古樹年齡鑒定方法研究進展

高 星

(故宮博物院，北京 100006)

1 引言

古樹指樹齡在100年以上的樹木。作為景觀環境中重要組成部分，古樹見證了歷史的變遷，是有生命的“活文物”，具有極高的歷史文化、科學研究、生態及社會價值。古樹的環境適應性很強，其通過自然選擇達到百年以上樹齡，是園林植物種質資源庫中的重要資料，也為選擇鄉土樹種及園林適生樹種提供重要參考。正所謂名園易得，古木難求，每一株古樹均具有獨特性、不可再生性和不可替代性[1]，因此科學有效保護古樹資源意義重大。

樹齡是篩選和劃分古樹的唯一標準[2]。根據北京市現行標準，樹齡在300年(含300年)以上的樹木為一級古樹，樹齡在100年(含100年)以上300年以下的樹木為二級古樹[3]。國內其他地區也存在把古樹定為3個級別的不同劃分標準[4]。

樹齡鑒定是古樹建檔普查與保護中一項長期且重要的工作，隨著科技的發展，古樹樹齡鑒定方法不斷更新優化，但現有檢測方法均存在一定局限性，樹齡鑒定工作的準確高效性受到技術制約，主要體現在以下幾個方面：一是古樹樹齡較大，相較于旺盛生長的年輕樹木，古樹需要受到更多保護，原則上不允許采用具有傷害性的方法開展樹齡鑒定工作。通過觀察測算古樹樹體地徑年輪的方法雖然最為直觀準確，但對于具有生命且需要重點保護的古樹來講顯然不具有可實施性。二是古樹常存在枝干中空現象，年輪完整性已經破壞，導致無法使用年輪計數原理開展樹齡鑒定工作。三是一些高科技檢測手段檢測成本高、儀器繁重復雜，對于檢測人員的技術水平、古樹所在地的經濟發展水平及古樹自然保護條件等均有較高要求。四是樹齡鑒定常使用測量樹木胸徑、冠幅等方式間接估算古樹樹齡。然而植物個體間差異較大，即使是同種樹木也會受到基因、環境等多重影響，從而對鑒定結果造成較大誤差。

目前國內對于樹齡鑒定相關研究報道主要集中在樹齡鑒定實際應用案例、檢測方法技術優化等方面，針對古樹樹齡不同鑒定方法的特點分析及匯總工作研究較少。因此，及時梳理古樹樹齡鑒定方法，分析評估不同檢測方法特點，對于未來古樹保護及樹齡檢測技術方法選擇與提升都具有重要意義。本文通過梳理歸納古樹樹齡鑒定技術研究進展，探討不同方法優劣勢和適用范圍，并就未來研究發展方向提出建議，以期為今后的科學高效地開展樹齡鑒定工作提供參考。

2 古樹名木的重要價值

古樹是珍貴的自然物產資源，也是歷史文化、經濟與科研發展資料的一部分，兼具文化與自然遺產雙重身份[5]，是歷史和未來的紐帶[4]，在歷史文化研究、氣象信息、園林規劃發展等眾多研究領域中發揮重要作用[6]。

古樹作為歷史文化的載體，見證了時間流逝和人事更迭，很多古樹名木的保護意義已遠超出樹木自然生態本身，它的厚重感沉積于滄桑的年輪之上，體現出歷史的變遷和文化的傳承。國內著名的古樹眾多，北京國子監的古側柏觸奸柏[6]、北海團城上的古白皮松“白袍將軍”和古油松“遮蔭侯”、安徽黃山上的古油松“迎客松”、陜西黃陵軒轅柏等古樹所承載的歷史文化價值之深厚值得后人無限研究和探索。

