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第11章 园林树木的安全性管理(扬州大学)


第十一章 园林树木的安全性管理
第十一章 园林树木的安全性管理 纲要

第一节

园林树木的安全性问题

第二节 树木腐朽及其危险影响 一、树木的腐朽 二、树木腐朽的类型 三、树木腐朽的探测与诊断 四、树干腐朽后强度的损失

一、树木的不安全因素 二、造成树木弱势的非感染和传播性因素 三、树木安全性的管理 四、树木生物力学的数学方法 第一节 园林树木的安全性问题 一、树木的不安全因素 1、定义

在人们居住的环境中总有许多大树、老树、古树,以及不健康的树木,由于种种原因而表现生长缓慢、树势衰弱,根系受损、树 体倾斜,出现断枝、枯枝等情况,这些树木如遇到大风、暴雨等异常天气就容易折断、倒伏,树枝垂落而危及建筑设施,并构成对人 群安全的威胁。事实上几乎所有的树木多少都具有潜在的不安全因素,即使健康生长的树木,有的因生长过速枝干强度降低也容易发 生以外情况而成为城市的不安全因素。有人曾说,城市树木经营中的一个重要方面,就是确保树木不会构成对设施与财产的损伤。因 此城市树木的经营者不仅要注意已经受损、发现问题的树木,而且要密切关注被暂时看作是健康的树木,并建立确保树木安全的管理 体系。 一般把具有危险的树木(hazardous)定义为,树体结构发生异常并且有可能危及目标的树木。 (1)树体结构异常 如病虫害引起的枝干缺损、腐朽、溃烂,各种损伤造成树干劈裂、折断,一些大根损伤、腐朽,树冠偏斜、树干过度弯曲、倾斜 等。 树木结构方面的因素主要包括以下几个方面。 树干部分:树干的尖削度不合理,树冠比例过大、严重偏冠,具有多个直径几乎相同的主干,木质部发生腐朽、空洞,树体倾斜 等。 树枝部分;大枝(一级或二级分支)上的枝叶分布不均匀,大枝呈水平延伸、过长,前端枝叶过多、下垂,侧枝基部与树干或主 枝连接处腐朽、连接脆弱;树枝木质部纹理扭曲,腐朽等。 根系部分:根系浅、根系缺损、裸出地表、腐朽,侧根环绕主根影响及抑制其它根系的生长。 在上述这些潜在的危险是可以预测和预防的。必须强调的是,有些树种由于生长速度快,树体高大,树冠幅度大,但枝干强度低、 脆弱,也很容易在异常的气候情况发生树倒或折断现象。 (2)危及目标 定义为不安全的树木,除了树木本身外还必须具有其危及的目标,如树木生长在旷野不会构成对财产或生命的威胁,因此不用判 断为安全性有问题的树木,但在城区就要慎重处理。城市树木危及的目标包括,各类建筑、设施、车辆、人群等。对人群经常活动的 地方,如人行道、公园、街头绿地、广场等,以及重要的建筑附近的树木应是主要的监管对象。也应注意树木对地面和地下部分城市 基础设施的影响。 另外一种特殊的情况是,树木生长的位置以及树冠结构等方面交通的影响,也是树木造成不安全的因素。例如,十字路口的大树 行道树,过大的树冠或向路中伸展的枝叶可能会遮挡司机的视线;行道树的枝下高过低也可能造成对行人的以外伤害,这类问题在树 木修剪规程、配置要求等有关介绍中已有阐述。 2、具危险性树木的评测 对树木具有潜在危险性的评测,包括 3 个方面

1、对具有潜在危险的树木的检查与评测。 一般通过观察或测量树木的各种表现,例如树木的生长、各部形状是否正常,树体平衡性及机械结构是否合理等,并与正常生长 的树木进行比较作出诊断。这个方法称为望诊法 VTS 方法(Visual tree assessment),即通过对树木的表现来判断。 德国的树木学家 Claus Mattheck 认为该方法主要是建立在以下几个基础上。 ① 树干、树枝的机械强度与树木的结构有关,每一种树木都在长期的进化过程中形成了独特的生长特性,以维持其树体机械结构 的合理性,因此正常情况下树木均能承受其树冠本身的重量造成的应力、及外界风雪的压力。 ② 树木是生命体,它能通过调整树体的各部分来平衡生长与支撑之间的关系,因此树木的生长使各方面的压力、应力均衡的分布 在其表面。树木适应这类经常性的应力分布规律,但一旦在某一位置发生应力的变化,该处就成为脆弱点。 ③ 虽然我们一般认为整个树干起着支撑的作用, 但事实上树木的边材才起着主要的支撑作用, 这为我们推断树干强度时提供了依 据。 ④ 正常的树木一般情况下不会在某个部位负载过大、或失去负荷的情况。但当大风、雪冰等异常天气发生时会使树木的某个部位 负荷加重,破坏了原先的平衡造成该处脆弱。另外如果生长的立地条件发生变化,例如周围的树木被伐去,留下的树木生长节律发生 变化,然而在一段时间内生长平衡发生改变、在重新调整结构趋向新的平衡点之前,树木成为脆弱点。 ⑤树木在某处表现对外界压力反映的生长变化。例如当发生机械性的损伤时,促使形成层活动加快来修复损伤,我们看到的生长 旺盛处可能就是机械强度减低的位置,称为因修复生长产生的症状。 ⑥树木内部的解剖特征,例如木质部纤维素的长度、排列,纤丝角等木材的超微结构都直接关系到树木的机械强度。 因此,树干外表的一些异常变化往往预示其强度上的变化,这是观察评估树木是否存在安全问题的关键。例如树干部位有隆突、 肿胀,一般是内部发生腐烂或有空洞;条肋状的突起指示树干内部有裂缝;树皮表面局部的横向裂缝表示该处受轴向的张力,而纵向的 裂缝或变形则表示该处受轴向的压力。 (2) 对可能造成树木不安全的影响因素的评估 树木可能存在的潜在危险取决于树种、生长的位置、树龄、立地特点、危及的目标等,我们这些因子有了充分的了解,就能够知 道应该注意哪些问题,并及时避免不必要的损失。 ①树种 不同的树种在构成上述可能的危险方面表现极大的差异,例如有的树种枝的髓心比例大、脆弱,如泡桐、复叶槭、薄壳山 核桃等,树枝表现的弱点要远大于树干和根系,对于这类树种而言,外界恶劣的天气因素也许不是主要的。一般情况下,阔叶树种具 有比较开展的树冠和延伸的侧枝,树枝容易出现负重过度、损伤或断裂;阔叶树多数为阳性,树冠因强趋阳性易成偏冠而造成雪压等 伤害;另外,树干心腐也较易向主枝蔓延。针叶树种就不同,其根系及根颈部位易成为衰弱点;而树干的心腐一般不易向主枝延伸; 树冠相对较小,因冰雪造成损害的机会也少。 ②树体的大小和树龄 一般情况大树、老树总是要比小树、幼树容易发生问题,老树对于生长环境改变的适应性较差,因此发生腐 朽、受病菌感染的机会就多。但一些速生树种的木质部强度较低,即使在幼龄阶段也容易损伤或断裂,这是必须注意的。而相同树种、 特别是分枝部位强度低的树种,树木个体之间具有明显的差异,树势生长旺盛的树木因承受的重量大,受伤、折断的机会要高于生长 较弱的树木。 ③ 树木培育与养护过程的不当处理: 树木栽培与养护过程中的各个环节,同样是致使树木受损、造成隐患的重要因素。, A 苗圃阶段,目前我国大部分苗圃中的小树一般不采用树干支撑,树干弯曲、树干折断后由萌生枝代替原来的主枝现象常有发生, 这些苗木成在为成年大树后树干的应力分布就有别于其它树木,构成隐患的可能性高于其它树木。 B 树木栽种方法不当,如造成根系环绕,这一现象一般不易发现,但却是风倒的主要原因(图 2)。 C 栽植时采用截干苗木,截口下萌发若干侧枝形成新的树冠,这些侧枝距离十分接近,与主干的连接牢固性差,如果树冠修剪不 当容易发生劈裂。 D 修剪不当,例如过度修剪造成不必要的伤口、如果不能很好的愈合增加了感染病菌的机会而腐朽;疏剪树冠内部的枝条后,使 树冠失去平衡。 E 灌溉不当,如对耐干旱的树木过多的灌溉,容易造成根系感病及腐烂。 F 未及时开展病虫害防治,致使树木生长衰退、引发腐朽真菌的侵入造成树干腐朽等。 ④立地环境:应考虑的立地环境因素包括 A 气候因素,主要是异常的天气如大风、暴雨的出现频度,季节性的降雨分布、集中程度、冰雪积压等。暴风雨、特别是台风暴 风雨通常是造成树木威胁城市居民生命财产安全的主要因素之一, 特别是对哪些已有着各种隐患的树木。 例如 1985 年杭州台风吹倒了

