古樹資源特征和空間分布特征分析

張中一,劉慧嬌,褚蓉蓉,馮國慶,董家鑫,高祥斌,呂夢緣,陳國豪

(聊城大學 農學與農業工程學院，山東 聊城 252000)

古樹是指樹齡在100年以上的樹木,被稱為有生命的“活文物”、“活化石”,是歷史的“見證者”。古樹承載著時空的變遷,蘊藏著文明的記憶,具有彌足珍貴的社會價值[1]、生態價值和經濟價值。為加強古樹名木的保護管理,中央辦公廳、國務院辦公廳以及住房和城鄉建設部先后出臺了《城市綠化條例》[2]、《城市古樹名木保護管理辦法》[3]、《農村人居環境整治提升五年行動方案(2021—2025年)》[4]等條例或指導性文件,強調在城鄉規劃和建設過程中要摸清古樹資源底數,同時,強化監管古樹保護措施的執行,合理開發利用古樹資源,推進城鄉生態環境建設,為鄉村振興提供有效途徑[5]。

目前,古樹資源的研究主要集中在古樹名木保護和資源調查[6-7]、建立古樹名木信息系統[8]、古樹空間分布[9]、資源組成[10]、古樹分布的影響因素[11-12]等方面。古樹分布研究從較為原始的網格法[13-14]分析轉向與地理信息系統相結合[15],使研究方法更為科學。古樹分布類型的研究較少,并沒有獨立的判斷標準及公式,常借鑒分析城市空間格局和生態學中種群空間格局的研究方法,如運用最鄰近指數分析城市空間格局轉變[16]、運用David &Moore 叢生指標方法分析種群空間分布[17]。近年來,有學者[18-19]采用地理信息系統中的核密度技術分析古樹空間分布密度,研究景觀的空間分布格局,提高了研究結果的準確性和科學性。鑒于此,本文結合聊城市美麗鄉村建設規劃,進行市域范圍內的古樹資源摸底調查,以期為古樹資源合理開發利用提供參考依據。

1 研究區概況

聊城市是山東省下轄地級市,位于北緯35°47′—37°02′、東經115°16′—116°32′之間,總面積8 628 km2。聊城市地處黃河沖積平原,西南高、東北低,具有顯著的季節變化和季風氣候特征,屬半干旱大陸性氣候。境內土層深厚,沙粘適中,墾殖率較高,耕地數量較多[20]。

聊城市古樹資源豐富,共有687株,其中,一級古樹65株、二級古樹79株、三級古樹543株,隸屬于17科25屬30種;以柏科(Cupressaceae)和豆科(Fabaceae)為主,分別占總株數的40.47%和39.01%。優勢種為側柏[Platycladusorientalis(L.)Franco],占總株數39.7%;其次為國槐[Styphnolobiumjaponicum(L.)Schott]和棗樹(ZiziphusjujubaMill.),分別占總株數的33.4%和9.8%;有少量杜梨(PyrusbetulifoliaBunge)、柘樹[Cudraniatricuspidata(Carr.)Bur.]、皂莢(GleditsiasinensisLam.)等。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

通過查閱《聊城古樹名木志》[20],參照中華人民共和國林業行業標準《古樹名木普查技術規范》[21]以及《古樹名木鑒定規范》[22],于2022年7—8月對聊城市古樹進行實地調查訪問,記錄古樹樹種、樹高、胸徑、平均冠幅、樹齡、生長勢、立地條件、地理經緯坐標、生長位置、古樹歷史文化等基礎數據。聊城市邊界參考高德地圖中的中國標準地圖GS京(2022)1061號[23]進行劃定;土地覆蓋類型來源于2022年Esri 10 m土地覆蓋數據[24];聊城市各級鄉鎮人口分布密度來源于聊城市2021年統計年鑒數據[25];傳統村落數據來源于山東省人民政府公布的聊城市傳統村落名單[26-27],以及中華人民共和國住房和城鄉建設部頒布的2023年中國傳統村落名錄[28]。

2.2 數據處理

利用Excel 2016對聊城市古樹資源基礎信息進行整合,根據實地調查的古樹經緯度,采用GPS、百度地圖拾取坐標系統等軟件檢驗,利用ArcGIS 10.7將聊城市古樹的經緯度坐標轉換為聊城市古樹空間矢量數據,分別選用GCS_WGS_1984和WGS_1984_UTM_Zone_51N作為聊城市空間數據統一的地理坐標系和投影坐標系。

2.3 研究方法

運用ArcGIS 10.7的漁網分析(Fishnet analysis)、核密度分析(Kernel density analysis)工具,通過空間分布格局指標,結合地理環境因素,探索古樹空間分布類型和特征。

2.3.1漁網分析

表1 空間分布格局指標計算公式

2.3.2核密度分析

核密度分析是通過地理信息領域進行密度分析,是在旅游、林業領域廣泛使用的分析方法[13],是根據要素周圍鄰域中的距離和密度,計算每單位面積的量值,并將密度轉換到空間上進行顯示的分析方法[31]。某個空間位置x的核密度為其窗口范圍內所有實體密度之和,表達式[31]為:

式中:n是距離閾值范圍內空間實體數量;h是距離閾值;k[(x-xi)/h]為核密度方程,x-xi表示兩點之間的歐氏距離。在計算核密度時,其結果與帶寬[搜索半徑(h)]和單位選取有關。

3 結果與分析

3.1 古樹資源現狀分析

聊城市古樹資源豐富。從表2可知:1)從古樹樹齡看,三級古樹(100～<300 a)占總株數的79.04%,共有543株,集中于莘縣和陽谷縣,東阿縣古樹數量次之;二級古樹(300～<500 a)共有79株,占總株數的11.50%,集中在東昌府區和莘縣;一級古樹(≥500 a)共有65株,占總株數的9.46%。2)從分布區域看,陽谷縣和莘縣古樹數量明顯高于其他區域,古樹總株數分別為153株和141株,占總株數的22.27%和20.52%。

表2 聊城市古樹名木數量和保護等級分布

將聊城市古樹基礎數據進行整理,從表3可知:1)古樹冠幅集中在>5.0～10.0 m和>10.0～15.0 m,分別占總株數的53.42%和23.29%;胸徑集中在1.0 m以下,占總株數的95.78%;樹高集中在>5.0～10 m和>10.0～15.0 m,分別占總株數的37.85%和46.00%。2)從生長勢看,71.47%為正常株,且存在23.73%的衰弱株和4.51%的瀕危株,表明聊城市古樹資源缺乏必要的保護和管理。3)從生長位置看,主要集中在鄉村,占總株數的92.43%;城市中,古樹受到社會現代化推進的影響,棲息地與城市建設發展用地產生沖突遭到破壞,僅有7.57%的古樹分布于城區。

表3 聊城市古樹基礎信息

3.2 聊城市古樹空間分布特征

3.2.1漁網分析

利用ArcGIS 10.7平臺中的漁網分析,將古樹空間矢量數據與網格對應,統計各網格中古樹數量。根據網格常用判定方法,面積不足1滿格時,≥0.5的網格單元面積,視為1個網格;不足0.5的合并到相鄰的網格。聊城市共劃分為284個網格,各網格中的古樹株數如圖1所示。

圖1 聊城市古樹株數漁網分析

3.2.2核密度分析

利用ArcGIS 10.7平臺對古樹空間矢量數據進行核密度分析。設定空間搜索帶寬為10 km,創建聊城市古樹核密度分析圖,結合聊城市水域分布圖進行定性和定量的分析(圖2)。

圖2 聊城市古樹核密度分析

由圖2可知,聊城市古樹分布總體呈現“南多北少”“散點狀與多組團狀并存”的格局。古樹沿馬頰河、黃河、徒駭河等水域呈現帶狀分布,形成均勻的古樹分布區域。在古樹的多組團狀特性影響下,形成了高密集區和次密集區。南部:1個高密集區中心為大王寨鎮,古樹分布密度達0.450 2～<0.687 3株/km2,其中大王寨鎮東丈八村烈士陵園內具有側柏群,分布密度極大;4個次密集區中心分別為牛角店、魚山鎮、許營鎮、閻樓鎮,分布密度達0.178 0～0.450 1株/km2。北部有2個次密集區中心,分別為臨清市城區(先鋒路街道和青年路街道)與清平鎮,其中清平鎮于樓村西北向林地古樹分布密集。

3.3 古樹組成與分布的影響因素

因聊城市地處平原,存在大面積水域,地表、海拔、坡度等并無明顯差異,故地質類型、立地條件等因素未被作為影響因素。根據數據的可獲取性和數據驗證,結合聊城市地質情況,選取土地覆蓋類型、人口密度與傳統村落、古樹文化來探究影響古樹分布的主要因素。

3.3.1土地覆蓋類型

古樹在不同土地覆蓋類型中的分布如圖3所示。利用ArcGIS 10.7和Excel 2016統計分析得出聊城市不同土地覆蓋類型古樹分布(表4)。

圖3 聊城市古樹在不同土地覆蓋類型中的分布

表4 聊城市古樹在不同土地覆蓋類型中的分布

由圖3、表4可知,耕地類面積占聊城市總面積的79.01%,古樹236株,占總株數的34.35%;建設用地類(建設用地類包含城市建設用地和鄉村建設用地)占總面積的20.12%,古樹451株,占總株數的65.65%。從古樹的分布密度看,建設用地分布密度最大,達到0.259 8株/km2;其次為耕地,達到0.034 6株/km2。結合核密度分析看,古樹分布受土地覆蓋類型影響,在鄉鎮呈現散點狀與多組團狀格局分布,形成均勻的古樹分布區域。

