古树年轮研究进展

陈晨 刘光武 张新权 王柯力

摘要：指出了研究古树年轮不仅可以得到树龄信息，通过建立气象因子与年轮的关系，还可以还原古气候过程、灾害经历、污染物含量等。综述了古树年轮的研究进展及测定方法，总结起来可分为两种：一种是做树干截面或钻孔，另一种是利用射线技术，再结合计算机软件，图像分析技术，最后确定树龄。各地在古树调查时，可因地制宜选择适宜的方法鉴定古树年龄。

关键词：古树;年轮;研究方法

中图分类号：S757.9 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2018）11-0027-02

1 引言

古树一般指具有100年以上树龄的树木。古树是珍贵的自然遗产和独特的人文景观，具有生命的无价之宝和活的文物标本，是自然环境变迁的见证者和记录着。鉴定古树树龄，确定保护级别，能够有效对古树实施保护。同时，树龄的鉴定能够为林业刑事案件的定性及判决提供可靠的法律依据[1]。

2 年轮学研究进展

在温带和暖温带地区，形成层在生长季气和非生长季分泌大小、颜色均不相同的细胞，在树干横断面上会产生深浅相间的同心圆环，称为年轮。人们可以根据根茎部位同心圆环数来判断树龄。古树年轮不仅承载着树龄信息，年轮细胞中还承载着古气候过程、灾害经历、污染物含量等信息[2]。年轮宽度一直是人们研究的主要对象，借助气象资料，研究树木生长与气象因子之间的关系，从而获得过去数百年甚至数千年的生态环境变化的史事。

欧美树木年轮学研究历史源远流长，古希腊自然科学大师Theophrastus（371-287130是论述树木年轮的第一人。du Monceau和de Buffon发现1709年寒冬导致树木产生明显的黑年轮。美国Twining 1983年发现同一地区多种树木的年轮存在相似的生长规律，据此可重建某个地区的气候历程。Kuechler J（1823～1893）采用交叉定年技术研究了德克萨斯州西部的气候[3]。1910年，天文学家Douglass AE（1867-1962）发现美国西南部干旱区的树木年轮与降水量之间关系密切，于1914年发表了根据年轮重建降水量变化的论文，从而开创了年轮气候学，被后人尊为树木年轮学之父。之后，树木年轮研究在美国西南部地区陆续开展。随后，树木年轮学在世界各地持续蓬勃发展，目前，它已有多个分支学科：年轮考古学、年轮生物学、树木年轮气候学、树木年轮水文学、树木年轮冰川学、树木年轮灾害学、树木年轮昆虫学等。

3 研究方法及进展

3.1 生长锥测定法

在树干某个部位，用生长锥对准髓心钻取一段木条，将木条固定在合适的木槽内，打磨出年轮分界线，用放大镜观察数出年轮数[4]，再加上由根茎部位长至此部位所需年数，即为树龄。用生长锥钻取木条之后，应立即用无毒泥土或熟石灰封住洞孔。此法能準确测定树木年龄，但对古树有一定伤害。

3.2 侧枝年轮鉴定法

在古树主干上，选取一段由定芽长成的I级侧枝，此处枝条底部年轮数与主干相同位置年轮数相同。打磨加工断面，用高分辨率光扫描仪获取断面信息，运用计算机手段和数字图像技术对年轮图像进行分析处理，获取年轮宽度信息。用获得的年轮宽度信息，加上由根茎部位长至此处所需年数，即为古树树龄。也可获取侧枝底部断面平均年轮宽度，再用根茎除以平均年轮宽度，可得根茎部位年龄，误差为20年[1]。

3.3 经验方程法

此法是用生长锥钻取树干，获得大量直径、年龄数据，再借助数学模型，建立经验方程。之后在工作中，只需测量相关树种的直径，代人经验方程，即可得到树龄信息[5]。此类方法，一是要积累大量的直径一年龄数据，二是数据要有代表性。

3.4 X射线技术

20世纪60年代，X射线技术成功地应用于树木年轮学研究（Polge，1970）[6]。80年代日本研制成功一种能测量树木年龄的X射线装置。它根据树干断面早材、晚材透射X射线的强度，再经过设定的电子系统处理，可获得清晰地电子图像，从而得知树木的年轮。木材密度包含了从年轮宽度中所无法提取的年轮信息（Parker&Henoch，1971）[7]。X射线能检测树木年轮、生长势、材质硬度等。但采用X射线测活古树的年龄，会抑制古树生长。同时，X射线分析所用设备昂贵，操作过程比较繁琐。目前，这方面的研究主要集中在欧美几个国家的树木年轮实验室中。

