古树资源特征和空间分布特征分析

张中一,刘慧娇,褚蓉蓉,冯国庆,董家鑫,高祥斌,吕梦缘,陈国豪

(聊城大学 农学与农业工程学院，山东 聊城 252000)

古树是指树龄在100年以上的树木,被称为有生命的“活文物”、“活化石”,是历史的“见证者”。古树承载着时空的变迁,蕴藏着文明的记忆,具有弥足珍贵的社会价值[1]、生态价值和经济价值。为加强古树名木的保护管理,中央办公厅、国务院办公厅以及住房和城乡建设部先后出台了《城市绿化条例》[2]、《城市古树名木保护管理办法》[3]、《农村人居环境整治提升五年行动方案(2021—2025年)》[4]等条例或指导性文件,强调在城乡规划和建设过程中要摸清古树资源底数,同时,强化监管古树保护措施的执行,合理开发利用古树资源,推进城乡生态环境建设,为乡村振兴提供有效途径[5]。

目前,古树资源的研究主要集中在古树名木保护和资源调查[6-7]、建立古树名木信息系统[8]、古树空间分布[9]、资源组成[10]、古树分布的影响因素[11-12]等方面。古树分布研究从较为原始的网格法[13-14]分析转向与地理信息系统相结合[15],使研究方法更为科学。古树分布类型的研究较少,并没有独立的判断标准及公式,常借鉴分析城市空间格局和生态学中种群空间格局的研究方法,如运用最邻近指数分析城市空间格局转变[16]、运用David &Moore 丛生指标方法分析种群空间分布[17]。近年来,有学者[18-19]采用地理信息系统中的核密度技术分析古树空间分布密度,研究景观的空间分布格局,提高了研究结果的准确性和科学性。鉴于此,本文结合聊城市美丽乡村建设规划,进行市域范围内的古树资源摸底调查,以期为古树资源合理开发利用提供参考依据。

1 研究区概况

聊城市是山东省下辖地级市,位于北纬35°47′—37°02′、东经115°16′—116°32′之间,总面积8 628 km2。聊城市地处黄河冲积平原,西南高、东北低,具有显著的季节变化和季风气候特征,属半干旱大陆性气候。境内土层深厚,沙粘适中,垦殖率较高,耕地数量较多[20]。

聊城市古树资源丰富,共有687株,其中,一级古树65株、二级古树79株、三级古树543株,隶属于17科25属30种;以柏科(Cupressaceae)和豆科(Fabaceae)为主,分别占总株数的40.47%和39.01%。优势种为侧柏[Platycladusorientalis(L.)Franco],占总株数39.7%;其次为国槐[Styphnolobiumjaponicum(L.)Schott]和枣树(ZiziphusjujubaMill.),分别占总株数的33.4%和9.8%;有少量杜梨(PyrusbetulifoliaBunge)、柘树[Cudraniatricuspidata(Carr.)Bur.]、皂荚(GleditsiasinensisLam.)等。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

通过查阅《聊城古树名木志》[20],参照中华人民共和国林业行业标准《古树名木普查技术规范》[21]以及《古树名木鉴定规范》[22],于2022年7—8月对聊城市古树进行实地调查访问,记录古树树种、树高、胸径、平均冠幅、树龄、生长势、立地条件、地理经纬坐标、生长位置、古树历史文化等基础数据。聊城市边界参考高德地图中的中国标准地图GS京(2022)1061号[23]进行划定;土地覆盖类型来源于2022年Esri 10 m土地覆盖数据[24];聊城市各级乡镇人口分布密度来源于聊城市2021年统计年鉴数据[25];传统村落数据来源于山东省人民政府公布的聊城市传统村落名单[26-27],以及中华人民共和国住房和城乡建设部颁布的2023年中国传统村落名录[28]。

2.2 数据处理

利用Excel 2016对聊城市古树资源基础信息进行整合,根据实地调查的古树经纬度,采用GPS、百度地图拾取坐标系统等软件检验,利用ArcGIS 10.7将聊城市古树的经纬度坐标转换为聊城市古树空间矢量数据,分别选用GCS_WGS_1984和WGS_1984_UTM_Zone_51N作为聊城市空间数据统一的地理坐标系和投影坐标系。

2.3 研究方法

运用ArcGIS 10.7的渔网分析(Fishnet analysis)、核密度分析(Kernel density analysis)工具,通过空间分布格局指标,结合地理环境因素,探索古树空间分布类型和特征。

2.3.1渔网分析

表1 空间分布格局指标计算公式

2.3.2核密度分析

核密度分析是通过地理信息领域进行密度分析,是在旅游、林业领域广泛使用的分析方法[13],是根据要素周围邻域中的距离和密度,计算每单位面积的量值,并将密度转换到空间上进行显示的分析方法[31]。某个空间位置x的核密度为其窗口范围内所有实体密度之和,表达式[31]为:

式中:n是距离阈值范围内空间实体数量;h是距离阈值;k[(x-xi)/h]为核密度方程,x-xi表示两点之间的欧氏距离。在计算核密度时,其结果与带宽[搜索半径(h)]和单位选取有关。

3 结果与分析

3.1 古树资源现状分析

聊城市古树资源丰富。从表2可知:1)从古树树龄看,三级古树(100～<300 a)占总株数的79.04%,共有543株,集中于莘县和阳谷县,东阿县古树数量次之;二级古树(300～<500 a)共有79株,占总株数的11.50%,集中在东昌府区和莘县;一级古树(≥500 a)共有65株,占总株数的9.46%。2)从分布区域看,阳谷县和莘县古树数量明显高于其他区域,古树总株数分别为153株和141株,占总株数的22.27%和20.52%。

表2 聊城市古树名木数量和保护等级分布

将聊城市古树基础数据进行整理,从表3可知:1)古树冠幅集中在>5.0～10.0 m和>10.0～15.0 m,分别占总株数的53.42%和23.29%;胸径集中在1.0 m以下,占总株数的95.78%;树高集中在>5.0～10 m和>10.0～15.0 m,分别占总株数的37.85%和46.00%。2)从生长势看,71.47%为正常株,且存在23.73%的衰弱株和4.51%的濒危株,表明聊城市古树资源缺乏必要的保护和管理。3)从生长位置看,主要集中在乡村,占总株数的92.43%;城市中,古树受到社会现代化推进的影响,栖息地与城市建设发展用地产生冲突遭到破坏,仅有7.57%的古树分布于城区。

表3 聊城市古树基础信息

3.2 聊城市古树空间分布特征

3.2.1渔网分析

利用ArcGIS 10.7平台中的渔网分析,将古树空间矢量数据与网格对应,统计各网格中古树数量。根据网格常用判定方法,面积不足1满格时,≥0.5的网格单元面积,视为1个网格;不足0.5的合并到相邻的网格。聊城市共划分为284个网格,各网格中的古树株数如图1所示。

图1 聊城市古树株数渔网分析

3.2.2核密度分析

利用ArcGIS 10.7平台对古树空间矢量数据进行核密度分析。设定空间搜索带宽为10 km,创建聊城市古树核密度分析图,结合聊城市水域分布图进行定性和定量的分析(图2)。

图2 聊城市古树核密度分析

由图2可知,聊城市古树分布总体呈现“南多北少”“散点状与多组团状并存”的格局。古树沿马颊河、黄河、徒骇河等水域呈现带状分布,形成均匀的古树分布区域。在古树的多组团状特性影响下,形成了高密集区和次密集区。南部:1个高密集区中心为大王寨镇,古树分布密度达0.450 2～<0.687 3株/km2,其中大王寨镇东丈八村烈士陵园内具有侧柏群,分布密度极大;4个次密集区中心分别为牛角店、鱼山镇、许营镇、阎楼镇,分布密度达0.178 0～0.450 1株/km2。北部有2个次密集区中心,分别为临清市城区(先锋路街道和青年路街道)与清平镇,其中清平镇于楼村西北向林地古树分布密集。

3.3 古树组成与分布的影响因素

因聊城市地处平原,存在大面积水域,地表、海拔、坡度等并无明显差异,故地质类型、立地条件等因素未被作为影响因素。根据数据的可获取性和数据验证,结合聊城市地质情况,选取土地覆盖类型、人口密度与传统村落、古树文化来探究影响古树分布的主要因素。

3.3.1土地覆盖类型

古树在不同土地覆盖类型中的分布如图3所示。利用ArcGIS 10.7和Excel 2016统计分析得出聊城市不同土地覆盖类型古树分布(表4)。

图3 聊城市古树在不同土地覆盖类型中的分布

表4 聊城市古树在不同土地覆盖类型中的分布

由图3、表4可知,耕地类面积占聊城市总面积的79.01%,古树236株,占总株数的34.35%;建设用地类(建设用地类包含城市建设用地和乡村建设用地)占总面积的20.12%,古树451株,占总株数的65.65%。从古树的分布密度看,建设用地分布密度最大,达到0.259 8株/km2;其次为耕地,达到0.034 6株/km2。结合核密度分析看,古树分布受土地覆盖类型影响,在乡镇呈现散点状与多组团状格局分布,形成均匀的古树分布区域。