许多二球悬铃木的行道树,1987 年伦敦有 5500 株树木被风吹倒,2002 年夏蚌埠市因暴风雨袭击而损失了近千株树木,同年连续降雨 是上海市区树木倒伏的现象时有发生。冰雪积压可以使树枝的负重超过正常条件的 30 倍,因此常是冬季树枝折断的主要原因。 B 土壤性质以及灌溉条件,生长在土层浅,土壤干燥、粘重、排水不良立地条件的树木一般根系较浅,这些树木容易受风害,特 别是当土壤水分饱和时更是如此,如美国北加州的一项调查风倒的树木表明,几乎 2/3 以上是由于土壤水分饱和的原因。城市的土壤 情况十分复杂,特别是在建筑区的环境,由于建筑及其它各种人为活动,如土壤被经常踩踏或机械压实,表面铺装,在树干周围回填 土壤,地表整平等,这些都会降低土壤的通透性,影响土壤的气体交换与有机物的分解而影响树木根系的生长;另外树木生长位置的 土壤常伴有建筑垃圾,有的栽植坑过小树木根系的生长受严重影响,导致根系生长衰退而逐渐死亡、腐朽,从而发生根系与树冠生长 不平衡。 C 树木生长立地环境的改变,如树木生长立地周围的变化,特别是根系部位土壤条件的改变情况,如是否有施工损坏根系现象, 有否曾取土使根系暴露等。 对树木可能伤害的目标的评估,如上所述,树木可能危及的目标应包括人和物,当然人是首位的。因此在人群活动频繁处的树木 是首先要认真检查与评测的,另外包括建筑、地表铺装、地下部分的基础设施等。 3、 检查周期 城市树木的安全性检查应成为制度, 进行定期检查与及时处理, 一般间隔 1—2 年。 我国在这方面还没有明确的规定, 一般视具体情况;但在其它一些国家均制订具体的要求,例如美国林务局要求每年需检查一次,最好是一年 2 次,分别在夏季和冬季 进行;美国加州的规定每 2 年一次,常绿树种在春季检查,落叶树种则在落叶以后。应该注意的是,检查周期的确定还需根据树种及 其生长的位置来决定,树木的重要性以及可能危及目标的重要程度来决定。

二、造成树木弱势的非感染和传播性因素 1、树木的结构,乔木树种的树冠构成基本为两种类型,一种具有明显的主干、顶端生长优势显著;另一种相反,无明显的主干。 (1)有主干的树木,如果中央主干发生如虫蛀、损伤、腐朽,则其上部的树冠就会受影响;如果中央主干折断或严重损伤,有可能 形成一个或几个新的主干,其基部的分枝处的连接强度较弱;有的树木具有双主干,两主干在直径生长过程中逐渐相接,相连处夹嵌 树皮(included bark),其木质部的年轮组织只有一部分相连,结果在两端形成突起,使树干成为椭圆状、橄榄状,随着直径生长这 两个主干交叉的外侧树皮出现褶皱,然后交叉的连接处产生劈裂,这类情况危险性极大,必须采取修补措施来加固。(图) (2)无主干类型,这类树木通常由多个直径和长度相近的侧枝构成树冠,它们的排列是否合理是树冠结构稳定性的重要因素。 以下几种情况构成潜在危险的可能性要大。 几个一级侧枝的直径与主干直径相似。 几个直径相近的一级侧枝几乎着生在树干的同一位置。 古树、老树树冠继续有较旺盛的生长。 上述第一、二两点在苗圃育苗的过程中就发生了,为了促使萌发更多的分枝及早形成树冠、提前出圃,采取截干截枝的办法,结 果分枝位置降低,侧枝过多、过密,且直径大致相同、集中在一起,而这些问题在栽植后不可能再得以改正,因此要格外注意在苗圃 期间的管理。另外经常促成这方面问题的是,采用截干大苗、甚或大树栽植的结果。 例如直径在 20—30cm 左右的树木采取截干移植是近年来城市绿化中的流行做法,其对树木结构产生的不利影响至少在 3 个方面。 A 截口以下一般会有多个隐芽同时萌发,而为了促使迅速形成树冠基本不会在栽植后 1-2 年内进行修剪,侧枝形成轮状的排列。 B 由于树干积累充足养分,促使萌发枝生长十分旺盛、木质部的强度要低于正常状态的枝;另外萌发枝之间的距离过近、直径的 生长迅速,枝间十分容易发生夹嵌树皮的现象。C, 萌发枝生长迅速、而树干的直径增长明显滞后,结果在分枝处的树干部位形成明显 的肿胀,树皮开裂并向下延伸,严重的几乎整个树干的树皮条裂。(图) (3)分枝的角度,一般不会发生类似的问题,除非侧枝与主干直径相近、在基部有上述嵌夹树皮的情况。如果侧枝在分枝部位曾因 外力而劈裂但未折断,一般在裂口处可形成新的组织使其愈合,但该处容易发生病菌感染开始腐烂,如果发现有肿突、有锯齿状的裂 口出现,应特别注意检查。对于有上述问题的侧枝应适当剪短减轻起重量,否则侧枝前端下沉可能造成基部劈裂,如果侧枝重量较大 会撕裂其下部的树皮,结果造成该侧根系因没有营养来源而死亡。 (4) 树冠偏向一侧(偏冠),树冠一侧的枝叶多于其它方向、树冠不平衡,因受风的影响树干成扭曲状,如果长期在这种情况下 生长,木质部纤维呈螺旋状方向排列来适应外界的应力条件,在树干外部可看到螺旋桩的扭曲纹。(图)树干扭曲的树木当受到相反 方向的作用力时,如出现与主风方向相反的暴风等,树干易沿螺旋扭曲纹产生裂口(图),这类伤口如果未能及时愈合则成为真菌感

