuliformis und Sabina Chinensis) als die Forschungsobjekte nahmen, Blattproben 4 Tage (kurze PM Aufbewahrungsfrist) und 14 Tage (lange PM Aufbewahrungsfrist) nach der neuesten Niederschlag gesammelt. PM auf den Blattoberflächen beibehalten wurde mittels WC, BC und UC in Sequenz. Dann wurden die Aufbewahrung Wirkungsgrade von Blättern (AEBlatt), drei Arten der verschiedenen Größe PM, einschließlich leicht entfernbare PM (ERP), schwer zu entfernende Uhr (DRP) und völlig abnehmbare Uhr (TRP), berechnet. Nur rund 23 % - 45 % der gesamten verlässt PM auf beibehalten könnte abgereinigt und gesammelt von WC. Wenn die Blätter durch WC + BC gereinigt wurden, lag die Unterschätzung der PM-Rückhaltevermögen von verschiedenen Baumarten im Bereich von 29 bis 46 % für verschiedene große Uhr fast alle PM beibehalten auf den Blättern entfernt werden konnte, wenn UC WC + v. ergänzt wurde.
Abschließend, wenn die UC nach den herkömmlichen Reinigungsmethoden ergänzt wurde, könnte mehr PM auf Blattoberflächen eluiert und gesammelt werden. In dieser Studie entwickelte Verfahren kann verwendet werden, für die Beurteilung der PM-Entfernung-Fähigkeiten von verschiedenen Baumarten.

Die PM auf Blattoberflächen beibehalten hatte zwei Arten unter natürlichen Bedingungen. Die PM fällt leicht durch Regen und Wind unter natürlichen Bedingungen wird definiert als die leicht entfernbaren Feinstaub (ERP). Diese Art der Uhr wurde von der PM eluiert von WC in dieser Studie vertreten. Der PM, die sich eng um Blatt hält Oberflächen und kann nicht durch BC leicht abgewaschen werden und UC ist definiert als die schwer zu entfernende Feinstaub (DRP). Diese Art der Uhr kann ni...

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Assessing the Particulate Matter Removal Abilities of Tree Leaves

Beurteilung der Feinstaub entfernen Fähigkeiten des Baumes Blätter

Die Ultraschall-Reinigung-Methode wurde angewandt, um eluieren Feinstaub (PM) auf Blattoberflächen in Kraft, nachdem PM durch die herkömmlichen Reinigungsverfahren (Reinigung nur Wasser oder Wasser Reinigung plus bürstenreinigung) eluiert wurde. Die Methodik kann helfen, um die Schätzgenauigkeit für PM-Rückhaltevermögen der Blätter zu verbessern.

Based on the conventional cleaning methods (water cleaning (WC) + brush cleaning (BC)), this study evaluated the influence of ultrasonic cleaning (UC) on ...

Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen in der Beziehung zwischen städtischen Wäldern und Partikelverschmutzungsgebieten zu beantworten, wie z. B. wie Baumarten mit hohen Partikelentfernungsfähigkeiten ausgewählt werden können. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass die PM-Entfernungsfähigkeiten von Bäumen genau und quantitativ beurteilt werden können, indem die AUF Blattoberfläche zurückgehaltene PM vollständig gesammelt wird. Wählen Sie zunächst fünf gesunde Einzelbäume mit ähnlichem Durchmesser bei Brusthöhe jeder Baumart aus.Dann sammeln Sie zufällig vier größere Äste aus vier Richtungen des Außendaches in der mittleren Baldachinschicht und schneiden Sie alle intakten Blätter ab. Legen Sie die Blätter in beschriftete Ventilbeutel, bevor Sie die Säcke ins Labor transportieren und im Kühlschrank aufbewahren. Als nächstes waschen und trocknen Becher in einem Ofen auf 80 Grad Celsius eingestellt.Die Becher auf Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit ausdemieren, bevor Sie sie wiegen. Danach legen Sie zufällig ausgewählte Blätter in einen der großen Becher. Dann fügen Sie 270 Milliliter DI-Wasser zu Becher A, und tauchen Sie die Blätter vollständig.Das Wasser 60 Sekunden lang mit einer Glasstange in eine Richtung rühren. Dann gießen Sie das Eluent gleichmäßig in drei kleinere Becher. Als nächstes fügen Sie 270 Milliliter DI-Wasser in einen anderen großen Becher hinzu und tauchen Sie die Blätter noch einmal in Wasser.Mit einer Nylonbürste schrubben Sie die Blattoberflächen mit dem DI-Wasser, wobei Sie darauf achten, die Blattmikrostruktur nicht zu zerstören. Als nächstes die Blätter in DI-Wasser mit einer quetschenden Flasche mit einer feinen Spitze waschen und in ein neues großes Becherglas geben. Danach gießen Sie das Eluent in einen sauberen Satz von drei kleineren Bechern.Fügen Sie dem großen Becher 270 Milliliter DI-Wasser hinzu und tauchen Sie die Blätter wieder in Wasser. Dann legen Sie den Becher für drei bis zehn Minuten in eine Ultraschallreinigungsmaschine und rühren Sie die Blätter mit einer Glasstange in eine Richtung. Dann übertragen Sie die Blätter auf ein neues großes Becherglas.Als nächstes gießen Sie das Eluent in einen neuen Satz von drei kleinen Bechern. Bedecken Sie jeden der Sätze von drei kleinen Bechern mit sauberem Filterpapier, und trocknen Sie die Becher im Trockenschrank für fünf Tage oder bis die Masse der Becher konstant wird. Danach stellen Sie die Becher für 30 Minuten auf eine Laborbank und messen Sie die Masse jedes Bechers.Fügen Sie zunächst 50 Milliliter DI-Wasser zu jedem der kleinen Becher hinzu. Legen Sie dann die Becher 30 Minuten in die Ultraschallreinigungsmaschine, bis sich die PM in der Flüssigkeit verteilt. Fügen Sie den Überstand aus den Bechern zu einem Lasergranularitätsinstrument hinzu und messen Sie die Größenverteilung des IN den verschiedenen Reinigungsschritten eluierten PM.Als nächstes die Blätter auf einem Kunststoffbrett verteilen und die Blätter mit einem Scanner scannen. Schließlich verwenden Sie Bildanalyse-Software, um die Oberfläche und die projizierte Fläche der Blätter zu schätzen. In dieser Studie wurde PM aus den Blättern von fünf Baumarten durch verschiedene Reinigungsmethoden eluiert.Eine große Anzahl von unterschiedlich großen PM wurden von Blattoberflächen nach Ergänzung Ultraschallreinigung zu Wasserreinigung plus Bürstenreinigung eluiert. Die durchschnittlichen eluierten Anteile der verschiedenen PM der fünf Baumarten durch Ultraschallreinigung betrugen 41 % bzw. 36 % unter den kurzen Staubabhaltungs- bzw. langen Staubretentionszeiten. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, den Ultraschallimpuls und die Ultraschallzeit streng zu steuern.Nach diesem Verfahren können andere Methoden wie das Sammeln der PM in Wachsschicht von Blättern zurückgehalten durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, wie die Produktion der Masse von PM auf der Oberfläche und in wachsartigen Schichten von Blättern. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für die Forschung auf dem Gebiet der Wald- und Feinstaubverschmutzung, um die Partikel zu erforschen, die auf Blättern bei der Auswahl von Baumarten mit der Art und Weise der Entfernung von Partikeln zurückgehalten werden.

