古树名木健康评估与保护策略
检测古树总数 30 株 5个树种，百年以上 | 空洞发生率 70% 21棵存在不同程度空洞 | 主要健康等级 B 级 衰弱，占样本100% | 评估指标体系 10 项 5大类二级指标量化评分 |
一、研究背景与意义
古树名木是自然与文化遗产的双重载体，其生态价值、历史价值与景观价值不可再生。然而，随着树龄增长和外界环境胁迫，古树往往面临树干内部腐朽、树冠退化、根系浅化等结构性退化问题，严重威胁遗产场所的完整性和游客安全。
传统检测方法（目视巡查、简单物理叩诊）仅能评估树体外部状况，无法定量检测树干内部空洞与根系退化，导致评估结果片面、保护措施滞后。引入以树木雷达为代表的无损检测（NDT）技术，是实现"精准保护、科学管护"的关键突破。
传统方法的局限 目视检查、简单叩诊等方法仅能反映外部形态，无法量化内部腐朽程度；人工钻孔取芯虽可获得内部数据，但对古树造成物理创伤，违背保护原则。 | NDT技术的优势 树木雷达（TRU）、声波断层成像（如PiCUS® 3、ARBOTOM®）等无损检测技术，在不损伤树体结构的前提下获取内部空洞分布、根系深度等关键数据，为古树精准诊断提供可靠依据。 |
二、核心检测技术——树木雷达（TRU Tree Radar）
本研究采用TRU Tree Radar系统进行树干内部空洞无损检测，该技术基于探地雷达（GPR）原理，使用900 MHz雷达天线，可高效识别树干内部空洞、裂缝及根系分布深度，具有检测快速、结果直观、操作无损的特点。
2.1 检测方法流程
① 选取测量高度：1.1 / 1.3 / 1.5 / 1.7 m 四个高度截面
② 环绕扫描：从正北方向起，顺时针旋转2圈
③ 雷达信号采集：测量轮紧贴树皮匀速推进
④ TBA软件处理：滤波 → 阈值调整 → 异常区域标注
⑤ 截面图生成：各高度空洞分布可视化输出
2.2 树干空洞等级划分
等级 | 空洞率（%） | 树干状态描述 | 力学影响 | 处置建议 |
Ⅰ 完好 | 0 | 树干结构完整，木质坚硬致密，无腐朽迹象 | 生理功能完全正常 | 常规养护监测 |
Ⅱ 轻度 | 0 ~ 25% | 局部初期腐朽，主要承重结构完整 | 力学强度未显著下降 | 加强监测，预防性处理 |
Ⅲ 中度 | 25 ~ 50% | 腐朽区域明显扩展，部分木质疏松 | 树干力学性能开始下降 | 实施加固措施 |
Ⅳ 重度 | 50 ~ 100% | 严重腐朽，树干结构整体性丧失 | 存在倒伏风险 | 立即应急保护或移除 |
三、古树健康综合评估体系
本研究参照《古树名木快速诊断技术导则》，结合Ying（2011）、Weng等（2009）的研究成果，运用层次分析法（AHP）构建多维度、多层级的健康评估体系。评估体系包含5大一级指标、10个二级指标，融合外部形态指标与内部结构指标（树干空洞），实现综合量化评估。
3.1 评估指标体系（10项二级指标）
一级指标 | 二级指标 | 检测类型 | Ⅰ 无（3分） | Ⅱ 轻度（2分） | Ⅲ 中度（1分） | Ⅳ 严重（0分） |
叶片 | 叶片黄化枯萎比例（%） | 外部评估 | < 60% | 60 ~ 75% | 75 ~ 90% | > 90% |
树干 | 树皮开裂/病斑/脱落（%） | 外部评估 | < 5% | 5 ~ 15% | 15 ~ 30% | > 30% |
树干 | 树干倾斜角度（°） | 外部评估 | < 5° | 5 ~ 10° | 10 ~ 15° | > 15° |
树干 | 树干内部腐朽率（%）★NDT | 内部NDT | 0% | 0 ~ 25% | 25 ~ 50% | 50 ~ 100% |
枝条 | 枯死/折断枝条比例（%） | 外部评估 | < 5% | 5 ~ 15% | 15 ~ 20% | > 20% |
根系 | 外露根数量（条） | 外部评估 | 0条 | 0 ~ 1条 | 2 ~ 3条 | > 3条 |
根系 | 浅根/发育不良（>60cm）★NDT | 内部NDT | > 10 | 10 ~ 7 | 7 ~ 3 | 3 ~ 0 |
环境 | 周边建筑干扰距离（m） | 外部评估 | > 10m | 10 ~ 3m | 3 ~ 1m | < 1m |
环境 | 人为踩踏干扰（人次/m²） | 外部评估 | 0 | 0 ~ 10 | 10 ~ 30 | > 30 |
环境 | 病虫害侵染程度（%） | 外部评估 | < 5% | 5 ~ 15% | 15 ~ 30% | > 30% |
