对古树树龄测定方法的若干思考
时间：2023-04-09 15:00:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
朱 婧
时慧欣
孙宏彦
丛日晨*
古树名木是一个地区发展历史的见证者和重要的自然资源，也是历史文化遗产的重要组成部分，具有极其重要的生态、经济、历史文化、社会和遗传学价值[1]。习近平总书记指出，文物承载灿烂文明，传承历史文化，维系民族精神，是老祖宗留给我们的宝贵遗产，保护文物功在当代、利在千秋。古树被誉为活文物，1株古树就是一个地区自然环境的发展史；
1株名木就是一段历史的生动记载。《古树名木普查技术规范》(LY/T 2738—2016)规定：古树是指树龄在100a以上(含100a)的树木，其中树龄在100～299a的为国家三级古树，树龄在300～499a的为国家二级古树，树龄在500a以上的为国家一级古树[2]。古树树龄测定是古树保护的一个重要基础性工作，对古树等级的划分、古树价值评价、古树相关执法、古树普查建档、古树保护管理措施的制定都具有重要意义[3-4]。
古树树龄测定可采用的方法，包括依据文献资料、人物访谈等树龄估算法；
直接根据树盘测定树龄的年轮鉴定法；
依据采用仪器设备的针刺仪法、CT扫描法、14C测定法、生长锥法；
树木年龄曲线法；
3段法；
数学模型法等。这些方法引起了一线实践部门的兴趣，其中文献追踪法、年轮与直径回归估测法、访谈估测法、针刺仪测定法、年轮鉴定法、CT扫描法，以及14C测定法等，已被写入标准中[5]，用于指导一线单位根据树木健康状况、当地技术、设备条件和历史档案情况，在不影响树木生长的前提下开展古树树龄测定。但是笔者发现这些古树测龄方法存在很大的局限性，有些则存在严重的缺陷，甚至有些只是实验室的一种探索性研究，导致古树树龄估算方法在实际工作中存在较大的随意性和不确定性。本文将对这些方法进行分析，提出各种方法的适用场景，并对古树树龄估算方法和前景提出一些思考和建议。
2.1 文献追踪法
文献追踪法是指通过查阅地方志、族谱、历史名人游记、古建筑资料及其他历史文献资料，推测树木年龄的一种树龄估算方法[6]。例如，北京东城区花市酸枣王，据《北京志·市政卷·园林绿化志》记载，植于金代，树龄已800余年；
北京颐和园邀月门前的古玉兰，据记载栽植于乾隆年间，树龄有200余年。
我国古代的宫廷、寺庙、陵寝素有栽植树木的惯例，由于树木栽植时间与古建建成时间基本一致，因此关于古建筑的文献资料也是估算古树年龄的重要参考。如北京十三陵，在每位安放皇帝棺椁的巨大“宝鼎”周围的御道上，生长着一些巨大的侧柏树，通过查阅这些皇帝在位及逝世的年份，就可以推算出这些古树的年龄。
该方法的优点是有据可循，如果树木未被更换过则被估测的古树树龄会非常准确，且该方法相对简单，成本很低。在历史资料相对较多的历史名城，此方法可以相对准确地估算古树树龄，但是对于资料较少甚至完全缺乏的偏远地区，此方法不适用，这也是此方法不能实现对大多数古树测龄的原因。同时，在实际工作中，由于获得查阅县志、州志、碑刻、铭文、典藏等文献资料的机会有限，导致有些地方使用传说、演绎、神话作为推算古树树龄的依据，这也是我国各地出现太多“树王”的原因之一。
2.2 访谈法
访谈法是指通过实地考察、走访当地老人获取相关资料，进而推测树木大致年龄的一种树龄估算方法[6]。北京延庆区千家店镇长寿岭的古榆树，据村里老人们讲，祖辈们口口相传此树为明成祖朱棣巡视延庆时栽植，树龄600余年，被当地百姓封为“神树”。
访谈法简单易实施且成本较低，但受限于人类寿命，对于100a以内的古树储备资源树龄估算比较准确[6]，对于树龄较大的古树，若依据人们的口口相传，容易出现比较大的偏差。
2.3 年轮鉴定法
