古树年龄鉴定方法研究进展

高 星

(故宫博物院，北京 100006)

1 引言

古树指树龄在100年以上的树木。作为景观环境中重要组成部分，古树见证了历史的变迁，是有生命的“活文物”，具有极高的历史文化、科学研究、生态及社会价值。古树的环境适应性很强，其通过自然选择达到百年以上树龄，是园林植物种质资源库中的重要资料，也为选择乡土树种及园林适生树种提供重要参考。正所谓名园易得，古木难求，每一株古树均具有独特性、不可再生性和不可替代性[1]，因此科学有效保护古树资源意义重大。

树龄是筛选和划分古树的唯一标准[2]。根据北京市现行标准，树龄在300年(含300年)以上的树木为一级古树，树龄在100年(含100年)以上300年以下的树木为二级古树[3]。国内其他地区也存在把古树定为3个级别的不同划分标准[4]。

树龄鉴定是古树建档普查与保护中一项长期且重要的工作，随着科技的发展，古树树龄鉴定方法不断更新优化，但现有检测方法均存在一定局限性，树龄鉴定工作的准确高效性受到技术制约，主要体现在以下几个方面：一是古树树龄较大，相较于旺盛生长的年轻树木，古树需要受到更多保护，原则上不允许采用具有伤害性的方法开展树龄鉴定工作。通过观察测算古树树体地径年轮的方法虽然最为直观准确，但对于具有生命且需要重点保护的古树来讲显然不具有可实施性。二是古树常存在枝干中空现象，年轮完整性已经破坏，导致无法使用年轮计数原理开展树龄鉴定工作。三是一些高科技检测手段检测成本高、仪器繁重复杂，对于检测人员的技术水平、古树所在地的经济发展水平及古树自然保护条件等均有较高要求。四是树龄鉴定常使用测量树木胸径、冠幅等方式间接估算古树树龄。然而植物个体间差异较大，即使是同种树木也会受到基因、环境等多重影响，从而对鉴定结果造成较大误差。

目前国内对于树龄鉴定相关研究报道主要集中在树龄鉴定实际应用案例、检测方法技术优化等方面，针对古树树龄不同鉴定方法的特点分析及汇总工作研究较少。因此，及时梳理古树树龄鉴定方法，分析评估不同检测方法特点，对于未来古树保护及树龄检测技术方法选择与提升都具有重要意义。本文通过梳理归纳古树树龄鉴定技术研究进展，探讨不同方法优劣势和适用范围，并就未来研究发展方向提出建议，以期为今后的科学高效地开展树龄鉴定工作提供参考。

2 古树名木的重要价值

古树是珍贵的自然物产资源，也是历史文化、经济与科研发展资料的一部分，兼具文化与自然遗产双重身份[5]，是历史和未来的纽带[4]，在历史文化研究、气象信息、园林规划发展等众多研究领域中发挥重要作用[6]。

古树作为历史文化的载体，见证了时间流逝和人事更迭，很多古树名木的保护意义已远超出树木自然生态本身，它的厚重感沉积于沧桑的年轮之上，体现出历史的变迁和文化的传承。国内著名的古树众多，北京国子监的古侧柏触奸柏[6]、北海团城上的古白皮松“白袍将军”和古油松“遮荫侯”、安徽黄山上的古油松“迎客松”、陕西黄陵轩辕柏等古树所承载的历史文化价值之深厚值得后人无限研究和探索。

除历史文化价值外，古树资源还是重要的种质资源库。能够在自然环境中生存几百上千年，经受住各种极端环境胁迫考验，说明古树对于该环境有较高适应性，在园林应用设计时可作为乡土树种或园林适生树种开展景观植物配植。同时，古树自身含有的优良基因也是树木的“长寿密码”。随着分子生物学研究的深入，探究古树抗衰老分子机理[7]，利用古树基因开展种质资源育种、遗传基因改良等是未来重要的研究方向，并将选育出具有较强抗逆性及环境适应性的优良品种，为保留古树优质基因提供保障。古树的生态价值也十分显著。园林植物具有净化空气、调节气温、涵养水源保持水土等生态功能，尤其是对于局部小气候的改善作用极大[8]。古树生存时间相较一般树木更长，胸径、冠幅更大，因而对美化和保护环境的作用也更加明显。

