古樹健康監(jiān)測與評價研究進展

　　摘要古樹是具有極高保護價值的不可再生自然遺產(chǎn)和文化遺產(chǎn)。因此，對于保護古樹而言，古樹的健康至關(guān)重要。進一步確定古樹的健康評價體系，對古樹的健康狀況進行跟蹤調(diào)查和正確評估具有重要意義。本文闡述了古樹的定義和分級標準，分析了古樹健康生長的影響因素，歸納了古樹健康評價的研究現(xiàn)狀，對古樹健康監(jiān)測與評價進行了展望，以期為更好地監(jiān)測和評價古樹健康提供參考。

　　關(guān)鍵詞古樹;健康;監(jiān)測;評價;研究進展

　　古樹是重要的物產(chǎn)資源，素有“古文化”“活化石”“古文物”等稱號。古樹是長期以來適應自然生態(tài)環(huán)境的結(jié)果，是具有重要的科研價值和人文價值、具有極高保護價值的不可再生的自然遺產(chǎn)和文化遺產(chǎn)。如果古樹名木存活、長勢良好，則古樹名木資源具有廣闊的旅游前景。然而，由于樹齡較大、生長勢衰弱、根系擴張能力明顯減弱和病蟲害發(fā)生嚴重等，古樹的健康狀況存在較多問題。從古樹名木的保護現(xiàn)狀來看，古樹名木保護不容樂觀，刻字、焚香和攀爬等人為傷害古樹名木的行為屢禁不止，人們對古樹名木的保護意識較低，加上干旱、水澇和病蟲害等自然環(huán)境的影響，造成古樹名木的處境較為嚴峻，嚴重者甚至會造成古樹名木植株死亡，從而致使古樹景觀消失。

　　同時，隨著古樹名木的樹齡增加，其自身會出現(xiàn)衰老、水分和養(yǎng)分吸收能力越來越差以及生理機能逐漸下降等現(xiàn)象。此外，生長環(huán)境和人為干擾等許多外部因素也會影響古樹名木的健康，進而不利于古樹名木的修復與保護性開發(fā)。本文旨在綜合分析國內(nèi)外古樹研究現(xiàn)狀，并且基于我國古樹保護管理工作的具體內(nèi)容，尋找我國古樹健康監(jiān)測與評價體系的薄弱環(huán)節(jié)，探討古樹資源的生態(tài)監(jiān)測與健康評價技術(shù)，以期為古樹的基礎養(yǎng)護與管理提供一定建議和參考。

　　1古樹的定義及分級標準

　　古樹名木是指樹齡達到100年以上，稀有、珍貴的樹木和具有一定紀念意義、歷史價值的樹木[1]。根據(jù)《城市古樹名木保護管理辦法》《全國古樹名木普查建檔技術(shù)規(guī)定》等相關(guān)規(guī)定，按照樹齡將古樹名木劃分為3個級別，即國家一級、國家二級和國家三級古樹。其中，國家一級古樹指樹齡等于或超過500年，國家二級古樹指樹齡在300~499年之間，國家三級古樹指樹齡在100~299年之間。國家級名木不受樹齡限制，同時也不進行分級。

　　2古樹健康的影響因素

　　樹木的健康與否能夠體現(xiàn)樹木生長狀況，樹木健康則主要是指樹木具有良好的生長狀態(tài)[2]。樹木均要經(jīng)過生長、發(fā)育、衰老和死亡等過程。古樹名木健康的影響因素較多，成因復雜。除了古樹自身衰老造成樹木生理失去平衡，甚至死亡以外，還與其他因素有關(guān)。

　　2.1古樹自身衰老

　　古樹自身衰老是影響古樹健康的主要內(nèi)部因素。隨著樹齡增加，古樹名木會出現(xiàn)自身衰老、生理機能逐漸下降、水分和養(yǎng)分吸收能力越來越差等現(xiàn)象。隨著樹體的衰老，古樹根的吸收能力降低，進而無法完全滿足地上部分對水分和養(yǎng)分的需求，造成內(nèi)部生理失去平衡[3]，導致部分枝葉逐漸枯萎死亡[4-6]。在植物衰老過程中，還表現(xiàn)出一定的缺素狀態(tài)，葉綠素含量降低，樹葉變黃，因而葉綠素含量的高低可以作為衡量古樹衰老的一項指標[7]。