3.2 健康等级划分（总分0~30分）
A 健康（Normal） 总分 26 ~ 30 分 整体生长良好，无明显病虫害，树干完好，枝繁叶茂 | B 衰弱（Weak） 总分 16 ~ 25 分 偶有叶片枯萎或枝条脱落，轻微病虫害迹象，树干局部受损 | C 严重衰弱（Blighted） 总分 6 ~ 15 分 遭受严重损害，对外界环境适应能力差，整体生长状况不佳 | D 濒危（Endangered） 总分 0 ~ 5 分 整体极差，枯萎损伤严重，病虫害侵害严重，处于濒死状态 |
四、实证研究——北京圆明园正觉寺古树群
4.1 研究区域概况
正觉寺位于北京市海淀区圆明园遗址公园内，北京年降水量600~700mm，主要集中于夏季（6~8月，约占全年60%），冬季较为干燥，气候条件总体适宜古松柏类生长。检测涵盖5个树种：国槐（Sophora japonica）、侧柏（Platycladus orientalis）、圆柏（Juniperus chinensis）、白皮松（Pinus bungeana）、酸枣（Ziziphus jujuba var. spinosa）。
4.2 树干空洞检测结果
空洞发生率 70% 30株中21株检出空洞 | 轻度空洞（Ⅱ级）比例 67% 空洞率0~25%，占多数 | 中度空洞（Ⅲ级） 1株 重度空洞（Ⅳ级）：0株 |
关键发现①：树龄是空洞形成的核心驱动因素 研究证实树龄增长与空洞率呈正相关——随树龄增大，树干空洞普遍发展，这与衰老过程中木质部活力下降、防御性化合物积累减少密切相关。然而，树种差异显著影响这一规律：一棵树龄330年的侧柏木质结构几乎完好，推测与该树种特有的防御性化合物大量积累有关，凸显物种特异性管护策略的重要性。 |
4.3 健康等级评估结果
对30株古树进行10项指标综合评分后，全部30株（100%）被评定为B级（衰弱），无A级（健康）树木，也无C/D级严重衰弱或濒危株。
关键发现②：树龄不是健康的决定因素 研究显示，树龄与健康评分之间无显著相关性——部分古老树木在良好养护和生境条件下保持健壮，而一些相对年轻的树木因环境胁迫出现明显衰退。单一树干空洞指标对整体健康影响有限；空洞率相近的个体，因病虫害防控、根系状况和树冠活力的差异，健康评分可能差异显著。 |
五、分级保护策略与管理建议
5.1 基于空洞等级的差异化保护方案
Ⅰ | 无空洞株（预防性养护） 定期监测，实施常规土壤改良、施肥和水分管理，优化立地条件，降低病虫害侵染风险。建立个体档案，每年开展一次无损检测复查。 |
Ⅱ | 轻度空洞株（修复+监测） 实施腐朽部位清理、防腐处理和物理修复（树洞填充），使用树木雷达进行半年期复检，评估空洞扩展速率，适时实施枝条减重和树体支撑。 |
Ⅲ | 中度空洞株（结构加固+生态恢复） 安装钢缆或支撑系统，防止风荷载导致断裂或倒伏；同步开展根系促进措施（减少踩踏、扩大护树池），配合冠层修剪减少受力。季度复检，制定应急预案。 |
Ⅳ | 重度空洞株（应急保护） 立即实施围栏隔离，防止游客接近。评估倒伏风险，必要时安装监测传感器实时预警。与专业团队会商是否采取应急移除或就地保护方案。 |
5.2 数字化管理体系建设
"一树一档"数字管理系统 建立每株古树的数字档案，涵盖基础信息（树种、树龄、坐标）、历次NDT检测数据（空洞分布图、根系图）、健康评分曲线和养护记录，支持持续监测与自适应管理。 | 专业维护团队配置 组建由树木学家、树艺师、无损检测工程师组成的专业团队，制定年度评估计划，将古树健康状态纳入遗产场所常态化管理机制，确保科学、精准、可持续保护。 |
六、主要无损检测技术对比
在古树名木健康检测中，树木雷达（TRU）与声波断层成像（Picus 3）是两类主流技术，各有适用场景，通常可结合使用以获取更全面的内部结构信息。
对比维度 | 树木雷达（TRU） | 声波断层成像（PiCUS） |
工作原理 | 900 MHz电磁波反射 | 声波飞行时间（ToF），声速差异成像 |
主要检测内容 | 树干内腔、根系分布深度 | 树干截面空洞、腐朽区域 |
根系检测 | ✔ 支持 | 部分支持（ARBOTOM® Arboradix） |
三维成像 | 多高度截面叠加 | 原生3D（ArborSonic）/ 多截面合并 |
操作方式 | 环绕推进扫描 | 传感器固定+锤击激励 |
对树体损伤 | 无损 | 轻微（传感器钉入约2mm） |