3 树龄鉴定的意义及价值

树龄鉴定通过准确界定古树及其保护级别，在实施古树分级保护、规范古树保护法规、了解古树栽植相关历史文化等方面具有重要意义，并可以有效解决林权纠纷[9]、打击破坏古树名木犯罪[10]等问题。然而在实际操作过程中，树龄无法像胸径、树高等可以通过仪器直接判读出来，因而寻求一种科学便捷高效的古树树龄鉴定方法十分重要。

古树树龄信息主要集中在树轮中，也是树龄鉴定的主要理论依据。树木年轮除了包含树木年龄信息外，还会由于某一时间经历重大环境变化而在年轮生成上表现出形态差异[11]，古树所经历的自然事件可以从年轮构成上找到依据，并衍生出树木年代学的概念，研究涉及考古学、植物学、气象学、林学、生态学等方面[11～15]。同时，应用古树树龄鉴定结果推断古树周边建筑及人文历史、气候及环境变化等跨学科交叉研究也为众多学者研究应用[16～22]。除此之外，树龄鉴定对于森林经营、生长模拟等林业问题上也具有重要科研及应用价值[23]。

4 古树年龄鉴定方法及其研究进展

4.1 历史追踪法

这种方法主要通过查找树木栽植相关历史记载资料获得树龄信息，总结来讲主要有以下2种方式。一是文献追踪法，通过查找地方志、历史记载文献等留存的文字资料、图片等史料信息推算出古树年龄。二是访谈追踪法，以走访调查的形式，通过当地老一辈人相传及亲眼见证等方式流传下来的说法，推测古树的大致树龄。

长沙县陶公庙里的一株古樟树，据记载这株樟树在建造庙堂时就已经栽植了，就此推断该古樟树的树龄至少在800年以上[4]。北京颐和园西堤上的古桑和古柳经古籍考证均栽植于乾隆年间，树龄可基本锁定在300年左右[24]。覃勇荣等[25]在宜州市某村落走访调查时发现一株胸径达5.5 m的大叶榕，基本符合古树标准。但经过走访当地群众，估测种植时间约为1950年。这样算来也不过70多年的树龄，尚未到达古树的树龄标准。这也说明走访调查的方式为古树年龄鉴定提供了坚实的佐证。

通过追踪历史资料的方式可以做到有据可查，操作起来相对简单，并可以最大限度保证树木避免机械损伤，对于古树保护来讲具有实际意义，但这种方式存在的局限性也是显而易见的。首先，大部分古树的文字记载较少，很难找到准确详实的文字内容，即使有相关树木栽植记载，也多伴随营造园林或者建造房屋等区域重大变化而附带提及，鲜有专门记录。其次，古树在生长过程中常有发生移栽、重新栽种等未记录情况，从而使得实际树龄与史料信息存在较大偏差。再者，仅通过老一辈记忆及民间传说得来的信息十分有限，一是当前居民人均寿命水平为70～80岁，古树的树龄少则百年多则上千年，通过这种方式能够记录的古树年龄相对较小，范围限制性强，二是单纯通过人为记忆所获得的信息通常准确性不高，也容易出现记忆错误的情况。因此该方法很难广泛用于大范围的古树年龄鉴定工作，主要用于树龄的辅助鉴定。

4.2 树木年轮计数法

这种方法指通过树木年轮观察计数进而测算树木年龄。这种方法可操作性强，可以直观读取树木年龄信息，使用成本也相对较低[4]，因此该方法是目前使用最广泛的一种树龄鉴定方式。这种检测方法主要依据植物生物学原理进行。植物茎形成层在春季形成春材(早材)颜色较浅，夏末秋初形成秋材(晚材)颜色较深，冬季植物进入休眠状态，维管形成层停止活动形成年轮线。这三者构成一个生长轮，即一个年轮[26]。温带或亚热带地区因四季变化较为明显，所形成的年轮界限也相对清晰，易于读取和判别，因此可以根据年轮数目来判断树木的年龄，一圈就是一年[27]。