3.3.2人口密度與傳統村落

經人口分布和傳統村落數據統計分析,繪制聊城市人口密度與傳統村落分布圖,并與核密度分布圖(圖3)疊加,最終合成結果如圖4所示。

圖4 聊城市人口密度、傳統村落與古樹核密度合成分布

由圖4可知,古樹分布次密集區中心的臨清市城區和許營鎮均位于人口高密度值區,是兩河相交之地,與歷史古城東昌府、臨清相重合。古樹分布高密集區中心大王寨鎮、次密集區中心牛角店、魚山鎮、閻樓鎮、清平鎮位于人口中密度值區或低密度值區,且與傳統村落的分布重合。人口中密度值區與低密度值區土地覆蓋類型多為耕地與農村建設用地,為古樹提供良好的棲息地和保護條件;人口高密度值區,古樹分布較少。說明古樹分布密度與人口密度呈負相關,傳統村落和歷史古城對古樹保留起到促進作用。

3.3.3古樹文化

根據實地調查,396株古樹有文化價值。參考近年來學者對古樹分布與文化價值方面[32-33]的研究,將聊城市古樹文化分為6大類進行分析(表5)。

表5 聊城市古樹文化影響因素及數量

由表5可知:農耕文化和宗祠宗教文化影響較大,均占總株數的32.32%;植物個體含義和傳統信仰其次,分別占總株數的15.40%和11.87%;開發與遷移和歷史事件最少,分別占總株數的5.56%和2.53%。宗教宗祠常選莊有嚴肅穆含義的植物,如側柏和圓柏[Sabinachinensis(L.)Ant.],其中側柏占總株數的39.7%,是占比最大的優勢種?！盎薄蓖翱焙汀皯选?象征科第吉兆、懷念祖先;側柏樹有趨吉避兇、生財生旺的含義,常用于紀念先人事跡或祈愿家人平安。植物個體含義影響人們對植物種類的選擇,從傳統信仰看,當地居民將古樹視為神靈,是具有保護神性質的鄉土景觀。從開發與遷移和歷史事件方面看,移民定居常栽種國槐用以思念家鄉。經查[34]明朝洪武六年至永樂十五年,以山西洪洞縣移民為代表,先后共計從山西移民18次,其中往山東省共有4次大規模移民。古樹的樹齡反映出了村落形成的時間。綜合來看,古樹文化影響著人們對物種的選擇,進而影響著優勢種的形成和古樹分布。

4 討論

本研究中,聊城市古樹數量比郭興俊等[19]的研究多244株,但正常株占比下降了16.79%,說明古樹衰弱加劇,急需重點保護。對影響古樹生境的建設行為要進行限制[35],做好古樹健康監管,為古樹提供良好的生存環境。從古樹空間分布看,形成獨特的沿河流散點狀與多組團狀分布格局,說明水域影響古樹的分布格局,可考慮利用水文化完善城鄉規劃布局,為美麗鄉村選址提供參考;從古樹分布影響因素看,人口越多,古樹分布密度越小,兩者呈現負相關關系,可見人類的社會活動對古樹資源的保留起到抑制作用,平衡人類社會活動與古樹保護成為今后城鄉建設中的難點;從古樹文化看,聊城市古樹文化影響著優勢種的形成和古樹分布,同時,古樹文化是城鄉歷史文化的重要組成部分,能帶動城鄉經濟文化發展。本研究是基于聊城市的地域條件和數據的可獲得性,對古樹資源及其分布特征進行的初步研究,下一步需深入開展道路分布、土壤類型、國家政策等因素對古樹的影響研究。

為充分發揮古樹社會、文化、生態價值,今后在進行城鄉生態環境建設時,要發掘古樹文化價值,加強宣傳和科普,提高公眾保護古樹和后備資源的意識;通過建設古樹主題口袋公園,講好古樹故事,塑造古樹與環境和諧的“生態美”,為服務城鄉生態環境和美麗鄉村建設提供參考。

5 結論

聊城市古樹資源豐富,共有古樹687株,其中,一級古樹65株、二級古樹名木79株、三級古樹543株。優勢種為側柏,占總株數39.7%;其次為國槐(占總株數的33.4%)、棗樹(占總株數的9.8%);有少量杜梨、柘樹、皂莢等。從生長勢看,71.47%的古樹為正常株,存在23.73%的衰弱株和4.51%的瀕危株,說明古樹資源缺乏必要的保護和管理。古樹株數的空間分布類型為聚集分布,包含1個高密集區中心(大王寨鎮)和6個次密集區中心(牛角店、魚山鎮、許營鎮、閻樓鎮、臨清市城區、清平鎮),總體上呈現“南多北少”“散點狀與多組團狀”的格局。古樹分布于沿河的耕地與鄉村建設用地區域,受水域影響較大。土地覆蓋類型為主要因素,影響著古樹分布的區域,人口密度為次要因素,側面影響古樹分布的密度。人口稀少的區域多耕地,為古樹提供良好的棲息地,古樹分布密度與人口分布密度呈負相關關系。傳統村落和歷史古城對古樹保留起到促進作用,古樹文化影響著優勢種的形成,從而影響古樹資源的類型。