黄河中游地区古树健康诊断标准及其应用

2016-12-15刘建军

西南林业大学学报 2016年6期

关键词：侧柏古树健康状况

周威刘建军王京

(1. 西北农林科技大学风景园林艺术学院，陕西杨凌 712100；2. 西北农林科技大学林学院，陕西杨凌 712100)

黄河中游地区古树健康诊断标准及其应用

周威1刘建军1王京2

(1. 西北农林科技大学风景园林艺术学院，陕西杨凌 712100；2. 西北农林科技大学林学院，陕西杨凌 712100)

通过资料查阅、实地调研、数据分析和专家会商等途径，筛选出适用于该地区的古树健康诊断形态指标，确立各指标的分级依据，构建古树健康诊断标准，并依据该标准对陕西中部地区86株古国槐和古侧柏的健康状况进行诊查。结果表明：古树的健康状况大多为良和一般，不同树种有些许差异，其结果与古树长势强弱成正相关，能够反映古树健康的真实状况，应用效果良好。此外，对影响古树健康状况的原因进行分析，并提出相应解决方法。

古树；健康状况；诊断标准；侧柏；国槐

古树为树龄在100 a以上的树木，其分级的标准根据不同部门文件的规定而有所不同。古树是大自然给予的宝贵物产资源，也是前人留给人们的历史文物和文化遗产，是有生命的无价之宝，有 “活化石”、“国宝”、“活文物” 之称[1]，是区域人文景观和自然景观的综合载体。它是历史的见证，是研究古代和近代自然史的重要资料，为考古学、古生态学、古生物学、化石学、年轮学等学科的研究提供了重要物证，还为古地理地质与古气候水文的研究提供依据；它也是人类社会文明程度的象征，记载了中华民族的悠久历史和灿烂文化[2]。因此，及时调查和正确评估古树的健康状况，确定古树的健康诊断体系，对于更好地保护古树具有重要意义[3]。

国内外对于树木健康状况诊断的研究较多，也比较早，但大多集中在城市园林领域。如Paine等人[4-6]早在20世纪70年代已建立了树木潜在伤害数据系统，以用于树木的健康预测；旧金山公园与康乐局在20世纪80年代用85个指标建立了全世界最详细的树木危害等级系统，全面反映树木的生活状况[7]；杨义波[8]将街路园林树木健康等级划分为5级，并简要给出了分级标准。有许多侧重点各异的与之类似的研究[9-10]。

古树由于其树龄大，存活时间久，而在外部形态、生理生化、生殖过程等方面与中幼龄的园林树木又多有不同，具有特殊性，因此在古树的健康诊断方面，也应形成一套具有针对性的诊断系统。而目前该领域的研究还只处于起步阶段，多集中在方法参考借鉴、经验总结介绍等方面[11]。同时，我国古树健康诊断体系还没有具有说服力的统一标准，不同学者研究差异较大。谢媛媛等[12]针对北京地区创造了一套古树健康评价指标体系，然而该体系各指标的制定略显随意，没有考虑到树形、叶色、萌芽等重要指标，且加入了立地环境等与树体本身无关的间接指标，对古树整体健康状况诊断的准确程度有待进行更深入的商榷和探讨。陈峻崎[13]和王晓晖[14]分别建立的古树健康评价体系均囊括了树体形态、土壤和叶片理化性质等若干指标，并通过特定诊断方法得出结论，该类体系看似科学完备而实际操作过于繁琐，效率较低，不确定因素很多，实用性较差，难以推广应用。刘瑜[15]通过一系列数学筛选方法，得到了北京市不同树种古树健康诊断标准，较为科学有效，但不同种类的树体千差万别，将所有指标放在一起作为评定依据显得不甚妥当，且其地域和树种的限制使该标准的应用存在一定局限。另外，北京市发布了古树名木评价的地方标准[16]，相对最为权威，但由于全国各地树种、气候、环境等差异，该标准若要向全国推广尚有一定难度。

