夏聰，黃華枝，龔志勤，葉廣榮，何世慶

（廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院，廣東廣州 510405）

PICUS在華南地區(qū)古樹健康狀況與安全性評(píng)估中的應(yīng)用研究

夏聰，黃華枝，龔志勤，葉廣榮，何世慶

（廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院，廣東廣州 510405）

通過對(duì)17棵古樹進(jìn)行PICUS檢測(cè)并與目測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，PICUS可以得出古樹整個(gè)橫截面的斷層診斷畫像，能夠比較準(zhǔn)確的定位古樹外部可見的樹洞和內(nèi)部的空洞，可以為古樹健康狀況與安全性評(píng)估提供重要的參考數(shù)據(jù)；分析PICUS檢測(cè)存在的不足和操作人員對(duì)結(jié)果的影響，并提出了建議。

華南；古樹；PICUS；健康狀況；腐爛

古樹歷經(jīng)百年以上的風(fēng)雨，由于自身特性、病蟲危害、人為破壞、環(huán)境影響等原因，樹干很容易出現(xiàn)腐爛、空洞等情況，導(dǎo)致古樹提前進(jìn)入衰老期，嚴(yán)重影響古樹的健康及安全狀況；由此引發(fā)的古樹倒伏和斷枝的事件時(shí)有發(fā)生，給人民財(cái)產(chǎn)安全帶來比較大的安全隱患。很多時(shí)候，古樹樹干的腐朽情況是評(píng)估古樹健康狀況和安全性重要的參考數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的古樹樹干健康檢查一直以來主要借助錘子、生長(zhǎng)錐等小工具憑借經(jīng)驗(yàn)來判斷，即看、敲、摸、舔、嗅，結(jié)果比較籠統(tǒng)、不直觀，有些內(nèi)部的空洞甚至無(wú)法檢查到[1]。隨著電學(xué)、聲學(xué)等技術(shù)發(fā)展以及國(guó)內(nèi)對(duì)古樹保護(hù)工作的重視，美國(guó)的TRU樹木雷達(dá)檢測(cè)系統(tǒng)、德國(guó)的ARBOTOM和PICUS應(yīng)力波樹木斷層儀（以下簡(jiǎn)稱：PICUS）以及RESISTOGRAPH樹木針測(cè)儀系列等各類儀器在德國(guó)、美國(guó)、加拿大等國(guó)得到廣泛應(yīng)用，也逐漸應(yīng)用到國(guó)內(nèi)的古樹健康評(píng)估工作當(dāng)中[2-4]。其中，PICUS因操作較簡(jiǎn)便，可以很快得到古樹樹干某一個(gè)或多個(gè)橫截面的二維診斷圖像并可進(jìn)行三維擬合分析，從而判斷古樹樹干的質(zhì)量、穩(wěn)定性；目前在國(guó)內(nèi)京、滬、廣、港、寧、渝等園林部門都有應(yīng)用[5-9]。

筆者從2006年就開始從事古樹健康評(píng)估技術(shù)研究與應(yīng)用工作，應(yīng)用PICUS先后完成了澳門、東莞、廣州、梅州、香港等華南多地超過2200株古樹、大樹的樹干健康檢測(cè)工作，在使用技術(shù)方面有一定的心得體會(huì)?，F(xiàn)通過對(duì)有代表性的古樹樹干檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證和分析，分析檢測(cè)中出現(xiàn)的誤差及原因，分享使用的成功經(jīng)驗(yàn)，以期對(duì)各地的林業(yè)園林科技人員使用PICUS進(jìn)行古樹健康評(píng)估有所幫助。