年轮是树木在生长过程中受季节影响形成的，1a产生1轮，因此可以准确反映树木的年龄。目前树龄测定方法大多依据年轮开展，根据年轮取样方法不同可以分为树盘测定法、生长锥法。
2.3.1 树盘测定法
树盘测定法是利用死亡的古树树盘测定或估算古树年龄的一种方法。许敏等对西藏仁布县已死的每种古树选取不同胸围的枯死古树残桩，锯下完整的树桩标本，打磨后测算出古树年龄[7]。在运用此方法时，常常使用一些商用仪器设备如WinDENDRO系统进行辅助测试，该系统自带图像扫描设备，可以从树木横截面来获取年轮的图像数据，为年轮、伪轮的鉴定提供技术支持[8-9]。
特别指出的是，实践中古树树盘中空现象非常普遍，这给用树盘法测定古树树龄增加了许多难度。如果树盘可拼凑出完整的年轮信息，则可以准确估测树龄；
如果树盘不完整，则需借助交叉定年法等，对空腐部分年轮数量进行估算，综合判断树木年龄。
该方法的优点是简单、直接，特别适用于年轮信息完整且已经死亡的古树树龄估算。用此方法对活的古树树龄进行测定时，多通过采用测定死亡树枝年龄来推算古树年龄的方式。巢阳等对1株活着的古油松的年龄进行测定时，截取了距地面最近的一处死亡大枝的树盘，通过计算树干年龄与该大枝的年龄关系，实现了对该古油松年龄的准确估算，误差在±11a以内[10]。其原理是，由树木主干定芽长成的枝条的年龄和枝条着生部位主干的年龄相同，所以通过测定主干上这类定芽形成枝条的初始生长年代就可以得到该枝条着生部位主干的初始生长年代。但是在古树漫长的生命进程中，幼林期定芽长出的枝往往很难一直被保留，而着生于树干中上部的枝，都是后期萌发的，用这些枝的年龄很难准确推断树干的年龄，这也是造成该方法不能进行推广的主要原因。
2.3.2 生长锥法
生长锥法是利用生长锥在待测树木的胸径处(距地面1.3m)钻取样芯，随后对样芯进行处理，直至可以清晰辨别年轮，进而根据年轮数确定树龄的一种树龄测定方法。邵雪梅等通过生长锥取样，运用骨架图示意图进行比较辨别伪轮、缺轮，完成交叉定年[11]。贾恒锋等利用生长锥取样，估算了西藏尼木县20棵核桃和10棵大果圆柏的树龄[12]。
生长锥法的准确度很大程度上取决于样芯的完整性，因此对于树干中空或胸径较大的古树，该方法并不适用。另外，对于树干扭曲或偏心生长的古树，生长锥取样也不易反映准确树龄。生长锥取样法会降低树木物理稳定性，易感染并传播病菌，进而对古树造成一定损伤。因此，该方法也具有较大的局限性。
生长锥取样适用于树干无中空、干型圆整规则，且树干半径小于生长锥长度的古树树龄估算。生长锥法的优点是成本较低，测定的结果精确度较高。该方法适用于特定区域古树数量较多、树龄相对较小的古树群树龄的估算。通过对少量古树进行生长锥取样，结合数学模型获取该区域古树的树龄估算模型，进一步利用类推法或模型估算法无损伤估算同区域古树的树龄。
值得注意的是，利用树盘测定法、生长锥法等直接利用年轮来判断树龄时，往往面临伪轮、缺轮、霜轮等问题年轮，为提高测定的准确度，可以采用交叉定年技术。该技术是将在同样立地条件下生长的同种树木年轮宽度序列标在已建立的坐标带上，画出年轮曲线，在排除问题年轮的情况下，使树木的年轮曲线重合，再根据多个年轮序列重叠情况来定年，可用COFECHA、TSAP软件和树木年轮分析系统WinDENDRO检验其准确性[13-17]。
2.4 CT扫描法
CT扫描法是利用CT扫描仪扫描被测古树胸径处横断面图像，根据年轮数量推测树木年龄的一种树龄测定方法。20世纪50年代法国科学家Polge H建立了X射线测量树轮密度的方法，但无资料表明该方法可用于活体树木[18]。CT法可以检测心边材、髓心位置、原木内结子分布等[19-21]。在年轮测定方面，郑楠等利用CT扫描法开展了树龄为5a、直径为10cm的杨树树干年轮成像研究[20]，彭冠云利用树龄为40a、直径为30cm的杉木原木段开展了不同的CT扫描算法研究[21]，但树龄估算准确性有待提高。上述年轮成像研究均在截取的树干上开展，尚未见在活体树木上的研究报道。目前仅有的可将CT扫描法用于古树树龄活体检测的报道来自2000年《世界农业》的1篇百字左右的“树龄测定仪”介绍[19]，介绍称该仪器来自日本，类似于医用CT扫描机，只需用仪器圈住树干扫描即可迅速显示树龄。该文并无仪器的型号，目前也未见相关案例的报道。
