古树健康监测与评价研究进展

李琳

渊阜阳职业技术学院袁安徽阜阳236031冤

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遥因此袁对于保护古树而言袁古树的健康至关重要遥进一步确定古树的健康评价体系袁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遥本文阐述了古树的定义和分级标准袁分析了古树健康生长的影响因素袁归纳了古树健康评价的研究现状袁对古树健康监测与评价进行了展望袁以期为更好地监测和评价古树健康提供参考遥

关键词古树曰健康曰监测曰评价曰研究进展中图分类号S718.4文献标识码A文章编号1007-5739渊2020冤10-0103-03古树是重要的物产资源袁素有野古文化冶野活化石冶野古文物冶等称号遥古树是长期以来适应自然生态环境的结果袁是具有重要的科研价值和人文价值尧具有极高保护价值的不可再生的自然遗产和文化遗产遥

如果古树名木存活尧长势良好袁则古树名木资源具有广阔的旅游前景遥然而袁由于树龄较大尧生长势衰弱尧根系扩张能力明显减弱和病虫害发生严重等袁古树的健康状况存在较多问题遥从古树名木的保护现状来看袁古树名木保护不容乐观袁刻字尧焚香和攀爬等人为伤害古树名木的行为屡禁不止袁人们对古树名木的保护意识较低袁加上干旱尧水涝和病虫害等自然环境的影响袁造成古树名木的处境较为严峻袁严重者甚至会造成古树名木植株死亡袁从而致使古树景观消失遥同时袁随着古树名木的树龄增加袁其自身会出现衰老尧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遥此外袁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袁进而不利于古树名木的修复与保护性开发遥本文旨在综合分析国内外古树研究现状袁并且基于我国古树保护管理工作的具体内容袁寻找我国古树健康监测与评价体系的薄弱环节袁探讨古树资源的生态监测与健康评价技术袁以期为古树的基础养护与管理提供一定建议和参考遥

1古树的定义及分级标准古树名木是指树龄达到100年以上袁稀有尧珍贵的树木和具有一定纪念意义尧历史价值的树木[1]遥根据叶城市古树名木保护管理办法曳叶全国古树名木普查建档技术规定曳等相关规定袁按照树龄将古树名木划分为3个级别袁即国家一级尧国家二级和国家三级古树遥其中袁国家一级古树指树龄等于或超过500年袁国家二级古树指树龄在300~499年之间袁国家三级古树指树龄在100~299年之间遥国家级名木不受树龄限制袁同时也不进行分级遥

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袁树木健康则主要是指树木具有良好的生长状态[2]遥树木均要经过生长尧发育尧衰老和死亡等过程遥古树名木健康的影响因素较多袁成因复杂遥除了古树自身衰老造成树木生理失去平衡袁甚至死基金项目

安徽省高校自然科学研究重点项目野阜阳市古树健康监测与评价研究冶渊KJ2019A1028冤曰教育部第三批现代学徒制试点项目渊教职成函也2018页41号冤遥

作者简介李琳渊1989-冤袁女袁安徽亳州人袁硕士袁讲师袁从事园林植物

识别与应用尧园林树木栽植养护研究工作遥

收稿日期2020-02-11开放科学渊资源服务冤标识码渊OSID冤

亡以外袁还与其他因素有关遥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遥随着树龄增加袁古树名木会出现自身衰老尧生理机能逐渐下降尧水分和养分吸收能力越来越差等现象遥随着树体的衰老袁古树根的吸收能力降低袁进而无法完全满足地上部分对水分和养分的需求袁造成内部生理失去平衡[3]袁导致部分枝叶逐渐枯萎死亡[4-6]遥在植物衰老过程中袁还表现出一定的缺素状态袁叶绿素含量降低袁树叶变黄袁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]遥

