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古树名木树体修复与无损检测技术

学术期刊发表网 位置:农业论文 时间:2022-04-20 09:19 (12)

摘要:摘 要:在推进新时代生态文明建设的背景下,围绕古树名木生存面临的最大问题之一树洞的填充方法,从施工技术、修复效果等方面对聚氨酯树脂填充法、黄土填充诱导根技术进行了对比分析

  摘 要:在推进新时代生态文明建设的背景下,围绕古树名木生存面临的最大问题之一——树洞的填充方法,从施工技术、修复效果等方面对聚氨酯树脂填充法、黄土填充诱导根技术进行了对比分析,阐述这些方法可借鉴的方面,对于促进古树名木树体修复和保护复壮技术的发展具有重要意义。

  关键词:古树名木;树体修复;树洞填充;无损检测;保护复壮

古树

  加强古树名木保护,对于提升历史文化传承能力、 促进生态文明建设具有重要意义 [1]。大部分的古树树 干存在一定程度的腐烂、孔洞、开裂等问题,作为不可 再生资源的古树,面临着树势衰弱、倒伏,甚至枯死的 危险。如何让树体这些缺陷伤势减缓或者病灶修复, 是古树名木保护复壮要研究的关键问题。通过分析文 献资料可知,仿真树皮、水泥、聚氨酯树脂是目前古树 修复过程中经常使用的材料。古树修复不是简单地把 树体破损的部位复原,制作一个仿真的假干,仿真树皮 只有美观效果,不能从根本上解决问题。现在常用的 树洞修补材料有水泥、砖石[2-3],这些硬质填料与树木的 贴合程度不高,在雨季容易积水,导致树木腐烂更严 重。占据国内新型填充材料主要市场的发泡剂[4-6]质轻、 附着度高,但属于有毒且易燃的化学物质,且与树木的 生理特性不符。前人研究中提到在韩国发展比较成熟 的树体修复方法[7-8],在树洞内部填充黄土,黄土中生 出很多毛细根,辅助古树吸收营养,是目前看来最好的 修复技术。对韩国目前使用的古树名木树洞填充修复 技术进行了深入研究,挖掘韩国古树名木保护复壮的 经验,为我国古树名木的有效保护提供参考。

  1 韩国古树名木保护现状

  韩国将树龄久远的大树,即包含“古树”“老树”“巨 大树”之意的树木称为古树名木。古树名木一般树龄 在二三百年以上,记录了当地生态环境的变迁,也是周 边居民沟通交流、休息娱乐的场所,更是神话故事的守 护者,文化价值非常大。从 1970 年韩国开展新农村运 动后,很多地区以提供休息场所的名义,在古树名木周 围设置水泥段,导致很多古树枯死,还有一部分被人为 用作高级木材,乱砍滥伐。1972 年整个韩国被登记为 “保护树”的古树名木有 13874 株,到 1983 年减少到 9515 株,减少了约 30%。同时,随着经济的发展,旅游 事业也迅速发展,人们盲目地靠近古树名木,造成周围 地面被严重踏压,而且古树名木还面临着被实施高风险的外科手术等威胁。

  2 庆州鸡林古树现状

  庆州鸡林是位于韩国庆州国立公园内的一个树 林,庆州中部原新罗王宫附近(图 1)。因其内有古树名 木而被指定为史迹第 19 号的鸡林,是新罗建国初期的 树林,总面积 7300m2,内有古树名木 376 棵,在历史上 是非常重要的天然森林。鸡林中大部分为榉树、国槐、 柳树等树种,树龄在 200~300 年。

