古樹年輪研究進展

陳晨 劉光武 張新權 王柯力

摘要：指出了研究古樹年輪不僅可以得到樹齡信息，通過建立氣象因子與年輪的關系，還可以還原古氣候過程、災害經歷、污染物含量等。綜述了古樹年輪的研究進展及測定方法，總結起來可分為兩種：一種是做樹干截面或鉆孔，另一種是利用射線技術，再結合計算機軟件，圖像分析技術，最后確定樹齡。各地在古樹調查時，可因地制宜選擇適宜的方法鑒定古樹年齡。

關鍵詞：古樹;年輪;研究方法

中圖分類號：S757.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2018）11-0027-02

1 引言

古樹一般指具有100年以上樹齡的樹木。古樹是珍貴的自然遺產和獨特的人文景觀，具有生命的無價之寶和活的文物標本，是自然環境變遷的見證者和記錄著。鑒定古樹樹齡，確定保護級別，能夠有效對古樹實施保護。同時，樹齡的鑒定能夠為林業刑事案件的定性及判決提供可靠的法律依據[1]。

2 年輪學研究進展

在溫帶和暖溫帶地區，形成層在生長季氣和非生長季分泌大小、顏色均不相同的細胞，在樹干橫斷面上會產生深淺相間的同心圓環，稱為年輪。人們可以根據根莖部位同心圓環數來判斷樹齡。古樹年輪不僅承載著樹齡信息，年輪細胞中還承載著古氣候過程、災害經歷、污染物含量等信息[2]。年輪寬度一直是人們研究的主要對象，借助氣象資料，研究樹木生長與氣象因子之間的關系，從而獲得過去數百年甚至數千年的生態環境變化的史事。

歐美樹木年輪學研究歷史源遠流長，古希臘自然科學大師Theophrastus（371-287130是論述樹木年輪的第一人。du Monceau和de Buffon發現1709年寒冬導致樹木產生明顯的黑年輪。美國Twining 1983年發現同一地區多種樹木的年輪存在相似的生長規律，據此可重建某個地區的氣候歷程。Kuechler J（1823～1893）采用交叉定年技術研究了德克薩斯州西部的氣候[3]。1910年，天文學家Douglass AE（1867-1962）發現美國西南部干旱區的樹木年輪與降水量之間關系密切，于1914年發表了根據年輪重建降水量變化的論文，從而開創了年輪氣候學，被后人尊為樹木年輪學之父。之后，樹木年輪研究在美國西南部地區陸續開展。隨后，樹木年輪學在世界各地持續蓬勃發展，目前，它已有多個分支學科：年輪考古學、年輪生物學、樹木年輪氣候學、樹木年輪水文學、樹木年輪冰川學、樹木年輪災害學、樹木年輪昆蟲學等。

3 研究方法及進展

3.1 生長錐測定法

在樹干某個部位，用生長錐對準髓心鉆取一段木條，將木條固定在合適的木槽內，打磨出年輪分界線，用放大鏡觀察數出年輪數[4]，再加上由根莖部位長至此部位所需年數，即為樹齡。用生長錐鉆取木條之后，應立即用無毒泥土或熟石灰封住洞孔。此法能準確測定樹木年齡，但對古樹有一定傷害。

3.2 側枝年輪鑒定法

在古樹主干上，選取一段由定芽長成的I級側枝，此處枝條底部年輪數與主干相同位置年輪數相同。打磨加工斷面，用高分辨率光掃描儀獲取斷面信息，運用計算機手段和數字圖像技術對年輪圖像進行分析處理，獲取年輪寬度信息。用獲得的年輪寬度信息，加上由根莖部位長至此處所需年數，即為古樹樹齡。也可獲取側枝底部斷面平均年輪寬度，再用根莖除以平均年輪寬度，可得根莖部位年齡，誤差為20年[1]。

3.3 經驗方程法

此法是用生長錐鉆取樹干，獲得大量直徑、年齡數據，再借助數學模型，建立經驗方程。之后在工作中，只需測量相關樹種的直徑，代人經驗方程，即可得到樹齡信息[5]。此類方法，一是要積累大量的直徑一年齡數據，二是數據要有代表性。

3.4 X射線技術

20世紀60年代，X射線技術成功地應用于樹木年輪學研究（Polge，1970）[6]。80年代日本研制成功一種能測量樹木年齡的X射線裝置。它根據樹干斷面早材、晚材透射X射線的強度，再經過設定的電子系統處理，可獲得清晰地電子圖像，從而得知樹木的年輪。木材密度包含了從年輪寬度中所無法提取的年輪信息（Parker&Henoch，1971）[7]。X射線能檢測樹木年輪、生長勢、材質硬度等。但采用X射線測活古樹的年齡，會抑制古樹生長。同時，X射線分析所用設備昂貴，操作過程比較繁瑣。目前，這方面的研究主要集中在歐美幾個國家的樹木年輪實驗室中。

3.5 CT技術

CT年輪測定儀，將儀器固定在樹干上進行掃描，可得樹干斷面圖像信息，圖像信息經過處理后，可得樹齡信息。鄭楠等以楊樹為樣本用CT三維掃描法準確測定其樹齡，證明CT掃描法在理論上是正確的[8]。在實際生產應用中，只要開發一套可以在野外操作的便攜式CT系統，即可將CT測齡法應用于實際并加以推廣。

3.6 圖像技術

采用圖像技術的理論基礎是：由于早材、晚材所形成的細胞大小。細胞壁厚薄均不相同，成像時會形成不同的灰度，可以從年輪灰度中提取年輪信息。利用圖像分析可得到年輪寬度、早材寬度、晚材寬度、早材反射亮度、晚材反射亮度、年輪的平均亮度等8個指標[9]。

圖像分析技術使計算機系統代替了價格昂貴的密度分析儀，減輕了勞動量、降低了實驗成本。

對于邊材、心材及其它因素導致樹干斷面細胞顏色有變化的，圖像技術就無法代替密度分析儀了[9]。

3.7 年輪分析儀

年輪分析儀利用高分辨率的光掃描儀獲取年輪信息，運用計算機手段和數字圖像技術對年輪圖像進行分析處理，從而得到分析樣品的年輪寬度、密度等信息[10]。

3.8 ¹⁴C測定法

美國人利比（W.F.Libby）1947年提出了用放射性¹⁴C測定年代的方法¹⁴C年齡測定的前提條件是所測樣本必須停止與大氣中的“C交換，否則無法測定衰減情況，故該法只能測定沒有生命的物體[11]。¹⁴C測定法是在考古學中應用較多。

¹⁴C測定法對時間跨度大（¹⁴C半衰期為5730年），測試結果誤差小（10年），但程序復雜，操作繁瑣，需要昂貴的設備條件和技術力量支撐，測試手段和條件一般單位難以具備。

4 結論

（1）年輪不僅承載年齡信息，而且承載古氣候信息、災害信息、污染物含量信息等。

（2）古樹年齡的測定方法很多，總結起來可分兩大類，一種是做樹干截面或鉆孔，另一種是利用射線技術，再結合計算機軟件，圖像分析技術，最后確定樹齡。

（3）射線技術有成本高、鑒定程序復雜、數據龐雜等缺點，但誤差低。

（4）古樹作為歷史古跡的組成部分被保存下來，是活著的文物。國家對古樹名木保護工作也越來越重視，但古樹樹齡鑒定往往成為一個技術難題。在實際生產應用中，如果能開發一套可以在野外操作的便攜式儀器設備，去簡單快捷鑒定樹齡，將會解決樹齡鑒定研究的難題。

參考文獻：

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