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浅谈树木年龄测定方法的研究进展
2013年7期目录
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　　摘要：指出了准确鉴定树木生长年龄是一个国际性的技术难题，目前，国内外关于树木年龄测定的方法很多，但都停留在“估算推算”阶段，没有达到“精准快速”的水平。分析了国内外树龄测定的各种方法的优劣，提出了树木年龄测定技术的新展望与方向：即传统与现代有机结合，简单实用低成本。 中国论文网 /7/view-4317687.htm　　关键词：树木年龄测定方法；年轮；进展 　　收稿日期： 　　基金项目：重庆市科技计划项目“科技平台与基地建设”（编号：cstc2011pt-gc80019）资助 　　作者简介：吴斡宁（1968—），男，重庆人，高级工程师，主要从事园林植物保护管理研究。中图分类号：S758 文献标识码：A 　　文章编号：13） 　　1 引言 　　树木生长周期长，有记录的最长寿树如美国一株刺果松（Pinus aristata），树龄可达万年之久。但如何准确鉴定其生长年龄是一个很难的技术问题，传统的按树木生长年轮来计算的方法，只能够测定生长期很短的如100年以内的树木，且树干良好，没有腐烂中空。多年来，国内外很多学者不断探索，目前国际上流行的古树年龄测定方法主要有3种：①生长锥法，根据年轮测定树龄，但一般不常采用；②CT扫描法，但CT对古树生长有影响，而且设备贵，测定成本高；③14C测定法，需要专业的仪器在古树上取样，而且误差在20年以上。三种方法都存在设备贵、技术难度和实际操作难度大等不足，在古树年龄认定时，多据调查人员的实践经验来确定，其准确性难以得到可靠保证。 　　树龄是判别古树及其等级的唯一依据。古树保护工作中，实际年龄的鉴定往往成为棘手的技术难题。很多学者采取估算加推算的方法，进行了有一定水平的探索。但各地气候、物理、树种等都不一样，因此，没有一个完整的科学快速测定树龄的办法。 　　树龄鉴定技术与大气物理、地质、考古等有极大的相关性。年轮已成为此研究的一个重要领域。树被称为活档案，年轮就是记录。它说明树木本身的年龄，每年的降水量和温度变化，记录森林大火、早期霜冻以及从周围环境中吸取的化学成分。因此，只要人类揭开年轮及树的秘密，就会向人类诉说从它出世起，周围发生的大量事情。现在这个学科的热点课题是从年轮中测出过去的气象以及气象的重大变化。因此，未来树木年龄测定技术将变得越来越重要。本文集国内外测树龄技术于一体，并对测定树龄技术提出新的展望。 　　2 传统树龄测定技术。 　　2.1 年轮计数法 　　这是一种最直接最基础的方法。年轮系指茎的横切面上所见一年内木材和树皮的生长层而言。这是1957年国际木材解剖学家协会的定义。树木春长秋止，并且在树干截面上形成疏密相间的圆圈，称为年轮。每年一轮，树木截面上的年代数目代表该树的年龄。轮与轮间的距离为轮距，而轮距并非均等，它与当时气候条件密切相关。气候温暖湿润，植物生长旺盛，轮距就宽，如果干旱少雨则轮就窄。 在一株树中，年轮的数目由树干基部往上逐渐减少。 　　年轮的排列特别，宽窄相间。较宽的木质较松，色浅；较窄的木质较密，色深。一深一浅两圈，是树的一岁。因为夏季温度较高，水量充足，树木生长快；秋冬季水量不足，树木休眠状态生长慢，树干就留下了深浅窄宽的年轮。 　　这种方法适用于树龄小于100年的树木。对于有的年轮不清楚不便识别的树木，数年轮是比较细致的技术活，可以重复多人次数，取得一致准确结果。台湾学者[13]提出了加氯化铁增加茶树年轮的可识度。 　　2.2 数枝条法 　　其原理是树木每生长一年其技条也萌发一轮。对为20～30年以下的小龄树算年龄还是比较方便的。从末端往主干上数，一年生的枝条一般生在最末端，也就是一岁，抽出一年生枝条的就是二年生枝条，也就是两岁。依次往上数，数到主干，就是这棵树的年龄了。正常情况下，温带的树木通常一年内只形成一个生长轮。但也有个别树木一年要萌发两轮的，那样的话，这种方法计算树木的年龄就不准确了。 　　2.3 访谈法 　　调查古树一般可以通过实地考察、走访当地老人长者的方法来推测古树的大致年龄。一些乡村，古树对当地居民的观念意识和精神世界有较大的影响。有的古树，往往就是一个村屯的标志和图腾象征，百姓尤其是村中老人，把古树当作风水命脉，将其作为神灵来供奉朝拜。