染的入口。 (5)树干内部裂纹,如树干横断面出现裂纹,在裂纹两侧尖端的树干外侧形成肋状隆起的脊,如果该树干裂口在树干断面及纵向 延伸、肋脊在树干表面不断外突、并纵向延长则形成类似班状根的树干外突;树干内断面裂纹如果被今后生长的年轮包围、封闭,则 树干外突程度小而近圆形。(图)因此,从树干的外型的饱圆度可以初步诊断内部的情况,但必须注意有些树种树干形状的特点,不 能一概而论。树干外部发现条状肋脊,表明树干本身的修复能力较强,一般不会发生问题。但如果树干内部发生裂纹而又未能及时修 复形成条肋,而在树干外部出现纵向的条状裂口,则最终树干可能纵向劈成两半,构成危险。 (6)分枝强度 侧枝特别是主侧枝与主干连接的强度远比分枝角度重要,侧枝的分枝角度对侧枝基部连接强度的直接影响不大, 但分枝角度小的侧枝生长旺盛,而且与主干的关系要比那些水平的侧枝要强。树干与侧枝的年轮生长在侧枝与主干的连接点周围及下 部,被一系列交叉重叠的次生木质层所包围,Shigo 称其为 branch collar,随着侧枝年龄的增长被深深的埋入树干,这些木质层的形 成机理尚不清楚,可能是因为侧枝与主干的形成层生长的时间不一致所致,侧枝的木质部形成先于树干。所有的研究表明,只有当树 干的直径大于侧枝的直径时(连接处),树干的木质部才能围绕侧枝生长形成高强度的连接。 夏季的树枝折断和垂落现象 (1)有关的假设,1983 年以来世界许多地方报道,在夏季炎热无风的下午时有树枝折断垂落的现象发生,一般情况垂落的树枝 大多位于树冠边缘,且呈水平状态、远离分枝的基部。断枝的木质部一般完好,但可能在髓心部位有色斑或腐朽,这些树枝可能在以 前受到外力的损伤但未表现症状,因此难以预测和预防。据英美等国家的报道,栎类、板栗、山毛榉、白蜡树类、杨树、柳树、七叶 树、桉树、榆、松类、枫类、国槐、枫香等树种都有类似情况发生。 对此至今未有合理的解释,但据研究最可能是由水分胁迫所致。目前主要有以下几种假设 ①在夏季下午蒸腾作用的失水大于吸收时,一些小枝有可能出现垂落现象,当然这类情况很难预料. ②干旱会导致一些具有螺旋定向木质部(spirally oriented xylem) 的针叶树木的树干劈裂, 当这类情况发生时树枝一般已十 分干燥,但有的树种是例外,如栎类和桉树等,在折断树枝的折断部分还可以见到树液,这些树液来自具高含水率的中心部位,而外 侧的木质部则处于张力的作用下因此容易折断。 ③修剪造成大枝内部木质部受伤,伤口可能向外扩伸并使树皮断裂,沿伤裂的木质部含水高时使枝条弯曲、而当伤裂处干燥时树 枝就可能折断;当蒸腾作用超过水分吸收时也会发生同样的情况,但仅在边材部分。 ④ 树木受到外界环境胁迫时树体产生的乙烯量增加,其分解、软化细胞壁之间的胶结,树枝强度降低容易折断。 大树在夏季无风天气发生树枝断落的现象,有可能严重危及行人的安全,因此应得到足够的重视。例如,英国皇家植物园邱园在 每个入口处都挂上醒目的巨大警示牌,澳大利亚的公园也常这样做。 (2)减少夏季树枝垂落的几点措施。 ① 剪去或剪短水平的细长枝条。 ② 通过修剪促使形成向上生长、尖削度大的树枝,减少水平向枝。 ③ 通过适当的养护措施来保证树木健康生长,但不过于旺盛,特别是大树和老树。 ④ 及时通过修剪来除去病弱、腐朽、干枯的树枝,促使树冠处于理想的结构状态。 ⑤ 注意树种选择,在人群经常活动的地方尽量不要栽植容易发生夏季树枝垂落的树种。 3、树干倾斜 树干严重向一侧倾斜的树木最具潜在的危险性,如位于重点监控的地方,应采取必要的措施或伐除,有几点应注意: 如果树木一直是向一侧倾斜,那么在生长过程中形成了适应这种状态的其木质部以及根系,其倒伏的危险性要小于那些原来是直 立的、以后由于外来的因素造成树体倾斜的树木。 如果树干倾斜的程度愈来愈大,树干在倾斜方一侧的树皮形成褶皱、另一侧树干上的树皮会脱落造成伤口。 ③树干倾斜的树木,其倾斜方向另一侧的长根更为重要,就像缆绳一样拉住倾斜的树体,一旦这些长根发生问题,或暴风来自树 干倾斜的方向则树木极易倾倒。 4、树木根系问题 (1)根系暴露,如在大树树干基部附近挖掘、取土,致使大的侧根暴露于土表甚或被切断,根系受此影响的大树,在城市中是不 安全的因素,它的影响程度还取决树体高度,树冠枝叶浓密程度,土壤厚度、质地,风向、风速等。 (2)根系固着力差,在一些立地条件下,例如土层很浅、土壤含水过高,树木根系的固着力低,不能抵抗大风等异常天气条件, 甚至不能承受树冠加之的重负。特别是在严重水土流失的立地环境,常见主侧根裸露与地表,因此在土层较浅的立地环境不宜栽植大 乔木,或必须通过修剪来控制树木的高度和冠幅。