除歷史文化價值外，古樹資源還是重要的種質資源庫。能夠在自然環境中生存幾百上千年，經受住各種極端環境脅迫考驗，說明古樹對于該環境有較高適應性，在園林應用設計時可作為鄉土樹種或園林適生樹種開展景觀植物配植。同時，古樹自身含有的優良基因也是樹木的“長壽密碼”。隨著分子生物學研究的深入，探究古樹抗衰老分子機理[7]，利用古樹基因開展種質資源育種、遺傳基因改良等是未來重要的研究方向，并將選育出具有較強抗逆性及環境適應性的優良品種，為保留古樹優質基因提供保障。古樹的生態價值也十分顯著。園林植物具有凈化空氣、調節氣溫、涵養水源保持水土等生態功能，尤其是對于局部小氣候的改善作用極大[8]。古樹生存時間相較一般樹木更長，胸徑、冠幅更大，因而對美化和保護環境的作用也更加明顯。

3 樹齡鑒定的意義及價值

樹齡鑒定通過準確界定古樹及其保護級別，在實施古樹分級保護、規范古樹保護法規、了解古樹栽植相關歷史文化等方面具有重要意義，并可以有效解決林權糾紛[9]、打擊破壞古樹名木犯罪[10]等問題。然而在實際操作過程中，樹齡無法像胸徑、樹高等可以通過儀器直接判讀出來，因而尋求一種科學便捷高效的古樹樹齡鑒定方法十分重要。

古樹樹齡信息主要集中在樹輪中，也是樹齡鑒定的主要理論依據。樹木年輪除了包含樹木年齡信息外，還會由于某一時間經歷重大環境變化而在年輪生成上表現出形態差異[11]，古樹所經歷的自然事件可以從年輪構成上找到依據，并衍生出樹木年代學的概念，研究涉及考古學、植物學、氣象學、林學、生態學等方面[11～15]。同時，應用古樹樹齡鑒定結果推斷古樹周邊建筑及人文歷史、氣候及環境變化等跨學科交叉研究也為眾多學者研究應用[16～22]。除此之外，樹齡鑒定對于森林經營、生長模擬等林業問題上也具有重要科研及應用價值[23]。

4 古樹年齡鑒定方法及其研究進展

4.1 歷史追蹤法

這種方法主要通過查找樹木栽植相關歷史記載資料獲得樹齡信息，總結來講主要有以下2種方式。一是文獻追蹤法，通過查找地方志、歷史記載文獻等留存的文字資料、圖片等史料信息推算出古樹年齡。二是訪談追蹤法，以走訪調查的形式，通過當地老一輩人相傳及親眼見證等方式流傳下來的說法，推測古樹的大致樹齡。

長沙縣陶公廟里的一株古樟樹，據記載這株樟樹在建造廟堂時就已經栽植了，就此推斷該古樟樹的樹齡至少在800年以上[4]。北京頤和園西堤上的古桑和古柳經古籍考證均栽植于乾隆年間，樹齡可基本鎖定在300年左右[24]。覃勇榮等[25]在宜州市某村落走訪調查時發現一株胸徑達5.5 m的大葉榕，基本符合古樹標準。但經過走訪當地群眾，估測種植時間約為1950年。這樣算來也不過70多年的樹齡，尚未到達古樹的樹齡標準。這也說明走訪調查的方式為古樹年齡鑒定提供了堅實的佐證。

通過追蹤歷史資料的方式可以做到有據可查，操作起來相對簡單，并可以最大限度保證樹木避免機械損傷，對于古樹保護來講具有實際意義，但這種方式存在的局限性也是顯而易見的。首先，大部分古樹的文字記載較少，很難找到準確詳實的文字內容，即使有相關樹木栽植記載，也多伴隨營造園林或者建造房屋等區域重大變化而附帶提及，鮮有專門記錄。其次，古樹在生長過程中常有發生移栽、重新栽種等未記錄情況，從而使得實際樹齡與史料信息存在較大偏差。再者，僅通過老一輩記憶及民間傳說得來的信息十分有限，一是當前居民人均壽命水平為70～80歲，古樹的樹齡少則百年多則上千年，通過這種方式能夠記錄的古樹年齡相對較小，范圍限制性強，二是單純通過人為記憶所獲得的信息通常準確性不高，也容易出現記憶錯誤的情況。因此該方法很難廣泛用于大范圍的古樹年齡鑒定工作，主要用于樹齡的輔助鑒定。