获得树木年轮并开展树龄鉴定的方法主要有3种。第一种也是使用最广泛的一种是使用特定工具获取树木年轮样本。树木生长锥是获取树木年轮的工具中最常见的1种，使用时在树木胸径位置将其分两个方向钻入至树木髓部从而获得包含树木年轮的树芯，由此读取树龄信息[4]。为了更加科学准确地获取到精准的树木年轮数据，通常需要在同一个气候区取10～15个样本进行年轮的交叉对比，因此这种方法的实际工作量还是比较大的[28]。近年来众多学者[21，22, 29，30]使用该方法开展古树树龄鉴定工作，张乔松等[31]发现树木的增粗生长的速率是有较为明显的三段式规律的，幼年时年轮较窄，15～25年达到增粗生长峰值，之后的25～30年后开始下降并趋于平稳状态，从而提出3段计算法，由此提高了年轮树龄检测的精准度，后期也有学者将该方法进行实际应用[28, 32]。这种方法的不足是对树木有一定的损伤，尤其是对于生长势相对较弱的古树来讲，对其保护管理存在一定阻碍。针刺仪是一种新型设备，可以做到微损检测树木年龄、树干空腐率及树木生长率，测定树木年龄不需要处理样本，且对树木伤害较小[33]，近年来被逐步推广应用。刘政等[34]应用阻力针刺仪测定浙江省长兴县11株古银杏树龄，并结合树龄与古树胸围的线性关系，全面分析长兴县古树资源情况。潘虹[35]使用刺针仪进行树木年龄微损测定，并使用针刺仪平稳卡尔曼滤波器、频谱分析和峰谷分析3种算法，有效的减轻了对树体的伤害且提高了针刺仪测定活立木年龄的精度。

第2种方法是直接将树木锯倒以获得完整树木主干圆盘，从而读取树木年龄。这种方法对于有生命的古树来讲完全不具有操作性，一般只针对死亡树木。常见的应用方式主要为配合森林公安办理非法采伐案件，针对获取的涉案木桩对完整树轮圆盘进行年轮计数测定树龄[10, 36]。除此之外，也有针对死亡古树开展树龄鉴定的相关研究。王树芝和陈佐阳[18]采用截取古树主干圆盘的方法，对北京故宫养性门内死亡古白皮松进行树龄鉴定，并根据北京历年气候变化及生长地势等方面探讨古树死亡原因。

第三种方法是根据树体主干侧枝年轮及分枝位置等信息综合判读树龄。巢阳等[20]研制出“活古树无损树龄检测法”，选取古树主干上已枯死的树橛，截取分枝基部10 cm长树段在显微镜下进行年轮判读，并根据气象数据资料、树橛高度、位置等信息建立数学模型计算古树具体年龄，但部分地区由于无法提供历史气象资料，在推广使用上还具有一定局限性。袁传武等[37]提出了侧枝年龄鉴定法，通过选择原生侧枝并结合其高度、级别及侧枝长度信息，与侧枝年龄的关系建立数学模型，从而测定古树年龄。这个方法的最大优点是不会对古树造成损伤，对古树保护工作提供了科学有效的技术手段。但也存在一定局限性。一是该方法虽给出了数学计算模型，但不同树种、不同环境情况因素并未充分实际考虑，目前的研究中也只针对少量树种开展实测，且对于主干上仅有不定枝或无枯死树橛情况无法进行检测。二是建立数学模型的过程比较复杂，需要技术人员具有深厚数学理论基础。

对于树龄鉴定工作来讲，获取树木年轮信息只是其中的第一步，后续如何进行年轮信息判读更是重点难点。为了使树木年轮判读结果更加清晰准确，学者们逐渐开始针对改善树木年轮成像技术展开研究。韩其燕和何东健[27]针对阔叶植物环孔材管孔颗粒干扰分布密集的问题，根据其区域生长的长度和范围大小，结合使用分割算法提取年轮边界的方法，有效去除了管孔干扰使年轮信息更加清晰。谢春平等[36]利用CAD图像处理软件并结合置信区间计算，从而获得古树树龄的基本取值范围。王燕凤等[38]采用双边滤波及改进的Canny算法有效抑制了色斑、锯痕、粗大管孔等因素的干扰。

年轮分析法可操作性强，直观精确且应用范围广，是目前应用最广泛的一种树龄鉴定方法，但也存在一定弊端。一是该方法在树体主干取样过程中不可避免的会对古树造成机械伤害。与此同时，取样过程中因难以判断生长锥在树体内的具体位置，导致采样工具未达到髓心位置或完全穿过髓心，从而造成检测结果不准确、树木髓心严重受损等不良后果[25]。 二是树木年轮自身存在的不确定性较高。部分植物由于一年中经历多个生长季从而形成多个生长轮，或是受气候变化、病虫害等影响时可能出现假年轮结构，从而影响年轮计数的准确性[26]。三是古树在雨水和木腐菌的长期作用下常会出现树干中空现象[39]从而导致树木年轮完整性破坏，无法通过年轮计数的方法开展树龄鉴定工作。四是热带地区因一年中不存在四季变化条件，年轮界限的清晰程度不足以开展树轮计数工作，导致该方法仅适用于温带及亚热带生长的树种，在地理区域方面具有一定的局限性。

