古树健康监测与评价研究进展

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　　摘要    古树是具有极高保护价值的不可再生自然遗产和文化遗产。因此，对于保护古树而言，古树的健康至关重要。进一步确定古树的健康评价体系，对古树的健康状况进行跟踪调查和正确评估具有重要意义。本文阐述了古树的定义和分级标准，分析了古树健康生长的影响因素，归纳了古树健康评价的研究现状，对古树健康监测与评价进行了展望，以期为更好地监测和评价古树健康提供参考。
　　关键词    古树;健康;监测;评价;研究进展
　　古树是重要的物产资源，素有“古文化”“活化石”“古文物”等称号。古树是长期以来适应自然生态环境的结果，是具有重要的科研价值和人文价值、具有极高保护价值的不可再生的自然遗产和文化遗产。
　　如果古树名木存活、长势良好，则古树名木资源具有广阔的旅游前景。然而，由于树龄较大、生长势衰弱、根系扩张能力明显减弱和病虫害发生严重等，古树的健康状况存在较多问题。从古树名木的保护现状来看，古树名木保护不容乐观，刻字、焚香和攀爬等人为伤害古树名木的行为屡禁不止，人们对古树名木的保护意识较低，加上干旱、水涝和病虫害等自然环境的影响，造成古树名木的处境较为严峻，严重者甚至会造成古树名木植株死亡，从而致使古树景观消失。同时，随着古树名木的树龄增加，其自身会出现衰老、水分和养分吸收能力越来越差以及生理机能逐渐下降等现象。此外，生长环境和人为干扰等许多外部因素也会影响古树名木的健康，进而不利于古树名木的修复与保护性开发。本文旨在综合分析国内外古树研究现状，并且基于我国古树保护管理工作的具体内容，寻找我国古树健康监测与评价体系的薄弱环节，探讨古树资源的生态监测与健康评价技术，以期为古树的基础养护与管理提供一定建议和参考。
　　1    古树的定义及分级标准
　　古树名木是指树龄达到100年以上，稀有、珍贵的树木和具有一定纪念意义、历史价值的树木[1]。根据《城市古树名木保护管理办法》《全国古树名木普查建档技术规定》等相关规定，按照树龄将古树名木划分为3个级别，即国家一级、国家二级和国家三级古树。其中，国家一级古树指树齡等于或超过500年，国家二级古树指树龄在300～499年之间，国家三级古树指树龄在100～299年之间。国家级名木不受树龄限制，同时也不进行分级。
　　2    古树健康的影响因素
　　树木的健康与否能够体现树木生长状况，树木健康则主要是指树木具有良好的生长状态[2]。树木均要经过生长、发育、衰老和死亡等过程。古树名木健康的影响因素较多，成因复杂。除了古树自身衰老造成树木生理失去平衡，甚至死亡以外，还与其他因素有关。
　　2.1    古树自身衰老
　　古树自身衰老是影响古树健康的主要内部因素。随着树龄增加，古树名木会出现自身衰老、生理机能逐渐下降、水分和养分吸收能力越来越差等现象。随着树体的衰老，古树根的吸收能力降低，进而无法完全满足地上部分对水分和养分的需求，造成内部生理失去平衡[3]，导致部分枝叶逐渐枯萎死亡[4-6]。在植物衰老过程中，还表现出一定的缺素状态，叶绿素含量降低，树叶变黄，因而叶绿素含量的高低可以作为衡量古树衰老的一项指标[7]。
　　国外关于古树生理研究方面文献较多。有研究人员发现，在全球变暖大环境的影响下，大气温度逐渐增高，土壤中水分不断流失，与此同时古树的蒸腾作用逐渐增强，而古树从土壤中吸收的水量下降，无法完全满足地上部分对水分的需求，进而影响古树的生长速率和光合作用[8]。冬季温度升高破坏了古树原有的休眠节奏，减缓了古树生长势，扰乱了古树的生命周期，造成古树无法完成生长[9]。随着汽车尾气和工业生产废气等污染气体的排放，空气中的污染物不断增加。如果二氧化硫、氟化氢和粉尘等大气污染物超过古树的承受能力，就会致使古树的正常生长发育受阻[10]。由于空气中二氧化硫气体的增加，导致酸雨出现的几率增大。古树的嫩叶和嫩枝等幼嫩组织会遭受酸雨的腐蚀，进而致使古树出现整体退化的现象，造成古树生长变弱[11]。