这种做法带有迷信色彩，但客观上对乡村古树保护却具有独特的作用。乡村民风淳朴，村中的大小事情靠口头及村规民约代代相传。因此，当地人对村中古树比较了解，而且印象深刻。所以，可以通过走访当地老人来获取一些关于乡村古树的资料，并粗略地推测树龄。 　　访谈法是一种比较简单的社会调查研究方法，作为乡村古树年龄鉴定的辅助手段，它同样也具有较大的误差和局限性，只适合对那些树龄较小（100年）的古树进行鉴定。 　　这种方法在国内古树名木调查中广为采用。很多省市古树年龄都是用这种方法估算出来的。这方法简单实用，但科学性准确性比较差。 　　2.4 文献追踪法 　　按照人类目前的医疗卫生生活水平，居民寿命一般难以过100岁。而古树树龄多达百年以上，所以对那些高龄的古树就不适宜采用访谈法。要了解当地古树的年龄，除应用年轮测定和交叉定年法进行精确测定外，可通过查阅文献来推算，如某些地方历史文献资料如地方志、族谱、名人游记等，对当地古树名木也有相关的文字记载。这种方法称为文献资料追踪调查法，在一定程度上可以弥补访谈法的缺陷。 　　优点就是方法简单，只需要通过一般的文献查找和简单的数字推算就能得到所需要的结果，其准确程度有赖于当时文献记载的精度，也取决于个人分析处理文献数据的水平和能力。 　　缺点则有：一是资料奇缺。因为调查所需的地方历史文献很难找到；二是古今地名的变更及自然环境的变迁，增加了地理考证工作的难度；三是地方文献对乡村古树一般没有记载。因为南方自然生境好，森林覆盖率高，古树常见，因此，人们一般不会过多关注其数量、种类及生存状况。乡村信息传播手段落后，知名度低，因此，地方文献对乡间事鲜有提及。所以，要想通过历史文献资料的记载了解现今数量已比较稀少的乡村古树的年龄不容易。广州、重庆、北京、南京、西安等历史名城，多用此方法。
　　2.5 简单类比法 　　野外调查时，对于一些无法进行树芯取样和具体测量的乡村偏远古树，可据以往在相同（或气候地理相似）地区古树样本测量数据的统计资料，分别统计不同树种，不同年龄段所得的平均值，以此作为计算以及年轮判读的经验值，解决这些古树年龄难以判断的问题。这种方法就是类比推断法。该方法的准确度与类比数据的可靠性有关，而后者又与测试样本的数量有关。另外，不同的地区或不同的时期，有时需要对经验值进行修正和相关的检验分析。此法的优点是可利用计算机辅助手段进行数据处理和统计分析，缺点是所测对象的树龄是间接分析的结果，与实际情况可能有一定误差。 　　3 现代树龄测定技术 　　3.1 生长锥法 　　这种“T”字型工具将细细的锥筒穿进树皮，使锥筒向内旋转穿过树心，再将探取杆插入筒中取出筷子粗的木条，得到带有年轮的木条标本。在木条上打磨出年轮分界线，用放大镜观察便可数出年轮。整个过程像做微创手术。不过这个看似简单的办法实施起来却很困难，只有通过树心得出的树龄才准确，但几乎所有古树树干都不是绝对直。即便熟知树木生长习性的熟手，有时也要通过两三次取样才能找到树心。 　　这种方法直接科学准确测定出树木的年龄。对树木存在一定的伤害。对年龄巨大的古树不适用，只能测年龄在100年左右的树木。 　　3.2 侧枝年轮鉴定法 　　侧枝年轮鉴定法是根据古树Ⅰ、Ⅱ级及以上级别侧枝的年轮数，结合各侧枝年龄与树干高度、侧枝长度建立相关数学回归模型，计算古树实际年龄。袁传武、章建斌[11]等人对这种方法进了专门研究，提出了完整的测定程式，步骤和注意事项。 　　3.3 数据对照法 　　有专家根据北方树木生长特点制定标准，按照标准，柏类、白皮松胸径在30cm以上，五角枫、油松、君迁子则在40cm以上，银杏、流苏则达到50cm以上，国槐、榆树、皂角则是60cm以上，可认定为百年古树；而300年以上的标准更高，像柏类、白皮松、七叶树要达到60cm，油松70cm，银杏、国槐等90～100cm。此法需各地用基础的年轮方法作为基础性数据收藏工作，各地方差别大，不同树种之间也不一样。因此，需反复比照，多次核实才能达到理想的测定效果。 　　这里面有很多学者对此进行过研究，生物个体都要经历不同的生命时期，都有不同的体态。树木到了老年，都有各自的老态。王其超[13]观察到古梅老态的六标志：树干扭曲；皮层隆起；小枝盘曲；树皮反翘剥落、苔藓、地衣缠身，百年以上的古梅有此老态；木腐中空，疮迹斑斑；树根凸突裸露；此老态在古榕、古樟、古朴树等亦常见。 　　