對(duì)古樹樹齡測定方法的若干思考

朱 婧

時(shí)慧欣

孫宏彥

叢日晨*

1 背景

古樹名木是一個(gè)地區(qū)發(fā)展歷史的見證者和重要的自然資源，也是歷史文化遺產(chǎn)的重要組成部分，具有極其重要的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、歷史文化、社會(huì)和遺傳學(xué)價(jià)值[1]。習(xí)近平總書記指出，文物承載燦爛文明，傳承歷史文化，維系民族精神，是老祖宗留給我們的寶貴遺產(chǎn)，保護(hù)文物功在當(dāng)代、利在千秋。古樹被譽(yù)為活文物，1株古樹就是一個(gè)地區(qū)自然環(huán)境的發(fā)展史；1株名木就是一段歷史的生動(dòng)記載?！豆艠涿酒詹榧夹g(shù)規(guī)范》(LY/T 2738—2016)規(guī)定：古樹是指樹齡在100a以上(含100a)的樹木，其中樹齡在100～299a的為國家三級(jí)古樹，樹齡在300～499a的為國家二級(jí)古樹，樹齡在500a以上的為國家一級(jí)古樹[2]。古樹樹齡測定是古樹保護(hù)的一個(gè)重要基礎(chǔ)性工作，對(duì)古樹等級(jí)的劃分、古樹價(jià)值評(píng)價(jià)、古樹相關(guān)執(zhí)法、古樹普查建檔、古樹保護(hù)管理措施的制定都具有重要意義[3-4]。

古樹樹齡測定可采用的方法，包括依據(jù)文獻(xiàn)資料、人物訪談等樹齡估算法；直接根據(jù)樹盤測定樹齡的年輪鑒定法；依據(jù)采用儀器設(shè)備的針刺儀法、CT掃描法、14C測定法、生長錐法；樹木年齡曲線法；3段法；數(shù)學(xué)模型法等。這些方法引起了一線實(shí)踐部門的興趣，其中文獻(xiàn)追蹤法、年輪與直徑回歸估測法、訪談估測法、針刺儀測定法、年輪鑒定法、CT掃描法，以及14C測定法等，已被寫入標(biāo)準(zhǔn)中[5]，用于指導(dǎo)一線單位根據(jù)樹木健康狀況、當(dāng)?shù)丶夹g(shù)、設(shè)備條件和歷史檔案情況，在不影響樹木生長的前提下開展古樹樹齡測定。但是筆者發(fā)現(xiàn)這些古樹測齡方法存在很大的局限性，有些則存在嚴(yán)重的缺陷，甚至有些只是實(shí)驗(yàn)室的一種探索性研究，導(dǎo)致古樹樹齡估算方法在實(shí)際工作中存在較大的隨意性和不確定性。本文將對(duì)這些方法進(jìn)行分析，提出各種方法的適用場景，并對(duì)古樹樹齡估算方法和前景提出一些思考和建議。

2 古樹樹齡測定方法分析

2.1 文獻(xiàn)追蹤法

文獻(xiàn)追蹤法是指通過查閱地方志、族譜、歷史名人游記、古建筑資料及其他歷史文獻(xiàn)資料，推測樹木年齡的一種樹齡估算方法[6]。例如，北京東城區(qū)花市酸棗王，據(jù)《北京志·市政卷·園林綠化志》記載，植于金代，樹齡已800余年；北京頤和園邀月門前的古玉蘭，據(jù)記載栽植于乾隆年間，樹齡有200余年。

我國古代的宮廷、寺廟、陵寢素有栽植樹木的慣例，由于樹木栽植時(shí)間與古建建成時(shí)間基本一致，因此關(guān)于古建筑的文獻(xiàn)資料也是估算古樹年齡的重要參考。如北京十三陵，在每位安放皇帝棺槨的巨大“寶鼎”周圍的御道上，生長著一些巨大的側(cè)柏樹，通過查閱這些皇帝在位及逝世的年份，就可以推算出這些古樹的年齡。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是有據(jù)可循，如果樹木未被更換過則被估測的古樹樹齡會(huì)非常準(zhǔn)確，且該方法相對(duì)簡單，成本很低。在歷史資料相對(duì)較多的歷史名城，此方法可以相對(duì)準(zhǔn)確地估算古樹樹齡，但是對(duì)于資料較少甚至完全缺乏的偏遠(yuǎn)地區(qū)，此方法不適用，這也是此方法不能實(shí)現(xiàn)對(duì)大多數(shù)古樹測齡的原因。同時(shí)，在實(shí)際工作中，由于獲得查閱縣志、州志、碑刻、銘文、典藏等文獻(xiàn)資料的機(jī)會(huì)有限，導(dǎo)致有些地方使用傳說、演繹、神話作為推算古樹樹齡的依據(jù)，這也是我國各地出現(xiàn)太多“樹王”的原因之一。

