Optimalizace metody pro analýzu biogenních organických látek emitovaných smrkem ztepilým napadeným kůrovcem.

Bc. Markéta Pražáková

Master's thesis

Optimisation of analytical methodology for determination of biogenic organic volatiles emitted by bark beetle infested Norway spruce

Abstract:

V posledních letech je jedním z našich nejvýznamnějších kalamitních škůdců smrku ztepilého (Picea abies) lýkožrout smrkový (Ips typographus). Jde o velký problém, neboť smrk je v českých lesích nejpočetnější hospodářskou dřevinou. K zamezení šíření zmiňovaného kalamitního škůdce se používají tradiční způsoby detekce, jako je například okulární metoda. Mimo tohoto tradičně používaného způsobu, se v posledních letech uvažuje i o alternativních metodách. Některé z těchto alternativních metod jsou založeny na detekci biogenních těkavých organických sloučenin (BVOC) produkovaných stresovanými stromy. Jednou z těchto metod se zabývá i tato diplomová práce. Hlavním předmětem této práce je optimalizace metody head-space, která slouží k analýze BVOC emitovaných smrkem ztepilým při napadení lýkožroutem. Perspektivou tohoto výzkumu je, že by tato metoda detekce monoterpenů napadených stromů mohla zrychlit lokalizaci postižených stromů v porostu, což by mohlo pomoci k časné asanaci napadených jedinců a díky tomu by nedocházelo k dalšímu šíření lýkožrouta smrkového do přilehlých porostů. Tento fakt by napomohl k lepšímu zvládnutí kůrovcové kalamity v českých lesích. Odběr vzorků biogenních organických látek pro optimalizaci této metody probíhal od června do listopadu roku 2021. Diplomová práce se především zaměřuje na head- space analýzu a na optimalizaci jednotlivých kroků této analýzy. Výzkum se zaměřil na optimalizaci, jak jednotlivých aspektů této metody, tak i na optimalizaci feromonových odparníků, které byly použity pro měření. Odběr BVOC pro optimalizaci jednotlivých složek head-space analýzy probíhal převážně v laboratorních podmínkách. Samotný odběr byl prováděn: 1. pod skleněným zvonem, 2. ve větrném tunelu, 3. ze smrkového výřezu, 4. z falešného stromu. Výsledkem této práce je stanovení optimálního sorbentu a jeho množství v kolonkách, stanovení optimálního průtoku vzduchu při vzorkování a stanovení optimálního rozpouštědla včetně jeho množství. Práce se dále zabývá zjištěním optimálního odparu feromonových odparníků, tak aby odparníky věrohodně simulovaly skutečně napadený smrkový les, nejen ve složení odpařovaných látek, ale i v množství odparu.

Abstract:

In recent years, one of our most important calamitous pests of Norway spruce (Picea abies) has been the bark beetle (Ips typographus). This is a problem mainly because spruce is the most abundant economic tree species in Czech forests. Traditional detection methods such as the ocµlar method are used to prevent the spread of this calamitous pest. Apart from this traditionally used method, alternative methods have been considered in recent years. Some of these alternative methods are based on the detection of biogenic volatile organic compounds (BVOCs) produced by stressed trees. This thesis deals with one of these methods. The main focus of this thesis is the optimization of the head-space method for the analysis of BVOCs emitted by Norway spruce during a lycopod borer infestation. The perspective of this research is that this method of detecting monoterpenes of infested trees coµld lead to an acceleration of the localization of affected trees in the stand. This coµld help in early removal of infested individuals and thus prevent further spread of spruce bark beetle to adjacent stands and help to better manage the ongoing bark beetle calamity in Czech forests. The sampling of biogenic organic matter for the optimization of this method was carried out from June to November 2021. The main focus of the thesis is on the head-space analysis and the optimization of the individual steps of this analysis. The research focused on optimizing both the individual aspects of this analysis and the optimization of the pheromone evaporators that were used for the measurements. The collection of BVOCs to optimize the individual components of the head-space analysis was conducted primarily under laboratory conditions. The actual sampling was conducted: 1. under a glass bell, 2. in a wind tunnel, 3. from a spruce cut, and 4. from a mock tree. This work resµlted in the determination of the optimum sorbent and its amount in the columns, as well as the determination of the optimum airflow during sampling and the determination of the optimum solvent including its amount. The thesis also deals with the determination of the optimal evaporation rate of pheromone vaporizers, so that the vaporizers credibly simulate a real infested spruce forest, not only in the composition of the evaporated substances but also in the amount of evaporation.

Keywords

head-space analýza, smrk ztepilý, sorbenty, BVOC, lýkožrout smrkový, monoterpeny, včasná detekce

Keywords

monoterpenes, head-space analysis, Norway spruce, sorbents, BVOC, bark beetle, early detection

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 4. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Anna Jirošová, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Master programme / field:
Forestry Engineering / Forest Engineering