3.5 CT技术

CT年轮测定仪，将仪器固定在树干上进行扫描，可得树干断面图像信息，图像信息经过处理后，可得树龄信息。郑楠等以杨树为样本用CT三维扫描法准确测定其树龄，证明CT扫描法在理论上是正确的[8]。在实际生产应用中，只要开发一套可以在野外操作的便携式CT系统，即可将CT测龄法应用于实际并加以推广。

3.6 图像技术

采用图像技术的理论基础是：由于早材、晚材所形成的细胞大小。细胞壁厚薄均不相同，成像时会形成不同的灰度，可以从年轮灰度中提取年轮信息。利用图像分析可得到年轮宽度、早材宽度、晚材宽度、早材反射亮度、晚材反射亮度、年轮的平均亮度等8个指标[9]。

图像分析技术使计算机系统代替了价格昂贵的密度分析仪，减轻了劳动量、降低了实验成本。

对于边材、心材及其它因素导致树干断面细胞颜色有变化的，图像技术就无法代替密度分析仪了[9]。

3.7 年轮分析仪

年轮分析仪利用高分辨率的光扫描仪获取年轮信息，运用计算机手段和数字图像技术对年轮图像进行分析处理，从而得到分析样品的年轮宽度、密度等信息[10]。

3.8 ¹⁴C测定法

美国人利比（W.F.Libby）1947年提出了用放射性¹⁴C测定年代的方法¹⁴C年龄测定的前提条件是所测样本必须停止与大气中的“C交换，否则无法测定衰减情况，故该法只能测定没有生命的物体[11]。¹⁴C测定法是在考古学中应用较多。

¹⁴C测定法对时间跨度大（¹⁴C半衰期为5730年），测试结果误差小（10年），但程序复杂，操作繁琐，需要昂贵的设备条件和技术力量支撑，测试手段和条件一般单位难以具备。

4 结论

（1）年轮不仅承载年龄信息，而且承载古气候信息、灾害信息、污染物含量信息等。

（2）古树年龄的测定方法很多，总结起来可分两大类，一种是做树干截面或钻孔，另一种是利用射线技术，再结合计算机软件，图像分析技术，最后确定树龄。

（3）射线技术有成本高、鉴定程序复杂、数据庞杂等缺点，但误差低。

（4）古树作为历史古迹的组成部分被保存下来，是活着的文物。国家对古树名木保护工作也越来越重视，但古树树龄鉴定往往成为一个技术难题。在实际生产应用中，如果能开发一套可以在野外操作的便携式仪器设备，去简单快捷鉴定树龄，将会解决树龄鉴定研究的难题。

参考文献：

[1]谢春平，黄群，方彦，等.图像处理在古树名木树龄鉴定中的应用[J]湖北农业科学，2011（20）：4289～4291.

[2]祁承经，赵运林，喻勋林，等.树木年轮学综论[J].中南林业科技大学学报，2017，37（3）：1～8.

[3]]Kuechler J.The droughts of western Texas[J].The Texas Alma-nac，1861：136～137.

[4]覃勇榮，刘旭辉，兰萍.乡村古树年龄鉴定的基本方法探讨[J].大众科技，2007（96）：109～111.

[5]陈森，李道梅，陈炜，等.广西南宁市古树名木年龄的确定[J].云南林业调查规划设计，1997（83）：1～6.

[6]王婷，于丹，李江风，等.树木年轮宽度与气候变化关系研究进展[J].植物生态学报，2003，27（1）：23～33.

[7]Parker M.1.&W.E.S.Henoch.1971.The; use of Engelmanspruce latewood density for endrochronological purposes.Canadi-an Journal of Forest Research，1971（1）：90～98.

[8]郑楠，魏东波，张立凯.基于CT图像的树木测龄法[J].全国数字成像与CT新技术，2009（6）：48～53.

[9]邵雪梅.树轮年代学的若千进展[J].第四纪研究，3（265～271）.

[10]谢昆青，李志尧.树木年轮研究的扫描图像的分析方法及其在环境演变中的应用[J].北京：第四纪研究，2000，20（3）：259～269.

[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，2012，173（1）：23～25.