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知乎知识:怎样判断一棵树的年龄?

2016-01-22 15:54:00
kekeyao
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今天下午在公司一棵大树下面和同事聊天的时候突然想到了这个问题,然后当时马上用手机搜索了一番,发现方法还真不多,并且专业性比较高;基于此,我觉得就有必要把我收集到的所有资料分享出来:

对于大树树龄的测定,实在是一件很麻烦的事情,至今仍是国内外难于解决的课题之一。自从17世纪意大利内科医生马赛罗.曼尔伯于1662年在植物学上运用显微镜,做出了根据树干的年轮数目可以判断树龄的论证以来,人们就一直利用树干年轮来确定树木的年龄。其实这也是我们老百姓从古以来都知道的老办法,没有什么新鲜。最为麻烦的是,我们总不能为了确定一棵古树的准确年龄,而将它砍倒了来一轮一轮数年轮吧,那还算保护古树?当前我们国内测定树龄的方法有:生长锥年轮测定法、 碳14同位素测定年代法、 X射线年轮细胞密度测定法、 CT扫描断层摄影法和 树皮韧皮层分析测定法。但对于树形巨大而又活着的古树,比较常用可行的是林业上一般采用的生长锥年轮测定法。但无论用那种方法测定,也全都存在着他们无法解决的缺陷和局限性:碳14测定是相当科学的,可它取样的时候又只有取到树木最中心部位的细胞,也就是那棵古树最初生长第一年的细胞才能测算出比较准确的数据,但这个办法本身就存在着科学上所允许的相当大的误差,三、五百年都不算回事儿;而生长锥测定法生长锥的长度又是极其有限的,常常达不到应有的深度;同样,其他无论哪一种办法也还是数年轮,根据树木的年轮确定树木的年龄。但古树由于生长年代久远,绝大部分都已经空心腐干,那空心腐烂的部分还怎样数年轮呢?再加上还有伪年轮等现象……所以,无论用哪一种办法,我们都很难得到准确的数据。

①年轮法

在正常情况下,树木每年形成一个年轮,直接查数树木根颈位置的年轮数就是树木的年龄。如果查数年轮的断面高于根颈(根颈指“根”与“干”的交接处,通常称为地上部与地下部的交界处)位置,则必须将数得的年轮数加上树木长到此断面高所需的年数才是树木的总年龄。树干任何高度横断面上的年轮数只是表示该高度以上的年数。

年轮(annual ring)亦称生长层或生长轮。木本植物茎横切面上的同心圆轮纹。通常每年形成一轮,故名。每一轮代表一年内所形成的次生木质部,包括当年的早材和晚材。因形成层活动随季节更替而表现出有节奏的变化,故一年之中由维管形成层活动所增生的木质部亦显现出结构上的差异。以生长在有寒暖季节交替的温带和亚热带,或有干湿季之分的热带的乔木和灌木最为明显。在春夏季,形成层活动旺盛,所形成的细胞径大、壁薄、因而所形成的次生木质部色淡而宽厚,结构疏松,称早材或春材;在夏末及秋季或干旱季节,形成层活动减弱,所产生的细胞径小、壁厚,因而所形成的次生木质部色深而狭窄,结构致密,称晚材或秋材。当年形成的早材和晚材逐渐过渡,共同组成一个年轮。当年的晚材和次年的早材之间,界限分明,出现轮纹,称年轮线。多年的年轮线在横切面上形成了若干同心轮纹,使木材的横切面上显现出年轮。在生产和科研中,根据树干基部的年轮数,可推断树木的年龄。有些植物(如柑桔属)一年之内不只形成一个年轮,这样的年轮,每一个不代表一年的生长量,故称假年轮。在虫害、气候异常等特殊情况下,树木的茎内也可能形成假年轮,所以对柑桔属植物年轮法是不适用的。

另外,此方法一般需要将树木伐倒。

②查数轮生枝法

有些针叶树种,如松树、云杉、冷杉等,一般每年在树的顶端生长一轮侧枝称为轮生枝。这些树种可以直接查数轮生枝的环数及轮生枝脱落(或修枝)后留下的痕迹来确定年龄。由于树木的竞争,老龄树干下部侧枝脱落(或树皮脱落),甚至节子完全闭合,其轮枝及轮枝痕不明显,这种情况可用对比附近相同树种小树枝节树木的方法近似确定。用查数轮生枝的方法确定幼小树木(人工林小于30年,天然林小于50年)的年龄十分精确,对老树则精度较差。但树木受环境因素或其他原因,有时出现一年形成二层轮枝的二次高生长现象。因此,使用此方法要特别注意。

③生长锥测定法

当不能伐倒树木或没有伐桩查效年轮时,可以用生长锥查定树木年龄。生长锥(increment borer)是测定树木年龄和直径生长量的专用工具。
生长锥的使用方法:先将锥筒装置于锥柄上的方孔内,用右手握柄的中间,用左手扶住锥筒以防摇晃。垂直于树干将锥筒先端压入树皮,而后用力按顺时针方向旋转,待钻过髓心为止。将探取杆插入筒中稍许逆转再取出木条,木条上的年龄数,即为钻点以上树木的年龄。加上由根颈长至钻点高度所需的年数,即为树木的年龄。