2.2 訪談法

訪談法是指通過實(shí)地考察、走訪當(dāng)?shù)乩先双@取相關(guān)資料，進(jìn)而推測樹木大致年齡的一種樹齡估算方法[6]。北京延慶區(qū)千家店鎮(zhèn)長壽嶺的古榆樹，據(jù)村里老人們講，祖輩們口口相傳此樹為明成祖朱棣巡視延慶時(shí)栽植，樹齡600余年，被當(dāng)?shù)匕傩辗鉃椤吧駱洹薄?/p>

訪談法簡單易實(shí)施且成本較低，但受限于人類壽命，對(duì)于100a以內(nèi)的古樹儲(chǔ)備資源樹齡估算比較準(zhǔn)確[6]，對(duì)于樹齡較大的古樹，若依據(jù)人們的口口相傳，容易出現(xiàn)比較大的偏差。

2.3 年輪鑒定法

年輪是樹木在生長過程中受季節(jié)影響形成的，1a產(chǎn)生1輪，因此可以準(zhǔn)確反映樹木的年齡。目前樹齡測定方法大多依據(jù)年輪開展，根據(jù)年輪取樣方法不同可以分為樹盤測定法、生長錐法。

2.3.1 樹盤測定法

樹盤測定法是利用死亡的古樹樹盤測定或估算古樹年齡的一種方法。許敏等對(duì)西藏仁布縣已死的每種古樹選取不同胸圍的枯死古樹殘樁，鋸下完整的樹樁標(biāo)本，打磨后測算出古樹年齡[7]。在運(yùn)用此方法時(shí)，常常使用一些商用儀器設(shè)備如WinDENDRO系統(tǒng)進(jìn)行輔助測試，該系統(tǒng)自帶圖像掃描設(shè)備，可以從樹木橫截面來獲取年輪的圖像數(shù)據(jù)，為年輪、偽輪的鑒定提供技術(shù)支持[8-9]。

特別指出的是，實(shí)踐中古樹樹盤中空現(xiàn)象非常普遍，這給用樹盤法測定古樹樹齡增加了許多難度。如果樹盤可拼湊出完整的年輪信息，則可以準(zhǔn)確估測樹齡；如果樹盤不完整，則需借助交叉定年法等，對(duì)空腐部分年輪數(shù)量進(jìn)行估算，綜合判斷樹木年齡。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單、直接，特別適用于年輪信息完整且已經(jīng)死亡的古樹樹齡估算。用此方法對(duì)活的古樹樹齡進(jìn)行測定時(shí)，多通過采用測定死亡樹枝年齡來推算古樹年齡的方式。巢陽等對(duì)1株活著的古油松的年齡進(jìn)行測定時(shí)，截取了距地面最近的一處死亡大枝的樹盤，通過計(jì)算樹干年齡與該大枝的年齡關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)該古油松年齡的準(zhǔn)確估算，誤差在±11a以內(nèi)[10]。其原理是，由樹木主干定芽長成的枝條的年齡和枝條著生部位主干的年齡相同，所以通過測定主干上這類定芽形成枝條的初始生長年代就可以得到該枝條著生部位主干的初始生長年代。但是在古樹漫長的生命進(jìn)程中，幼林期定芽長出的枝往往很難一直被保留，而著生于樹干中上部的枝，都是后期萌發(fā)的，用這些枝的年齡很難準(zhǔn)確推斷樹干的年齡，這也是造成該方法不能進(jìn)行推廣的主要原因。

2.3.2 生長錐法

生長錐法是利用生長錐在待測樹木的胸徑處(距地面1.3m)鉆取樣芯，隨后對(duì)樣芯進(jìn)行處理，直至可以清晰辨別年輪，進(jìn)而根據(jù)年輪數(shù)確定樹齡的一種樹齡測定方法。邵雪梅等通過生長錐取樣，運(yùn)用骨架圖示意圖進(jìn)行比較辨別偽輪、缺輪，完成交叉定年[11]。賈恒鋒等利用生長錐取樣，估算了西藏尼木縣20棵核桃和10棵大果圓柏的樹齡[12]。

