PICUS在華南地區(qū)古樹健康狀況與安全性評估中的應用研究

夏聰，黃華枝，龔志勤，葉廣榮，何世慶

（廣州市林業(yè)和園林科學研究院，廣東廣州 510405）

PICUS在華南地區(qū)古樹健康狀況與安全性評估中的應用研究

夏聰，黃華枝，龔志勤，葉廣榮，何世慶

（廣州市林業(yè)和園林科學研究院，廣東廣州 510405）

通過對17棵古樹進行PICUS檢測并與目測結果進行對比驗證后發(fā)現(xiàn)，PICUS可以得出古樹整個橫截面的斷層診斷畫像，能夠比較準確的定位古樹外部可見的樹洞和內部的空洞，可以為古樹健康狀況與安全性評估提供重要的參考數(shù)據；分析PICUS檢測存在的不足和操作人員對結果的影響，并提出了建議。

華南；古樹；PICUS；健康狀況；腐爛

古樹歷經百年以上的風雨，由于自身特性、病蟲危害、人為破壞、環(huán)境影響等原因，樹干很容易出現(xiàn)腐爛、空洞等情況，導致古樹提前進入衰老期，嚴重影響古樹的健康及安全狀況；由此引發(fā)的古樹倒伏和斷枝的事件時有發(fā)生，給人民財產安全帶來比較大的安全隱患。很多時候，古樹樹干的腐朽情況是評估古樹健康狀況和安全性重要的參考數(shù)據。傳統(tǒng)的古樹樹干健康檢查一直以來主要借助錘子、生長錐等小工具憑借經驗來判斷，即看、敲、摸、舔、嗅，結果比較籠統(tǒng)、不直觀，有些內部的空洞甚至無法檢查到[1]。隨著電學、聲學等技術發(fā)展以及國內對古樹保護工作的重視，美國的TRU樹木雷達檢測系統(tǒng)、德國的ARBOTOM和PICUS應力波樹木斷層儀（以下簡稱：PICUS）以及RESISTOGRAPH樹木針測儀系列等各類儀器在德國、美國、加拿大等國得到廣泛應用，也逐漸應用到國內的古樹健康評估工作當中[2-4]。其中，PICUS因操作較簡便，可以很快得到古樹樹干某一個或多個橫截面的二維診斷圖像并可進行三維擬合分析，從而判斷古樹樹干的質量、穩(wěn)定性；目前在國內京、滬、廣、港、寧、渝等園林部門都有應用[5-9]。

筆者從2006年就開始從事古樹健康評估技術研究與應用工作，應用PICUS先后完成了澳門、東莞、廣州、梅州、香港等華南多地超過2200株古樹、大樹的樹干健康檢測工作，在使用技術方面有一定的心得體會?，F(xiàn)通過對有代表性的古樹樹干檢測結果進行對比驗證和分析，分析檢測中出現(xiàn)的誤差及原因，分享使用的成功經驗，以期對各地的林業(yè)園林科技人員使用PICUS進行古樹健康評估有所幫助。

1 試驗方法

對古樹樹干外部可見樹洞的位置、寬度及深度、內部的空洞、病蟲和白蟻危害侵入的位置進行外部觀察與記錄。然后應用德國羅斯托克Argus Electronic Gmbh生產的PICUS選取有針對性的樹木橫斷面進行探測，最后進行兩者相關數(shù)據的分析和對比驗證。PICUS工作原理是基于健康及受損古樹的木質部對聲音的不同傳導特性；由一套探測器組成（典型6～12個），用皮帶固定在樹干某一橫截面上，探測器將單獨通過平頭釘與樹干建立聲導聯(lián)系，平頭釘應穿透樹皮并固定在樹木的第一年輪處。測量時，通過敲擊錘輕敲一個平頭釘產生聲音信號，其他探測器感應并記錄聲音在樹木中的傳播時間。每一點必須有3次有效敲擊。軟件會測算點與點之間的傳導速度，并通過專門的比對得出這個橫截面的診斷畫像：樹干橫截面不同的聲波傳導特性以不同的顏色表示出來，即深色（深色以及棕色）代表高聲導速率區(qū)域——即健康區(qū)域。紫色、藍色至淺藍色代表低聲導速率區(qū)域——即腐爛，綠色區(qū)域是在健康木質部和腐爛之間的過渡區(qū)域[10]。