4.2 樹木年輪計數法

這種方法指通過樹木年輪觀察計數進而測算樹木年齡。這種方法可操作性強，可以直觀讀取樹木年齡信息，使用成本也相對較低[4]，因此該方法是目前使用最廣泛的一種樹齡鑒定方式。這種檢測方法主要依據植物生物學原理進行。植物莖形成層在春季形成春材(早材)顏色較淺，夏末秋初形成秋材(晚材)顏色較深，冬季植物進入休眠狀態，維管形成層停止活動形成年輪線。這三者構成一個生長輪，即一個年輪[26]。溫帶或亞熱帶地區因四季變化較為明顯，所形成的年輪界限也相對清晰，易于讀取和判別，因此可以根據年輪數目來判斷樹木的年齡，一圈就是一年[27]。

獲得樹木年輪并開展樹齡鑒定的方法主要有3種。第一種也是使用最廣泛的一種是使用特定工具獲取樹木年輪樣本。樹木生長錐是獲取樹木年輪的工具中最常見的1種，使用時在樹木胸徑位置將其分兩個方向鉆入至樹木髓部從而獲得包含樹木年輪的樹芯，由此讀取樹齡信息[4]。為了更加科學準確地獲取到精準的樹木年輪數據，通常需要在同一個氣候區取10～15個樣本進行年輪的交叉對比，因此這種方法的實際工作量還是比較大的[28]。近年來眾多學者[21，22, 29，30]使用該方法開展古樹樹齡鑒定工作，張喬松等[31]發現樹木的增粗生長的速率是有較為明顯的三段式規律的，幼年時年輪較窄，15～25年達到增粗生長峰值，之后的25～30年后開始下降并趨于平穩狀態，從而提出3段計算法，由此提高了年輪樹齡檢測的精準度，后期也有學者將該方法進行實際應用[28, 32]。這種方法的不足是對樹木有一定的損傷，尤其是對于生長勢相對較弱的古樹來講，對其保護管理存在一定阻礙。針刺儀是一種新型設備，可以做到微損檢測樹木年齡、樹干空腐率及樹木生長率，測定樹木年齡不需要處理樣本，且對樹木傷害較小[33]，近年來被逐步推廣應用。劉政等[34]應用阻力針刺儀測定浙江省長興縣11株古銀杏樹齡，并結合樹齡與古樹胸圍的線性關系，全面分析長興縣古樹資源情況。潘虹[35]使用刺針儀進行樹木年齡微損測定，并使用針刺儀平穩卡爾曼濾波器、頻譜分析和峰谷分析3種算法，有效的減輕了對樹體的傷害且提高了針刺儀測定活立木年齡的精度。

第2種方法是直接將樹木鋸倒以獲得完整樹木主干圓盤，從而讀取樹木年齡。這種方法對于有生命的古樹來講完全不具有操作性，一般只針對死亡樹木。常見的應用方式主要為配合森林公安辦理非法采伐案件，針對獲取的涉案木樁對完整樹輪圓盤進行年輪計數測定樹齡[10, 36]。除此之外，也有針對死亡古樹開展樹齡鑒定的相關研究。王樹芝和陳佐陽[18]采用截取古樹主干圓盤的方法，對北京故宮養性門內死亡古白皮松進行樹齡鑒定，并根據北京歷年氣候變化及生長地勢等方面探討古樹死亡原因。