典型应用场景 | 遗址古树、文保单位，根系退化风险评估 | 城市行道树、林业科研，风险树木评估 |
本文献使用 | ✔ TRU系统（主要工具） | 未使用（可作互补） |
七、对国内古树名木保护工作的启示
引入NDT定量检测 将树木雷达、声波断层仪等设备纳入古树名木日常普查和年度体检体系，弥补传统目视巡查对内部病害"看不见"的根本缺陷，特别关注空洞率指标。 | 构建多指标评估体系 采用内外部指标结合、结构指标与生理生态指标结合，建立科学统一的健康分级标准，替代单纯依赖外观的主观评估。 | 物种差异化管护 不同树种抗腐能力差异显著（如侧柏vs.国槐）。应针对不同树种制定专项保护规程，避免"一刀切"管护措施，注重物种特有的防御机制。 |
数字化台账建设 推进"一树一档"数字化管理，结合GIS系统实现古树空间定位与健康状态可视化，便于主管部门动态掌握辖区古树名木整体健康趋势。 | 遗产场所专项方案 文化遗产地的古树兼具生态与文化价值，在标准健康评估基础上，还应综合考虑人流踩踏、建筑挤压、地面铺装等特有环境压力因素。 | 建立风险预警机制 对中度以上空洞株实施重点监控，可在关键位置安装倾斜传感器或应力传感器，结合气象数据（大风、暴雨预警）联动处置，防止安全事故发生。 |
参考文献
[1] Wang M., Wang X., Zhang R. (2025). Integrated Health Assessment and Support Strategies for Ancient Trees in Cultural Heritage Sites Based on Non-Destructive Testing. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XLVIII-5/W3-2025, 147-154.
[2] Peng T., Zhou M., Guo X. et al. (2021). Application of TRU Tree Radar in Detecting Trunk Health of Street Trees. Tropical Agricultural Engineering, 45(3): 108-111.
[3] Weng S., Li C., Pang R. (2009). Construction of a Health Evaluation System for Landscape Trees Using the Analytic Hierarchy Process. Journal of Northwest Forestry College, (1): 182-186.
[4] Zheng R., Le Y., Wang X. et al. (2013). Study on Risk Assessment and Risk Management Methods of Ancient Trees. Journal of Beijing Forestry University, 35(6): 144-150.
[5] Liu X., Kang Y., Gan M. et al. (2017). Study on Trunk Heartwood Decay of Ancient Platycladus orientalis at the Mausoleum of the Yellow Emperor. Journal of Northwest Forestry College, 32(2): 180-187.
[6] Bertolin C. et al. (2021). Analysis of Jerk as a novel tree-fails hazard index. International Journal of Disaster Risk Reduction, 56: 102122.
[7] An Y. (2013). Study on Two-Dimensional Imaging Technology of Wood Defects Based on Stress Waves. Beijing: Chinese Academy of Forestry.
本文基于Wang M. et al.（2025）学术文献整理，图表数据来源于原文，健康评分示例为说明性示意图，仅供参考。各地古树名木检测应结合具体树种、立地条件及当地技术规范制定专项方案。 |