国外关于古树生理研究方面文献较多遥有研究人员发现袁在全球变暖大环境的影响下袁大气温度逐渐增高袁土壤中水分不断流失袁与此同时古树的蒸腾作用逐渐增强袁而古树从土壤中吸收的水量下降袁无法完全满足地上部分对水分的需求袁进而影响古树的生长速率和光合作用[8]遥冬季温度升高破坏了古树原有的休眠节奏袁减缓了古树生长势袁扰乱了古树的生命周期袁造成古树无法完成生长[9]遥随着汽车尾气和工业生产废气等污染气体的排放袁空气中的污染物不断增加遥如果二氧化硫尧氟化氢和粉尘等大气污染物超过古树的承受能力袁就会致使古树的正常生长发育受阻[10]遥由于空气中二氧化硫气体的增加袁导致酸雨出现的几率增大遥古树的嫩叶和嫩枝等幼嫩组织会遭受酸雨的腐蚀袁进而致使古树出现整体退化的现象袁造成古树生长变弱[11]遥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尧土壤密实度过高尧土壤理化性质恶化尧土壤通气性差和土壤肥分不足等方面[12]遥城市公园游人密集袁地面经受长期踩踏袁造成土壤板结和土壤的密实度高[13-14]遥此外袁土壤的透气性降低袁机械阻力增加袁均十分不利于树木的生长[15]遥风景区内的各种文化和商业活动等急剧增加袁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尧重金属离子含量增加袁进而导致某些局部地段的古树名木出现死亡[16]遥很多古树树干周围铺装过大袁留有的树池较小袁进而阻碍了地下部分与地上部分进行气体交换[17]袁造成古树名木的根系处于透气性极差的环境中[18]遥古树名木生长衰弱的主要原因之一是养分不足遥人为活动能够导致土壤中磷尧氮和钾等营养元素不足[19]袁致使古树名木生长缓慢袁不能满足树体正常生长发育的需要[20]袁树叶稀疏袁抗性减弱袁甚至死亡[21]遥

103

林业科学在西方国家袁如美国尧德国等国家袁树龄逸50年的树木便作为古树进行保护遥20世纪90年代袁西方学者更注重于古树复壮尧保护以及古树价值评价等方面遥比如袁美国运用出肥料气钉解决古树表层土壤供肥问题曰英国着重研究了空气质量尧土壤坚实程度等因素对古树生长发育的影响曰德国重点探讨了在土壤中运用气筒打气尧埋管和埋陶粒等方式来解决土壤的通气问题袁通过土钻法对古树灌溉液态肥袁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]遥2.3自然灾害与病虫害古树的树体高大尧树冠较大袁因而容易成为雷击的目标袁应对古树加设避雷针遥一般来说袁古树的树干及组织中会出现腐朽或中空的现象遥当古树遇到冰雹尧强风尧大雪和暴雨等恶劣天气袁极易出现老枝断折的现象袁严重时会造成整株倒伏袁甚至古树死亡[23]遥长期处于自然灾害条件下生长的古树袁生长势减弱袁容易受到各种病虫害的侵袭[24]袁如枝枯病尧

腐朽菌尧小蠢虫和白蚁等[25-26]袁加剧了古树的衰弱和死亡袁造成经济损失遥2.4人为因素受迷信思想的影响袁在古树上绑彩绳尧系彩布袁或在野神树冶下烧香燃烛尧攀折树枝和刻字等现象屡禁不止袁损伤古树袁甚至造成古树死亡[27]遥有部分人在古树周围堆放杂物袁影响古树的健康遥人们保护古树名木的意识比较淡薄袁缺乏对保护古树的资金投入和技术指导袁导致古树尚未得到行之有效的保护遥此外袁为了自己的私利袁部分人盲目移栽古树袁使得古树进城袁造成古树死亡[28]遥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袁还处于起步阶段遥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遥构建健康评价指标与评价体系仍处于探索阶段遥林玉美等[29]主要利用生长势判断生态环境质量状况遥千庆兰[30]则依据树木活力度来确定古树的健康状况袁主要评价指标包括叶的形状和颜色尧枝叶密度尧枝条枯萎状况尧新梢生长和树形等遥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]遥翁殊斐等[33]从根部尧树干尧树冠和整体状况等方面进行研究袁利用层次分析法构建古树健康评价体系袁确定了3个权重值较高的指标袁分别为树干状况尧倾斜状况和树势遥刘嘉等[34]采用树枝腐烂及伤害尧叶形和病害尧树干腐烂及伤害尧树冠密度尧树枝生长尧叶色尧树形尧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遥黎彩敏等[35]运用层次分析法建立了古树健康评价模型袁确定了根部通气透水性尧根部损伤尧树干损伤尧树干病虫害尧干基腐朽尧腐朽枝尧枝叶虫害尧枝叶病害尧枯枝尧叶斑或变色尧寄生尧顶梢枯死尧倾斜和树势等14个评价指标以及其所对应的权重袁并将树木健康程度分为5个等级遥王巧[36]则在泰山油松古树衰老机理与树势评价的研究中袁根据层次分析法构建了泰山油松古树树势评价体系袁确立了4个准则层和14个指标层遥刘颂颂等[37]在研究东莞古树名木的健康状况时袁通过PICUS应力波树木断层画像诊断仪对古树进行评价遥