　　國外關(guān)于古樹生理研究方面文獻較多。有研究人員發(fā)現(xiàn)，在全球變暖大環(huán)境的影響下，大氣溫度逐漸增高，土壤中水分不斷流失，與此同時古樹的蒸騰作用逐漸增強，而古樹從土壤中吸收的水量下降，無法完全滿足地上部分對水分的需求，進而影響古樹的生長速率和光合作用[8]。冬季溫度升高破壞了古樹原有的休眠節(jié)奏，減緩了古樹生長勢，擾亂了古樹的生命周期，造成古樹無法完成生長[9]。隨著汽車尾氣和工業(yè)生產(chǎn)廢氣等污染氣體的排放，空氣中的污染物不斷增加。如果二氧化硫、氟化氫和粉塵等大氣污染物超過古樹的承受能力，就會致使古樹的正常生長發(fā)育受阻[10]。由于空氣中二氧化硫氣體的增加，導致酸雨出現(xiàn)的幾率增大。古樹的嫩葉和嫩枝等幼嫩組織會遭受酸雨的腐蝕，進而致使古樹出現(xiàn)整體退化的現(xiàn)象，造成古樹生長變?nèi)鮗11]。

　　2.2古樹生長的土壤條件惡化

　　古樹生長的立地條件惡化主要表現(xiàn)為土壤緊實、土壤密實度過高、土壤理化性質(zhì)惡化、土壤通氣性差和土壤肥分不足等方面[12]。城市公園游人密集，地面經(jīng)受長期踩踏，造成土壤板結(jié)和土壤的密實度高[13-14]。此外，土壤的透氣性降低，機械阻力增加，均十分不利于樹木的生長[15]。風景區(qū)內(nèi)的各種文化和商業(yè)活動等急劇增加，設置臨時廁所以及傾倒污水等人為因素致使土壤中的含鹽量過高、重金屬離子含量增加，進而導致某些局部地段的古樹名木出現(xiàn)死亡[16]。

　　很多古樹樹干周圍鋪裝過大，留有的樹池較小，進而阻礙了地下部分與地上部分進行氣體交換[17]，造成古樹名木的根系處于透氣性極差的環(huán)境中[18]。古樹名木生長衰弱的主要原因之一是養(yǎng)分不足。人為活動能夠?qū)е峦寥乐辛住⒌�和鉀等營養(yǎng)元素不足[19]，致使古樹名木生長緩慢，不能滿足樹體正常生長發(fā)育的需要[20]，樹葉稀疏，抗性減弱，甚至死亡[21]。在西方國家，如美國、德國等國家，樹齡≥50年的樹木便作為古樹進行保護。

　　20世紀90年代，西方學者更注重于古樹復壯、保護以及古樹價值評價等方面。比如，美國運用出肥料氣釘解決古樹表層土壤供肥問題;英國著重研究了空氣質(zhì)量、土壤堅實程度等因素對古樹生長發(fā)育的影響;德國重點探討了在土壤中運用氣筒打氣、埋管和埋陶粒等方式來解決土壤的通氣問題，通過土鉆法對古樹灌溉液態(tài)肥，同時利用修補和支撐等外科手術(shù)達到修復與保護古樹的目的[22]。

　　2.3自然災害與病蟲害

　　古樹的樹體高大、樹冠較大，因而容易成為雷擊的目標，應對古樹加設避雷針。一般來說，古樹的樹干及組織中會出現(xiàn)腐朽或中空的現(xiàn)象。當古樹遇到冰雹、強風、大雪和暴雨等惡劣天氣，極易出現(xiàn)老枝斷折的現(xiàn)象，嚴重時會造成整株倒伏，甚至古樹死亡[23]。長期處于自然災害條件下生長的古樹，生長勢減弱，容易受到各種病蟲害的侵襲[24]，如枝枯病、腐朽菌、小蠢蟲和白蟻等[25-26]，加劇了古樹的衰弱和死亡，造成經(jīng)濟損失。