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Research

JoVE Journal

Environment

Technique for Studying Arthropod and Microbial Communities within Tree Tissues

Phloem tissues of pine are habitats for many thousands of organisms. Arthropods and microbes use phloem and cambium tissues to seek mates, lay eggs, rear young, feed, or hide from natural enemies or harsh environmental conditions outside of the tree. Organisms that persist within the phloem habitat are difficult to observe given their location under bark. We provide a technique to preserve intact phloem and prepare it for experimentation with invertebrates and microorganisms. The apparatus is called a &#8216;phloem sandwich&#8217; and allows for the introduction and observation of arthropods, microbes, and other organisms. This technique has resulted in a better understanding of the feeding behaviors, life-history traits, reproduction, development, and interactions of organisms within tree phloem. The strengths of this technique include the use of inexpensive materials, variability in sandwich size, flexibility to re-open the sandwich or introduce multiple organisms through drilled holes, and the preservation and maintenance of phloem integrity. The phloem sandwich is an excellent educational tool for scientific discovery in both K-12 science courses and university research laboratories.

We provide a technique to preserve intact tree phloem and prepare it for observation. We create an apparatus called a phloem sandwich that allows for the introduction and observation of arthropods, microbes, and other organisms that inhabit phloem tissues.

Technik zur Untersuchung Gliederfüßer und Mikrobielle Gemeinschaften im Baum Tissues

Phloem tissues of pine are habitats for many thousands of organisms.  Arthropods and microbes use phloem and cambium tissues to seek mates, lay eggs, rear ...

Forschung

Umwelt

Transcript and Metabolite Profiling for the Evaluation of Tobacco Tree and Poplar as Feedstock for the Bio-based Industry

The global demand for food, feed, energy, and water poses extraordinary challenges for future generations. It is evident that robust platforms for the exploration of renewable resources are necessary to overcome these challenges. Within the multinational framework MultiBioPro we are developing biorefinery pipelines to maximize the use of plant biomass. More specifically, we use poplar and tobacco tree (Nicotiana glauca) as target crop species for improving saccharification, isoprenoid, long chain hydrocarbon contents, fiber quality, and suberin and lignin contents. The methods used to obtain these outputs include GC-MS, LC-MS and RNA sequencing platforms. The metabolite pipelines are well established tools to generate these types of data, but also have the limitations in that only well characterized metabolites can be used. The deep sequencing will allow us to include all transcripts present during the developmental stages of the tobacco tree leaf, but has to be mapped back to the sequence of Nicotiana tabacum. With these set-ups, we aim at a basic understanding for underlying processes and at establishing an industrial framework to exploit the outcomes. In a more long term perspective, we believe that data generated here will provide means for a sustainable biorefinery process using poplar and tobacco tree as raw material. To date the basal level of metabolites in the samples have been analyzed and the protocols utilized are provided in this article.

Plant biomass offers a renewable resource for multiple products, including fuel, feed, food, and a variety of materials. In this paper we investigate the properties of tobacco tree (Nicotiana glauca) and poplar as suitable sources for a biorefinery pipeline.

Transcript und Metabolite Profiling für die Beurteilung von Tabakbaum und Pappel als Rohstoff für die Bio-basierte Industrie

The global demand for food, feed, energy, and water poses extraordinary challenges for future generations. It is evident that robust platforms for the ...

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and detritus, and excreting particulate and dissolved compounds, they serve as important agents for benthic-pelagic coupling. Accurately measuring the compounds removed and excreted by suspension feeders (such as sponges, ascidians, polychaetes, bivalves) is crucial for the study of their physiology, metabolism, and feeding ecology, and is fundamental to determine the ecological relevance of the nutrient fluxes mediated by these organisms. However, the assessment of the rate by which suspension feeders process particulate and dissolved compounds in nature is restricted by the limitations of the currently available methodologies. Our goal was to develop a simple, reliable, and non-intrusive method that would allow clean and controlled water sampling from a specific point, such as the excurrent aperture of benthic suspension feeders, in situ. Our method allows simultaneous sampling of inhaled and exhaled water of the studied organism by using minute tubes installed on a custom-built manipulator device and carefully positioned inside the exhalant orifice of the sampled organism. Piercing a septum on the collecting vessel with a syringe needle attached to the distal end of each tube allows the external pressure to slowly force the sampled water into the vessel through the sampling tube. The slow and controlled sampling rate allows integrating the inherent patchiness in the water while ensuring contamination free sampling. We provide recommendations for the most suitable filtering devices, collection vessel, and storing procedures for the analyses of different particulate and dissolved compounds. The VacuSIP system offers a reliable method for the quantification of undisturbed suspension feeder metabolism in natural conditions that is cheap and easy to learn and apply to assess the physiology and functional role of filter feeders in different ecosystems.

