Levende bomen kunnen van binnenuit rotten, alleen een uitgeholde stam achterlatend. Houtrot in levende bomen kan leiden tot overschattingen van wereldwijde koolstofpoelen, houtverlies in de bosbouw, en een slechte boomgezondheid. Het begrijpen van houtverval in bossen is van bijzonder belang in de tropen, omdat tropische bossen naar schatting 96% van 's werelds boomdiversiteit herbergen en ongeveer 25% van de terrestrische koolstof, vergeleken met de ruwweg 10% koolstof in gematigde bossen.

Maar hoe kijken boswachters en onderzoekers in een levende boom om houtbederf te meten? Ze gebruiken geluid.

In een recent gepubliceerd artikel in Toepassingen in plantenwetenschappen , een team van professoren, leraren, en studenten ontwikkelden methoden voor het gebruik van een geluidsgolftechnologie die sonische tomografie wordt genoemd. Hun methoden zijn afgeleid van metingen op meer dan 1, 800 levende bomen van 173 boomsoorten in tropisch regenwoud in de Republiek Panama.

"We weten nog niet waar inwendig verval en schade een oorzaak zijn van boomsterfte, " zegt Greg Gilbert, hoofdauteur van het artikel en professor en voorzitter van de afdeling Milieustudies van de Universiteit van Californië, Santa Cruz. "Het grootste deel van het verval is verborgen - de tomografie laat ons nu zien hoeveel ogenschijnlijk gezonde bomen daadwerkelijk van binnen zijn vergaan."

Sonische tomografie stuurt geluidsgolven door boomstammen. Hoe langer het duurt voor een geluidsgolf om een ​​stam te doorkruisen, hoe rotter het hout. Op basis van de snelheid van het geluid, de tomograaf (PiCUS 3 Sonic Tomograph; Argus Electronic GmbH, Rostock, Duitsland) maakt een kleurgecodeerde afbeelding van een dwarsdoorsnede van de stam (zie figuur).

Eerder gebruik van sonische tomografie in de bosbouw was gericht op metingen in "typisch gevormde" bomen met cilindrische stammen. Echter, tropische bomen hebben vaak grote steunberen, onregelmatige stamvormen, en prop wortels die zich uitstrekken tot in de boom. De nieuwe studie beschrijft de optimale plaatsing van de sensoren om afwijkende tomografieresultaten te voorkomen voor de niet-modelboomvormen die de tropen bevolken en beschrijft hoe de tomogrammen moeten worden geanalyseerd om gebieden van vergaan en beschadigd hout te kwantificeren.

De methodes voor sonische tomografie zijn ontwikkeld en getest tijdens een internationale veldcursus voor de middelbare school, middelbare school, en afgestudeerde studenten in de Republiek Panama en gefinancierd door de National Science Foundation. Gilbert en collega's namen studenten en hun docenten mee het veld in en gebruikten onderzoekend leren om moleculaire en veldbenaderingen van ecologie te onderwijzen, evenals het bevorderen van een internationale pijplijn naar ecologisch onderzoek. Gilbert opmerkingen, "Het was een spannende duik, met geweldige mensen met verschillende achtergronden, in het rommelige deel van het doen van wetenschap - uitzoeken hoe je het beste kunt doen wat je nodig hebt om moeilijke vragen te beantwoorden." Alle deelnemers aan de workshop droegen bij aan het verzamelen en analyseren van sonische tomografiegegevens voor het artikel.

Schimmels veroorzaken houtrot door een boomstam binnen te dringen en hout van binnenuit te rotten, koolstof terug in de atmosfeer vrijgevend als koolstofdioxide. Gilbert legt uit dat zonder een betrouwbare methode om ontbrekend hout op te sporen, je kunt niet begrijpen hoe bomen bijdragen aan of matigen van toenemende niveaus van wereldwijde koolstof in de atmosfeer, of hoe ogenschijnlijk gezonde bossen en boomsoorten reageren op klimaatveranderingen.

Gilberts onderzoek naar houtverval bouwt zich op in de richting van een grote studie over hoe ziekteverwekkers en ziekten de prevalentie van tropische boomsoorten beheersen. "De hypothese is dat soorten die vatbaarder zijn voor hartrotschimmels meestal zeldzaam zullen blijven in het bos, en alleen die soorten die resistent zijn, zullen algemeen worden, ", zegt Gilbert. Hij en zijn collega's meten en volgen tropische bomen op de lange termijn Forest Global Earth Observatory (ForestGEO)-site van het Smithsonian Tropical Research Institute op Barro Colorado Island in het Panamakanaal.

Toekomstig werk zal doorgaan met het valideren van sonische tomografietechnologie voor tropische boomsystemen met gekapte of reeds dode bomen. Tropische bomen zijn zeer divers in vorm en functie, en ze zijn dus potentieel verschillend in hun methodologische vereisten voor sonische tomografie. Bijvoorbeeld, deze methode werkt niet op palmsoorten of andere boomsoorten die interne weefsels gebruiken om water op te slaan.

Stedelijke bosbouw profiteert ook van sonische tomografie. Gilbert en collega's van het Smithsonian Tropical Research Institute werken samen met Panama City om tomografie te gebruiken om de gezondheids- en eigendomsrisico's te evalueren van Panama's stedelijke bomen die mogelijk vervallen zijn en kwetsbaar zijn voor breken bij harde wind en zware neerslag.