　　2.4人為因素

　　受迷信思想的影響，在古樹上綁彩繩、系彩布，或在“神樹”下燒香燃燭、攀折樹枝和刻字等現(xiàn)象屢禁不止，損傷古樹，甚至造成古樹死亡[27]。有部分人在古樹周圍堆放雜物，影響古樹的健康。人們保護古樹名木的意識比較淡薄，缺乏對保護古樹的資金投入和技術(shù)指導，導致古樹尚未得到行之有效的保護。此外，為了自己的私利，部分人盲目移栽古樹，使得古樹進城，造成古樹死亡[28]。

　　3古樹健康評價的研究現(xiàn)狀

　　3.1國內(nèi)古樹健康評價方法

　　國內(nèi)目前關(guān)于古樹健康評價方面的研究較少，還處于起步階段。大部分研究集中在古樹名木的健康以及保護措施與對策等方面。構(gòu)建健康評價指標與評價體系仍處于探索階段。林玉美等[29]主要利用生長勢判斷生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況。千慶蘭[30]則依據(jù)樹木活力度來確定古樹的健康狀況，主要評價指標包括葉的形狀和顏色、枝葉密度、枝條枯萎狀況、新梢生長和樹形等。有部分學者則根據(jù)外部表現(xiàn)與病蟲害狀況來判斷古樹生長狀況[31-32]。翁殊斐等[33]從根部、樹干、樹冠和整體狀況等方面進行研究，利用層次分析法構(gòu)建古樹健康評價體系，確定了3個權(quán)重值較高的指標，分別為樹干狀況、傾斜狀況和樹勢。

　　劉嘉等[34]采用樹枝腐爛及傷害、葉形和病害、樹干腐爛及傷害、樹冠密度、樹枝生長、葉色、樹形、樹梢和枯枝等指標研究蘇州城區(qū)古樹名木的樹勢并確定其健康狀況。黎彩敏等[35]運用層次分析法建立了古樹健康評價模型，確定了根部通氣透水性、根部損傷、樹干損傷、樹干病蟲害、干基腐朽、腐朽枝、枝葉蟲害、枝葉病害、枯枝、葉斑或變色、寄生、頂梢枯死、傾斜和樹勢等14個評價指標以及其所對應的權(quán)重，并將樹木健康程度分為5個等級。

　　王巧[36]則在泰山油松古樹衰老機理與樹勢評價的研究中，根據(jù)層次分析法構(gòu)建了泰山油松古樹樹勢評價體系，確立了4個準則層和14個指標層。劉頌頌等[37]在研究東莞古樹名木的健康狀況時，通過PICUS應力波樹木斷層畫像診斷儀對古樹進行評價。只采用外部指標直接評價古樹健康并不具有說服力。因此，通常采用層次分類法，將各個評價指標進行歸類并加以賦值[33，35]。

　　層次分類法是指將復雜的問題系統(tǒng)化、模型化和數(shù)量化，并將有關(guān)的元素分解成不同層次，進行定性和定量分析的方法[38-39]。層次分析法中會存在定性成分較多、定量數(shù)據(jù)較少、指標過多、權(quán)重值難以確定和數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作量大等問題，導致實驗操作難度大，結(jié)果的可信度降低[40-41]。近年來，有學者在對樹木樹干內(nèi)部生長狀況進行研究時，采用應力波斷層技術(shù)。在古樹的無損檢測領域中，采用超聲應力波檢測技術(shù)測定樹木內(nèi)部健康狀況，具有成本低、攜帶方便、無輻射、結(jié)果精度高和不會破壞木材等優(yōu)點，能夠呈現(xiàn)二維或三維的樹干斷層圖像，顯示缺陷的輪廓[42-44]。

