古树名木生长状况与环境因子关系研究——以浙江省古樟树为例

李 程 ，罗 鹏 ，邓秀秀 ，李志清

(1.中国林业科学研究院 资源信息研究所，北京 100091；2.中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004)

古树名木生长状况与环境因子关系研究
——以浙江省古樟树为例

李 程1，罗 鹏1，邓秀秀2，李志清1

(1.中国林业科学研究院 资源信息研究所，北京 100091；2.中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004)

古树名木的监测、管理、保护一直是研究的重点，相关学者也开展了大量的研究并取得一定的成果，但是对影响其生长状况相关因子的研究还较少。以浙江省古樟树为研究对象，通过分析调查数据，运用相关分析、主成分分析等方法，确定树高、胸径、冠幅3个衡量古樟树生长状况的指标，并研究其与坡度、坡向、坡位、海拔、土层厚度5个环境因子之间的关系。结果表明：对古樟树生长状况指示作用大小为：冠幅＞胸径＞树高，其中胸径、树高与环境因子之间呈现显著相关性，而冠幅与环境因子之间不存在显著相关性；海拔是影响古樟树生长状况的主要环境因子，海拔与胸径之间呈现显著的负相关，与树高之间呈现显著的正相关；坡度与树高之间呈现显著的负相关；土层厚度与胸径之间呈现显著的正相关；坡向、坡位与古樟树生长指标之间不存在显著的相关性。

古树名木；古樟树；生长状况；环境因子；浙江省

古树名木是林木资源中的瑰宝，是自然界的璀璨明珠，具有厚重的历史意义，被誉为“活文物”、“活化石”。古树名木也是一座城市、一个地方文明程度的标志。根据全国绿化委员会、国家林业局的《全国古树名木普查建档技术规定》，古树名木一般指在人类历史过程中保存下来的年代久远或具有重要科研、历史、文化价值的树木。古树名木具有多重价值，又属于珍稀濒危的物种，所以对古树名木的保护以及相关研究一直成为研究的热点和难点。

长期以来，由于多种原因，我国古树名木遭受破坏的现象严重，数量急剧减少，早在上个世纪八十年代，我国就开始对古树名木进行保护。从2001年9月开始，全国绿化委员会、国家林业局在全国范围内展开了一次大规模的古树名木普查建档工作。同时，也有不少学者对古树名木进行了相关的研究，主要集中在古树名木的生理生态特性、管理、复壮技术、价值评估等方面。欧应田等[1]运用生态学原理指导城市古树名木保护，张恒等[2]建立了古树名木的管理信息系统，王徐玟[3]对南京市古树名木资源调查和复壮技术进行研究，孙超等[4]对古树名木景观价值进行评价。众多学者研究[5-10]认为，不同环境因子对植物的生长会产生不同的影响，同样对古树名木也会产生影响。戚元春[11]研究杭州环境西湖景区不同立地对古樟树生长特性的影响，靳思佳等[12]以上海松江区为例，研究古树名木与城市结构关系研究，张章秀[13]研究不同坡位杉木樟树混交林地上部分和地下部分生物量分布，余翔华等[14]运用地统计学方法研究樟树幼苗期生长异质性，文丽等[15]研究不同林龄樟树林土壤碳氮贮量及分布特征，但是对于古树名木生长状况与环境因子关系的研究还比较少。

本文以浙江省古樟树Cinnamomum camphora为研究对象，通过分析影响其生长状况的区域、坡度、坡位、海拔、土层厚度、土壤类型等环境因子，揭示其生长状况与环境因子之间的关系，为古树名木的保护、管理、规划提供科学依据，也为古树名木的相关研究提供借鉴作用。

1 研究区概况

研究区主要位于浙江省的中西部、中北部地区，涉及金华、丽水、衢州、绍兴、杭州等地。位于我国东部沿海，处于欧亚大陆与西北太平洋的过渡地带，该地带属典型的亚热带季风气候区。地形起伏较大，中西部地区群山峻岭，以丘陵和盆地为主，中北部地区地势较低，以平原为主。气候四季分明，年气温适中，光照较多，雨量丰沛，空气湿润，雨热季节变化同步，气候资源配制多样，气象灾害繁多。年平均气温15～18℃，极端最高气温33～43℃，极端最低气温-2.2～-17.4℃；年平均雨量在980～2 000 mm，年平均日照时数1 710～2 100 h。植被资源在3 000种以上，属国家重点保护的野生植物有45种。树种资源丰富，素有“东南植物宝库”之称。