2 試驗結果與分析

2.1 外部可見明顯樹洞的古樹檢測

外部可見明顯樹洞的古樹檢測結果顯示（見表1，圖1～圖4）：①7棵古樹9個橫截面的樹洞洞口位置的目測結果與PICUS檢測結果一致，兩棵紅車古樹的不同測試高度的結果也是一致的。②樹洞深度的檢測結果，除編號7的龍眼古樹樹洞被水泥修補無法比較但依然被PICUS準確檢測出來以外，其他6棵古樹8個橫截面的樹洞PICUS診斷結果都要比目測結果的樹洞深度深2.5～23cm。分析原因，目測樹洞的周邊木質部肉眼經常無法透視，但實際也常出現(xiàn)明顯的腐爛，實際的大小應大于目測的結果，因此PICUS檢測結果比目測結果偏大；我們在古樹樹洞修補時清理腐爛木質部之后的樹洞體積總是大于之前目測的。③除了少部分古樹是規(guī)則的橢圓形以外，其他的古樹的形狀都不是完全規(guī)則的圓形或橢圓形，PICUS診斷圖像的形狀與古樹實際形狀有差異，導致洞口寬度和深度的PICUS測量結果存在誤差。

2.2 內部存在明顯空洞的古樹檢測

內部存在明顯空洞的古樹檢測結果顯示（見表2，圖5～圖8）：①10棵古樹14個橫截面的PICUS檢測結果與觀測結果是相吻合的；PICUS能準確檢測出古樹內部的空洞和腐爛率；編號11的木棉古樹和編號12的秋楓古樹兩個測試高度的檢測結果具有一致性。②除了少部分古樹是規(guī)則的橢圓形以外，其他的古樹的形狀都不是完全規(guī)則的，PICUS診斷圖像的形狀與古樹實際形狀有差異，導致空洞的腐爛率是存在實際誤差的。

表1 外部可見明顯樹洞的古樹檢測結果

圖1 芒果1樹洞照片

圖2 芒果1的PICUS診斷畫像

圖3 紅車4b樹洞照片

圖4 紅車4b的PICUS診斷圖像

3 結論與討論

3.1 PICUS的作用

PICUS很好彌補了古樹樹干檢測之前主要靠經驗和估算的不足，可以得出古樹整個橫截面的斷層診斷畫像，能夠比較準確的定位古樹外部可見的樹洞和內部的空洞，同時計算出腐爛的比率。并且可以通過多個橫截面的檢測和三維分析，得出這個樹洞的大小。此外，在實際探測中，還發(fā)現(xiàn)可以結合外部觀察利用PICUS輔助分析家白蟻、樹木褐根病等病蟲害侵入樹木的位置及危害的程度。

3.2 存在的不足

PICUS每次檢測古樹樹干一個橫截面，還無法做到一次對整個樹干進行檢測。檢測結果只能反映某個橫截面的情況，具有局限性。另外，檢測結果需結合外部觀察或者其他儀器才能綜合分析樹干腐爛原因。在野外操作中，當古樹的橫截面是圓形或橢圓形時，那么只需要測量圓周或最寬平面和最窄平面的直徑，但是大多數(shù)古樹是不規(guī)則的，那么在現(xiàn)場確定古樹橫截面的幾何形狀是十分困難的，測量的形狀與實際的形狀會有一定的差異，這也會對檢測結果造成影響。此外，PICUS檢測結果還會受到樹種特性、樹木直徑、樹木形狀、測量形狀、平頭釘長度、傳感器數(shù)量等因素的影響。Elizabeth A.Gilbert（2004）在白樺樹和山核桃屬植物上應用PICUS進行探測，并將所測試的樹木砍伐測量進行嚴格對比驗證，誤差在3%～8%[3]。