　　2.2    古树生长的土壤条件恶化
　　古树生长的立地条件恶化主要表现为土壤紧实、土壤密实度过高、土壤理化性质恶化、土壤通气性差和土壤肥分不足等方面[12]。城市公园游人密集，地面经受长期踩踏，造成土壤板结和土壤的密实度高[13-14]。此外，土壤的透气性降低，机械阻力增加，均十分不利于树木的生长[15]。风景区内的各种文化和商业活动等急剧增加，设置临时厕所以及倾倒污水等人为因素致使土壤中的含盐量过高、重金属离子含量增加，进而导致某些局部地段的古树名木出现死亡[16]。很多古树树干周围铺装过大，留有的树池较小，进而阻碍了地下部分与地上部分进行气体交换[17]，造成古树名木的根系处于透气性极差的环境中[18]。古树名木生长衰弱的主要原因之一是养分不足。人为活动能够导致土壤中磷、氮和钾等营养元素不足[19]，致使古树名木生长缓慢，不能满足树体正常生长发育的需要[20]，树叶稀疏，抗性减弱，甚至死亡[21]。
　　在西方国家，如美国、德国等国家，树龄≥50年的树木便作为古树进行保护。20世纪90年代，西方学者更注重于古树复壮、保护以及古树价值评价等方面。比如，美国运用出肥料气钉解决古树表层土壤供肥问题;英国着重研究了空气质量、土壤坚实程度等因素对古树生长发育的影响;德国重点探讨了在土壤中运用气筒打气、埋管和埋陶粒等方式来解决土壤的通气问题，通过土钻法对古树灌溉液态肥，同时利用修补和支撑等外科手术达到修复与保护古树的目的[22]。
　　2.3    自然灾害与病虫害
　　古树的树体高大、树冠较大，因而容易成为雷击的目标，应对古树加设避雷针。一般来说，古树的树干及组织中会出现腐朽或中空的现象。当古树遇到冰雹、强风、大雪和暴雨等恶劣天气，极易出现老枝断折的现象，严重时会造成整株倒伏，甚至古树死亡[23]。长期处于自然灾害条件下生长的古树，生长势减弱，容易受到各种病虫害的侵袭[24]，如枝枯病、腐朽菌、小蠢虫和白蚁等[25-26]，加剧了古树的衰弱和死亡，造成经济损失。 　　2.4    人为因素
　　受迷信思想的影响，在古树上绑彩绳、系彩布，或在“神树”下烧香燃烛、攀折树枝和刻字等现象屡禁不止，损伤古树，甚至造成古树死亡[27]。有部分人在古树周围堆放杂物，影响古树的健康。人们保护古树名木的意识比较淡薄，缺乏对保护古树的资金投入和技术指导，导致古树尚未得到行之有效的保护。此外，为了自己的私利，部分人盲目移栽古树，使得古树进城，造成古树死亡[28]。
　　3    古树健康评价的研究现状
　　3.1    国内古树健康评价方法
　　国内目前关于古树健康评价方面的研究较少，还处于起步阶段。大部分研究集中在古树名木的健康以及保护措施与对策等方面。构建健康评价指标与评价体系仍处于探索阶段。林玉美等[29]主要利用生长势判断生态环境质量状况。千庆兰[30]则依据树木活力度来确定古树的健康状况，主要评价指标包括叶的形状和颜色、枝叶密度、枝条枯萎状况、新梢生长和树形等。有部分学者则根据外部表现与病虫害状况来判断古树生长状况[31-32]。翁殊斐等[33]从根部、树干、树冠和整体状况等方面进行研究，利用层次分析法构建古树健康评价体系，确定了3个权重值较高的指标，分别为树干状况、倾斜状况和树势。刘  嘉等[34]采用树枝腐烂及伤害、叶形和病害、树干腐烂及伤害、树冠密度、树枝生长、叶色、树形、树梢和枯枝等指标研究苏州城区古树名木的树势并确定其健康状况。黎彩敏等[35]运用层次分析法建立了古树健康评价模型，确定了根部通气透水性、根部损伤、树干损伤、树干病虫害、干基腐朽、腐朽枝、枝叶虫害、枝叶病害、枯枝、叶斑或变色、寄生、顶梢枯死、倾斜和树势等14个评价指标以及其所对应的权重，并将树木健康程度分为5个等级。王巧[36]则在泰山油松古树衰老机理与树势评价的研究中，根据层次分析法构建了泰山油松古树树势评价体系，确立了4个准则层和14个指标层。刘颂颂等[37]在研究东莞古树名木的健康状况时，通过PICUS应力波树木断层画像诊断仪对古树进行评价。