  庆州四面环山,东临日本海,冬季受到大陆性气候 的影响,夏季受到海洋性气候的影响。鸡林内的古树 名木受人为、自然等因素的影响,大部分存在因病虫害 和深材层腐烂而发生的内部孔洞,遇到雨雪台风天气 就会有很多树干、树枝折断现象,很多古树枝干因此被 锯掉,古树名木枯死现象也时有发生。而且树木的表 皮也出现很多腐烂、开裂、窟窿等现象,影响其健康及 美观度,需要应用有效的材料及技术进行补救。为此, 从 2015 年 3 月开始,韩国地方政府、植物医院、高校及 科研单位便联手进行庆州鸡林古树树体修复工作,庆 州市政府主要负责项目的统筹规划,项目的实施主要 由韩国植物医院负责,韩国东国大学造景学科及庆尚 大学农业生命科学研究院进行技术研发与现场指导。

古树

  3 古树名木树体修复技术

  韩国古树名木树体修复技术的过程是按照清除树 体腐烂组织、杀菌处理、杀虫处理、防腐处理、孔洞填 充、垫布围裹、防水处理、人工树皮、防氧化处理等顺序 进行。现以庆州鸡林古树名木为例,将各处理过程(图 2)说明如下。

  3.1 清除树体腐烂组织

  尽可能地去除衰弱枝,切除枯死的树枝、树皮,防 止继续腐烂。在去除腐烂部分时,实际损伤比肉眼所 见更严重。因此,要彻底清除至露出健全的组织。

  3.2 杀菌处理

  去除孔洞、枯死树枝树皮、断裂部位等腐败部位 后,即使肉眼认定是健全的组织,木材腐朽菌的菌丝也 会渗入其中,因此必须喷洒足够的杀菌剂。特别是有 裂缝部分的内部更要彻底杀菌消毒。杀菌剂应使用工 艺上挥发性快、对树体影响较弱的杀菌剂,如鸡林古柳 修复过程中主要使用乙醇 1.0L/m2。

  3.3 杀虫处理

  腐烂的部位或树枝树皮枯死部分的下面存在各种 蛀干类的害虫,如天牛类、木蠹蛾类、白蚁、蟑螂等,应 进行杀虫剂处理。杀虫处理最好使用对木材渗透力强 的农药和熏蒸剂。鸡林古柳使用的杀虫剂是柏拉息昂 (Parathion)、加多纳(Gadona)等渗透性好的农药。熏蒸 剂使用的是二硫化炭素(CS2)、甲基丁胺(Methyl bromide)等。为杀死为害木质部的害虫,需要有充分的药 剂渗透到木质部内。因此,最好反复多次使用,特别是 混合使用 2 种农药效果更佳。

  3.4 防腐处理

  杀菌剂和杀虫剂处理后如放任不管,一定会导致 腐朽病菌侵入并再次腐烂。因此,要使用防腐剂进行 处理,防止病菌入侵。防腐剂的有效性要长,鸡林古树 名木修复过程中使用的熟桐油是一种涂饰用干性植物 油,具有高强渗透力,能够进入木材内部,与木材中的 还原性物质发生化学变化,转变为不溶性化合物,完全 固定在木材中,杀菌力也会半永久性地持续,可防止树 干腐烂及阻挡白蚁、天牛等虫害。

  3.5 防水处理

  木质部进水受潮时,水、空气中的致腐微生物便大 量滋生,导致树体再次腐烂。因此,为防止湿气或雨水 进入,应进行防水处理。防水剂一般使用油漆、凡士林、 石蜡、松脂等,而鸡林古柳使用的是与木质部黏合力或 渗透力都较好的人工树脂。防水处理有 2 种方法:一种 是在孔洞填充前进行处理,另一种方法是在孔洞填充 后只对外部暴露部分进行处理。防水剂一般在直射光 线照射一段时间就会被氧化,因此应该进行遮光处理, 避免阳光直射。