(3)根系缠绕,植树时由于栽植坑过小,人为的把侧根围绕树干,或由于根系周围的土壤问题侧根无法伸展,造成侧根围绕主根 生长,这最有潜在的危害性,如果能在栽植后 2-3 年及时检查就棵避免。应该注意的是,这类情况经常在苗圃中已经形成,因此应严 格检查出圃的苗木。 (4)根系分布不均匀,理论上说树木根系的分布一般与树冠范围相应,但如果长期受来自一个方向的强风作用,在迎风一侧的根 系要长些,密度也高。如果这类树木在迎风一侧的根系受到损伤,可能造成较大的危害。另外,在许多建筑工地,经常发生因筑路、 取土、护坡等工程,破坏树木的根系几乎有一半被切断或暴露在外,这类情况常常造成树木倾倒。 (5)根及根颈的感病 造成树木根系及根颈的感病与腐朽的病菌很多,根系问题通常导致树木发生严重的健康问题及最严重的缺 陷,而更为重要的是在树木出现症状之前,可能根系的问题已经存在。一些树木当主根系因病害而受损时长出不定根,这些新的根系 能很快生长以支持树木的水分和营养,而原来的主根可能不断的损失最终完全伤失支持树木的能力,这类情况通常发生在树干的基部 被土壤填埋、雨水过多、灌溉过度、根部覆盖物过厚,或者地被植物覆盖过多。因此,在作树体检查之前,一般先检查根系和根颈部 位,首先是在树干基部周围挖开土壤直至暴露树木的支撑根,观察其是否有感病、腐朽等现象,根系的病菌经常可以感染周围健康的 树木,因此群植的区域如发现一株树木根系有腐朽菌造成根系腐朽,应及时检查其它邻近的树木,特别是同一树种的树木。 5、树干受冻伤或遭雷击损伤 严重的雷击可把树干劈裂、粉碎造成树木死亡。当雷击闪电击中树干时,其强大的冲击力以及高温 使树皮内的树液蒸散,树皮成条状撕落形成一条沟,称为 Lightning furrow,可从树冠上部的枝条一直到根部。有可能在树干上留下 伤痕,增加了病菌感染的机会。低温冰冻也常构成对树干的损伤,特别是树皮已有裂纹的情况,如遇积雪融化或降雨后的低温天气, 都有可能使树干冻裂。 6、已死的树木或树枝 城市树木发生死亡的现象十分常见,这为管理工作带来许多麻烦,理论上讲应及时移去并补植,但不是什 么时候都能达到这个要求,绝大部分情况会留在原地一段时间。问题是可以留多长时间而不会构成对安全的威胁,显然这是比较复杂 的问题,因为取决于树种、死亡原因、时间、气候和土壤等因素。一般情况,针叶树死亡时如果根系没有腐朽,在 3 年时间内其结构 可保持完好,树脂含量高的树种时间更长些。但阔叶树死亡后其树枝折断垂落的时间要早于针叶树。 死亡的树枝只要不腐朽相对比较安全,但要确认这些已死的树枝何时开始腐烂,并而构成对安全的威胁显然不是一件容易的事, 因此一旦发现大树上有已死亡的大枝, 且附近是人群经常活动的场所则应通过修剪及时除去, 直径 5cm 的树枝一旦垂落足以使人受伤。 出现枯枝的原因很多,除了外界的因素外,树木本身的生长特点也是主要的原因。一般在树冠内部、下部难以接受阳光的树枝, 因为不能发生光合作用而慢慢死亡,称这类现象为自然疏枝。树枝死亡后其基部与树干连接处的形成层活动增加,逐渐膨大围绕树枝 基部形成盘状体,称为 branch-shedding collar,最终枯枝在该处断裂垂落。 7、树干溃疡 有许多种真菌能入侵树干、树枝,导致树干周围的树皮、形成层以及木材部坏死,称为溃疡 Canker,由于溃疡使形 成层死亡,该处不再可能生成新的木质部及韧皮部,而周围健康的木质部和树皮生长就会形成包围溃疡部位的凹陷,如果树干的溃疡 面大就严重影响树木的生杂货能够,表现为树体衰弱;由于溃疡部位的木质部逐渐死亡、树干失去韧性,因此容易在此处折断。另外, 溃疡造成的伤口又容易感染木材腐朽真菌,造成树干的深处腐朽。

三、树木安全性的管理 1、建立管理系统,城市绿化管理部门应建立树木安全的管理体系作为日常的工作内容,加强对树木的管理和养护来尽可能的减少 树木可能带来的损害。 该系统应包括如下的内容: 确定树木安全性的指标,如根据树木受损、腐朽、或其它各种原因构成对人群去财产安全的威胁的程度、划分不同的等级,最重 要的是构成威胁的门槛值的确定。 建立树木安全性的定期检查制度,对不同生长位置、树木年龄的个体分别采用不同的检查周期。对已经处理的树木应间隔一段时 间后进行回访检查。 建立管理信息档案,特别是对行道树、街区绿地、住宅绿地、公园等人群经常活动的场所的树木,具有重要意义的古树、名木, 处于重要景观的树木等,建立安全性信息管理系统,记录日常检查、处理等基本情况,可随时了解、遇到问题及时处理。 建立培训制度,从事检查和处理的工作人员必须接受定期培训,并获得岗位证书。 应建立专业管理人员和大学、研究机构的合作关系,树木安全性的确认是一项复杂的工作,有时需要应用各种仪器设备,需要有 相当的经验,因此充分的利用大学及研究机构的技术力量和设备是必须的。

应有明确的经费渠道。 根据上述的要求,应对每一株应接受检查、及已接受检查的树木,均须建立档案卡片;而目前由于计算机技术的普及,这项工作 已被数据库代替了,近年来更是运用地理信息系统来实现管理。 对于树木安全性的检查和诊断,是一项需要经验和富于挑战性的工作,因此在认真观察和记录检查与诊断的结果的同时,应注意 比较前后检查诊断期间树木表现、确认前次检查的准确程度,这样有助于今后的工作。 2、建立分级系统 (1)目的与必要性 评测树木安全性的目的,是为了确认该树木是否可能构成对居民和财产的损害,如果可能发生威胁、那么需 要作何种处理才能避免、或把损失减小到最低程度。但对于一个城市,特别是拥有巨大数量树木的大城市来江,这是一项艰巨的工作, 几乎不可能对每一株树木实现定期检查和监控。 多数情况是在接到有关的报告、 或在台风来到之前对十分重要的目标进行检查和处理。 当然,对于现代城市的绿化管理来说这是远不够的。因此,必须采用分级管理的方法,即根据树木可能构成威胁程度的不同来划分等 级,把那些最有可能构成威胁的树木作为重点检查的对象,并作出及时的处理。这样的分级管理的办法已在许多国家实施,一般根据 以下几个方面来评测 ① 树木折断的可能性。 ② 树木折断、倒伏危及目标(人、财产、交通)的可能性。 ③树种因子,根据不同树木种类的木材强度特点来评测 ④对危及目标可能造成的损害程度。 ⑤危及目标的价值,以货币形式记价。 上述的评测体系包括 3 个方面的特点,其一,树种特性,是生物学基础;其二,树种受损伤、受腐朽菌感染、腐朽程度,以及生 长衰退等因素,有外界的因素也有树木生长的原因;其三,可能危及的目标情况,如是否有危及的目标、其价值等因素。上述各评测 内容,除危及对象的价值可用货币形式直接表达外,其它均用%来表示,也可给予不同的等级。 分级监控体系 根据以上的分析,从城市树木的安全性考虑可根据树木生长位置、可能危及的目标建立分级监控与管理系统。 I 级监控 生长在人群经常活动的城市中心广场、绿地的,主要商业区的行道树,住宅区,重要建筑物附近单株栽植的、已具有严 重隐患的树木。 II 级监控 除上述以外人群一般较少进入的绿地,住宅区等树木,虽表现出各种问题,但尚未构成严重威胁的树木。 III 级监控 公园、街头绿地等成片树林中的树木。