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

We introduce the VacuSIP, a simple, non-intrusive, and reliable method for clean and accurate point sampling of water. The system was developed and evaluated for the simultaneous collection of the water inhaled and exhaled by benthic suspension feeders in situ, to cleanly measure removal and excretion of particulate and dissolved compounds.

VACUSIP eine verbesserte Inex Methode für<em&gt; In Situ</em&gt; Messung von partikulären und gelösten Verbindungen, die durch Active Suspension Feeders Verarbeitet

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and ...

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. Yet the in situ study of DOM is difficult as the molecular complexity of the DOM pool cannot be easily reproduced for experimental purposes. Nutrient additions to streams however, have been shown to repeatedly alter the in situ and ambient DOM pool. Here we demonstrate an easily replicable field-based method for manipulating the ambient pool of DOM at the ecosystem scale. During nutrient pulse experiments changes in the concentration of both dissolved organic carbon and dissolved organic nitrogen can be examined across a wide-range of nutrient concentrations. This method allows researchers to examine the controls on the DOM pool and make inferences regarding the role and function that certain fractions of the DOM pool play within ecosystems. We advocate the use of this method as a technique to help develop a deeper understanding of DOM biogeochemistry and how it interacts with nutrients. With further development this method may help elucidate the dynamics of DOM in other ecosystems.

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Dissolved organic matter provides an important source of energy and nutrients to stream ecosystems. Here we demonstrate a field-based method to manipulate the ambient pool of dissolved organic matter in situ through easily replicable nutrient pulses.

Organische Substanzen Biogeochemie Gelöster Verständnis durch<em&gt; In Situ</em&gt; Nährstoff Manipulations in Stream-Ecosystems

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in a Flow Tube Reactor

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the production of synthetic PM for laboratory studies have become a widespread necessity. Herein, experimental protocols demonstrate approaches to produce aerosolized organic PM by &#945;-pinene ozonolysis in a flow tube reactor. Methods are described for measuring the size distributions and morphology of the aerosol particles. The video demonstrates basic operations of the flow tube reactor and related instrumentation. The first part of the video shows the procedure for preparing gas-phase reactants, ozonolysis, and production of organic PM. The second part of the video shows the procedures for determining the properties of the produced particle population. The particle number-diameter distributions show different stages of particle growth, namely condensation, coagulation, or a combination of both, depending on reaction conditions. The particle morphology is characterized by an aerosol particle mass analyzer (APM) and a scanning electron microscope (SEM). The results confirm the existence of non-spherical particles that have grown from coagulation for specific reaction conditions. The experimental results also indicate that the flow tube reactor can be used to study the physical and chemical properties of organic PM for relatively high concentrations and short time frames.

This paper describes the operation procedure for the flow tube reactor and related data collection. It shows the protocols for setting the experiments, recording data and generating the number-diameter distribution as well as the particle mass information, which gives useful information about chemical and physical properties of the organic aerosols.

Herstellung und Messung von organischen Partikeln in einem Flow Rohrreaktor

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in the Harvard Environmental Chamber

The production and the evolution of atmospheric organic particulate matter (PM) are insufficiently understood for accurate simulations of atmospheric chemistry and climate. The complex production mechanisms and reaction pathways make this a challenging research topic. To address these issues, an environmental chamber, providing enough residence time and close-to-ambient concentrations of precursors for secondary organic materials, is needed. The Harvard Environmental Chamber (HEC) was built to serve this need, simulating the production of gas and particle phase species from volatile organic compounds (VOCs). The HEC has a volume of 4.7 m3 and a mean residence time of 3.4 h under typical operating conditions. It is operated as a completely mixed flow reactor (CMFR), providing the possibility of indefinite steady-state operation across days for sample collection and data analysis. The operation procedures are described in detail in this article. Several types of instrumentation are used to characterize the produced gas and particles. A High-Resolution Time-of-Fight Aerosol Mass Spectrometer (HR-ToF-AMS) is used to characterize particles. A Proton-Transfer-Reaction Mass Spectrometer (PTR-MS) is used for gaseous analysis. Example results are presented to show the use of the environmental chamber in a wide variety of applications related to the physicochemical properties and reaction mechanisms of organic atmospheric particulate matter.