  3.6 孔洞填充

  树木外科手术中最重要的部分就是孔洞填充。鸡 林古树名木之前使用的是发泡性树脂聚氨酯(Poly urethan foam)填充孔洞的方法。聚氨酯树脂是混合液 体状态的聚醇(Polyol)和异氰酸酯(Isocyanate)后加入 发泡剂及硬化剂制成的化学物质,在强大的压力下,进 入缝隙或小孔洞,像面包一样膨胀,完全填补孔洞部 分,因此对孔洞内部不规则、凹凸严重的情况非常有 效。孔洞填充方法将主体和硬化剂以 1∶1 的比例混 合,搅拌均匀后放入孔洞中,然后堵住所有外部孔洞, 防止混合物向外流出。发泡性树脂的孔洞填充与水泥 填充一样没有支撑效果。因此,孔洞大或有全优的风 险时,可以往孔洞中放入石头、木块、水泥砖等进行填 充,或在孔洞中竖起 20cm 以上的 PVC 管道,在其中放 入钢筋和水泥混凝土,用铁棒相互连接后,其它部分用 发泡性树脂进行孔洞填充等。这种方法,要根据孔洞 的实际损害情况而定。 目前,国内外古树名木的外科手术中,一般都使用 聚氨酯树脂填充法,这种聚氨酯树脂很容易现场制作, 施工简便,整形性好,是进行古树名木孔洞填充的材 料。孔洞填充后再在外部贴上树皮并着色,观赏性较 好。但是,聚氨酯树脂具有易燃易爆的可燃性,一旦着 火就会喷出一氧化碳(CO)或氰化氢(HCN)等各种有 毒气体。如果大量进入人体,会造成致命性损失。施工 后经过一段时间,树木孔洞缺陷部位的腐烂现象普遍 加重,一般施工后 5 年左右,需要再次接受手术,不仅 浪费人力物力财力,古树名木自身的衰老也更加严重。 树体修复的目的是为了防止老树腐烂,填充聚氨酯树 脂这种化学材料会促使木质部的腐烂。这是因为使用 与木材性质完全不同的化学产品,不符合木质部生长 规律,导致填充部位发生龟裂,雨雪水渗透到裂缝内部 成为病虫害滋生的环境,进一步导致心材层的腐烂。 对比现有技术中的不足,鸡林古柳使用了黄土填 充诱导根技术(图 3),该技术使用了黄土、离子芯片、 拮抗微生物等天然材料,被评价为亲环境环保型治疗 法。另外,树木接受治疗后,孔洞内部的腐烂现象也会 停止。黄土质密,直立性好,可以提高树干的坚固性和 负载能力,在黄土中加入生根粉,促进树体缺陷部位长 出不定根,将无机养料硝酸钙、硫酸镁、磷钾肥、氯化铁等稀释 1000~2000 倍一起使用,促进根生长,效果更 佳。 填充过程中,将黄土材料搅拌均匀,在树洞内部充 分填充,一段时间后,黄土中生出很多毛细根,辅助古 树吸收营养,促使树体水分和养分正常运转、贮存,同 时有效减少外界水分渗入。最重要的是材料费用低廉, 施工成本低、方法简单,有利于推广应用。

  3.7 垫布围裹

  树体孔洞填充后必须实行填充物保护,既可以防 止火灾及病害虫的侵入,又能防止填充物和树体木质 部脱落。鸡林古树名木在填充物保护时使用的材料是 无纺布和胶粘用树脂。根据受损情况和木质部及孔洞 外部裸露部分的形状,将无纺布裁剪好,利用树脂粘贴 或用小钉子固定好。

  3.8 人工树皮

  在树木外科手术中,使用的人工树脂类因直射光 线会氧化、变质,因此必须避免直射光线,必须制作能 够阻断空气或雨水湿气的人工树脂皮。这里使用的人 工树皮是用可可粉、树脂、生橡胶或阿拉伯橡胶、氨水、 丙酮、色素等材料搅拌均匀,根据受害情况自由黏合, 操作比较简便。另外一种方法是涂上黏性强的树脂, 在上面贴上可可粉末,待硬化后再根据需要反复贴敷。 此时, 伤口上应涂抹凡士林, 以免因树脂受损。

