PICUS在华南地区古树健康状况与安全性评估中的应用研究

夏聪，黄华枝，龚志勤，叶广荣，何世庆

（广州市林业和园林科学研究院，广东广州 510405）

PICUS在华南地区古树健康状况与安全性评估中的应用研究

夏聪，黄华枝，龚志勤，叶广荣，何世庆

（广州市林业和园林科学研究院，广东广州 510405）

通过对17棵古树进行PICUS检测并与目测结果进行对比验证后发现，PICUS可以得出古树整个横截面的断层诊断画像，能够比较准确的定位古树外部可见的树洞和内部的空洞，可以为古树健康状况与安全性评估提供重要的参考数据；分析PICUS检测存在的不足和操作人员对结果的影响，并提出了建议。

华南；古树；PICUS；健康状况；腐烂

古树历经百年以上的风雨，由于自身特性、病虫危害、人为破坏、环境影响等原因，树干很容易出现腐烂、空洞等情况，导致古树提前进入衰老期，严重影响古树的健康及安全状况；由此引发的古树倒伏和断枝的事件时有发生，给人民财产安全带来比较大的安全隐患。很多时候，古树树干的腐朽情况是评估古树健康状况和安全性重要的参考数据。传统的古树树干健康检查一直以来主要借助锤子、生长锥等小工具凭借经验来判断，即看、敲、摸、舔、嗅，结果比较笼统、不直观，有些内部的空洞甚至无法检查到[1]。随着电学、声学等技术发展以及国内对古树保护工作的重视，美国的TRU树木雷达检测系统、德国的ARBOTOM和PICUS应力波树木断层仪（以下简称：PICUS）以及RESISTOGRAPH树木针测仪系列等各类仪器在德国、美国、加拿大等国得到广泛应用，也逐渐应用到国内的古树健康评估工作当中[2-4]。其中，PICUS因操作较简便，可以很快得到古树树干某一个或多个横截面的二维诊断图像并可进行三维拟合分析，从而判断古树树干的质量、稳定性；目前在国内京、沪、广、港、宁、渝等园林部门都有应用[5-9]。

笔者从2006年就开始从事古树健康评估技术研究与应用工作，应用PICUS先后完成了澳门、东莞、广州、梅州、香港等华南多地超过2200株古树、大树的树干健康检测工作，在使用技术方面有一定的心得体会。现通过对有代表性的古树树干检测结果进行对比验证和分析，分析检测中出现的误差及原因，分享使用的成功经验，以期对各地的林业园林科技人员使用PICUS进行古树健康评估有所帮助。

1 试验方法

对古树树干外部可见树洞的位置、宽度及深度、内部的空洞、病虫和白蚁危害侵入的位置进行外部观察与记录。然后应用德国罗斯托克Argus Electronic Gmbh生产的PICUS选取有针对性的树木横断面进行探测，最后进行两者相关数据的分析和对比验证。PICUS工作原理是基于健康及受损古树的木质部对声音的不同传导特性；由一套探测器组成（典型6～12个），用皮带固定在树干某一横截面上，探测器将单独通过平头钉与树干建立声导联系，平头钉应穿透树皮并固定在树木的第一年轮处。测量时，通过敲击锤轻敲一个平头钉产生声音信号，其他探测器感应并记录声音在树木中的传播时间。每一点必须有3次有效敲击。软件会测算点与点之间的传导速度，并通过专门的比对得出这个横截面的诊断画像：树干横截面不同的声波传导特性以不同的颜色表示出来，即深色（深色以及棕色）代表高声导速率区域——即健康区域。紫色、蓝色至浅蓝色代表低声导速率区域——即腐烂，绿色区域是在健康木质部和腐烂之间的过渡区域[10]。

2 试验结果与分析

2.1 外部可见明显树洞的古树检测

外部可见明显树洞的古树检测结果显示（见表1，图1～图4）：①7棵古树9个横截面的树洞洞口位置的目测结果与PICUS检测结果一致，两棵红车古树的不同测试高度的结果也是一致的。②树洞深度的检测结果，除编号7的龙眼古树树洞被水泥修补无法比较但依然被PICUS准确检测出来以外，其他6棵古树8个横截面的树洞PICUS诊断结果都要比目测结果的树洞深度深2.5～23cm。分析原因，目测树洞的周边木质部肉眼经常无法透视，但实际也常出现明显的腐烂，实际的大小应大于目测的结果，因此PICUS检测结果比目测结果偏大；我们在古树树洞修补时清理腐烂木质部之后的树洞体积总是大于之前目测的。③除了少部分古树是规则的椭圆形以外，其他的古树的形状都不是完全规则的圆形或椭圆形，PICUS诊断图像的形状与古树实际形状有差异，导致洞口宽度和深度的PICUS测量结果存在误差。

2.2 内部存在明显空洞的古树检测

内部存在明显空洞的古树检测结果显示（见表2，图5～图8）：①10棵古树14个横截面的PICUS检测结果与观测结果是相吻合的；PICUS能准确检测出古树内部的空洞和腐烂率；编号11的木棉古树和编号12的秋枫古树两个测试高度的检测结果具有一致性。②除了少部分古树是规则的椭圆形以外，其他的古树的形状都不是完全规则的，PICUS诊断图像的形状与古树实际形状有差异，导致空洞的腐烂率是存在实际误差的。