　　同時，探地雷達檢測可以對樹木根系進行完整性檢測，對樹干進行斷層掃描，并形成直觀的圖像[45-48]。根據(jù)前人的試驗結(jié)果可以看出，影響樹木應力波傳播速度的重要因素是含水率，樹木含水量越高，則應力波的傳播速度就越大;同時，溫度對其也有重要影響[49-51]。在檢測木材缺陷的研究中，有很多因素會影響應力波成像技術(shù)的檢驗精度，比如傳感器布置的數(shù)量，需要根據(jù)木材的直徑以及是否確定原木內(nèi)部缺陷位置等需求，設置與之相對應數(shù)量的傳感器[52]。同時，缺陷輪廓的形狀也是影響檢驗精度的因素。總結(jié)前人的研究經(jīng)驗可以得出，當缺陷面積相同時，圓形缺陷輪廓成像精度更高，狹長形更容易分辨[51]。

　　3.2國外古樹健康評價方法

　　國外關(guān)于樹木健康狀況的研究起步較早。許多國家已經(jīng)制定了定期檢查園林樹木的制度，如新加坡每隔1.5年選擇擁有執(zhí)業(yè)資格的園藝師對城市樹木健康狀況進行徹查;美國農(nóng)業(yè)部林務局明確規(guī)定，必須定期對園林樹木進行檢查[53]。20世紀60年代，有研究人員基于樹木衰敗跡象、樹木大小和樹種等對某些樹木健康進行預測時，建立了Paine系統(tǒng)以及樹木潛在傷害數(shù)據(jù)系統(tǒng)。有學者建立了樹木危害等級系統(tǒng)，是20世紀80年代全世界最詳細的系統(tǒng)，包含了枝條、樹干、根區(qū)和樹木位置等大類，共85個指標，反映較為全面。

　　在此之后，有學者構(gòu)建了1~5個登記的評價體系，涵蓋了目標評價、樹勢、樹木結(jié)構(gòu)和樹木生長環(huán)境等四大類11個指標，隨后又證明反映樹木健康狀況的3個重要指標是傾斜狀況、樹干狀況和樹勢[54-55]。有學者在研究確定古樹健康狀況方面，選擇衰弱、徒長枝、頂梢枯死、落葉、葉枯萎、葉焦、葉斑和黃葉病等作為主要指標。同時，也有學者采用壞死、蟲害、病害、頂梢枯死、黃葉病、落葉與長勢等作為主要指標并采用相同的方法來確定古樹健康狀況。在測定樹體內(nèi)蟲害、腐爛程度和空洞等方面，美國、德國、日本等主要采用無損檢測技術(shù)，以應力波斷層成像為主。應力波斷層成像技術(shù)的主要產(chǎn)品設備包括匈牙利Fakopp2D應力波檢測儀、德國PICUS彈性波古樹斷層畫像診斷裝置和ARBOTOM脈沖式樹木斷層成像儀等[56]。應力波斷層成像技術(shù)精度高、誤差小，已經(jīng)在國內(nèi)外廣泛應用。

　　4古樹健康監(jiān)測與評價展望

　　國內(nèi)關(guān)于古樹健康監(jiān)測與評價方面做了大量的研究工作，取得了很多成效，為古樹的保護工作提供了科學可靠的技術(shù)支持，但是這些方法并不能進行普遍推廣，還有許多技術(shù)問題有待解決。目前，關(guān)于古樹健康監(jiān)測與評價方面大量的研究集中在古樹生理指標的監(jiān)測與健康等級分類，而僅依靠外部特征來判斷古樹健康情況會因為選擇的指標與準則層不同，無法確定樹干內(nèi)部情況，導致評價的結(jié)果不準確。因為古樹的特殊性，不能對古樹進行破壞性檢測，也有一部分學者采用應力波斷層技術(shù)對樹木樹干內(nèi)部生長狀況進行研究。

　　在古樹無損檢測領域中，應用超聲應力波檢測技術(shù)測定樹木內(nèi)部健康狀況日漸成熟。古樹樹干內(nèi)部健康情況(樹干腐朽程度)與生活力(生理指標)之間的聯(lián)系仍然缺乏系統(tǒng)的研究。今后古樹健康監(jiān)測與評價方面的研究工作重點應集中在建立古樹生態(tài)監(jiān)測指標體系，選取適當?shù)脑u價指標建立健康評價模型，運用古樹應力波無損檢測技術(shù)加以驗證，以為我國古樹名木健康狀況快速檢測與評價提供借鑒。

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　　作者：李琳

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