2 数据获取与处理

2.1 数据来源

本研究的数据主要来源于林业科学数据平台提供的浙江省部分古树名木数据。调查的古树名木共计3 334株，分44科69属97种，同时又对每株树进行了详细的调查，包括古树名木的基本信息：调查编号、号码、中文名、拉丁文名、科、属；生长环境：区域类型、坡度、坡向、坡位、海拔、土层厚度、土壤类型、紧密度；生长状况的定性描述：生长势；每木检尺：树龄、树高、胸径、冠幅。

本研究选取调查样本数量较大的樟树作为研究对象，樟树是浙江省古树中的主要树种，也是浙江省重点保护的古树名木。樟树又名香樟，为樟科常绿性大乔木，是我国亚热带常绿阔叶林的主要组成树种之一，亦是浙江省省树，在全省的古树名木中占有较大比重。樟树姿态秀美，枝叶繁茂、四季常绿，寿命可达千年以上，且能开花结果，在城市绿化中被广泛用作庭荫树、行道树、防护林及风景林，多被誉为江南宝树[11]。

2.2 数据处理与分析方法

原始数据采用Excel进行处理、分析和统计，运用R软件[15-16]进行相关分析、主成分分析、偏相关分析、复相关分析、T检验，综合分析古樟树生长状况与环境因子的关系。

由于衡量古樟树生长状况的指标之间存在相关关系，环境因子之间也存在相关关系，因此运用相关分析方法，通过计算相关系数，得出它们之间的相关关系的程度。相关系数的计算公式：式中：r表示相关系数；x，y表示变量的观测值；表示变量的均值；i，j=1,2,3…n。

通过相关分析，仅仅得到相关关系程度，这是不够的，还需要运用主成分分析方法，得出最能反映古樟树生长状况的生长指标以及对古樟树生长状况影响作用最大的环境因子。主成分分析的计算方法：

由于古樟树生长状况指标、环境因子本身存在错综复杂的相关性，而相关分析只是考虑简单相关系数，这会造成简单相关系数与偏相关系数有时结论不一致。这时就需要运用偏相关分析方法，计算偏相关系数，它清除了自变量相关的混淆，因而能表现出所考察的两个自变量的单独关系[17]。偏相关系数的计算公式：

式中：r表示偏相关系数；C′表示相关系数矩阵的逆矩阵；i，j=1，2，…，n。

在实际分析中，古樟树生长状况往往要受到多个环境因子的综合影响，这时就需要运行复相关分析方法，计算复相关系数，得出多个环境因子同时与某个生长指标之间的相关关系。而且影响古樟树生长状况的各个环境因子数值众多，需要对环境因子分不同等级水平，并对不同等级水平之间各古樟树生长状况指标平均值进行差异显著性T检验，评估不同环境因子对古樟树生长的影响。复相关系数的计算公式：

3 结果与分析

3.1 古樟树生长指标分析

古树名木的生长状况指标主要指树木的高度、胸径与冠幅[18]。通过分析调查数据，本文确定树高、胸径、冠幅3个衡量古樟树生长状况的指标，并对它们进行相关分析，结果见表2。

表2 古樟树生长指标相关系数†Table 2 Related coefficients among different growth indexes of ancient C. camphora

由表2可知，古樟树的冠幅与树高（r=0.299，p＜0.01）及冠幅与胸径（r=0.349，p＜0.01）之间呈现显著的正相关。古樟树的冠幅直接决定着光合作用的叶面积指数的大小，影响着光合作用产物的积累速度，进而影响古樟树的胸径和树高的生长。因此，一般来说，古樟树的平均冠幅越大，那么平均胸径越大，平均树高也越高，反之亦然。

古樟树的冠幅与树高的相关关系并没有达到显著性水平，这是因为对于古樟树而言，树龄已经达到100 a以上了，属于过熟林阶段，而树高的生长基本上在中幼林阶段已经完成，后期的生长阶段，古樟树树高生长变得非常缓慢，并不会出现冠幅与树高生长的正相关关系。