黄河中游地区位于中国内陆腹地，是中华文明的重要发祥地之一，是炎帝故里和黄帝陵寝所在之处，孕育了辉煌灿烂而影响深远的周秦文化，悠久的历史传承和文化积淀遗留下了十分丰富的古树资源。但是关于该地区古树的科研进展较为缓慢，没有引起相关学者足够的重视，尤其对古树资源的健康状况研究较少，鲜见对其健康诊断方面的报道，更没有形成一套科学合理的古树健康诊断体系，这十分不利于该地区古树的科学管理和保护，不利于传统历史文化财富的继承和发扬。因此，建立黄河中游地区古树健康状况的诊断标准十分必要且势在必行。

1 研究地概况

研究地涉及陕西省中部古树资源较为丰富的西安市、宝鸡市、兴平市、杨凌区、周至县及周公庙和黄帝陵两处景区 (图1)，范围包括关中平原和陕北黄土高原沟壑区，地处北纬34°00.307′～35°35.253′、东经107°06.386′～109°16.175′，海拔403～983 m。属中温带大陆性季风气候，四季分明，盛行西北风和东南风，年平均气温6～14 ℃，无霜期120～220 d。年均降水量450～700 mm，年蒸发量1 000～2 000 mm，属于干旱半干旱地区。除了2株古柏位于黄帝陵后山上的大片山林中，其余作为健康诊断对象的古树均为孤植或形成稀疏的小片树群。

图1 古树样点位置分布图 (截取自高德地图)

Fig.1 Location map of sample ancient trees(from AutoNavi)

2 研究方法

2.1 研究对象

本研究共选取了59株国槐 (Sophorajaponica) 和27株侧柏 (Platycladusorientalis) 共86株百年以上的古树进行健康诊断。其中，古侧柏胸径范围为63.7～267.5 cm，基径为75～301 cm，树高为8～16 m，冠幅为6～15 m；古国槐胸径为57～210 cm，树高为7.5～35.0 m，冠幅为4.5～19.0 m。

2.2 建立古树健康诊断指标体系及其标准

科学合理的指标体系建立是对古树进行健康诊断的最关键步骤，直接关系到诊断的准确程度。每个指标应尽可能描述出与古树健康有关的生长因子，应具有代表性和概括性，应易获取、易判断、易测量、易计算，应互相独立、互相补充、环环相扣。指标体系应全面、客观、系统、平衡地反映古树的健康状况。

为达到上述要求，查阅了国内外大量树木健康诊断的研究成果和最新进展，并全面综合囊括立地条件、土壤状况、气象气候、生长环境、人为影响、病虫害、生长势及其关系等各方面的因子，制定调查表格，实地详细踏查调研了许多古树，甄别判断各指标的科学性、准确性、实用性和必要性，以及各指标之间的相互关系。同时，参考了众多古树专业科技人员和相关专家学者的意见建议，排除了大量间接的非针对古树形态的外部环境指标，在尊重古树自身生长规律的前提下，从中筛选出了对反映古树健康状况最具有代表性的10个形态指标。其中，树势代表了古树的整体概况，冠型和枝叶密度描述了古树树冠的健康程度，树皮损伤程度和树干及大枝枯损程度代表了古树主干的健康状态，树梢及枝端枯损程度和枝条生长状态概括了小枝的生长状况，叶 (芽) 的长势和叶色描述了叶片的外在表现，萌芽萌蘖通过与枝叶量的结合说明了其所代表的古树健康状况。

根据各指标的特性，每个指标均包括从0～4共5级的细致分级，并针对每一级进行直观精练的文字描述，由此构建出一套基于形态的科学完整、操作简便快捷、通俗易懂、可靠性高的古树健康诊断评价指标体系 (表1)。

表1 古树健康状况诊断指标体系

根据古树生长状况的外在表现对各指标逐一进行评分，即可得到：

S=∑ni÷10式中：S为古树健康程度得分；ni为各指标的得分。

表2给出了健康状况等级和各级健康状况判定的阈值，将古树的健康状况区分为优、良、一般、衰弱、濒临枯死5级，确立了以外部生长状况为依据的古树健康程度快速判断标准。该标准通过优化使各指标的权重尽可能保持一致，而简化了诸如层次分析法、模糊综合评价法及主成分分析法等主观性较强的权重评定步骤，以降低诊断过程中的不确定性，也使诊断过程更快速更高效。依据本标准，由表1各指标得分 (ni) 计算出的古树健康程度得分 (S) 直接对应表2的分级区间，即可迅速得到该古树的健康状况。