生長錐法的準(zhǔn)確度很大程度上取決于樣芯的完整性，因此對(duì)于樹干中空或胸徑較大的古樹，該方法并不適用。另外，對(duì)于樹干扭曲或偏心生長的古樹，生長錐取樣也不易反映準(zhǔn)確樹齡。生長錐取樣法會(huì)降低樹木物理穩(wěn)定性，易感染并傳播病菌，進(jìn)而對(duì)古樹造成一定損傷。因此，該方法也具有較大的局限性。

生長錐取樣適用于樹干無中空、干型圓整規(guī)則，且樹干半徑小于生長錐長度的古樹樹齡估算。生長錐法的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，測定的結(jié)果精確度較高。該方法適用于特定區(qū)域古樹數(shù)量較多、樹齡相對(duì)較小的古樹群樹齡的估算。通過對(duì)少量古樹進(jìn)行生長錐取樣，結(jié)合數(shù)學(xué)模型獲取該區(qū)域古樹的樹齡估算模型，進(jìn)一步利用類推法或模型估算法無損傷估算同區(qū)域古樹的樹齡。

值得注意的是，利用樹盤測定法、生長錐法等直接利用年輪來判斷樹齡時(shí)，往往面臨偽輪、缺輪、霜輪等問題年輪，為提高測定的準(zhǔn)確度，可以采用交叉定年技術(shù)。該技術(shù)是將在同樣立地條件下生長的同種樹木年輪寬度序列標(biāo)在已建立的坐標(biāo)帶上，畫出年輪曲線，在排除問題年輪的情況下，使樹木的年輪曲線重合，再根據(jù)多個(gè)年輪序列重疊情況來定年，可用COFECHA、TSAP軟件和樹木年輪分析系統(tǒng)WinDENDRO檢驗(yàn)其準(zhǔn)確性[13-17]。

2.4 CT掃描法

CT掃描法是利用CT掃描儀掃描被測古樹胸徑處橫斷面圖像，根據(jù)年輪數(shù)量推測樹木年齡的一種樹齡測定方法。20世紀(jì)50年代法國科學(xué)家Polge H建立了X射線測量樹輪密度的方法，但無資料表明該方法可用于活體樹木[18]。CT法可以檢測心邊材、髓心位置、原木內(nèi)結(jié)子分布等[19-21]。在年輪測定方面，鄭楠等利用CT掃描法開展了樹齡為5a、直徑為10cm的楊樹樹干年輪成像研究[20]，彭冠云利用樹齡為40a、直徑為30cm的杉木原木段開展了不同的CT掃描算法研究[21]，但樹齡估算準(zhǔn)確性有待提高。上述年輪成像研究均在截取的樹干上開展，尚未見在活體樹木上的研究報(bào)道。目前僅有的可將CT掃描法用于古樹樹齡活體檢測的報(bào)道來自2000年《世界農(nóng)業(yè)》的1篇百字左右的“樹齡測定儀”介紹[19]，介紹稱該儀器來自日本，類似于醫(yī)用CT掃描機(jī)，只需用儀器圈住樹干掃描即可迅速顯示樹齡。該文并無儀器的型號(hào)，目前也未見相關(guān)案例的報(bào)道。

從理論上來說，CT掃描法對(duì)樹木無物理損傷，是一種比較理想的樹木年齡測定法。但是受限于科技發(fā)展水平，目前在粗大樹干上檢測的準(zhǔn)確性尚待進(jìn)一步驗(yàn)證。特別是因原木含水率過高，會(huì)導(dǎo)致CT掃描儀在識(shí)別春、秋材時(shí)產(chǎn)生誤差，進(jìn)而嚴(yán)重影響檢測結(jié)果。

另外，CT掃描是否適合野外操作，是否適合對(duì)活古樹的樹齡測定等問題，有待于進(jìn)一步明確。

2.5 針刺儀測定法

針刺儀測定樹齡是將與電腦相連的包含電子傳感器的鉆刺針刺入活體樹干，測量樹木的抗鉆阻抗，利用抗鉆阻抗與木材密度間的線性關(guān)系，估算樹木年齡的方法[22-24]。該方法的工作原理是春材密度小，秋材密度大，針刺儀刺入樹體時(shí)遭遇阻抗不同形成波峰波谷曲線，波谷和波峰分別代表春材和秋材，因此可以利用相對(duì)阻力剖面圖來估算樹木年齡[25-26]。潘虹等利用該方法在樹齡為18～27a的華北落葉松中取得了較為準(zhǔn)確的估測樹齡[27]。針刺儀測定法可以實(shí)現(xiàn)在微損條件下測定活立木年齡，在林業(yè)調(diào)查測齡中具有一定的推廣價(jià)值。