第三種方法是根據樹體主干側枝年輪及分枝位置等信息綜合判讀樹齡。巢陽等[20]研制出“活古樹無損樹齡檢測法”，選取古樹主干上已枯死的樹橛，截取分枝基部10 cm長樹段在顯微鏡下進行年輪判讀，并根據氣象數據資料、樹橛高度、位置等信息建立數學模型計算古樹具體年齡，但部分地區由于無法提供歷史氣象資料，在推廣使用上還具有一定局限性。袁傳武等[37]提出了側枝年齡鑒定法，通過選擇原生側枝并結合其高度、級別及側枝長度信息，與側枝年齡的關系建立數學模型，從而測定古樹年齡。這個方法的最大優點是不會對古樹造成損傷，對古樹保護工作提供了科學有效的技術手段。但也存在一定局限性。一是該方法雖給出了數學計算模型，但不同樹種、不同環境情況因素并未充分實際考慮，目前的研究中也只針對少量樹種開展實測，且對于主干上僅有不定枝或無枯死樹橛情況無法進行檢測。二是建立數學模型的過程比較復雜，需要技術人員具有深厚數學理論基礎。

對于樹齡鑒定工作來講，獲取樹木年輪信息只是其中的第一步，后續如何進行年輪信息判讀更是重點難點。為了使樹木年輪判讀結果更加清晰準確，學者們逐漸開始針對改善樹木年輪成像技術展開研究。韓其燕和何東健[27]針對闊葉植物環孔材管孔顆粒干擾分布密集的問題，根據其區域生長的長度和范圍大小，結合使用分割算法提取年輪邊界的方法，有效去除了管孔干擾使年輪信息更加清晰。謝春平等[36]利用CAD圖像處理軟件并結合置信區間計算，從而獲得古樹樹齡的基本取值范圍。王燕鳳等[38]采用雙邊濾波及改進的Canny算法有效抑制了色斑、鋸痕、粗大管孔等因素的干擾。

年輪分析法可操作性強，直觀精確且應用范圍廣，是目前應用最廣泛的一種樹齡鑒定方法，但也存在一定弊端。一是該方法在樹體主干取樣過程中不可避免的會對古樹造成機械傷害。與此同時，取樣過程中因難以判斷生長錐在樹體內的具體位置，導致采樣工具未達到髓心位置或完全穿過髓心，從而造成檢測結果不準確、樹木髓心嚴重受損等不良后果[25]。 二是樹木年輪自身存在的不確定性較高。部分植物由于一年中經歷多個生長季從而形成多個生長輪，或是受氣候變化、病蟲害等影響時可能出現假年輪結構，從而影響年輪計數的準確性[26]。三是古樹在雨水和木腐菌的長期作用下常會出現樹干中空現象[39]從而導致樹木年輪完整性破壞，無法通過年輪計數的方法開展樹齡鑒定工作。四是熱帶地區因一年中不存在四季變化條件，年輪界限的清晰程度不足以開展樹輪計數工作，導致該方法僅適用于溫帶及亞熱帶生長的樹種，在地理區域方面具有一定的局限性。

4.3 樹皮測齡法

通過樹皮層次來確定古樹年齡的原理同年輪計數法相似，即通過樹皮層次計數以獲得樹木年齡。植物的維管形成層每年向木質部方向分裂新細胞即形成年輪，而向韌皮部方向分裂新細胞即形成樹皮結構[4]。樹輪逐年增加與樹皮逐年增厚是同時進行的，因此在樹皮不發生脫落的情況下，兩者是共同增多的。因此通過測算樹皮的層次來判定樹木年齡也成為一種較為可靠的測定方法。實際測量過程中，由于樹木根部的樹皮相對更為完整，常會從根部采集樹皮進行樹齡測定。相較于年輪計數法，這種方法對于保護樹木的內部結構具有明顯的優勢。但樹皮結構沒有年輪結構穩定，樹皮老化時常會發生自然脫落現象[4]，嚴重影響樹皮層數的測算，自然該方法也就無法進行了。

早在1983年由郭永臺[40]首先提出利用樹皮測定樹木年齡的方法，隨后趙中振等[41]通過軟化樹皮制片，并在顯微鏡下對其韌皮纖維束層次結構進行觀察計數，也就是通過測算樹皮層次的方法以確定樹木年齡。然而該方法也受到了一些質疑，目前為止尚存在爭議。秦世立和馬冬梅[42]對北京地區28種常見樹種樹皮進行解剖發現，只有其中5種植物可以將樹皮作為樹齡測定依據，認為該方法存在較大局限性。李大輝和艾鐵民[43]則認為韌皮部纖維的帶狀排列數目在不同生長季是不同的，無法作為樹齡鑒定依據。