表2 古树健康状况等级标准

3 古树健康诊断标准的应用

3.1 诊断结果

诊断结果见图2所示，从图2可发现，不同健康程度的古树数量从大到小依次为良 > 一般 > 优 > 衰弱 > 濒死，这是由于古树在漫长的生长过程中遭受自然、人为、病虫害等外部环境因素的长期侵扰及古树自身的衰老和耐受侵扰的抗衡作用共同形成的，因此，古树的健康状况大多为良和一般，优等的数量只排在第三，而濒死的古树几乎没有，与近些年人为的抢救措施和伐除干预有关 (图3)。这个结论与绝大多数研究相符[11-13,15]。

图2 所有参评古树的健康状况等级分布

Fig.2 Grade map of health status of all the ancient trees

从图2也可以发现，古国槐的健康等级最多的是良，其次是优，处于优良级别的占到了81%，而古侧柏最多的是一般的健康级别，其比例高达72%，处于优良级别的仅占16%。且同一树种在不同研究区域诊断结果的总体趋势并无明显差别，国槐为良和优，侧柏为一般和衰弱，可见研究区古国槐的健康状况整体要优于古侧柏，这可能与树种的自身特性与生长习性及环境适应程度有关。

图3 不同健康程度古国槐示例

3.2 古树树龄与健康的关系

本研究将有史料记载的年龄较为可信的26株古树作为样本，寻找它们的年龄与树高、胸径、基径等生长指标的函数关系，发现年龄与胸径的拟合效果最好：

y=-0.000 04x3+0.045x2+3.783 3x-254.5 (R2=0.928 4)

式中：x代表胸径，cm；y代表年龄，a。

根据此关系式，可推知所有86株古树的年龄。而树龄与健康状况的关系如图4所示，由此可知，无论是什么树种，古树的健康状况好坏与年龄并无明显的相关性，说明随年龄增长而出现的自然衰老现象并非是古树健康与否的重要影响因素。

图4 古树年龄与其健康程度的关系

Fig.4 The relationships between age and health level of ancient trees

3.3 影响古树健康的原因

根据调查结果分析显示，人为干扰是影响古树健康状况的最主要原因。一方面，古树附近大都建有大大小小的庙宇和祠堂，或者位于景区内或道路旁，人流量较大，人为干扰普遍比较严重，会造成土壤严重板结和树体人为损坏等问题；另一方面，疏于管理的街边或村巷的古树周围常常覆盖有水泥等硬质铺装，严重影响根部通气透水，根基附近或树洞内大多倾倒有生活垃圾或污水，影响古树生长。管东生等[17]在白云山的研究也表明，人为干扰会导致土壤容重、pH值增大，而使土壤有机质、水分、总氮、总磷和有效磷的含量明显减少。说明人为干扰对古树健康的危害非常显著。然而，人为干扰也有积极的一面。随着近些年人们对古树这一珍稀活文物的愈加关注，其健康状况越来越受到重视，目前大多数位于景区内的古树逐渐在进行必要的修补、填充、支撑、加固、复壮和抢救等人为保护干预措施，很多古树也加装了护栏和警示标志，以减少人为破坏。盼望这些积极的措施能够逐步推广开来，惠及散生于各地的古树。

病虫害是仅次于人为干扰的影响古树健康的重要原因。有89.5%被调查的古树存在不程度的病虫害。其中，国槐主要被朱砂叶螨、槐蚜和槐尺蠖及槐小卷蛾等鳞翅目害虫为害，秋季尤为严重，少数可见轻度的槐腐烂病；侧柏主要为害种类为侧柏毒蛾、侧柏大蚜和侧柏红蜘蛛，侧柏叶凋病较为常见。但由于这些病虫害并不十分严重，均没有危及古树的生命，因此目前未见针对病虫害的相关综合管理和防治措施，基本上仅靠古树自身的防御和抵抗能力与病虫害相抗衡。