針刺儀法精確度較高、對(duì)樹木的損傷較生長錐法小，適用于不中空，且具有明顯春秋材的樹木[28-29]。但是該方法不適用于有中空的樹木，而中空腐爛現(xiàn)象是古樹中的非常普遍現(xiàn)象，且該方法仍然會(huì)給樹體帶來損傷，因此該方法在古樹樹齡檢測中的應(yīng)用仍具有較大的局限性。

2.6 14C測定法

14C測定法是通過測定樣本物體中14C的含量進(jìn)而確定該物體年代的一種考古方法。該方法的理論依據(jù)是有機(jī)材料中含有14C，而14C不穩(wěn)定具有放射性，其半衰期為5 730±40a，因此根據(jù)14C含量可推知樣本年代。該方法可以用來確定考古學(xué)、地質(zhì)學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)樣本的大致年代。

利用樹木年輪制定14C年代校正曲線基于2個(gè)前提：1)已經(jīng)形成的年輪沒有生命活動(dòng)，停止了C交換；2)大氣14C濃度幾萬年來基本趨于穩(wěn)定，但事實(shí)上大氣14C濃度變化可能高達(dá)10%。這也表明14C測定法具有較大誤差，研究表明誤差可高達(dá)200～1 000a，即使輔之于準(zhǔn)確的年輪校正，誤差也在40～160a。這些前提也決定了14C測定法無法用于準(zhǔn)確測定古樹年齡。

另外一個(gè)問題是，進(jìn)行14C分析的樣品應(yīng)是古樹幼齡時(shí)的芯材，這在實(shí)踐中幾乎是無法做到的。一方面，大多數(shù)高齡古樹十有八九都發(fā)生了樹干中空現(xiàn)象，無法取到幼齡時(shí)的樹芯；另一方面，對(duì)那些樹干完好的古樹，取到幼齡樹芯的辦法是用生長錐鉆取，這幾乎是難以實(shí)現(xiàn)的。因此14C測定法在實(shí)踐中不足以解決古樹準(zhǔn)確測齡問題。

2.7 年輪與直徑數(shù)學(xué)模型法

數(shù)學(xué)模型法是利用相同立地條件下同樹種生長規(guī)律相近的特點(diǎn)，根據(jù)樹木的胸徑、樹高、冠幅、生長增量等生長參數(shù)的實(shí)測值，建立樹木生長參數(shù)和樹齡關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，即得出樹齡與生長參數(shù)之間的關(guān)系式，進(jìn)而推測相近立地條件下同種樹木年齡的一種樹齡估算方法[30-32]。

由于上述生長參數(shù)中樹木胸徑具有持續(xù)穩(wěn)定增加的特性，因此，研究者多采用胸徑參數(shù)建立樹齡的數(shù)學(xué)模型。陳晨等對(duì)古白皮松[33]、張妍對(duì)古樟樹[34]等開展研究，建立了不同環(huán)境條件下不同樹種胸徑與樹齡間的數(shù)學(xué)模型[35]。除了利用胸徑參數(shù)外，也有一些研究利用年輪增長速率建立數(shù)學(xué)模型。許敏等利用西藏仁布縣死亡古樹的殘存樹樁，測算胸圍和年輪數(shù)，推算生長速率，獲得了該地區(qū)21種古樹基于胸圍和生長速率的樹齡推算模型[7]；張喬松等利用樹木不同年齡階段生長速率不同的特點(diǎn)，建立了榕樹3段法樹齡估算模型，取得良好的效果[36]；Xu Yanming等利用古油茶為材料，擬合出：Y=576.0001exp(-4.1530X-0.3142)，可用于估測類似環(huán)境下生長的古油茶樹齡，誤差在9a內(nèi)。式中，Y為基干盤累積生長量；X為基干盤樹輪年齡[37]。Rohner B使用帶有協(xié)變量的非線性方法建立橡樹樹齡的生長模型，測量準(zhǔn)確度較高[38]。Lbsab C等使用異速生長方程建立海棠樹齡和胸徑生長模型[39]；張艷麗等建立了測黃桷樹齡的多元回歸方程，該方程對(duì)于300a以下的樹齡估算精確度較高[40]；熊斌梅等使用3次曲線模型可以很好地表達(dá)黃杉胸徑-樹齡和樹高-樹齡之間的關(guān)系[41]。