表2 內部存在明顯空洞的古樹檢測結果

圖5 華南皂莢13的的PICUS診斷圖像

圖6 華南皂莢14的的PICUS診斷圖像

圖7 樟樹15的的PICUS診斷圖像

圖8 刺桐16的的PICUS診斷圖像

3.3 人的影響

PICUS只是一臺半自動的機器，還是需要人來操作，因此操作人的技術和經驗就顯得非常重要。筆者在長期的使用中也發(fā)現(xiàn)，選擇同一棵有樹洞的形狀不規(guī)則的古樹，由不同的技術人員嚴格按照說明書分別來進行整套的操作，測算出來的古樹形狀存在差異，得到的PICUS診斷畫像和樹洞腐爛的比率也存在差異。雖然這不是人為故意導致的錯誤，但終究會對實際的評判結果造成影響。所以應對技術人員開展專門的培訓，要求技術人員對各種古樹進行深入的研究，熟練掌握各種古樹的檢測方法，提高檢測的準確率。

4 建議

為提高古樹樹干PICUS檢測結果的準確性，應對技術人員開展專門的培訓，認真研究PICUS的說明書和相關研究文獻，了解PICUS的工作原理和操作注意事項和易產生誤差的情況，熟練掌握各種古樹的檢測方法，收集掌握古樹、大樹倒伏的資料，建立專門的數(shù)據庫，提高檢測的準確率。特別需要注意的是，古樹樹干的檢測結果可以作為評價古樹健康狀況和安全性的重要參考數(shù)據，但千萬不能機械的照搬照套，單憑樹干的檢測結果來判斷古樹整體的健康狀況和安全性。例如編號12的千年秋楓，雖然樹干腐朽超過70%以上，但是依然干直葉茂、長勢良好。

［1］王德清.園林樹木健康狀況的快速鑒別［J］.天津農林科技，2006，（5）：45.

［2］黎彩敏，翁殊斐，林云，等.園林樹木健康與安全性評價研究進展［J］.廣東農業(yè)科學，2009，（7）：186-189.

［3］Elizabeth A.Gilbert，E.Thomas Smiley.PICUS Sonic Tomography for the Quantification of Decay in White Oak（Quercus Alba）and Hickory（Carya Spp.）［J］. Journal of Arboriculture，2004，30（5）：277-280.

［4］Isik F，Li B.Rapid assessment of wood density of live Trees using the Resistograph for selection in tree improvement Programs［J］.Canadian Journal of Forest Research，2003，33（12）：2426-2435.

［5］徐華東，王立海，游祥飛，等.應力波和超聲波在立木無缺陷斷面的傳播速度［J］.林業(yè)科學，2011，47（4）：129-134.

［6］張喬松，楊偉兒.古樹、大樹的安全評估［J］.園林，2014，（3）：54-58.

［7］王毅明，韓文泉.PICUS3在南京市梧桐樹干空洞探測中的應用［J］.城市勘測，2015，（1）：119-122.

［8］王明巡.上海主要古樹樹干腐爛狀況檢測研究［J］.安徽農業(yè)科學，2012，40（17）：367-369.

［9］向見，何博.應力波檢測香樟內部腐損程度定量分析［J］.現(xiàn)代農業(yè)科技，2013，（21）：180.

［10］ArgusElectronicGmbh.PICUSSonicTomograph manual［R］.Rostock，Germany，2006.

S788

A

1002-3356（2015）03-0024-03

2015-04-20

廣東省科技計劃項目（項目編號：2011B02040 1009）；廣州市科技計劃項目（項目編號：2060402）。