从理论上来说，CT扫描法对树木无物理损伤，是一种比较理想的树木年龄测定法。但是受限于科技发展水平，目前在粗大树干上检测的准确性尚待进一步验证。特别是因原木含水率过高，会导致CT扫描仪在识别春、秋材时产生误差，进而严重影响检测结果。
另外，CT扫描是否适合野外操作，是否适合对活古树的树龄测定等问题，有待于进一步明确。
2.5 针刺仪测定法
针刺仪测定树龄是将与电脑相连的包含电子传感器的钻刺针刺入活体树干，测量树木的抗钻阻抗，利用抗钻阻抗与木材密度间的线性关系，估算树木年龄的方法[22-24]。该方法的工作原理是春材密度小，秋材密度大，针刺仪刺入树体时遭遇阻抗不同形成波峰波谷曲线，波谷和波峰分别代表春材和秋材，因此可以利用相对阻力剖面图来估算树木年龄[25-26]。潘虹等利用该方法在树龄为18～27a的华北落叶松中取得了较为准确的估测树龄[27]。针刺仪测定法可以实现在微损条件下测定活立木年龄，在林业调查测龄中具有一定的推广价值。
针刺仪法精确度较高、对树木的损伤较生长锥法小，适用于不中空，且具有明显春秋材的树木[28-29]。但是该方法不适用于有中空的树木，而中空腐烂现象是古树中的非常普遍现象，且该方法仍然会给树体带来损伤，因此该方法在古树树龄检测中的应用仍具有较大的局限性。
2.6 14C测定法
14C测定法是通过测定样本物体中14C的含量进而确定该物体年代的一种考古方法。该方法的理论依据是有机材料中含有14C，而14C不稳定具有放射性，其半衰期为5 730±40a，因此根据14C含量可推知样本年代。该方法可以用来确定考古学、地质学和水文地质学样本的大致年代。
利用树木年轮制定14C年代校正曲线基于2个前提：1)已经形成的年轮没有生命活动，停止了C交换；
2)大气14C浓度几万年来基本趋于稳定，但事实上大气14C浓度变化可能高达10%。这也表明14C测定法具有较大误差，研究表明误差可高达200～1 000a，即使辅之于准确的年轮校正，误差也在40～160a。这些前提也决定了14C测定法无法用于准确测定古树年龄。
另外一个问题是，进行14C分析的样品应是古树幼龄时的芯材，这在实践中几乎是无法做到的。一方面，大多数高龄古树十有八九都发生了树干中空现象，无法取到幼龄时的树芯；
另一方面，对那些树干完好的古树，取到幼龄树芯的办法是用生长锥钻取，这几乎是难以实现的。因此14C测定法在实践中不足以解决古树准确测龄问题。
2.7 年轮与直径数学模型法
数学模型法是利用相同立地条件下同树种生长规律相近的特点，根据树木的胸径、树高、冠幅、生长增量等生长参数的实测值，建立树木生长参数和树龄关系的数学模型，即得出树龄与生长参数之间的关系式，进而推测相近立地条件下同种树木年龄的一种树龄估算方法[30-32]。
由于上述生长参数中树木胸径具有持续稳定增加的特性，因此，研究者多采用胸径参数建立树龄的数学模型。陈晨等对古白皮松[33]、张妍对古樟树[34]等开展研究，建立了不同环境条件下不同树种胸径与树龄间的数学模型[35]。除了利用胸径参数外，也有一些研究利用年轮增长速率建立数学模型。许敏等利用西藏仁布县死亡古树的残存树桩，测算胸围和年轮数，推算生长速率，获得了该地区21种古树基于胸围和生长速率的树龄推算模型[7]；
张乔松等利用树木不同年龄阶段生长速率不同的特点，建立了榕树3段法树龄估算模型，取得良好的效果[36]；