因個(gè)體之間存在生長差異，同一樹種相同胸圍年齡也可能存在很大差異。此外，還有許多自然因素影響樹輪的形成，進(jìn)而影響用數(shù)學(xué)模型法測定樹齡的準(zhǔn)確度[42]。為解決這些問題，實(shí)踐中一般通過加大樣本量來加以解決，這在古樹樹齡測定研究中有時(shí)是非常困難的。但是，不可否認(rèn)的是，雖然前期建立模型的過程中需要大量樣本，但數(shù)學(xué)模型建立起來后，對(duì)于待估算樹齡的古樹來說是無損傷的，解決樹干空腐的古樹的測齡問題，這是該方法的最大優(yōu)勢(shì)所在[43-44]。

3 結(jié)論與展望

綜上所述，雖然文獻(xiàn)追蹤法、年輪與直徑數(shù)學(xué)模型法、訪談估測法、針刺儀測定法、年輪鑒定法、CT掃描測定法，以及14C測定法等方法存在諸多不足，但也有很多優(yōu)勢(shì)，當(dāng)條件滿足時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)古樹的較準(zhǔn)確測齡。綜合分析各種方法的優(yōu)劣，古樹測齡工作應(yīng)該注意以下幾個(gè)重點(diǎn)。

1)應(yīng)注意多種方法互相補(bǔ)充。如文獻(xiàn)法結(jié)合生長錐法可能會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)某一古建筑邊側(cè)的古樹的準(zhǔn)確測齡，而采用樹盤法對(duì)死亡的古樹樹齡的測定，可以推算同一地理、氣候條件下的同種活古樹的樹齡。因此，實(shí)踐中，根據(jù)被測古樹的特點(diǎn)，選擇合適的某幾種方法，形成一個(gè)綜合的測定方案是非常重要的。

2)應(yīng)加強(qiáng)數(shù)學(xué)模型的開發(fā)力度。數(shù)學(xué)模型法可解決因樹干中空無法對(duì)古樹進(jìn)行測齡的問題，也不會(huì)造成樹干損傷，對(duì)該方法的研究已經(jīng)成為國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者在古樹測齡領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，并且取得了一定的進(jìn)展。但是由于古樹在漫長的生命進(jìn)程中，受到氣候、土壤等眾多因子的影響，如何把這些眾多因子與古樹年齡建立起令人信服的相關(guān)關(guān)系，仍有很多工作要做，這些工作包括以下幾方面。

(1)與氣象學(xué)交叉，研究在樹木漫長生長過程中的2個(gè)重要因子——溫度和降雨對(duì)樹木生長的影響程度是非常重要的。已有學(xué)者通過對(duì)某一地區(qū)的樹種進(jìn)行年輪分析，建立了古樹年輪年表，并結(jié)合近50a來該地區(qū)的氣象資料 ，利用生態(tài)指標(biāo)分析氣候變化對(duì)樹木生長的影響，重建了這個(gè)地區(qū)的歷史氣候。這項(xiàng)工作是長期的，是一個(gè)地區(qū)開展樹木測齡學(xué)和古氣候?qū)W研究的最基礎(chǔ)的工作之一。

(2)根據(jù)測定對(duì)象的立地條件，確立影響古樹生長的其他主因子非常重要。不可否認(rèn)，影響古樹生長的重要主因子應(yīng)該是降雨和溫度，這也是國內(nèi)外學(xué)者在古樹年齡數(shù)學(xué)模型開發(fā)中常用的2個(gè)主因子，但是這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，比如當(dāng)古樹處于土壤嚴(yán)重瘠薄的環(huán)境中時(shí)，土壤的肥力可能就會(huì)成為影響古樹生長的重要主因子。例如，北京上方山地區(qū)，有很多柏樹生長在巖石縫里，對(duì)1株胸徑為20cm的側(cè)柏樹的年齡測定表明，該樹樹齡已經(jīng)高達(dá)229a，這對(duì)于生長在北京平原地區(qū)的古樹來說是無論如何也達(dá)不到的。因此未來對(duì)相關(guān)數(shù)學(xué)模型的開發(fā)，應(yīng)根據(jù)測定對(duì)象的立地條件，確認(rèn)主因子的范圍，這對(duì)準(zhǔn)確開發(fā)樹木年齡數(shù)學(xué)模型是非常重要的。

(3)研究除了主變量外，其他協(xié)變量在樹木生長過程中的影響程度也非常重要。Rohner B指出，當(dāng)前樹齡測定中的數(shù)學(xué)模型法，沒能盡可能多地利用影響樹木生長的所有環(huán)境因素，測定結(jié)果是不準(zhǔn)確的。可惜的是，自2013年以來，國內(nèi)外學(xué)者在有關(guān)對(duì)樹木測齡的研究中，仍未得出一個(gè)包含所有環(huán)境因子的數(shù)學(xué)模型，這是一個(gè)仍待努力的方向。