This paper describes operation procedures for the Harvard Environmental Chamber (HEC) and related instrumentation for measuring gaseous and particle species. The environmental chamber is used to produce and study secondary organic species produced from the organic precursors, especially related to atmospheric organic particulate matter.

Herstellung und Messung von organischen Partikeln in der Harvard-Klimakammer

The production and the evolution of atmospheric organic particulate matter (PM) are insufficiently understood for accurate simulations of atmospheric ...

Improving Infrared Spectroscopy Characterization of Soil Organic Matter with Spectral Subtractions

Soil organic matter (SOM) underlies numerous soil processes and functions. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy detects infrared-active organic bonds that constitute the organic component of soils. However, the relatively low organic matter content of soils (commonly &#60; 5% by mass) and absorbance overlap of mineral and organic functional groups in the mid-infrared (MIR) region (4,000-400 cm-1) engenders substantial interference by dominant mineral absorbances, challenging or even preventing interpretation of spectra for SOM characterization. Spectral subtractions, a post-hoc mathematical treatment of spectra, can reduce mineral interference and enhance resolution of spectral regions corresponding to organic functional groups by mathematically removing mineral absorbances. This requires a mineral-enriched reference spectrum, which can be empirically obtained for a given soil sample by removing SOM. The mineral-enriched reference spectrum is subtracted from the original (untreated) spectrum of the soil sample to produce a spectrum representing SOM absorbances. Common SOM removal methods include high-temperature combustion (&#39;ashing&#39;) and chemical oxidation. Selection of the SOM removal method carries two considerations: (1) the amount of SOM removed, and (2) absorbance artifacts in the mineral reference spectrum and thus the resulting subtraction spectrum. These potential issues can, and should, be identified and quantified in order to avoid fallacious or biased interpretations of spectra for organic functional group composition of SOM. Following SOM removal, the resulting mineral-enriched sample is used to collect a mineral reference spectrum. Several strategies exist to perform subtractions depending on the experimental goals and sample characteristics, most notably the determination of the subtraction factor. The resulting subtraction spectrum requires careful interpretation based on the aforementioned methodology. For many soil and other environmental samples containing substantial mineral components, subtractions have strong potential to improve FTIR spectroscopic characterization of organic matter composition.

SOM underlies many soil functions and processes, but its characterization by FTIR spectroscopy is often challenged by mineral interferences. The described method can increase the utility of SOM analysis by FTIR spectroscopy by subtracting mineral interferences in soil spectra using empirically obtained mineral reference spectra.

Verbesserung der Infrarot-Spektroskopie Charakterisierung der organischen Bodensubstanz mit spektralen Subtraktionen

Soil organic matter (SOM) underlies numerous soil processes and functions. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy detects infrared-active organic ...

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

This protocol is an example of utilizing the eddy covariance (EC) technique to investigate spatially and temporally averaged net CO2 fluxes (net ecosystem production, NEP), in non-typical ecosystems, on a currently reforested windthrow area in Poland. After a tornado event, a relatively narrow &#8220;corridor&#8221; was created within surviving forest stands, which complicates such kind of experiments. The application of other measuring techniques, such as the chamber method, is even more difficult under these circumstances, because especially at the beginning, fallen trees and in general great heterogeneity of the site provide a challenging platform to perform flux measurements and then to properly upscale obtained results. In comparison with standard EC measurements carried out in untouched forests, the case of windthrow areas requires special consideration when it comes to the site location and data analysis in order to ensure their representativeness. Therefore, here we present a protocol of real-time, continuous CO2 flux measurements at a dynamically changing, non-ideal EC site, which includes (1) site location and instrumentation setup, (2) flux computation, (3) rigorous data filtering and quality control, and (4) gap filling and net fluxes partitioning into CO2 respiration and absorption. The main advantage of the described methodology is that it provides a detailed description of the experimental setup and measurement performance from scratch, which can be applied to other spatially limited ecosystems. It can also be viewed as a list of recommendations on how to deal with unconventional site operation, providing a description for non-specialists. Obtained quality-checked, gap filled, half-hour values of net CO2, as well as absorption and respiration fluxes, can be finally aggregated into daily, monthly, seasonal or annual totals.