另外，酸雨及酸沉降也会影响古树的正常功能和土壤的营养组分[18]，进而损害古树的健康[19]。大风、洪水、暴雪、干旱、雷击、冰雹和极端高温或低温等极端天气事件以及森林火灾也有可能对古树产生致命伤害。

4 结论与讨论

本研究着力探索了初步适用于黄河中游地区的科学合理的诊断指标体系，严格筛选了合适的健康诊断指标。古树的健康状况虽然受诸多内因和外因影响，但它们影响的强度和深度最终均需要在树体的外在形态特征上表现出来，在健康诊断中属于反映树木健康状况的间接指标，因此，传统树木健康评估标准中的立地条件、土壤状况、生长空间、寄生附生等影响因素不作为本标准的古树健康诊断指标，而将其作为影响古树长势的可能原因进行分析。同时，本标准也舍弃了叶形等树种间差别较大的指标，摒弃了花、果等存在时间较短的生殖特征指标。相较于杨义波[8]的评价标准更为全面、直接、灵活，更易判断；比朱丽辉等[11]的评价依据更为科学、全面，清晰明了；较黎彩敏等[10]的评价方法更为简练明确；相比谢媛媛等[12]的评价指标更科学，更具针对性；相较陈峻崎[13]和王晓晖[14]的诊断指标和方法更为简便快速，可操作性和普适性大大增强；而本标准单独判断各指标，在灵活性和易操作性方面略优于刘瑜[15]的评价标准。应用本标准对古树进行健康诊断不直接接触古树，不会对古树有任何干扰和破坏，仅从外观上一目了然的树体形态指标来反映古树的健康状况。在实际应用中，可根据本诊断体系迅速得出健康诊断结果，为进一步对古树进行研究及制定保护与复壮方案提供基础资料。

对所有参评古树的诊断结果进行统计分析，结果具有显著性差异且符合正态分布，其分值大小与古树生长势强弱成正相关，能够反映古树健康的真实状况，应用效果良好，表明该标准能较好地适用于该地区国槐和侧柏等多种古树的健康诊断需求。今后应将该标准逐步拓展至涵盖山西、陕西等所有黄河中游地区，最终向全国推广，并为今后古树健康状况诊断的研究提供方法和思路借鉴。

经综合分析，树种差异、人为干扰、病虫害、极端天气等是影响研究区内古树健康状况的主要因素，而年龄并非主要因素。因此，在保护古树的过程中应有针对性地采取保护措施。首先，要削弱人为干扰对古树产生的不利影响。如控制风景区的人流量；为古树划出足够的区域，拆除硬质铺装，设立护栏及警示牌，严禁倾倒垃圾和污水；在不致古树倒塌的前提下，对古树周围的建筑物进行改造，恢复古树的采光通风需求；铺设地下管线时避免伤害古树根系等。其次，应加强古树病虫害的预警监测和综合防治管理。再次，针对极端天气事件带来的影响，要加强古树对其抵抗能力。如对干心空腐开裂的古树进行加固填充，增强树干承重能力；对倾斜、腐损的大枝及时进行支撑；安装避雷针；关注气象预报，做好灾害预防工作等。最后，应适时改良土壤立地条件，改善土壤通气透水性和养分状况；对衰弱和濒临枯死的古树应加强监测和保护，进行重点抢救。

本古树健康诊断标准是一种快速简便的判定古树健康与否的方法，并不适用于高精度的诊查要求。如果需要进一步提高诊断精准度，就有必要进行更细致更复杂地检查，如对能够表征古树健康状况的生理生化和分子等相关指标进行测定，从而更准确地发现古树的早期健康隐患，以便及时制定和调整古树的疾病预防与养护管理的实施方案。

[1] 王忠仁. 古树名木在风景名胜资源中的地位和作用[J]. 华东森林经理, 1991, 5(4): 52-54.