3.3.2人口密度与传统村落

经人口分布和传统村落数据统计分析,绘制聊城市人口密度与传统村落分布图,并与核密度分布图(图3)叠加,最终合成结果如图4所示。

图4 聊城市人口密度、传统村落与古树核密度合成分布

由图4可知,古树分布次密集区中心的临清市城区和许营镇均位于人口高密度值区,是两河相交之地,与历史古城东昌府、临清相重合。古树分布高密集区中心大王寨镇、次密集区中心牛角店、鱼山镇、阎楼镇、清平镇位于人口中密度值区或低密度值区,且与传统村落的分布重合。人口中密度值区与低密度值区土地覆盖类型多为耕地与农村建设用地,为古树提供良好的栖息地和保护条件;人口高密度值区,古树分布较少。说明古树分布密度与人口密度呈负相关,传统村落和历史古城对古树保留起到促进作用。

3.3.3古树文化

根据实地调查,396株古树有文化价值。参考近年来学者对古树分布与文化价值方面[32-33]的研究,将聊城市古树文化分为6大类进行分析(表5)。

表5 聊城市古树文化影响因素及数量

由表5可知:农耕文化和宗祠宗教文化影响较大,均占总株数的32.32%;植物个体含义和传统信仰其次,分别占总株数的15.40%和11.87%;开发与迁移和历史事件最少,分别占总株数的5.56%和2.53%。宗教宗祠常选庄有严肃穆含义的植物,如侧柏和圆柏[Sabinachinensis(L.)Ant.],其中侧柏占总株数的39.7%,是占比最大的优势种。“槐”同“魁”和“怀”,象征科第吉兆、怀念祖先;侧柏树有趋吉避凶、生财生旺的含义,常用于纪念先人事迹或祈愿家人平安。植物个体含义影响人们对植物种类的选择,从传统信仰看,当地居民将古树视为神灵,是具有保护神性质的乡土景观。从开发与迁移和历史事件方面看,移民定居常栽种国槐用以思念家乡。经查[34]明朝洪武六年至永乐十五年,以山西洪洞县移民为代表,先后共计从山西移民18次,其中往山东省共有4次大规模移民。古树的树龄反映出了村落形成的时间。综合来看,古树文化影响着人们对物种的选择,进而影响着优势种的形成和古树分布。

4 讨论

本研究中,聊城市古树数量比郭兴俊等[19]的研究多244株,但正常株占比下降了16.79%,说明古树衰弱加剧,急需重点保护。对影响古树生境的建设行为要进行限制[35],做好古树健康监管,为古树提供良好的生存环境。从古树空间分布看,形成独特的沿河流散点状与多组团状分布格局,说明水域影响古树的分布格局,可考虑利用水文化完善城乡规划布局,为美丽乡村选址提供参考;从古树分布影响因素看,人口越多,古树分布密度越小,两者呈现负相关关系,可见人类的社会活动对古树资源的保留起到抑制作用,平衡人类社会活动与古树保护成为今后城乡建设中的难点;从古树文化看,聊城市古树文化影响着优势种的形成和古树分布,同时,古树文化是城乡历史文化的重要组成部分,能带动城乡经济文化发展。本研究是基于聊城市的地域条件和数据的可获得性,对古树资源及其分布特征进行的初步研究,下一步需深入开展道路分布、土壤类型、国家政策等因素对古树的影响研究。

为充分发挥古树社会、文化、生态价值,今后在进行城乡生态环境建设时,要发掘古树文化价值,加强宣传和科普,提高公众保护古树和后备资源的意识;通过建设古树主题口袋公园,讲好古树故事,塑造古树与环境和谐的“生态美”,为服务城乡生态环境和美丽乡村建设提供参考。

5 结论

聊城市古树资源丰富,共有古树687株,其中,一级古树65株、二级古树名木79株、三级古树543株。优势种为侧柏,占总株数39.7%;其次为国槐(占总株数的33.4%)、枣树(占总株数的9.8%);有少量杜梨、柘树、皂荚等。从生长势看,71.47%的古树为正常株,存在23.73%的衰弱株和4.51%的濒危株,说明古树资源缺乏必要的保护和管理。古树株数的空间分布类型为聚集分布,包含1个高密集区中心(大王寨镇)和6个次密集区中心(牛角店、鱼山镇、许营镇、阎楼镇、临清市城区、清平镇),总体上呈现“南多北少”“散点状与多组团状”的格局。古树分布于沿河的耕地与乡村建设用地区域,受水域影响较大。土地覆盖类型为主要因素,影响着古树分布的区域,人口密度为次要因素,侧面影响古树分布的密度。人口稀少的区域多耕地,为古树提供良好的栖息地,古树分布密度与人口分布密度呈负相关关系。传统村落和历史古城对古树保留起到促进作用,古树文化影响着优势种的形成,从而影响古树资源的类型。