Measurements of CO2 Fluxes at Non-Ideal Eddy Covariance Sites

The presented protocol uses the eddy covariance method at non-typical locations, applicable to all types of short-canopy ecosystems with limited area, on a currently reforested windthrow site in Poland. Details of measuring site setup rules, flux calculations and quality control, and final result analysis, are described.

Messungen von CO2-Flüssen an nicht-idealen Eddy-Kovarianzstellen

This protocol is an example of utilizing the eddy covariance (EC) technique to investigate spatially and temporally averaged net CO2 fluxes (net ecosystem ...

Investigation of Xenobiotics Metabolism In Salix alba Leaves via Mass Spectrometry Imaging

The method presented uses mass spectrometry imaging (MSI) to establish the metabolic profile of S. alba leaves when exposed to xenobiotics. Using a non-targeted approach, plant metabolites and xenobiotics of interest are identified and localized in plant tissues to uncover&#160;specific distribution patterns. Then, in silico prediction of potential metabolites (i.e., catabolites and conjugates) from the identified xenobiotics is performed. When a xenobiotic metabolite is located in the tissue, the type of enzyme involved in its alteration by the plant is recorded. These results were used to describe different types of biological reactions occurring in S. alba leaves in response to xenobiotic accumulation in the leaves. The metabolites were predicted in two generations, allowing the documentation of successive biological reactions to transform xenobiotics in the leaf tissues.

Investigation of Xenobiotics Metabolism In Salix alba Leaves via Mass Spectrometry Imaging

This method uses mass spectrometry imaging (MSI) to understand metabolic processes in S. alba leaves when exposed to xenobiotics. The method allows the spatial localization of compounds of interest and their predicted metabolites within specific, intact tissues.

Untersuchung des Xenobiotika-Stoffwechsels in Salix alba-Blättern mittels Massenspektrometrie-Bildgebung

The method presented uses mass spectrometry imaging (MSI) to establish the metabolic profile of S. alba leaves when exposed to xenobiotics. Using a ...

Assessing Intertidal Populations of the Invasive European Green Crab

Invasive species have caused major disruptions to ecosystems worldwide. The European green crab invaded North America in the 1800s and is considered one of the world&#8217;s 100 worst invaders by the IUCN. Observations of spatiotemporal green crab population dynamics are essential for predicting and managing the ecological and economic impacts of this harmful invasive species. This protocol was developed in an effort to create a standardized method for assessing green crab population dynamics in the rocky intertidal zone of New England and Atlantic Canada. The protocol was designed to be accessible to multiple users including researchers, educators, students, and citizen scientists. Although it was designed for surveying crab populations, this protocol is easy to adapt and could be used for any number of intertidal species. The resulting data collected using this protocol has a wide range of uses, including to inform ecological research, conservation efforts, mitigation strategies, and fishery development, as well as for educational outreach purposes.

Understanding spatiotemporal patterns in green crab population dynamics is essential for predicting and managing the ecological and economic impacts of this harmful invasive species. This protocol was developed in an effort to create a standardized method for assessing green crab populations in the rocky intertidal zone of the Northwest Atlantic.

Bewertung der Gezeitenpopulationen der invasiven Europäischen Grünen Krabbe

Invasive species have caused major disruptions to ecosystems worldwide. The European green crab invaded North America in the 1800s and is considered one ...