[2] 闫茂华, 聂宪贵, 宋喜贵, 等. 云台山风景名胜区古树名木社会生态调查[J]. 淮海工学院学报 (人文社会科学版), 2003, 1(3): 57-59.

[3] 刘瑜. 古树健康评价研究进展[J]. 世界林业研究, 2013, 26(1): 37-42.

[4] Paine L A. Administrative goals and safety standards for hazard control oil forested recreation sites, Note PSW-160[R]. USA: Pacific Southwest Forest Range and Experiment Station, US Forest Service, 1973.

[5] Paine L A. Coding hazardous tree failures for a data management system: Note PSW-29[R]. USA: Pacific Southwest Forest Range and Experiment Station, US Forest Service, 1978.

[6] Paine L A. Accident hazard evaluation and control decisions on forested recreation sites: PSW-68[R]. USA: USDA, 1971.

[7] Bakken S R. Tree hazard control program: guidelines and standards for the California Department of Parks and Recreation[R]. Sacramento, CA, USA: The Resources Agency, 1986.

[8] 杨义波. 街路园林树木健康状况与园林植物多样性的相关关系[J]. 林业科技, 2006, 31(4): 64-65.

[9] 叶有华, 虞依娜, 彭少麟, 等. 澳门松山公园树木健康评估[J]. 热带亚热带植物学报, 2009, 17(2): 131-136.

[10] 徐世芳, 李小英, 夏静, 等. 昆明海口林场森林健康状况评价[J]. 西南林业大学学报, 2015, 35(2): 68-72.[11] 朱丽辉, 陶艳萍, 曾辉, 等. 沈阳东陵油松古树生长状况及保护对策[J]. 山东林业科技, 2008, 1(3): 34-35.

[12] 谢媛媛, 吴海龙, 黄灏峰, 等. 北京古树健康评价[J]. 林业资源管理, 2012, 1(6): 71-75.

[13] 陈峻崎. 北京市古树健康评价研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2014.

[14] 王晓晖. 北京古树生态监测与评价[D]. 北京: 北京林业大学, 2011.

[15] 刘瑜. 北京市古树健康外貌特征评价研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2013.

[16] 北京市园林绿化局. DB11/T 478—2007. 古树名木评价标准[S]. 北京: 中国标准出版社, 2007.

[17] 管东生, 林卫强, 陈玉娟. 旅游干扰对白云山土壤和植被的影响[J]. 环境科学, 1999, 11(6): 6-9.

[18] Izuta T, Yamaoka T, Nakaji T, et al. Growth, net photosynthesis and leaf nutrient status ofFaguscrenataseedlings grown in brown forest soil acidified with H2SO4or HNO3solution[J]. Trees, 2004, 18(6): 677-685.

[19] Shan Y. Effects of simulated acid rain onPinusdensiflora: inhibition of net photosynthesis by the pheophytization of chlorophyll[J]. Water, Air, and Soil Pollution, 1998, 103(1): 121-127.

(责任编辑张坤)

Diagnostic Criteria of Ancient Trees Health and Its Application in Middle Reaches of Yellow River

Zhou Wei1, Liu Jianjun1, Wang Jing2

(1. College of Landscape Architecture and Arts, Northwest A & F University, Yangling Shaanxi 712100, China;2. College of Forestry, Northwest A & F University, Yangling Shaanxi 712100, China)

In this study, through information inquiry, field research, data analysis and expert consultation, we screened out morphological indices which are suitable for the health diagnosis of ancient trees in the area and established the grading basis of each index. Then an ancient trees healthy diagnostic criteria was built. According to the criteria, 86 ancient trees (SophorajaponicaandPlatycladusorientalis) were checked up in Shaanxi midland. It is found the health of ancient trees mostly in the middle and slight discrepancy in different species and the health atatus is positively correlated with the growth of the ancient trees. The results can reflect the true state of ancient trees health with good application effect. Moreover, the factors affecting ancient trees health were analyzed and the corresponding solutions were proposed.

ancient trees, health status, diagnostic criteria,Platycladusorientalis,Sophorajaponica