3.4 CT法 　　日本林业专家研制成一种不需锯树就能准确地测定出树龄的树龄测定仪器。该仪器类似医用CT扫描机，体积不大，使用时只要把树干圈在里面进行扫描，树龄即会迅速显示出来，不会对树木造成损坏。这种仪器能测定直径1m 以内的树干，也就是说，它可测知千年以内的古树。郑楠[19]等提出 CT测龄法，通过三维 CT扫描，然后重建得到树干断面图像，在重建前后均可对图像进行处理以增强质量，最后通过年轮数目来判断树龄。 　　3.5 测定树龄X射线装置 　　日木研究成功一种能测定树木年龄的X射线装置该装置可以拍摄树木断层照片，以提供内部生长状况。使用这种装置不用破坏树干，只要将它卡在树干周围即可。根据树十断面透射的X射线强度，再经过设定的电子系统处理，就可获得清晰的图象从而得知树木的年轮。王庭魁[17]、林金国[18]等研究了X射线无损检测树木年轮的基本原理和实验方法，拍摄了清晰的年轮图像，分析和讨论了提高年轮图像清晰度的途径，给出了测算年轮宽度的公式，X射线无损检测树木年轮、生长势、外观形态、树皮状况、样本材质硬度的研究。 　　3.6 14C测定法 　　14C测定法最早应用于考古学，后来结合古树年轮辅助性测定交叉定位来测定树木的年龄。 　　基本原理是：放射性14C是由大气层中宇宙射线冲击14N而产生的。14C与O2结合形成CO2，CO2被生物吸收到组织细胞中。当生物活着的时候，放射性同位素14C与稳定同位素12C的比例保持平衡。虽然14C有一部分衰变为12C，但新的14C不断补充进去，使14C与12C的比例仍然保持平衡。当生物死后，14C不仅得不到补充，相反由于衰变而含量不断减少。14C的半衰期为5730年。标本中含14C率与现代生物中含14C率比较，可以求得标本年龄。 　　14C年龄测定法的前提条件是所测样本必须停止与大气中的14C交换，否则无法测定其衰减情况，故该法只能测定没有生命的物体。这种方法程序复杂，操作繁琐，需要昂贵的设备条件和技术力量来支撑，对时间跨度大，测试的结果比较精确（10年），但这种测试手段和条件一般单位难以具备。所以，乡村小镇的古树年龄测定时，一般都无法使用。 　　从大树的不同部位的年轮取样作测年，所得的14C年代与树轮的实际年代还是有差别的；它们的实际差距在2000年内基本是一致的，但是到年前就有不小的差距了。因此，各国学者在准确测定树木年轮的年代之后，将14C年代与精细的树轮年代学方法进行比较，从中找到误差规律，再用树轮对14C作精确校正，这就是树轮曲线和树轮校正的方法。现在已经可以用近万年的树轮，去校正14C测定的年代。1965年问世的树轮校正曲线经改进，综合1000多个不同实验室测定的数据，建立了统一的曲线和表。1998年建立的年代校正曲线，是目前国际通用的数据。 　　14C测年法之父是个美国人利比（W.F.Libby）。1947年创立了用放射性14C测定年代的方法，这法也在考古学广为采用。 　　国内最权威的学者仇士华[6]对此进了30多年研究，提出了测定的相关程式和注意事项。此法技术上先进可行，但操作起来比较麻烦，费时费工费钱，且准确性也受多种因素制约，因而应用不多。
　　3.7 加速器质谱14C断代方法（AMS方法） 　　AMS（Accelerator Mass Spectrometry的简写）法与14C断代原理基本相同，都是基于样品中14C同位素原子数随时间按指数函数衰变的规律；只是二者的所测物理量和测试技术有别，前者以对14C原子计数代替对β粒子的计数。 　　AMS方法是加速器技术、质谱技术和探测鉴别技术的产物，具有一些优点。①是AMS所需样品量少，一般1～5mg就足够了，甚至20～50μg；②是精确度高误差小；③是测定年代可以扩展到7.5～10万年；④是测量所用时间较短（30min）。AMS方法还可以解决如陶器起源的追溯、人类祖先何时到达美洲、农业起源的时间等问题。但这种方法也有其不足，精确度不如传统方法，只不过效率相对高些。但测定费用高。 　　4 结论与展望 　　树木年龄测定技术经过几十年的发展，取得了长足的进步，但成熟可操作性强的用于活体古树年龄测定的技术还是很少。国内学者更关注传统测树龄技术的发扬光大。1983年郭永台[15]提出用树皮确定树木年龄的方法；赵中振、唐晓军等1990年提出了一种判断树龄的新方法并申请发明专利，取树皮，用水或甘油与水软化，后切制成10～30μm厚的薄片，染色后在显微镜下观察韧皮纤维束构成的环带层数即树皮年龄，其特点是简便，易行，无害树体。