四、树木生物力学的数学方法 1、正常树木承受风力的计算 树木在其生命过程中不断受到外力的作用,通常情况下其主要的受力部位是树冠、树枝,例如冬天的积雪、树挂、冰冻使树冠承 重;而在大风的时候,树干和树冠就像是船的风帆。要计算树冠承受风力的大小,确定受损、或树干腐朽的树木能否抵御强风的侵蚀 是十分困难,因为树枝在受风的压力时会改变方向(与风向一致)使树冠的体积变小,从而减少受力面;同时树干和树冠会在风力的 作用下轻微摆动而抵消部分压力。但从树木安全的管理方面来讲,如果能科学的计算出有安全隐患的树木能承受风力的程度,显然具 有重大的意义,因为可以在大风来临前得到及时的处理,避免为城市带来不必要的损失,特别是对东南沿海经常受台风袭击的大城市 显得更为重要。 德国的 Mattheck 等曾设计了一种简单的数学方法来计算树冠受风时受到的压力,以及根系土壤的反应。计算公式为:

MF 为树干能承受的最大力(包括压力或拉力);σF 的值可取样在实验室测试,或应用便携式仪器,如 Fractometer 来检测(见 下节)。Lavers 曾对欧洲的几个主要树种测试其树干鲜材的抗弯和抗压强度,摘引于下可供参考。 必须注意的是上述引用的木材强度是指健康材,因此对于发生腐朽等情况的树木,在运用该公式时必须采根据木材强度的损失情 况进行调整,或用重新采用仪器测量。 上式的计算结果是树干在其强度特性为 σF 时能承受的最大风力,同时也是通过树干转向根不土壤的最大的力,如果风力大于该

值 MF,树干就会折断、或受到破坏。树干受力的情况用下图说明。

2、树干中空的树木承受风力的计算 树干因腐朽而形成空洞时,对于城市树木的管理者来说从安全的角度必须首先作出决定:是否应该伐去以免造成危险;如果保留 的话能保留多长时间,能抵御多大的风力?当然这并非是简单的问题,也不可能很快得到答案,因为树木的情况是复杂的,特别是如 果空洞是因为腐朽真菌造成的,要考虑的因素更多。 如果能较好的测量到树干残留的健康木质部的厚度,那么可以建立计算公式来预测;另外一个条件是树干残留的健康木质部的厚 度与树干直径比例不变,即

第二节 树木腐朽及其危险影响 一、树木的腐朽 1、基本概念 树木腐朽是城市树木管理与经营中的主要内容之一,因为腐朽直接降低树干、树枝的机械强度。理论上讲,当树木出现腐朽的情 况时就应看作具有构成对人群与财产安全的潜在威胁,但显然并非所有腐朽的树木都必然构成对安全的威胁,重要的是确认哪些部位 的腐朽、到什么程度、如何控制和消除导致腐朽的因素。因此,了解树木腐朽的发生原因、过程,作出科学的诊断和合理的评价是十 分重要的,一旦作出正确的诊断并给予适当的处理,那么这些树木不仅不会再构成威胁,更可以成为城市景观的组成,起到特殊的作 用。 树木的腐朽过程是木材分解和转化的过程,即在真菌或细菌作用下、木质部这个复杂的有机物分解为简单的形式。虽说腐朽一般 发生在木质部。但其致死形成层细胞,最终造成树木死亡。 植物病理学家一直致力研究树干的腐朽问题,1845 年 Hartig 就提出树干腐朽是由于真菌通过树干伤口进入心材发生。树木腐朽 的经典理论包括两点: 1、树木受伤开始腐朽过程 2、腐朽真菌(Hymenomycetes) 通过新伤口感染树木的心材,真菌的菌丝造成木材腐朽 3、腐朽的木材发生 广义的定义 1、树木受伤是腐朽的开始 2、有许多因素可以造成树木腐朽 3、树木对伤口产生反应,主要是位于伤口附近的细胞立即发生相应的反应。 4、树木的反应结果表现为把受伤及感染的部位分割开来 5、木材变色及腐朽,但这部分被分割开。 以下为树木受伤后的一些主要反应与表现: 1、变色 COLOR CODES 木材受伤后的最先表现是附近部位变色,其受伤的因素很多包括自然的人为的。 Red-木材为红色是保护性的化学反应 Green- 一般位于微生物如细菌、腐朽真菌或一般真菌最初侵入的部位,该处的木材细胞内含物发生变化,变为绿色。 Brown-木材腐朽的部位表现为褐色,细胞壁降解。 树木受伤的两个主要类型: 1、树枝受伤,把树木的组织暴露在外,暴露的组织不仅有受伤的表面附近最近时间形成的组织,还有树木内部老的组织 2、外部伤口,一般仅暴露最近形成的组织,但是伤口的深度而有差别。 当微生物侵入感染树木,它们不断侵蚀树体,形成柱状的变色或腐朽区,如果在树干上钻取一段,可以在显微镜下清楚的观察到 这些纵向平行的柱状变色区。老树及最内部的年轮要比幼树木材的应变变色来得慢。 树枝受伤通常出现上述的沿着年轮的变色或腐朽柱状,如果树木有多个树枝在同时死亡那么树木的整个中心部位可能出现腐朽, 其柱状腐朽部位的直径是树枝死时的直径,但随着腐朽的时间延长腐朽菌会向周边部位蔓延。但是,有一些微生物感染树枝但并不侵 蚀到树干,这种情况显然十分有利,因为当树枝腐朽发生到最后脱落,就如修剪一样。 然而经过多年来的研究,对于树干腐朽有以下几点认识: (1)树干腐朽与树种有很大关系,一些树种腐烂的速度要高于其他树种,而一个树种的不同个体也存在着差异性。 (2)不同的真菌对木材的入侵感染能力不同。 (3)树干的腐朽受水分与空气影响,树干的含水足以满足真菌的需要,如果水分能通过树干的伤口进入木质部,真菌的孢子和细 菌也能随水分一起侵入。因此,树干中空气的量对于侵入的真菌是否能生长显得更为重要。 (4)昆虫、鸟类、啮齿动物的活动把空气带入树干木质部,使真菌得以生长,致使木质部腐朽发生。 (5)树干腐朽与树木的年龄、生长情况、伤口的位置,以及生长环境都有很大的关系。

木质部腐朽可划分为几个阶段: (1)初期阶段,腐朽的初期木材变色或不变色,但无论出现何种情况木质部组织的细胞壁变薄,导致强度降低。因此在观察到腐 朽变色之前,木材的强度已经发生变化。 (2)早期阶段,已能观察到腐朽的表象,但一般不十分明显,木材颜色、质地、脆性均稍有变化。 (3)中期阶段,腐朽的表象已十分明显,但木材的宏观构造仍然保持完整的状态。 (4)后期阶段,木材的整个结构改变、被破坏,表现为粉末状或纤维状。 当树木的某个部位被诊断为腐朽,下一步应确定其腐朽的范围,腐朽部位的力学性质。因为,树干发生腐朽后在早期其力学性质 可能变化不大,强度是逐渐降低的、最终可能形成空洞。因此,对重要树木的腐朽实施监控的重要内容,就是确定其腐朽部位材变化 的动态过程,并找出其可能危及安全的临界点,达到有效的管理,目前已有仪器(Fractometer)来测量和判断树干或大枝腐朽的程度, 如果检测的结果表明腐朽部位残留的强度已不足支持,应及早伐去、修剪或其它必要的加固措施。