Xu Yanming等利用古油茶为材料，拟合出：Y=576.0001exp(-4.1530X-0.3142)，可用于估测类似环境下生长的古油茶树龄，误差在9a内。式中，Y为基干盘累积生长量；
X为基干盘树轮年龄[37]。Rohner B使用带有协变量的非线性方法建立橡树树龄的生长模型，测量准确度较高[38]。Lbsab C等使用异速生长方程建立海棠树龄和胸径生长模型[39]；
张艳丽等建立了测黄桷树龄的多元回归方程，该方程对于300a以下的树龄估算精确度较高[40]；
熊斌梅等使用3次曲线模型可以很好地表达黄杉胸径-树龄和树高-树龄之间的关系[41]。
因个体之间存在生长差异，同一树种相同胸围年龄也可能存在很大差异。此外，还有许多自然因素影响树轮的形成，进而影响用数学模型法测定树龄的准确度[42]。为解决这些问题，实践中一般通过加大样本量来加以解决，这在古树树龄测定研究中有时是非常困难的。但是，不可否认的是，虽然前期建立模型的过程中需要大量样本，但数学模型建立起来后，对于待估算树龄的古树来说是无损伤的，解决树干空腐的古树的测龄问题，这是该方法的最大优势所在[43-44]。
综上所述，虽然文献追踪法、年轮与直径数学模型法、访谈估测法、针刺仪测定法、年轮鉴定法、CT扫描测定法，以及14C测定法等方法存在诸多不足，但也有很多优势，当条件满足时，也可实现对古树的较准确测龄。综合分析各种方法的优劣，古树测龄工作应该注意以下几个重点。
1)应注意多种方法互相补充。如文献法结合生长锥法可能会实现对某一古建筑边侧的古树的准确测龄，而采用树盘法对死亡的古树树龄的测定，可以推算同一地理、气候条件下的同种活古树的树龄。因此，实践中，根据被测古树的特点，选择合适的某几种方法，形成一个综合的测定方案是非常重要的。
2)应加强数学模型的开发力度。数学模型法可解决因树干中空无法对古树进行测龄的问题，也不会造成树干损伤，对该方法的研究已经成为国内外有关学者在古树测龄领域的一个热点，并且取得了一定的进展。但是由于古树在漫长的生命进程中，受到气候、土壤等众多因子的影响，如何把这些众多因子与古树年龄建立起令人信服的相关关系，仍有很多工作要做，这些工作包括以下几方面。
(1)与气象学交叉，研究在树木漫长生长过程中的2个重要因子——温度和降雨对树木生长的影响程度是非常重要的。已有学者通过对某一地区的树种进行年轮分析，建立了古树年轮年表，并结合近50a来该地区的气象资料 ，利用生态指标分析气候变化对树木生长的影响，重建了这个地区的历史气候。这项工作是长期的，是一个地区开展树木测龄学和古气候学研究的最基础的工作之一。
(2)根据测定对象的立地条件，确立影响古树生长的其他主因子非常重要。不可否认，影响古树生长的重要主因子应该是降雨和温度，这也是国内外学者在古树年龄数学模型开发中常用的2个主因子，但是这是远远不够的，比如当古树处于土壤严重瘠薄的环境中时，土壤的肥力可能就会成为影响古树生长的重要主因子。例如，北京上方山地区，有很多柏树生长在岩石缝里，对1株胸径为20cm的侧柏树的年龄测定表明，该树树龄已经高达229a，这对于生长在北京平原地区的古树来说是无论如何也达不到的。因此未来对相关数学模型的开发，应根据测定对象的立地条件，确认主因子的范围，这对准确开发树木年龄数学模型是非常重要的。
(3)研究除了主变量外，其他协变量在树木生长过程中的影响程度也非常重要。Rohner B指出，当前树龄测定中的数学模型法，没能尽可能多地利用影响树木生长的所有环境因素，测定结果是不准确的。可惜的是，自2013年以来，国内外学者在有关对树木测龄的研究中，仍未得出一个包含所有环境因子的数学模型，这是一个仍待努力的方向。
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