表1 外部可见明显树洞的古树检测结果

图1 芒果1树洞照片

图2 芒果1的PICUS诊断画像

图3 红车4b树洞照片

图4 红车4b的PICUS诊断图像

3 结论与讨论

3.1 PICUS的作用

PICUS很好弥补了古树树干检测之前主要靠经验和估算的不足，可以得出古树整个横截面的断层诊断画像，能够比较准确的定位古树外部可见的树洞和内部的空洞，同时计算出腐烂的比率。并且可以通过多个横截面的检测和三维分析，得出这个树洞的大小。此外，在实际探测中，还发现可以结合外部观察利用PICUS辅助分析家白蚁、树木褐根病等病虫害侵入树木的位置及危害的程度。

3.2 存在的不足

PICUS每次检测古树树干一个横截面，还无法做到一次对整个树干进行检测。检测结果只能反映某个横截面的情况，具有局限性。另外，检测结果需结合外部观察或者其他仪器才能综合分析树干腐烂原因。在野外操作中，当古树的横截面是圆形或椭圆形时，那么只需要测量圆周或最宽平面和最窄平面的直径，但是大多数古树是不规则的，那么在现场确定古树横截面的几何形状是十分困难的，测量的形状与实际的形状会有一定的差异，这也会对检测结果造成影响。此外，PICUS检测结果还会受到树种特性、树木直径、树木形状、测量形状、平头钉长度、传感器数量等因素的影响。Elizabeth A.Gilbert（2004）在白桦树和山核桃属植物上应用PICUS进行探测，并将所测试的树木砍伐测量进行严格对比验证，误差在3%～8%[3]。

表2 内部存在明显空洞的古树检测结果

图5 华南皂荚13的的PICUS诊断图像

图6 华南皂荚14的的PICUS诊断图像

图7 樟树15的的PICUS诊断图像

图8 刺桐16的的PICUS诊断图像

3.3 人的影响

PICUS只是一台半自动的机器，还是需要人来操作，因此操作人的技术和经验就显得非常重要。笔者在长期的使用中也发现，选择同一棵有树洞的形状不规则的古树，由不同的技术人员严格按照说明书分别来进行整套的操作，测算出来的古树形状存在差异，得到的PICUS诊断画像和树洞腐烂的比率也存在差异。虽然这不是人为故意导致的错误，但终究会对实际的评判结果造成影响。所以应对技术人员开展专门的培训，要求技术人员对各种古树进行深入的研究，熟练掌握各种古树的检测方法，提高检测的准确率。

4 建议

为提高古树树干PICUS检测结果的准确性，应对技术人员开展专门的培训，认真研究PICUS的说明书和相关研究文献，了解PICUS的工作原理和操作注意事项和易产生误差的情况，熟练掌握各种古树的检测方法，收集掌握古树、大树倒伏的资料，建立专门的数据库，提高检测的准确率。特别需要注意的是，古树树干的检测结果可以作为评价古树健康状况和安全性的重要参考数据，但千万不能机械的照搬照套，单凭树干的检测结果来判断古树整体的健康状况和安全性。例如编号12的千年秋枫，虽然树干腐朽超过70%以上，但是依然干直叶茂、长势良好。

［1］王德清.园林树木健康状况的快速鉴别［J］.天津农林科技，2006，（5）：45.

［2］黎彩敏，翁殊斐，林云，等.园林树木健康与安全性评价研究进展［J］.广东农业科学，2009，（7）：186-189.

［3］Elizabeth A.Gilbert，E.Thomas Smiley.PICUS Sonic Tomography for the Quantification of Decay in White Oak（Quercus Alba）and Hickory（Carya Spp.）［J］. Journal of Arboriculture，2004，30（5）：277-280.

［4］Isik F，Li B.Rapid assessment of wood density of live Trees using the Resistograph for selection in tree improvement Programs［J］.Canadian Journal of Forest Research，2003，33（12）：2426-2435.

［5］徐华东，王立海，游祥飞，等.应力波和超声波在立木无缺陷断面的传播速度［J］.林业科学，2011，47（4）：129-134.

［6］张乔松，杨伟儿.古树、大树的安全评估［J］.园林，2014，（3）：54-58.

［7］王毅明，韩文泉.PICUS3在南京市梧桐树干空洞探测中的应用［J］.城市勘测，2015，（1）：119-122.

［8］王明巡.上海主要古树树干腐烂状况检测研究［J］.安徽农业科学，2012，40（17）：367-369.

［9］向见，何博.应力波检测香樟内部腐损程度定量分析［J］.现代农业科技，2013，（21）：180.

［10］ArgusElectronicGmbh.PICUSSonicTomograph manual［R］.Rostock，Germany，2006.

S788

A

1002-3356（2015）03-0024-03

2015-04-20

广东省科技计划项目（项目编号：2011B02040 1009）；广州市科技计划项目（项目编号：2060402）。