二、树木腐朽的类型 树木腐朽的类型 1、树木腐朽与真菌的关系 研究树木与腐朽真菌之间的关系需要从各个方面来进行,一般涉及木材解剖、植物生理和生化方面的知识。就腐朽对物理性质的 影响,则主要在木材解剖方面的研究。 针叶树种,其木质部管胞具有输送营养物质和水分以及机械支撑的双重功能,其组成与结构具相对同质性,放射状薄避组织通常 排列成射线 uniseriate ray,在一些属中也出现轴向的薄璧组织(axial parenchyma)和上皮细胞(epithelial cells)。 阔叶树种,木质部具有导管和管胞,其传导和机械支撑的功能有所分工,前者主要输送水分,后者输送营养物质、其纤维及纤维 状管胞则起着机械支撑作用,木质部更具异质性。同时薄壁组织也具有多种性状,多数属的种类具有 multiseriate 木质部射线,轴向 的薄壁组织细胞数量不同。 木材细胞壁的组成分为初生壁及次生壁,后者较厚、有内、中、外 3 层,相邻的两个细胞由果胶质相连、称为胞间层,果胶是由 半乳糖醛酸及其衍生物组成的一类无定型、非双折射的物质。木材的幼年细胞的壁,主要结构成分为纤维素,纤维素分子聚合成微纤 维、其提供木材的抗张强度(tensile strength)。在木材细胞成熟过程中,木质素都一定程度的充填细胞壁的各层,木质素主要提 供木材的刚性和抗压。木质化首先在细胞的胞间层开始,然后才是细胞腔;细胞壁的组成成分大致是,50%为纤维素,25%是木质素, 另外的 25%是半纤维素。纤维素的长度与主要与抗拉强度有关,因此是木材物理性质的重要指标。 2、树木腐朽类型 真菌可以降解上述所有的细胞壁组成成分, 但是不同的真菌种类具有不同的酶以及其它的生化物质, 因此造成 3 种木材腐朽方式: (1)褐腐(Brown rot)是因担子菌纲的侵入木质部降解木材的纤维素和半纤维素,微纤维的长度变短失去其抗拉强度;但褐腐 过程并不降解木质素。腐朽的木材颜色从浅褐色到深褐色,质地脆,干燥时容易裂成小块,易用手研成粉末。褐腐菌可导致所中多种 树木腐朽,例如 Laetiporus sulphureus 侵蚀刺槐,栎类;Fomitopsis pinicola 侵蚀云杉,山毛榉。通过观测腐朽木材的纤维素双 折射特性的消失,可以作为判断木材抗拉强度降低指示。在偏光下观察山毛榉纤维素,表明真菌先侵蚀早材的纤维管胞、然后是晚材, 而在早材径切面上纤维素双折射性最为显著,这是因为早材的县委管胞木质化程度较低。而晚材的纤维管胞木质化程度较高、密度大, 因此影响真菌的菌丝侵蚀。真菌一般先侵蚀木材年轮中的特定部位的现象在其它树种中同样存在,例如刺槐,早材纤维的形成初期受 L aetiporus sulphureus 真菌侵蚀而降解,但不侵蚀邻近的轴向薄壁组织细胞。 (2)白腐(White-rots)是因担子菌纲和一些子囊菌的真菌导致的腐朽,这类真菌的特点是能降解纤维素、半纤维素和木素,降 解的速度与真菌种类及木材内部的条件有密切关系。与褐腐的情况相似,白腐真菌在先侵蚀年轮纤维的部位方面有区别,可分为两大 类: A 选择性的降木质化(Selective delignification),在木材腐朽过程中木质素的降解先于纤维素或半纤维素,至少在在腐朽的 早期阶段纤维素基本没有发生降解,因为残留的纤维素是线状的因此影响了木材的刚性和硬性,这一点正好与褐腐相反。这类腐朽由 于有残留的纤维常常集中在某些部位,因此形成分散的浅色囊状,如果感染材色较深的木材则更加明显。一个经典的例子是,真菌 Heterobasidion annosum 感染欧洲云杉(Picea abies)菌丝主要在细胞的胞间层和初生壁间生长,因此在管胞的初生壁和次生壁仍 保持完好的情况下,胞间层已完全的降解,于是在腐朽的早期阶段,管胞已经互相分离。例外如真菌 Ganoderma preifferi 也属选择 性的类型,主要侵蚀山毛榉、英国栎等。在腐朽的后期阶段,同样会发生纤维素的降解,木材最终失去了抗拉强度的同时也失去了抗

压和刚性,并逐渐分解最初在木质素降解形成的囊状处形成空点,以后扩大时树干出现空洞。 值得注意的是,如果树木受到上述选择性的降木质真菌的侵蚀,可能导致感染的树枝基部的异常生长,如出现肿涨和突起,这是 因为感染部位造成树枝曲折而促使基部形成层活动增加、导致该部位的年轮增宽;而树枝的曲折也致使外部树皮畸变。因此,通过外 部的表现特征可以初步诊断是否有腐朽发生。 B 刺激性的腐朽 (Stimultaneous-rot) 主要发生在阔叶树种极少见于针叶树, , 真菌分泌的酶可以分解木质化细胞壁的所有组成, 但纤维素降解时,半纤维素和木质素几乎以相同的速度降解。不同于选择性的降木质化腐朽,由于降解了纤维素而失去抗拉强度,腐 朽部位变得十分脆。 通常根据树木发生腐朽的部位来加以划分: 心腐 Heart rot 通常发生在树干及根颈部位, 真菌经树枝的残桩侵入而引起树干腐朽, 经树干基部的伤口侵入则造成根颈的腐朽。 树木腐朽的部位是确定该树木是否构成对安全的威胁的重要因素。 有些真菌主要在已死亡的树干、暴露的边材或有氧的部位生长最好,他们需要大量的氧,更容易感染阔叶树,能经由生长极度衰 弱趋于死亡的树枝向其它大枝甚或树干蔓延。另外的一些种类能在少氧条件下生长它们侵入心材,并在垂直方向上蔓延。老树、生长 衰弱的树木其侵入真菌后腐朽速度要比幼树、生长旺盛的树木快。 3、变色 当木材受伤或受到真菌的侵蚀,木材细胞的内含物发生改变以适应代谢的变化来保护木材,这导致木材变色。木材变色 是一个化学变化,可发生在边材、或心材。木材变色本身并不影响到其材性,但预示木材可能开始腐朽,当然并非所有的木材变色都 指示着腐朽即将发生,例如,松类、栎类、黑核桃树木的心材随着年龄增长心材的颜色变深,则是正常的过程。 4、空洞 木材腐朽后期,腐朽部分的木材部分完全被真菌分解成粉末、掉落,而形成空洞。树干或树枝的空洞总有一侧向外,有 的可能被愈合,有的因树枝的分叉而被隐蔽起来,有的树干心材的大部分腐朽形成纵向很伸的树洞。沿着向外开口的树洞边缘组织常 常愈合形成创伤材,特别是在沿树干方向的边缘。创伤材表现光滑、较薄覆盖伤口或填充表面,但向内反卷形成很厚的边,如果树干 的空洞较大,该部分为树干提供了必要的强度。