对古樟树的3个生长指标树高、胸径和冠幅进行主成分分析，找到最能反映古樟树生长状况的生长指标，取特征值＞1，主成分分析结果见表3。

表3 生长指标的因子载荷矩阵Table 3 Factor loading matrix of growth indexes

表4 生长指标的因子得分矩阵Table 4 Component score matrix of growth indexes

据分析，提取到2个主成分，第一主成分的方差贡献率为50.454%，第二主成分的方差贡献率为29.931%，累计方差贡献率为80.385%。

通过对表4 生长因子得分矩阵的综合指标定量描述，可以得到主成分与所调查的生长指标的关系方程式，为：F1=0.41y1+0.45y2+0.54y3；F2=0.81y1-0.86y2-0.04y3，在这两个关系方程中，第一主成分F1的影响因子是冠幅和胸径，第二主成分F2的影响因子是树高。古樟树生长指标对生长状况指示作用大小排序为:冠幅＞胸径＞树高。

3.2 古樟树生长指标与环境因子的关系

3.2.1 环境因子分析

在古樟树生长的过程中，并非单一的环境因子对其产生影响，往往是多个环境因子综合对古樟树的生长状况产生作用，在这个综合作用的过程中，当其中的某个环境因子发生变化的时候，可能会引起其他某一个或者某几个环境因子的变化，以致全部环境因子的综合作用发生变化。通过对现有调查数据的分析，本文对坡度、坡向、坡位、海拔、土层厚度5个环境因子进行分析和研究。首先，对坡向、坡位2个非数量因子进行数量化[19-21]，这样方便数据的分析，结果见表5。然后对环境因子进行相关性分析，结果见表6。

表5 非数量因子数量化Table 5 Quantification processing of non-quantitative factors

表6 环境因子之间的相关系数Table 6 Correlation coefficients among environmental factors

由表6分析可知，坡位与坡度之间呈现显著的负相关（r=-0.270，p＜0.01），说明下部坡位，坡度较小，较平坦。海拔与其他因子之间都呈现显著关系，说明海拔的变化对其他因子都会产生影响。其中，海拔与坡度呈现显著的正相关（r=0.293，p＜0.01），说明坡度越大，海拔越高。海拔与坡向（r=-0.222，p＜0.01）、坡位（r=-0.168，p＜0.01）、土层厚度（r=-0.247，p＜0.01）之间呈显著的负相关，说明海拔越高，坡向在阳坡，坡位在上部，土层厚度越小。

对古樟树的5个环境因子坡度、坡向、坡位、海拔和土层厚度进行主成分分析，找到对古樟树生长状况影响作用最大的环境因子，取特征值＞1，主成分分析结果见表7。

表7 环境因子载荷矩阵Table 7 Factor loading matrix of environmental factors

表8 环境因子得分矩阵Table 8 Factor score matrix of environmental factors

据分析，提取到3个主成分，第一主成分的方差贡献率为32%，第二主成分的方差贡献率为24%，第三主成分的方差贡献率为20%，累计方差贡献率为75%。

通过对表8主要影响因子得分矩阵的综合指标定量描述，可以得到主成分与所调查的环境因子的关系方程：F1=0.417x1-0.242x2-0.307x3+0.494x4-0.246x5；F2=0.305x1+0.326x2-0.544x3-0.156x4+0.562x5；F3=0.386x1+0.793x2+0.250x3+0.005x4-0.426x5，在这3个关系方程中，第一主成分F1的影响因子是海拔和坡度，第二主成分F2的影响因子是土层厚度和坡位，第二主成分F3的影响因子是坡向。所研究的5个环境因子对古樟树的影响作用大小排序为：海拔＞坡度＞坡位＞土层厚度＞坡向。

3.2.2 各环境因子对生长指标的影响

通过对现有调查数据的分析，并参考林业上国家标准以及前人的研究结果[22-25]，将环境因子划分为不同等级水平，具体见表9。

表9 环境因子等级Table 9 Environmental factors grading

（1）坡度

坡度对土层厚度，土壤成母质的堆积行程及水分状况都有影响[26]，这些因素对古樟树生长状况也会产生影响。由表10及图1、2、3可知，坡度对古樟树的生长有一定的影响，树高随着坡度的增加呈现增加的趋势，胸径随着坡度的增加呈现减小的趋势，冠幅随着坡度的增加呈现增加的趋势。T检验显示，在树高和胸径上，平坡和其他坡度之间各指标有显著差异，而在冠幅上，平坡和其他坡度之间各指标差异不显著。结果表明，生长在坡度较大的地方的古樟树树高一般较高，生长在平坡的古樟树胸径一般较大。

表10 坡度对古樟树生长指标的影响及T检验结果Table 10 Effects of slopeness on growth index of ancient C. camphora and results of T-test