这种方法对树皮年轮明显的树种最为适用。对于外皮不易剥落，或树皮不完整者大龄古树的测定有明显的不足。 　　张乔松[16]在《广州古树树龄鉴定初研》提出三段法测定古树年龄的方法，有一定的实际意义，可以与侧枝法和现代统计方法相结合达到精确测定树木年龄的效果。谢春平等[20]图象法也有一定的创新，利用树木的生长特性，结合CAD图像处理软件，测古树年龄。 　　日本学者[1～3]侧重运用现代科技手段和统计方法进行测定仪器的研究，并取得了世界领先的水平。德国的应力波测树木的技术世界领先，并研发定型仪器PICUS树面断层检测仪，虽然造价高，对于树木测年龄有一定的辅助技术支持。 　　4.1 侧枝法必定流行 　　这种方法的优点在于能保证精确度下做到不伤古树主干，测树龄同时能很好保护古树本身。这种技术关键在于对于古树本身年轮，木材结构，地理气候学等相关的研究要达到一定的水平才行。这需要各国学者通力合作，信息共享，才能达到成熟的技术。 　　4.2 开发可操作性强，成本低的树龄测定仪器 　　如14C测定法进一步简化。同样地14C技术要运用现代科研成果，进一步简化取样，将准确性与交叉定年技术结合，运用适当年轮校正曲线，以达到高效准确地测定树木年龄的技术。 　　4.3 建立古树数据库 　　李军龙[4]等认为因为树轮宽度对气候变化响应密切，与温度、降水和其他气候因子影响力大。因此，不同地区树木年轮校正曲线也是不一样的。要尽可能运用死亡的古树年轮资料，建立数据库，校正曲线库，分别建立不同树种，不同地区国家的古树年轮资料库。如此，形成计算辅助系统，为活的古树测定提供技术支持。 　　4.4 传统与现代相结合技术路线 　　传统技术是现代测树龄技术的根本，现代技术是树木年龄测定的未来，二者有机结合才可能高效准确。如生长锥技术与图象处理和CT法充分协作互补可以更精准地测定树龄。 　　2013年7月 绿 色 科 技 第7期参考文献： 　　[1] 船田良，近藤健彦，小林修等.軟X線デンシトメトリーによるヤチダモ天然木の年輪解析[J].北海道大学農学部演習林研究報告，）：12～21. 　　[2] 川添陽平，吉田茂二郎，高嶋敦史等.ヤクスギ天然林における年輪年代学的研究[J].九州森林研究，2008（3）. 　　[3] 鷲﨑弘朊.年輪年代法と炭素14年代法の問題点[J].九州森林研究，2009（11）. 　　[4] 胡云龙.古树年龄的估测法[J].华东森林经理，）. 　　[5] 李军龙，徐 雯.树轮宽度对气候变化响应的研究进展[J].西南林业大学学报，）. 　　[6] 张雪莲，仇士华.夏商周断代工程中应用的系列样品方法测年及相关问题[J].考古，2006（2）. 　　[7] 马利民，胡振国.干旱区树轮年代学研究中的交叉定年技术[J].西安工程学院学报，）. 　　[8] 王树芝.树木年代学研究进展[J].考古，2001（7）：47～54. 　　[9] 马利民，胡振国.干旱区树轮年代学研究中的交叉定年技术[J].西安工程学院学报，）. 　　[10] 邵雪梅，方修琦，刘洪滨等.柴达木东缘山地千年祁连圆柏年轮定年分析[J].地理学报，2003（1）. 　　[11] 袁传武，章建斌，张家来，等.湖北省古树年龄鉴定方法[J].湖北林业科技，2012（1）. 　　[12] 杨伟儿，贺漫媚，张乔松，等.广州市第四批古树名木树龄鉴定[J].广州园林，2003（3）. 　　[13] 王其超.古梅老态辨识与树龄评估[J].生命世界，1992（4）. 　　[14] 茶树树龄测定方法[J].台湾农业情况，1994（2）. 　　[15] 郭永台.用树皮确定树木年龄的方法[J].林业资源管理，1983（5）. 　　[16] 张乔松，杨伟儿.广州古树树龄鉴定初研[J].中国园林，1994（3）. 　　[17] 王庭魁，刘自强，王耀明.X射线无损检测树木年轮的研究[J].东北林业大学学报，1987（2）. 　　[18] 林金国，徐永吉，陈 晞，等.木质材料无损检测方法及应用[J].木工机床，2002（2）. 　　[19] 郑楠，魏东波，张立凯.基于CT图像的树木测龄法[J].广州园林，2009（10）. 　　[20] 谢春平，黄 群，方 彦，等.图像处理法在古树名木树龄鉴定中的应用[J].湖北农业科学，2011（20）.
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