不过这个看似简单的办法实施起来却很困难,只有通过树心取到树木生长第一年的年轮,得出的树龄才准确,但几乎所有古树树干都不那么直。即便熟知树木生长习性的老手,有时也要通过两三次取样才能找到树心。


④树高与树龄的函数关系法

在工作中有一种根据树围估算树龄的做法,即在树木距地面1.3米处量出树的胸围,除以2.5厘米,所得出的数算作该树的树龄。由于不同的树种生长速度不一样;同一树种在不同的气候、土壤、海拔高度其生长速度的差别也会比较大,故此方法得出的数据有误差,只作为一种参考。(这个函数关系式比较多,但是一个不太乐观的消息是,有些树木的树高与树龄之间并不成比例)
树木生长方程作为描述林木大小随年龄变化的模型,可以反映树木生长的规律性。生长方程是比较复杂的,有大量公式可以描述所观察的生长数据及曲线,总体上可划分为经验生长方程及理论生长方程两大类。一个理想的树木生长方程应满足通用性强、准确度高等条件,且最好能对方程的参数给出生物学解释。至今,除根据生物学特性的某些假定条件推导建立的少数几个理论生长方程外,还只是停留在经验方程阶段。

根据树木生长方程的性质,为了更严密地表达总生长过程曲线,各国学者曾提出许多经验生长方程,可供选择的主要方程有:

(1)舒马切尔(Schumacher,1939)方程:


(2)柯列尔(Rоляср,1878)方程:


(3) 豪斯费尔德(Hossfeld,1822)方程:


(4)莱瓦科威克(Levakovic,1935)方程:


(5)修正Weibull(杨容启等人,1978)方程:


(6)吉田正男(Yoshida,1928)方程:


(7)斯洛波达(Sloboda,1971)方程:


(8)其他经验方程:
1)幂函数型:


2)对数型:


3)双曲线型:


4) 混合型:


  上述各方程中,y是调查因子,t是年龄,为待定参数,e是自然对数。

⑤树皮韧皮层分析测定法

一年生枝的树皮较光滑,多年生的则较为粗糙,树龄越久,则树皮的裂口越深。这是由于树皮是树干表皮层老化细胞的残体,生长年份越久,死细胞数量越多,就会越粗糙。同时,随着树体每年的加粗,外层的死细胞堆积层被撑裂,因此树皮上才会有细密的裂口,而年份越久,死细胞层就会越厚,而且并不会完全脱落,故而老树的树皮裂口较深且硬 。这种方法只能模糊地判断大致年份,并不精确,而且要有一定的经验积累才行。

⑥查阅造林技术档案或访问的方法
这种方法对确定人工林的年龄是最可靠的方法。

⑦碳14同位素测定年代法

用专业的仪器在古树上取样,测算出古树的大致年代(由于用这种方式测算出来的时间误差较大,还需要借助一些辅助手段,将一些有文字记载的、树龄准确的相同类别的树木进行抽样分析,包括树木成长的环境、土壤、该地区的降水情况等等),在此基础上,编写出一定的公式,用树木的主要成分——碳元素的衰变期进行对比,根据碳14的分析结果相互参照,最后计算出古树的年龄。

但这种办法在已枯死的树上才更准确,且程序和设备费用昂贵,测量一株树要花费3万元,也很少被使用。

⑧CT扫描断层摄影法

在国外,给树木拍CT片也是测树龄的一种先进精确的办法,三维CT扫描能得到树干断面图像,数出年轮。但CT射线不仅会对树木有伤害,且费用高昂。

⑨X射线年轮细胞密度测定法

1963年,法国科学家Hubert Polge发明了利用x射线测量树轮密度的方法。

气候环境因子的变化会导致树木生长自 变化,并反映在树木年轮的生理结构变化上。经典的树轮学研究中,树轮宽度被认为是细胞总数和细胞径向大小的函数,树轮密度则是细胞总数、细胞径向大小和细胞壁厚度的函数。树轮轮内的细胞总数是细胞生长率的函数,而细胞生长率又是温度、土壤水分和光照条件等其它气候环境要素的函数(如下1、2式所示)。正是这个函数关系将树轮生长与外界气候环境要素间统计上的相关关系变成了因果关系,从而保证了利用相关关系对气候环境要素进行重建的可靠性。;由于受外界气候与环境变化的影响,年轮中材质不一,细胞直径和细胞壁厚度有明显差异,从而造成年轮密度在年内与年间的变化,使得树轮分辨率由年提高到生长季节。木材密度作为木质部细胞壁厚度及细胞腔大小等结构特征的间接反映,它包含了更多从年轮宽度中无法提取出来的环境信息。用X射线测量木材密度可同时获得木材平均密度、最小密度、最大密度、年轮宽度、早材宽度和晚材宽度等特征指标。

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