1 試驗(yàn)方法

對(duì)古樹樹干外部可見樹洞的位置、寬度及深度、內(nèi)部的空洞、病蟲和白蟻危害侵入的位置進(jìn)行外部觀察與記錄。然后應(yīng)用德國(guó)羅斯托克Argus Electronic Gmbh生產(chǎn)的PICUS選取有針對(duì)性的樹木橫斷面進(jìn)行探測(cè)，最后進(jìn)行兩者相關(guān)數(shù)據(jù)的分析和對(duì)比驗(yàn)證。PICUS工作原理是基于健康及受損古樹的木質(zhì)部對(duì)聲音的不同傳導(dǎo)特性；由一套探測(cè)器組成（典型6～12個(gè)），用皮帶固定在樹干某一橫截面上，探測(cè)器將單獨(dú)通過平頭釘與樹干建立聲導(dǎo)聯(lián)系，平頭釘應(yīng)穿透樹皮并固定在樹木的第一年輪處。測(cè)量時(shí)，通過敲擊錘輕敲一個(gè)平頭釘產(chǎn)生聲音信號(hào)，其他探測(cè)器感應(yīng)并記錄聲音在樹木中的傳播時(shí)間。每一點(diǎn)必須有3次有效敲擊。軟件會(huì)測(cè)算點(diǎn)與點(diǎn)之間的傳導(dǎo)速度，并通過專門的比對(duì)得出這個(gè)橫截面的診斷畫像：樹干橫截面不同的聲波傳導(dǎo)特性以不同的顏色表示出來，即深色（深色以及棕色）代表高聲導(dǎo)速率區(qū)域——即健康區(qū)域。紫色、藍(lán)色至淺藍(lán)色代表低聲導(dǎo)速率區(qū)域——即腐爛，綠色區(qū)域是在健康木質(zhì)部和腐爛之間的過渡區(qū)域[10]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 外部可見明顯樹洞的古樹檢測(cè)

外部可見明顯樹洞的古樹檢測(cè)結(jié)果顯示（見表1，圖1～圖4）：①7棵古樹9個(gè)橫截面的樹洞洞口位置的目測(cè)結(jié)果與PICUS檢測(cè)結(jié)果一致，兩棵紅車古樹的不同測(cè)試高度的結(jié)果也是一致的。②樹洞深度的檢測(cè)結(jié)果，除編號(hào)7的龍眼古樹樹洞被水泥修補(bǔ)無(wú)法比較但依然被PICUS準(zhǔn)確檢測(cè)出來以外，其他6棵古樹8個(gè)橫截面的樹洞PICUS診斷結(jié)果都要比目測(cè)結(jié)果的樹洞深度深2.5～23cm。分析原因，目測(cè)樹洞的周邊木質(zhì)部肉眼經(jīng)常無(wú)法透視，但實(shí)際也常出現(xiàn)明顯的腐爛，實(shí)際的大小應(yīng)大于目測(cè)的結(jié)果，因此PICUS檢測(cè)結(jié)果比目測(cè)結(jié)果偏大；我們?cè)诠艠錁涠葱扪a(bǔ)時(shí)清理腐爛木質(zhì)部之后的樹洞體積總是大于之前目測(cè)的。③除了少部分古樹是規(guī)則的橢圓形以外，其他的古樹的形狀都不是完全規(guī)則的圓形或橢圓形，PICUS診斷圖像的形狀與古樹實(shí)際形狀有差異，導(dǎo)致洞口寬度和深度的PICUS測(cè)量結(jié)果存在誤差。

2.2 內(nèi)部存在明顯空洞的古樹檢測(cè)

內(nèi)部存在明顯空洞的古樹檢測(cè)結(jié)果顯示（見表2，圖5～圖8）：①10棵古樹14個(gè)橫截面的PICUS檢測(cè)結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果是相吻合的；PICUS能準(zhǔn)確檢測(cè)出古樹內(nèi)部的空洞和腐爛率；編號(hào)11的木棉古樹和編號(hào)12的秋楓古樹兩個(gè)測(cè)試高度的檢測(cè)結(jié)果具有一致性。②除了少部分古樹是規(guī)則的橢圓形以外，其他的古樹的形狀都不是完全規(guī)則的，PICUS診斷圖像的形狀與古樹實(shí)際形狀有差異，導(dǎo)致空洞的腐爛率是存在實(shí)際誤差的。