图1 不同环境因子等级下的平均树高Fig.1 Average tree height at different environmental factor levels

图2 不同环境因子等级下的平均胸径Fig.2 Average DBH at different environmental factor levels

图3 不同环境因子等级下的平均冠幅Fig.3 Average Canopy breadth at different environmental factor levels

（2）坡位

搞好饲养管理，消除不利条件，牛舍要温暖、干燥卫生、不潮湿、多铺垫草，防止拥挤和密切接触，使牛感觉舒适。实施严格检疫，防止引入传染源和带入病毒，发生本病时，应采取隔离、封锁、定期用广谱消毒药物进行环境消毒等综合性措施。

坡位在地形要素中，不仅是一个位置的概念，它代表着水分、养分等的生态梯度变化[27]，主要影响光照、水分及土壤营养成分的再分配，因而林木生长的差别十分明显，同样古樟树生长状况也会受到的影响，由表11及图1、2、3可知，树高在上坡最大，下坡最小，胸径在上坡最小，下坡最大，冠幅在上坡最小，中坡最大。T检验显示，树高和胸径在上坡与中坡、下坡之间有显著差异，冠幅在上坡与中坡、下坡之间差异不显著，各项指标在中、下坡之间差异均不显著。结果表明，在上坡古樟树的树高一般较高，在下坡古樟树的胸径一般较大。

表11 坡位对古樟树生长指标的影响及T检验结果Table 11 Effects of slope position on growth index of ancient C. camphora and result of T-test

（3）坡向

坡向通过接受光照的变化，会影响光、热、水分等环境因子[28]，从而影响古樟树生长状况。由表12及图1、2、3可知，古樟树各项指标在阳坡优于阴坡。T检验显示，各项指标在不同坡向差异均不显著。结果表明，坡向对古樟树生长状况的影响小。

表12 坡向对古樟树生长指标的影响及T检验结果Table 12 Effects of slope aspects on growth index of ancient C.camphora and result of T-test

（4）海拔

海拔能够影响气候环境的变化，进而影响植物生长发育和物质代谢[29]，亦对古樟树生长状况造成影响。由表13及图1、2、3可知，树高随着海拔的升高而变高，胸径随着海拔的升高而变小，冠幅随着海拔的升高没有明显的趋势。T检验显示，树高和胸径在海拔X41等级与其他等级水平之间存在显著差异。结果表明，在海拔100 m以下，古樟树的树高较低，胸径较大，在海拔300 m以上，古樟树的树高较高，胸径较小。

表13 海拔对古樟树生长指标的影响及T检验结果Table 13 Effects of altitudes on growth index of ancient C. camphora and result of T-test

（5）土层厚度

土壤为林木提供了地下营养空间和生长空间，土层厚度直接影响着土壤养分和水平的容量，是决定森林生产力的重要因素[30-32]，也是对古樟树生长状况产生影响的环境因子。由表14及图1、2、3可知，古樟树各指标的平均的最大值均出现在厚层土。T检验显示，厚层土与中层土、薄层土在胸径方面有显著性差异；厚层土与薄层土在冠幅方面有显著性差异。结果表明，厚层土有利于古樟树的生长。

表14 土层厚度对古樟树生长指标的影响及T检验结果Table 14 Effects of soil thickness on growth index of ancient C. camphora and result of T-test

3.2.3 生长指标与环境因子的综合分析

为综合分析生长状况与环境因子之间的关系，现以环境因子为自变量，以生长指标为因变量，进行回归分析。由表15可知，胸径、树高与环境因子的复相关系数分别为0.515，0.314（p＜0.01），经检验均呈显著相关。从各个环境因子偏相关系数检验来看，海拔与胸径之间呈现显著的负相关（p＜0.01），与树高之间呈现显著的正相关（p＜0.01）；坡度与树高之间呈现显著的负相关（p＜0.01）；土层厚度与胸径之间呈现显著的正相关（p＜0.01）；坡向、坡位与古樟树的3个生长指标之间均不存在显著的相关性。

综合前文对古樟树生长状况指标的分析、环境因子的分析以及生长状况指标与环境因子的分析，可以得出影响古樟树生长状况的主要环境因子是海拔。

表15 生长指标与环境因子多元回归分析Table 15 Multiple regression analysis on growth index and environmental factors