4.4 回歸分析法

利用樹木年輪計數法鑒定古樹年齡直觀精確，但該方法工作量較大，并且在采樣過程中對古樹造成的機械傷害也不可忽視。為了更加便捷高效并在最大限度保護古樹，近年來逐漸開始推廣應用回歸分析法開展樹齡鑒定工作。該方法的原理是通過選擇與樹齡存在較大相關性的變量(如：胸徑、冠幅等)，并將其與樹齡建立數學回歸模型從而進行關系擬合，在確立變量間的數學關系表達式后便可應用于大范圍樹齡鑒定工作[4]。

回歸分析法在近些年來也被越來越多的學者在不斷提升改進技術方法的基礎上開展研究應用[44～47]。肖智勇等[48]以野生樟樹為研究對象，研究并確立了胸徑與樹齡之間的相關性關系及回歸模型：y=0.0152+2.1584x+11.338。張妍[4]通過實地調查，將胸徑、樹高和冠幅等作為自變量，使用7種生長模型進行相關關系擬合，結合F檢驗和t檢驗，得出長沙縣古樟樹樹齡估測最佳模型。張艷麗[49]通過地理加權回歸模型(GWR) 和多元線性回歸模型(MLR) 模擬古樹胸圍、樹高、平均冠幅、海拔高度及生境坡度對樹齡的回歸強度，從而提升古樹年齡估算的科學、高效及準確性。

這種方法相當于樹木年輪計數法的高效利用，將數學方法與實際測量相結合，使得樹木年齡的推算更加簡便易行。但該方法也存在較大不確定性：樹木之間的個體差異、個體環境差異及所經歷的環境干擾等因素[24]都將會給古樹年齡鑒定結果造成一定誤差。

4.5 科技測齡法

目前常見的古樹科技測齡方法主要有3種方式：同位素14C測定法、CT掃描法、X射線測定法。同位素14C測定技術在考古學、醫學等相關領域研究中已被廣泛應用。這種方法主要根據14C的衰變程度計算樣品的大致年代，也被稱為14C斷代法。在樹齡鑒定過程中通常使用14C技術測定已經死亡或者樹齡近千年的古樹樹齡。這種方法的一大優勢在于，當古樹發生嚴重中空并難以通過其他方式測定其年齡時，可以顯現出較好的效果[4]。目前歐美國家已經建立了樹木年輪網絡，便于后期古樹年齡測定的開展，其中北美洲長年表為8600年，歐洲為一萬多年[50-51]。年輪年表的建立為同位素14C定年提供了校正曲線從而提升了檢測的精準性。它的缺點也是顯而易見的。一是該方法僅適用于已死亡的古樹，二是由于幾百年的半衰期很難被測出，因此只有千年以上的古樹才能表現出較好的測定結果，三是設備昂貴且技術操作難度高[4, 37]，很難在樹齡檢測中廣泛推廣使用。

CT掃描法和X射線測定法的原理都是基于樹木不同組織對X射線吸收與透過率不同的原理開展的。CT掃描法可以掃描出樹木主干斷面的圖像，從而判讀橫斷面年輪信息。這種高科技手段可以在完全不損害樹木的條件下完成活古樹的樹齡檢測，這一點相比于前文提及的同位素14C測定法和使用樹木生長錐取樣的年輪計數法具有明顯優勢。但由于該方法設備價格高昂、技術難度大且儀器不方便野外攜帶等限制性因素，目前僅在小范圍內開展使用。鄭楠[52]及袁傳武等[37]在實施古樹樹齡鑒定過程中均有使用CT掃描法的報道。