表1 外部可見明顯樹洞的古樹檢測(cè)結(jié)果

圖1 芒果1樹洞照片

圖2 芒果1的PICUS診斷畫像

圖3 紅車4b樹洞照片

圖4 紅車4b的PICUS診斷圖像

3 結(jié)論與討論

3.1 PICUS的作用

PICUS很好彌補(bǔ)了古樹樹干檢測(cè)之前主要靠經(jīng)驗(yàn)和估算的不足，可以得出古樹整個(gè)橫截面的斷層診斷畫像，能夠比較準(zhǔn)確的定位古樹外部可見的樹洞和內(nèi)部的空洞，同時(shí)計(jì)算出腐爛的比率。并且可以通過多個(gè)橫截面的檢測(cè)和三維分析，得出這個(gè)樹洞的大小。此外，在實(shí)際探測(cè)中，還發(fā)現(xiàn)可以結(jié)合外部觀察利用PICUS輔助分析家白蟻、樹木褐根病等病蟲害侵入樹木的位置及危害的程度。

3.2 存在的不足

PICUS每次檢測(cè)古樹樹干一個(gè)橫截面，還無(wú)法做到一次對(duì)整個(gè)樹干進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果只能反映某個(gè)橫截面的情況，具有局限性。另外，檢測(cè)結(jié)果需結(jié)合外部觀察或者其他儀器才能綜合分析樹干腐爛原因。在野外操作中，當(dāng)古樹的橫截面是圓形或橢圓形時(shí)，那么只需要測(cè)量圓周或最寬平面和最窄平面的直徑，但是大多數(shù)古樹是不規(guī)則的，那么在現(xiàn)場(chǎng)確定古樹橫截面的幾何形狀是十分困難的，測(cè)量的形狀與實(shí)際的形狀會(huì)有一定的差異，這也會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響。此外，PICUS檢測(cè)結(jié)果還會(huì)受到樹種特性、樹木直徑、樹木形狀、測(cè)量形狀、平頭釘長(zhǎng)度、傳感器數(shù)量等因素的影響。Elizabeth A.Gilbert（2004）在白樺樹和山核桃屬植物上應(yīng)用PICUS進(jìn)行探測(cè)，并將所測(cè)試的樹木砍伐測(cè)量進(jìn)行嚴(yán)格對(duì)比驗(yàn)證，誤差在3%～8%[3]。

表2 內(nèi)部存在明顯空洞的古樹檢測(cè)結(jié)果

圖5 華南皂莢13的的PICUS診斷圖像

圖6 華南皂莢14的的PICUS診斷圖像

圖7 樟樹15的的PICUS診斷圖像

圖8 刺桐16的的PICUS診斷圖像

3.3 人的影響

PICUS只是一臺(tái)半自動(dòng)的機(jī)器，還是需要人來操作，因此操作人的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)就顯得非常重要。筆者在長(zhǎng)期的使用中也發(fā)現(xiàn)，選擇同一棵有樹洞的形狀不規(guī)則的古樹，由不同的技術(shù)人員嚴(yán)格按照說明書分別來進(jìn)行整套的操作，測(cè)算出來的古樹形狀存在差異，得到的PICUS診斷畫像和樹洞腐爛的比率也存在差異。雖然這不是人為故意導(dǎo)致的錯(cuò)誤，但終究會(huì)對(duì)實(shí)際的評(píng)判結(jié)果造成影響。所以應(yīng)對(duì)技術(shù)人員開展專門的培訓(xùn)，要求技術(shù)人員對(duì)各種古樹進(jìn)行深入的研究，熟練掌握各種古樹的檢測(cè)方法，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確率。

4 建議

為提高古樹樹干PICUS檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)對(duì)技術(shù)人員開展專門的培訓(xùn)，認(rèn)真研究PICUS的說明書和相關(guān)研究文獻(xiàn)，了解PICUS的工作原理和操作注意事項(xiàng)和易產(chǎn)生誤差的情況，熟練掌握各種古樹的檢測(cè)方法，收集掌握古樹、大樹倒伏的資料，建立專門的數(shù)據(jù)庫(kù)，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確率。特別需要注意的是，古樹樹干的檢測(cè)結(jié)果可以作為評(píng)價(jià)古樹健康狀況和安全性的重要參考數(shù)據(jù)，但千萬(wàn)不能機(jī)械的照搬照套，單憑樹干的檢測(cè)結(jié)果來判斷古樹整體的健康狀況和安全性。例如編號(hào)12的千年秋楓，雖然樹干腐朽超過70%以上，但是依然干直葉茂、長(zhǎng)勢(shì)良好。

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S788

A

1002-3356（2015）03-0024-03

2015-04-20

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2011B02040 1009）；廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2060402）。