三、树木腐朽的探测与诊断 1、树木腐朽的诊断。主要包括两个方面 (1)通过观测和评测树干和树冠的外观特征来估计树木内部的腐朽情况。例如在树干或树枝上有空洞、树皮脱落、伤口、裂纹、 蜂窝、鸟巢、折断的树枝、残桩等,基本能指示树木内部可能出现腐朽。即使伤口的表面具有较好的愈合,也许内部仍可能有腐朽部 分,因此通过外表观测来诊断有时是十分困难的,有的树木树干腐朽已十分严重、但生长依然正常。 (2)通过观测腐朽部位颜色变化等表症来诊断。这依然是主要的方法,但不同树种、不同真菌的情况有很大的差别,因此为这项 工作带来很大的难度。例如,山毛榉因感染真菌 Meripilus giganters 后造成的腐朽经常和根盘的衰退相关;而 Fistulina hepatica 引起英国栎(Quercus robur)的腐朽,很少发生类似的现象、或仅在十分严重的情况下才有。另外,不同树种感染不同的树种,例如 Inonotus hispidus 经常感染核桃(Junglans regia)和白蜡树(Fraxius sylvatica),但不感染英国梧桐(Platanus X hispanica)。 由此可以说明,我们应更多的了解为什么真菌导致其寄主腐朽,而腐朽的木质部物理性质具有差异性。不同树种具有不同的解剖特性, 这在一定程度上决定了,因腐朽而造成的物理性质和强度的改变;同样不同的真菌也产生不同的结果,因为不同种类的真菌其形态特 征不同;降解木材细胞壁的生化系统不同;对环境的忍受能力也不同; 2、通过对木材的直接诊断来确定腐朽程度。采用的方法有多种,例如敲击树干听声来判断内部是否有空洞;用生长锥钻取树干可 直接了解树干内部的情况;采用仪器的方法来探测内部的腐朽。 ①木槌敲击听声法:用木槌敲击树干,可诊断树干内部是否有空洞,或树皮是否脱离。但该方法需要有相当经验的人来做,一般 的可信度小,对已发生严重腐朽的树干效果较好。 ②生长锥:用生长锥在树干的横断面上抽取一段木材,直接观察木材的腐朽情况,例如是否有变色、潮湿区、可被抽出的纤维, 在实验室培养来确定是否有真菌寄生。该方法一般适用处于腐朽早期或中期的树木,当然如果采用实验室培养的方法,则可在腐朽的 初期就有效的诊断。但生长锥造成的伤口可能成为木腐菌侵入的途径,另外对于特别重要珍贵的古树名木也不宜采用。 ③用小电钻:原理同上,用钻头直径 3.2mm 木工钻在检查部位钻孔,检查者在工作时要根据钻头进入时感觉承受到的阻力差异, 以及钻出粉末的色泽变化,来判断木材物理性质的可能变化,确认是否会有腐朽发生;与生长锥方法相同,可以取样来做实验室的培 养,当不能取出一个完整的断面。该方法一般适用与腐朽达到中期程度的树木,但需要有经验的人员来操作,其主要的缺点是损伤了

树木、造成新的伤口,增加感染的机会。 ④Resistograph ,是最近设计生产的携带式仪器,用于探测树干内部的腐朽。原理是通过电动机作用把直径为 1.5~3.0mm 的钻头 匀速钻入树干的木质部,钻头转速 20-60cm/ 分,钻头穿透树干时遇到的阻力用相连的仪器记录,并以图表曲线表示或输入计算机, 针头遇到的阻力的差异反映了木材性质的变化,通过与标准曲线的比较,则可测得处于不同腐朽阶段的部位、程度,是否有裂纹等方 面的信息。该仪器已有商业化的生产,使用比较方便、效率高,损伤面小,由于钻头直径很小当取出钻头时小孔已基本弥合,但这毕 竟还是损伤树干的一种方法。 ⑤Laurence 等曾对美国加洲的两种主要城市树木,桉树和榆树采用上述两种方法来探测,将结果和实验室解剖研究比较。表明, Resistograph 一般不适用于探测木材腐朽早期(木材重量损失小于 20%)至中期阶段(木材重量损失大于 20%)的树干,而适用于腐 朽中期至后期的树木。和实验室解剖研究结果相比较,Resistograph 的探测精度,桉树为 85%,榆树达到 100%;采用电钻的方法前者 为 73%,后者为 81%。可见这两种方法都是可以被采用的。

⑥Fractometer 由德国生产的一种携带式可在野外应用的仪器, 它和上述 Resistograph 不同的是, 必须用生长锥在树干上取出一 段木芯,把木芯置于仪器上部固定,通过调节加之木芯的压力使其弯曲、断裂,通过测量其径向抗弯裂强度、以及断裂的角度来量化 的判断木材腐朽程度。在木材褐腐的初期,真菌分解木材的纤维素,但木质素仍然余留,木材仍有刚性,但比较脆;白腐的早期真菌 分解的是木质素,木材刚性弱但仍有一定的韧性。该仪器就是通过测定这些变化来确定其腐朽类型,如果测定的木芯有较大的缺裂角 度而较低的破裂强度,则表明为白腐;如果较小的破裂角度而较低的强度,则为褐腐。

但该仪器主要测定早期阶段的腐朽,需要与健康树木的木材进行比较,而且需要在一株树木上做几次测量和比较。应用这类仪器 来测定树木材强度的变化,主要目的是为了确认树木受损伤或腐朽发生以后,强度减弱是否会发生树干折断、倒伏、树枝断落等安全 问题。 ⑦层面 X 射线照相技术:(Computerised tomographic),及目前用于医院的 CT 扫描,其基本原理是,完好的木材和腐朽的木材对 X 射线的吸收量有差异,随着木材腐朽程度的增加,对 X 射线的吸收系数降低,直到0,表示出现空洞。木材对 X 射线的吸收增加可 能是因为,受到感染或侵蚀以后组织的代谢发射功能变化来抵御,或因为组织的生命力降低,或因为木材湿度增加,或因为真菌具含 水高的 Mycelia,在某些情况吸收低于或高于健康木材的水平时,表明木材受到病菌的感染。 第一个可移动的仪器 MCT-1 在 1976 年在德国生产,主要用于检查云杉的红腐,以后在 1983 年开发了第三代产品 MCT-3,可检测 的最大立木直径 72cm,扫描的层面间距 6-8mm,最大角度为 480,该仪器采用两个平行的装置发射射线扫描树干断面,设置 3 个探测 器接收数据把树干断面的扫描数据输入计算机处理,获的相关图象和曲线,以此来探测树干腐朽的情况。当时采用的放射源为铯-137, γ 射线能量达到 662keV。它由于采用平行装置,每次探测需用较长时间,新一代仪器改为 MCT-F,在放射源的对侧安置 30 个呈环状 排列的探测器,为了避免盲区,整个装置可以自动转动。(图 )探测器接收的信号即为树干不同部位的吸收水平,通过计算机处理, 获得相应的图象与曲线。该装置主要用于对古树名木树干的检查,是无损伤的检查方法,