　　只采用外部指标直接评价古树健康并不具有说服力。因此，通常采用层次分类法，将各个评价指标进行归类并加以赋值[33，35]。层次分类法是指将复杂的问题系统化、模型化和数量化，并将有关的元素分解成不同层次，进行定性和定量分析的方法[38-39]。层次分析法中会存在定性成分较多、定量数据较少、指标过多、权重值难以确定和数据统计工作量大等问题，导致实验操作难度大，结果的可信度降低[40-41]。近年来，有学者在对树木树干内部生长状况进行研究时，采用应力波断层技术。在古树的无损检测领域中，采用超声应力波检测技术测定树木内部健康状况，具有成本低、携带方便、无辐射、结果精度高和不会破坏木材等优点，能够呈现二维或三维的树干断层图像，显示缺陷的轮廓[42-44]。同时，探地雷达检测可以对树木根系进行完整性检测，对树干进行断层扫描，并形成直观的图像[45-48]。根据前人的试验结果可以看出，影响树木应力波传播速度的重要因素是含水率，树木含水量越高，则应力波的传播速度就越大;同时，温度对其也有重要影响[49-51]。在检测木材缺陷的研究中，有很多因素会影响应力波成像技术的检验精度，比如传感器布置的数量，需要根据木材的直径以及是否确定原木内部缺陷位置等需求，设置与之相对应数量的传感器[52]。同时，缺陷轮廓的形状也是影响检验精度的因素。总结前人的研究经验可以得出，当缺陷面积相同时，圆形缺陷轮廓成像精度更高，狭长形更容易分辨[51]。
　　3.2    国外古树健康评价方法
　　国外关于树木健康状况的研究起步较早。许多国家已经制定了定期检查园林树木的制度，如新加坡每隔1.5年选择拥有执业资格的园艺师对城市树木健康状况进行彻查;美国农业部林务局明确规定，必须定期对园林树木进行检查[53]。20世紀60年代，有研究人员基于树木衰败迹象、树木大小和树种等对某些树木健康进行预测时，建立了Paine系统以及树木潜在伤害数据系统。有学者建立了树木危害等级系统，是20世纪80年代全世界最详细的系统，包含了枝条、树干、根区和树木位置等大类，共85个指标，反映较为全面。在此之后，有学者构建了1～5个登记的评价体系，涵盖了目标评价、树势、树木结构和树木生长环境等四大类11个指标，随后又证明反映树木健康状况的3个重要指标是倾斜状况、树干状况和树势[54-55]。有学者在研究确定古树健康状况方面，选择衰弱、徒长枝、顶梢枯死、落叶、叶枯萎、叶焦、叶斑和黄叶病等作为主要指标。同时，也有学者采用坏死、虫害、病害、顶梢枯死、黄叶病、落叶与长势等作为主要指标并采用相同的方法来确定古树健康状况。在测定树体内虫害、腐烂程度和空洞等方面，美国、德国、日本等主要采用无损检测技术，以应力波断层成像为主。应力波断层成像技术的主要产品设备包括匈牙利Fakopp2D应力波检测仪、德国PICUS弹性波古树断层画像诊断装置和ARBOTOM脉冲式树木断层成像仪等[56]。应力波断层成像技术精度高、误差小，已经在国内外广泛应用。
　　4    古树健康监测与评价展望
　　国内关于古树健康监测与评价方面做了大量的研究工作，取得了很多成效，为古树的保护工作提供了科学可靠的技术支持，但是这些方法并不能进行普遍推广，还有许多技术问题有待解决。目前，关于古树健康监测与评价方面大量的研究集中在古树生理指标的监测与健康等级分类，而仅依靠外部特征来判断古树健康情况会因为选择的指标与准则层不同，无法确定树干内部情况，导致评价的结果不准确。因为古树的特殊性，不能对古树进行破坏性检测，也有一部分学者采用应力波断层技术对树木树干内部生长状况进行研究。在古树无损检测领域中，应用超声应力波检测技术测定树木内部健康状况日渐成熟。
　　古树树干内部健康情况（树干腐朽程度）与生活力（生理指标）之间的联系仍然缺乏系统的研究。今后古树健康监测与评价方面的研究工作重点应集中在建立古树生态监测指标体系，选取适当的评价指标建立健康评价模型，运用古树应力波无损检测技术加以验证，以为我国古树名木健康状况快速检测与评价提供借鉴。 　　5    参考文献
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