4.3 树皮测龄法

通过树皮层次来确定古树年龄的原理同年轮计数法相似，即通过树皮层次计数以获得树木年龄。植物的维管形成层每年向木质部方向分裂新细胞即形成年轮，而向韧皮部方向分裂新细胞即形成树皮结构[4]。树轮逐年增加与树皮逐年增厚是同时进行的，因此在树皮不发生脱落的情况下，两者是共同增多的。因此通过测算树皮的层次来判定树木年龄也成为一种较为可靠的测定方法。实际测量过程中，由于树木根部的树皮相对更为完整，常会从根部采集树皮进行树龄测定。相较于年轮计数法，这种方法对于保护树木的内部结构具有明显的优势。但树皮结构没有年轮结构稳定，树皮老化时常会发生自然脱落现象[4]，严重影响树皮层数的测算，自然该方法也就无法进行了。

早在1983年由郭永台[40]首先提出利用树皮测定树木年龄的方法，随后赵中振等[41]通过软化树皮制片，并在显微镜下对其韧皮纤维束层次结构进行观察计数，也就是通过测算树皮层次的方法以确定树木年龄。然而该方法也受到了一些质疑，目前为止尚存在争议。秦世立和马冬梅[42]对北京地区28种常见树种树皮进行解剖发现，只有其中5种植物可以将树皮作为树龄测定依据，认为该方法存在较大局限性。李大辉和艾铁民[43]则认为韧皮部纤维的带状排列数目在不同生长季是不同的，无法作为树龄鉴定依据。

4.4 回归分析法

利用树木年轮计数法鉴定古树年龄直观精确，但该方法工作量较大，并且在采样过程中对古树造成的机械伤害也不可忽视。为了更加便捷高效并在最大限度保护古树，近年来逐渐开始推广应用回归分析法开展树龄鉴定工作。该方法的原理是通过选择与树龄存在较大相关性的变量(如：胸径、冠幅等)，并将其与树龄建立数学回归模型从而进行关系拟合，在确立变量间的数学关系表达式后便可应用于大范围树龄鉴定工作[4]。

回归分析法在近些年来也被越来越多的学者在不断提升改进技术方法的基础上开展研究应用[44～47]。肖智勇等[48]以野生樟树为研究对象，研究并确立了胸径与树龄之间的相关性关系及回归模型：y=0.0152+2.1584x+11.338。张妍[4]通过实地调查，将胸径、树高和冠幅等作为自变量，使用7种生长模型进行相关关系拟合，结合F检验和t检验，得出长沙县古樟树树龄估测最佳模型。张艳丽[49]通过地理加权回归模型(GWR) 和多元线性回归模型(MLR) 模拟古树胸围、树高、平均冠幅、海拔高度及生境坡度对树龄的回归强度，从而提升古树年龄估算的科学、高效及准确性。

这种方法相当于树木年轮计数法的高效利用，将数学方法与实际测量相结合，使得树木年龄的推算更加简便易行。但该方法也存在较大不确定性：树木之间的个体差异、个体环境差异及所经历的环境干扰等因素[24]都将会给古树年龄鉴定结果造成一定误差。

4.5 科技测龄法

目前常见的古树科技测龄方法主要有3种方式：同位素14C测定法、CT扫描法、X射线测定法。同位素14C测定技术在考古学、医学等相关领域研究中已被广泛应用。这种方法主要根据14C的衰变程度计算样品的大致年代，也被称为14C断代法。在树龄鉴定过程中通常使用14C技术测定已经死亡或者树龄近千年的古树树龄。这种方法的一大优势在于，当古树发生严重中空并难以通过其他方式测定其年龄时，可以显现出较好的效果[4]。目前欧美国家已经建立了树木年轮网络，便于后期古树年龄测定的开展，其中北美洲长年表为8600年，欧洲为一万多年[50-51]。年轮年表的建立为同位素14C定年提供了校正曲线从而提升了检测的精准性。它的缺点也是显而易见的。一是该方法仅适用于已死亡的古树，二是由于几百年的半衰期很难被测出，因此只有千年以上的古树才能表现出较好的测定结果，三是设备昂贵且技术操作难度高[4, 37]，很难在树龄检测中广泛推广使用。