  3.9 防氧化处理

  人工树皮由可可粉和阿拉伯橡胶等材料处理的, 可可粉与树体之间会产生间隙,黏合力会减弱。鸡林 古树使用的方法是在涂上黏合力强的树脂后,在上面 涂上与树皮颜色相似染色后的可可粉,完全切断直射 光线。这时,不要让树脂和可可粉沾染形成层或树皮, 形成层暴露时,用凡士林处理。 随着对古树名木的认识变化,仅靠外科手术的实 施很难保存古树名木,因此在黄土填充诱导根技术实 施的同时,还应改善古树的生长环境,即修剪枯死枝 条、去除混凝土铺装、土壤改良、改善生根环境,并根据 需要安装钢丝拉索、支撑木等方法。

  4 古树名木无损检测技术

  应力波断层成像技术可以测定树木内部腐烂、孔 洞、开裂等缺陷,以二次元图像、色彩变化的形式,将树 干内部状态表现出来,再结合现实情况,可以准确地确 定树干缺陷的大小、类型及具体位置,本研究使用应力 波断层成像无损检测技术,进行古树名木树体健康诊 断,诊断过程及诊断结果如图 4。蓝紫色分别代表孔洞 腐烂部位,绿色为已经感染区域,棕色是健康的部分, 经过比较,黄土材料填充完成时孔洞腐烂部位占 63%,感染区域占 15%,健康部位占 22%,1 年后再检 测,孔洞腐烂部位占 69%,感染区域占 7%,健康部位 占 24%,可以发现,腐烂孔洞部位有一定增加,可能与 手术时腐烂感染部位的切除有关,绿色感染区域面积 明显减少,健康部分几乎无变化,可以判断黄土材料可 以有效防止树体继续腐烂,达到良好的修复目的。结 合有效的古树名木树体无损检测技术,对树木实施外 科手术后,可以检测分析出修复前的树体健康状态以 及修复后的效果,为古树名木的保护管理提供科学依 据。

  5 结语

  随着树龄增加,树势日渐衰弱,再加上气候环境与 各种人为因素的影响,很多古树存在中空、腐烂、断枝 等严重的问题,却得不到很好的保护与修复。本研究 对韩国目前使用的古树名木树体填充修复技术进行总 结与分析,通过实际的调查和研究,总结韩国现在正在 使用的古树名木的地上部分复壮技术优缺点与实际效 果。古树名木树体填充修复技术有巨大的发展空间, 韩国在聚氨酯树脂填充过程、黄土材料填充诱导不定 根产生、亲环境拮抗微生物使用等方面有很多值得借 鉴的经验,今后应该更加全面、深入地对相关技术进行 研究分析,促进古树名木保护事业的发展。

  参考文献:

  [1]山东省人民政府令第 316 号.山东省古树名木保护办法[S].

  [2]张杰.古树名木保护现状及对策[J].河南农业,2019,(35):34-35.

  [3]李浩.山玉兰古树复壮初探——以昆明市昙华寺公园为例[J].云南 科技管理,2019,(6):60-61.

  [4]冯玉红.邢台市开发区古皂荚树复壮技术探究[J].农业科技通讯, 2019,(9):353-354.

  [5]胡振园,赵一喆,邢子龙,等.古树树洞修复技术探讨[J].北京园林, 2019,(35):62-63.

  [6]楼晓明,章银柯,俞青青,等.古树保护复壮技术探讨——以杭州西 湖 4 棵古树为例[J].现代园艺,2019,(23):204-205.

  [7]马亚琼.病腐伤损古树加固填充技术现状研究[D].咸阳:西北农林 科技大学,2015.

  [8]王京.黄帝陵侧柏内生真菌多样性及保护技术研究[D].咸阳:西北 农林科技大学,2017.

  作者:夏甜甜,张忠峰


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