4 结论与讨论

樟树是浙江省省树，也是全省古树中最主要的树种，具有多重价值，属于重点保护的古树名木。对古樟树进行保护和管理，首要的就是要了解古樟树的生长状况，而古樟树生长状况的优劣是多个环境因子共同作用的结果。因此，本文通过研究分析不同环境因子与古樟树生长状况之间的关系，为古樟树的保护和管理提供一定的科学依据。

通过对古樟树生长状况指标的分析，并结合现有调查数据，确定树高、胸径、冠幅3个衡量古樟树生长状况的指标，并分析它们对古樟树生长状况的指示作用，得出冠幅对古樟树生长状况指示作用最大，胸径次之，树高对古樟树生长状况指示作用最小。

通过对古樟树生长指标与坡度、坡向、坡位、海拔、土层厚度5个环境因子之间关系的综合分析，得出以下结论：古樟树的胸径、树高与环境因子之间呈现显著相关性，古樟树的冠幅与环境因子之间不存在显著相关性。（1）海拔是对古樟树生长影响作用最大的环境因子，海拔与胸径之间呈现显著的负相关，与树高之间呈现显著的正相关，具体表现在：在海拔100 m以下，古樟树的树高较低，胸径较大，而在海拔300 m以上，古樟树的树高较高，胸径较小；（2）坡度对古樟树生长影响作用次之，坡度与树高之间呈现显著的负相关，具体表现在：生长在坡度较大的地方的古樟树一般树高较高，生长在平坡的古樟树一般胸径较大；（3）然后是土层厚度，土层厚度与胸径之间呈现显著的正相关，具体表现在：生长在厚层土的古樟树生长状况较好；（4）最后是坡位和坡向，坡位、坡向与古樟树的3个生长指标之间均不存在显著的相关性，具体表现在：在上坡古樟树的树高一般较高，在下坡古樟树的胸径一般较大，在阳坡古樟树生长状况优于阴坡。

本文利用相关分析、主成分分析等方法综合研究分析古樟树生长状况与环境因子之间的关系，但是研究数据只局限于林业科学数据平台提供的调查数据，而在现有的调查数据中，古樟树的生长指标、环境因子等数据不够完善，而且古樟树的生长数据仅有一次的调查数据，因此，在未来的调查数据中，如果能增加影响古樟树生长状况的环境因子数据，并采用古樟树多年多次的生长数据，同时结合古樟树的空间位置信息数据，进行更综合的分析，将能得出更加合理、更加科学的古樟树的生长状况与环境因子的关系，对于研究其他古树名木的生长状况与环境因子的关系更具有借鉴意义。

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Study on relationship between ancient and famous trees’ growth status and environmental factors: Taking ancient Cinnamomum camphora in Zhejiang province as an example

LI Cheng1, LUO Peng1, DENG Xiu-xiu2, LI Zhi-qing1
(1. Institute of Forest Resources Information Techniques, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China;2. Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

The ancient and famous trees’ monitoring, management and protection have been the focus of the study. The relevant scholars have carried out lots of researches and got some results, but the research of related factors affecting the growth status of ancient and famous trees is also less. By taking ancient Cinnamomum camphora in Zhejiang Province as an example, through the analysis of the survey data, by using correlation analysis and principal component analysis, three measurable indicators of ancient C.camphora growth conditions (tree height, diameter and crown) were surveyed. And the relationship among five environmental factors (slopeness,slope aspect, slope position, altitude, soil thickness) were investigated. The results show that the indicative functions to ancient C.camphora growth status ranked from big to small as gollows: crown width ＞ DBH(diameter at breast height) ＞ tree height. There were significant correlations between DBH, tree height and environmental factors, while no significant correlations between crown width and environmental factors; Altitude was the major environmental factor affecting ancient C. camphora growth status, there was a significant negative correlation between altitude and DBH, a significant positive correlation between altitude and tree height; there existed a significant negative correlation between slopeness and tree height; there was a significant positive correlation between soil thickness and DBH; slope aspect, slope position had no significant correlations with the ancient C. camphora growth indexes.

ancient and famous trees; ancient Cinnamomum camphora; growth status; environmental factors; Zhejiang province

S758.5+2

A

1673-923X(2015)11-0086-08

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.11.016

2015-01-10

国家林业公益性行业科研专项（201304215）

李 程，硕士研究生

李志清，研究员；E-mail：lizhiq@caf.ac.com

李 程，罗 鹏，邓秀秀，等.古树名木生长状况与环境因子关系研究——以浙江省古樟树为例[J].中南林业科技大学学报, 2015, 35(11): 86-93.

[本文编校：吴 毅]