CT扫描法和X射线测定法的原理都是基于树木不同组织对X射线吸收与透过率不同的原理开展的。CT扫描法可以扫描出树木主干断面的图像，从而判读横断面年轮信息。这种高科技手段可以在完全不损害树木的条件下完成活古树的树龄检测，这一点相比于前文提及的同位素14C测定法和使用树木生长锥取样的年轮计数法具有明显优势。但由于该方法设备价格高昂、技术难度大且仪器不方便野外携带等限制性因素，目前仅在小范围内开展使用。郑楠[52]及袁传武等[37]在实施古树树龄鉴定过程中均有使用CT扫描法的报道。

5 不同树龄测定方法比较

树龄检测方法各具优势，也都存在一些实际操作上的困难及局限性，表1集中归纳总结了5类古树年龄鉴定的特点，在实际应用过程中应根据古树的实际生长环境、主干空腐状况、生长势、树皮状态、古树生长地区科技发展及经济水平等因素进行综合判断，必要时可综合使用多种方式相互辅助鉴定以提升检测结果的科学及准确性。

表1 5种树龄检测方法特点比较

6 结论与展望

古树作为活文物，是具有历史文化、生态自然、科技发展等多方面价值的宝贵资源，而古树年龄鉴定工作更是古树定级保护及相关历史文化探索的基础。从目前的研究进展来看，古树树龄鉴定工作主要通过五大类鉴定方法开展，也通过提升技术、创新方法及多学科交叉等方式不断优化完善现有技术方法，取得了许多有重要意义的成果。根据当前研究进展，可以得出以下几个结论：①古树属于需要重点保护的植物，且由于树龄较大，生长势较弱、主干中空等因素常常会对树龄鉴定工作造成一定阻碍。因此在古树年龄鉴定过程中应结合古树生活环境、生长势、主干空腐率、树皮状态等进行综合分析判断。必要时可使用多种方法相互辅助鉴定以提升结果的准确性。②仅依靠树木年轮计数等常用检测方法已无法满足情况复杂多变的古树树龄鉴定，需要配合使用相对复杂的仪器设备、分析软件及数学模型等手段分析研究，以得到更加科学精准的结果。③负责实施树龄鉴定的专业技术人员需要掌握扎实的树木学知识，并依据积累的经验对实际情况进行主观判断，综合分析使用恰当的鉴定方法。

由于植物自身或环境条件的多变性、检测技术的复杂性等因素，古树年龄鉴定仍是一件难度较大的工作。未来还需要在以下几个方面重点开展工作。

(1)提升树龄鉴定的准确性、高效性。目前在树龄鉴定过程中发现，针对鉴定结果的准确度争议较大，多依靠鉴定人员经验进行主观判断[9]，再加之树木生长环境多变、树木个体差异等因素影响，得到的结果往往存在较大偏差。因此如何准确、高效完成古树树龄鉴定工作是当前的技术难点，也是未来重要的研究方向。

(2)合理控制技术成本，增加政策支持投入。树龄鉴定工作的成本往往比较高：年轮计数需要技术人员进行采样、观察计数、统计分析一系列流程，尤其是古树树龄较大，更加费时费力；科技测龄法科学准确度高，但使用的仪器设备价格昂贵，受地区经济水平制约较大。因此需要园林管理部门加强对古树树龄鉴定工作的重视程度，在经济及政策方面予以支持。未来在优化鉴定技术研究过程中应尽可能降低检测成本以便于大范围推广应用。

(3)结合分子生物学开展深层次研究。现有研究成果主要集中在宏观方向，分子生物学是通过微观分子水平阐明生命现象的科学研究手段。目前已经有学者从分子生物学角度探索树木年龄与端粒长度的关系[53～55]，端粒长度的缩短与动植物的衰老存在正相关关系的观点已得到基本认可[56]，说明该研究方向是具有科学理论基础及可操作性。目前针对植物端粒与树龄之间的关系的研究尚少，未来可以从分子角度对此进行深层次探索[7]。

(4)加强多学科交叉合作，提升检测人员综合技术水平。树龄鉴定工作是一个综合技术研究工作，涉及的专业面较广。除了扎实的树木学专业知识及丰富的技术经验外，对鉴定技术人员在仪器设备使用、数据分析处理、文献查阅筛选等方面同样具有较高要求。针对该情况，未来在着重培养提升技术人员的综合水平同时，应加强多学科交叉合作，结合不同专业技术人才，拓宽思路，整体提升技术检测水平。