⑧应用声波技术来探测活立木的腐朽(Acoustic technique) 上述用于树干腐朽探测的 CT 扫描仪器,具有较高的精确度,但一般应用不方便、需要较长的时间才能获得结果、仪器产生有害的 辐射、对操作人员的要求也比较高,而且仪器设备也比较昂贵,因此应用受到很大的限制。 运用声波传输时间技术(transmission time technique)探测活立木的树干内部腐朽情况,可以克服上述的缺点。其基本方法是, 在树干的一侧用手锤敲击树干另一侧接收,通过测量声波传输的时间来探测树干的内部情况。基本原理是,通过树干体的纵波(介质 粒子在波前进方向振动的波、如声波)的速度,因树干的强度和密度而有变化,测量其传输的速度接可探测树干内部的这种变化,从 而确定是否有腐朽或空洞的存在。 该方法表明, 即使在树干腐朽的其早期阶段 由于木材强度性质的变化而降低声波在木材中的传播速 度。这一技术仍处于研究阶段,这里不再作详细介绍。 腐朽对木材阻尼性质的影响,木材的阻尼性能(damping capacity),即木材所受的震动外力移去后,降低震动的能力。木材腐朽 改变了木材的性质,因此也改变了阻尼的性能,研究发现木材的褐腐减低木材阻尼性的程度要高于白腐。

四、树干腐朽后强度的损失 树干腐朽后强度的损失 基本有 4 个公式来计算树木腐朽后强度的损失: Wagener 公式(1963 年)是由 Wagener 建立的,主要应用于针叶树,树干圆,且腐朽部分为圆柱状。

按此计算,建立一个图(),当计算值(强度的损失)≥45%时表明树木存在着对安全的威胁,在 22%~44%之间,管理人员应对此 树木保持警惕,同时应检查是否有其它问题存在,如劈裂、倾斜等。但 Coder 说明,该公式适用于树干饱圆、并受理想外力作用条件, 而自然状态的树木、以及受风力作用时该公式的应用受到限制。

Mattcheck 等研究加洲 800 株树木(包括活立木及断树),得出的结论是,如果 t÷R≥0.3 树木均正常而不会发生安全问题;反

之如≤0.3 多数树木会倒下,在此情况下也有一些树木没有倒下,但仅剩几个残枝、树木则趋于死亡之中。上述的公式计算,一般适 用于柱状的腐朽处于树干中心位置。(cross-sectional flattening)和扭曲。Mattcheck 描述了几种可能发生的树干折断情况: 简单性的弯曲断裂(bending fracture),受负载后树干纤维弯曲最终发生断裂,通常是树干有缺陷的情况下发生,如有空洞、 有树枝的残桩等。负载使树干弯曲,纤维受压弯曲最终发生轴向劈开。活立木在遇到大风时在迎风面受拉力、背风向受到压力,但只 要迎风向受到的拉力不超过极限范围,树木就不会折断。树干具有较大的空洞、或较大的柱状腐朽,那么决定树干折断的因素可能不 同:如果树干的空洞位于中心,残留的树干木质部的厚度成为决定因素,在弯曲的负载下(bending load)残留的树干木质部较薄时 发生横向折断,但如果空洞周围有残留的腐朽部分则可以推迟折断的发生。弯曲强度的伤失有 70%是与木材的早期腐朽有关,此阶段 木材重量损失 5—10%。一些研究表明,如果能探测到树干具有腐朽,应该认为该树干木材的强度受到很大的损失。但必须指出活立木 情况是十分复杂的,有的树木即使树干有很大的空洞,也能存活很久,因此应具体情况具体分析。 但实际情况是,多数腐朽发生在偏离树干中心的部位,这时运用该公式计算的可靠性就有问题,因为如果树干腐朽部分不在中心 而偏向一侧,则强度的损失更大。这是应用残留的最薄部位厚度、柱状腐朽体造成的空洞直径加上残留腐朽部分的厚度(图 6),计 算结果同样可较好的预示树干横向折断。 上述 4 个公式的不同之处在于:对腐朽造成的强度损失的估计不同,如 Mattcheck 的公式根据材料扭曲的理论,强调不同类型的 树干横断面断裂和扭曲发生的树干倒伏;Wagener 和 Coder 的公式是根据刚体材料性质的特点,通过树干弯曲强度的损失来计算;而 Barlett 的公式只是考虑树干腐朽造成树洞,并在树干外侧开口的情况。但几个公式都提出了一个树干腐朽后构成威胁的阈值,即超 过该值时理论上应伐去该树木,以免带来危险,这至少可作为管理者的参考。(图)

把树木看作为刚体,通过计算强度的损失来确定构成危险的阈值,在实际应用是情况比较复杂,因为公式的依据是由匀质材料构 成的完全的几何体,但树木不可能是规则的几何体,也非匀质的材料,而且不同树木的木材其材性具有巨大的差异,即使相同的树种 手立地条件、气候、人工管理措施的影响也存在着差异。木材的比重是最能反映木材强度的指标,其反映的是木材的密度,即单位体 积拥有的细胞壁物质的量,木材密度与生长条件,如水分、营养、温度等因素有关。 在温带,生长初期由于水分充足、树木生长快,细胞腔大而壁薄,形成的早材细胞密度小,因此早材的强度相对较低;而晚材的 密度一般是早材的 3~4 倍,其强度也远大于早材,例如短叶松的成熟晚材其抗拉强度是早材的 5 倍。树木的生长速度影响木材的强度, 但因树种而异,如针叶树种在一年中晚材的比例基本相同,而生长速度的变化主要对早材的影响较大,这表明生长速度减低会增加晚 材和早材的比,使得木材密度增加而强度也增加。环孔的阔叶材则不同,因早材的比例相对一致,因此生长速度快会增加晚材的比例, 而使木材比重增加。 其他影响木材材性的因素如,螺旋纹理、应力木、幼龄材、宽大的早材年轮、侧枝的连接等,都会导致木材材性的变化,特别是 对于活立木。因此,不可能应用某一类计算公式来确定所有树木的木材强度变化。对于城市树木的养护与管理来说,应结合当地的实 际情况、对不同树种的树木腐朽所可能造成的不安全现象开展系统研究,制订切实可行的评价标准这是最为重要的。我国对于这方面 的研究不多、可以说还是空白,主要原因是目前对城市树木的管理还不能说达到系统话管理的水平,对树木可能带来危及居民的种种

情况还认识不足,甚至错误的认为是自然现象不可避免,显然这使有违与城市植树、绿化的初衷的。 树干能抵御一定程度的各种压力和拉力,而树干具有的这种能力的大小取决于树种,负载的类型、方向及大小,温湿度等环境因 子。材料的强度可用弹性模量(Modulus of elasticity, MOE)与断裂模量(Modulus of Rupture, MOR)的大小来反映。对于小振幅 的情况,MOE 决定声波在材料中的传播速率。木材腐朽后其强度的伤失发生在木材重量及密度损失之前,既在木材腐朽早期其强度迅 速减低,然后重量减轻,而这一点却常常不被注意。木材的韧性对早期的腐朽比 MOE 还要敏感,据 Wilcox 报道,当木材在早期腐朽阶 段韧性损失 50%时,木材的重量才损失 1%,对花旗松的木材的径向压缩( radial compression)测试表明,早期腐朽的木材断裂模量 损失 30%,而弹性模量损失 11%;同时表明边材与心材相比更易受腐朽真菌的侵蚀和降解。


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