Levande träd kan ruttna inifrån och ut, lämnar bara en ihålig stam. Träröta i levande träd kan orsaka överskattningar av globala kolpooler, virkesförlust i skogsbruket, och dålig trädhälsa. Att förstå träförfall i skogar är särskilt oroande i tropikerna eftersom tropiska skogar beräknas hysa 96 % av världens trädmångfald och cirka 25 % av markbundet kol, jämfört med de cirka 10 % kol som finns i tempererade skogar.

Men hur ser skogsbrukare och forskare in i ett levande träd för att mäta träförfall? De använder ljud.

I en nyligen publicerad artikel i Ansökningar inom växtvetenskap , ett team av professorer, lärare, och studenter etablerade metoder för att använda en ljudvågsteknologi som kallas sonic tomography. Deras metoder härleddes från mätningar på mer än 1, 800 levande träd av 173 tropiska regnskogsträdarter i Republiken Panama.

"Vi vet ännu inte var internt förfall och skador rankas som en orsak till träddödlighet, " säger Greg Gilbert, huvudförfattare till artikeln och professor och ordförande för institutionen för miljöstudier vid University of California, Santa Cruz. "Det mesta av förfallet är dolt - tomografin tillåter oss nu att se hur många till synes friska träd som faktiskt är förfallna inuti."

Ljudtomografi skickar ljudvågor genom trädstammar. Ju längre tid det tar för en ljudvåg att passera en stam, desto mer förmultnat trä. Baserat på ljudets hastighet, tomografen (PiCUS 3 Sonic Tomograph; Argus Electronic GmbH, Rostock, Tyskland) gör en färgkodad bild av ett tvärsnitt av stammen (se bild).

Tidigare användning av sonisk tomografi inom skogsbruket har fokuserat på mätningar i "typiskt formade" träd med cylindriska stammar. Dock, tropiska träd har ofta stora strävpelare, oregelbundna stamformer, och stödrötter som sträcker sig upp i trädet. Den nya studien beskriver optimal placering av sensorerna för att undvika avvikande tomografiresultat för de icke-modellerade trädformerna som befolkar tropikerna och detaljer om hur man analyserar tomogrammen för att kvantifiera områden med ruttnat och skadat trä.

Ljudtomografimetoderna utvecklades och testades under en internationell fältkurs för gymnasiet, högskola, och doktorander i Republiken Panama och finansieras genom National Science Foundation. Gilbert och kollegor tog elever och deras lärare ut på fältet och använde frågebaserad inlärning för att lära ut molekylära och fältbaserade metoder för ekologi, samt främja en internationell pipeline till ekologisk forskning. Gilbert kommenterar, "Det var ett spännande dyk, med fantastiska människor från olika bakgrunder, in i den röriga delen av att göra vetenskap – att ta reda på hur du bäst gör det du behöver för att svara på svåra frågor." Alla workshopdeltagare bidrog till datainsamlingen och analysen av sonisk tomografi för artikeln.

Svamp orsakar träröta genom att tränga in i en trädstam och förmultna trä inifrån och ut, släpper ut kol tillbaka till atmosfären som koldioxid. Gilbert förklarar att utan en pålitlig metod för att upptäcka saknat trä, du kan inte förstå hur träd bidrar till eller dämpar ökande nivåer av globalt atmosfäriskt kol, eller hur uppenbarligen friska skogar och trädarter reagerar på förändringar i klimatet.

Gilberts forskning om träförfall bygger mot en stor studie om hur patogener och sjukdomar kontrollerar förekomsten av tropiska trädarter. "Hypotesen är att arter som är mer mottagliga för hjärtrötsvampar vanligtvis förblir sällsynta i skogen, och bara de arter som är resistenta kommer att bli vanliga, " säger Gilbert. Han och hans kollegor mäter och spårar tropiska träd i Smithsonian Tropical Research Institutes långsiktiga Forest Global Earth Observatory (ForestGEO) plats på Barro Colorado Island i Panamakanalen.

Framtida arbete kommer att fortsätta med att validera sonisk tomografiteknik för tropiska trädsystem som använder fällda eller redan döda träd. Tropiska träd är mycket olika i både form och funktion, och de är således potentiellt distinkta i sina metodologiska krav för sonisk tomografi. Till exempel, denna metod fungerar inte på palmarter eller några trädslag som använder inre vävnader för att lagra vatten.

Stadsskogsbruk gynnas också av ljudtomografi. Gilbert och kollegor med Smithsonian Tropical Research Institute samarbetar med Panama City för att använda tomografi för att utvärdera hälso- och egendomsriskerna med Panamas urbana träd som kan vara förfallna och sårbara för att knäppa i kraftiga vindar och kraftig nederbörd.