5 不同樹齡測定方法比較

樹齡檢測方法各具優勢，也都存在一些實際操作上的困難及局限性，表1集中歸納總結了5類古樹年齡鑒定的特點，在實際應用過程中應根據古樹的實際生長環境、主干空腐狀況、生長勢、樹皮狀態、古樹生長地區科技發展及經濟水平等因素進行綜合判斷，必要時可綜合使用多種方式相互輔助鑒定以提升檢測結果的科學及準確性。

表1 5種樹齡檢測方法特點比較

6 結論與展望

古樹作為活文物，是具有歷史文化、生態自然、科技發展等多方面價值的寶貴資源，而古樹年齡鑒定工作更是古樹定級保護及相關歷史文化探索的基礎。從目前的研究進展來看，古樹樹齡鑒定工作主要通過五大類鑒定方法開展，也通過提升技術、創新方法及多學科交叉等方式不斷優化完善現有技術方法，取得了許多有重要意義的成果。根據當前研究進展，可以得出以下幾個結論：①古樹屬于需要重點保護的植物，且由于樹齡較大，生長勢較弱、主干中空等因素常常會對樹齡鑒定工作造成一定阻礙。因此在古樹年齡鑒定過程中應結合古樹生活環境、生長勢、主干空腐率、樹皮狀態等進行綜合分析判斷。必要時可使用多種方法相互輔助鑒定以提升結果的準確性。②僅依靠樹木年輪計數等常用檢測方法已無法滿足情況復雜多變的古樹樹齡鑒定，需要配合使用相對復雜的儀器設備、分析軟件及數學模型等手段分析研究，以得到更加科學精準的結果。③負責實施樹齡鑒定的專業技術人員需要掌握扎實的樹木學知識，并依據積累的經驗對實際情況進行主觀判斷，綜合分析使用恰當的鑒定方法。

由于植物自身或環境條件的多變性、檢測技術的復雜性等因素，古樹年齡鑒定仍是一件難度較大的工作。未來還需要在以下幾個方面重點開展工作。

(1)提升樹齡鑒定的準確性、高效性。目前在樹齡鑒定過程中發現，針對鑒定結果的準確度爭議較大，多依靠鑒定人員經驗進行主觀判斷[9]，再加之樹木生長環境多變、樹木個體差異等因素影響，得到的結果往往存在較大偏差。因此如何準確、高效完成古樹樹齡鑒定工作是當前的技術難點，也是未來重要的研究方向。

(2)合理控制技術成本，增加政策支持投入。樹齡鑒定工作的成本往往比較高：年輪計數需要技術人員進行采樣、觀察計數、統計分析一系列流程，尤其是古樹樹齡較大，更加費時費力；科技測齡法科學準確度高，但使用的儀器設備價格昂貴，受地區經濟水平制約較大。因此需要園林管理部門加強對古樹樹齡鑒定工作的重視程度，在經濟及政策方面予以支持。未來在優化鑒定技術研究過程中應盡可能降低檢測成本以便于大范圍推廣應用。

(3)結合分子生物學開展深層次研究。現有研究成果主要集中在宏觀方向，分子生物學是通過微觀分子水平闡明生命現象的科學研究手段。目前已經有學者從分子生物學角度探索樹木年齡與端粒長度的關系[53～55]，端粒長度的縮短與動植物的衰老存在正相關關系的觀點已得到基本認可[56]，說明該研究方向是具有科學理論基礎及可操作性。目前針對植物端粒與樹齡之間的關系的研究尚少，未來可以從分子角度對此進行深層次探索[7]。

(4)加強多學科交叉合作，提升檢測人員綜合技術水平。樹齡鑒定工作是一個綜合技術研究工作，涉及的專業面較廣。除了扎實的樹木學專業知識及豐富的技術經驗外，對鑒定技術人員在儀器設備使用、數據分析處理、文獻查閱篩選等方面同樣具有較高要求。針對該情況，未來在著重培養提升技術人員的綜合水平同時，應加強多學科交叉合作，結合不同專業技術人才，拓寬思路，整體提升技術檢測水平。