104现代农业科技圆园20年第10期只采用外部指标直接评价古树健康并不具有说服力遥因此袁通常采用层次分类法袁将各个评价指标进行归类并加以赋值[33袁35]遥层次分类法是指将复杂的问题系统化尧模型化和数量化袁并将有关的元素分解成不同层次袁进行定性和定量分析的方法[38-39]遥层次分析法中会存在定性成分较多尧定量数据较少尧指标过多尧权重值难以确定和数据统计工作量大等问题袁导致实验操作难度大袁结果的可信度降低[40-41]遥近年来袁有学者在对树木树干内部生长状况进行研究时袁采用应力波断层技术遥在古树的无损检测领域中袁采用超声应力波检测技术测定树木内部健康状况袁具有成本低尧携带方便尧无辐射尧结果精度高和不会破坏木材等优点袁能够呈现二维或三维的树干断层图像袁显示缺陷的轮廓[42-44]遥同时袁探地雷达检测可以对树木根系进行完整性检测袁对树干进行断层扫描袁并形成直观的图像[45-48]遥根据前人的试验结果可以看出袁影响树木应力波传播速度的重要因素是含水率袁树木含水量越高袁则应力波的传播速度就越大曰同时袁温度对其也有重要影响[49-51]遥在检测木材缺陷的研究中袁有很多因素会影响应力波成像技术的检验精度袁比如传感器布置的数量袁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袁设置与之相对应数量的传感器[52]遥同时袁缺陷轮廓的形状也是影响检验精度的因素遥总结前人的研究经验可以得出袁当缺陷面积相同时袁圆形缺陷轮廓成像精度更高袁狭长形更容易分辨[51]遥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遥许多国家已经制定了定期检查园林树木的制度袁如新加坡每隔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曰美国农业部林务局明确规定袁必须定期对园林树木进行检查[53]遥20世纪60年代袁有研究人员基于树木衰败迹象尧树木大小和树种等对某些树木健康进行预测时袁建立了Paine系统以及树木潜在伤害数据系统遥有学者建立了树木危害等级系统袁是20世纪80年代全世界最详细的系统袁包含了枝条尧树干尧根区和树木位置等大类袁共85个指标袁反映较为全面遥在此之后袁有学者构建了1~5个登记的评价体系袁涵盖了目标评价尧树势尧树木结构和树木生长环境等四大类11个指标袁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尧树干状况和树势[54-55]遥有学者在研究确定古树健康状况方面袁选择衰弱尧徒长枝尧顶梢枯死尧落叶尧叶枯萎尧叶焦尧叶斑和黄叶病等作为主要指标遥同时袁也有学者采用坏死尧虫害尧病害尧顶梢枯死尧黄叶病尧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遥在测定树体内虫害尧腐烂程度和空洞等方面袁美国尧德国尧日本等主要采用无损检测技术袁以应力波断层成像为主遥应力波断层成像技术的主要产品设备包括匈牙利Fakopp2D应力波检测仪尧德国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]遥应力波断层成像技术精度高尧误差小袁已经在国内外广泛应用遥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袁取得了很多成效袁为古树的保护工作提供了科学可靠的李琳院古树健康监测与评价研究进展技术支持袁但是这些方法并不能进行普遍推广袁还有许多技术问题有待解决遥目前袁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袁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袁无法确定树干内部情况袁导致评价的结果不准确遥因为古树的特殊性袁不能对古树进行破坏性检测袁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遥在古树无损检测领域中袁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遥

古树树干内部健康情况渊树干腐朽程度冤与生活力渊生理指标冤之间的联系仍然缺乏系统的研究遥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袁选取适当的评价指标建立健康评价模型袁运用古树应力波无损检测技术加以验证袁以为我国古树名木健康状况快速检测与评价提供借鉴遥

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