重庆渝北区古树空间分布特征及土地利用变化对其影响分析

杨 琼,林知远,丁鹏飞,刘刚铭,王海洋

(1.重庆市林业科学研究院,重庆 400036；2.西南大学园艺园林学院,重庆 400715)

古树名木是指在人类历史进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,其中古树是指年龄在100a以上的树木[1]。古树名木通常被当做是历史的见证,风景名胜区的构成要素和珍稀濒危植物种质资源保护的重要目标[2]。此外,古树还能够为研究其所处区域的自然地理变迁、植物多样性保护、植被区系及其演化等提供重要信息[3]。

重庆市渝北区具有丰富的古树资源,在如今快速的城市化进程中,这些遗存古树的保护也面临更大挑战。由于城市化的影响,某些古树所在地及其周围的土地用地类型开始转变,人为干扰由弱变强,生境条件逐渐变差。目前,已有学者对重庆市各区县的古树名木进行调查研究并提出相应的保护策略,但研究大多集中在对古树名木资源的数量统计、资源分析和定点保护等方面[4-8]。本研究结合实地调研结果,对重庆市渝北区的古树资源现状、数量特征、地理空间分布进行系统分析,揭示土地利用类型变化对古树的影响,旨在为重庆市古树名木资源、区域生物多样性保护和城市生态文明建设提供基础资料。

1 研究区域

渝北区位于重庆主城北部,地跨北纬29.34°～30.07°、东经106.27°～106.57°之间,幅员面积1 452.03km2。其地貌类型为受湿润季风气候形成的冲洪积波状平原,是我国西南中高山地的重要组成部分。渝北区属亚热带湿润气候区,大陆性季风气候特点显著,具有冬暖春早、秋短夏长、初夏多雨、无霜期长、湿度大、风力小、云雾多、日照少的气候特点。渝北区位于亚热带湿润常绿阔叶林区,由于开发较早,海拔600m以下的丘陵大多被开垦为农耕地,仅在海拔较高处的黄壤地段保存有小片常绿阔叶林。

2 研究数据来源和分析方法

由重庆市渝北区林业局提供古树相关数据,包括古树编号、树高、胸径、冠幅、所在区域、生长状况等基础数据。基础地理信息数据来源于BIGmap。30m土地利用数据来源于GLOBEL30。渝北区建设面积变化资料来源于《重庆渝北统计年鉴-2020》和《重庆渝北统计年鉴-2011》。

利用Excel,ArcGIS,Spss Statistics 25等软件,主要分析了渝北区古树科属种组成、数量特征、生长状况、空间分布、分布密度以及在不同土地利用类型当中的分布等特征。

3 渝北区古树资源特征

3.1 古树资源组成

3.1.1古树等级

古树等级主要由4级构成,树龄超过1 000a的为特级古树,树龄介于500～999a之间的为一级古树,树龄介于300～499a之间的为二级古树,树龄介于100～299a之间的为三级古树[9]。重庆市渝北区共有古树264株,其中二级古树26株,占总株数的9.85%；三级古树238株占总株数的90.15%。可以得到重庆市渝北区古树大多为三级古树,不存在特级古树和一级古树。

3.1.2古树科属种组成

根据中国植物志、中国数字植物标本馆、重庆植物名录等有关资料的整理统计,可以得到重庆市渝北区264株古树隶属于14科19属20种,其中被子植物有11科16属17种,共计18株,占总株数的6.82%；裸子植物有3科3属3种,共计246株,占总株数的93.18%。

根据表1可以得出,重庆市渝北区古树不同科属种之间株数相差很大,古树种类并不丰富,优势种黄葛树(FicusvirensAit.var.sublanceolata(Miq.)Corner)十分突出。其中具有明显优势的科是桑科(Moraceae),有212株,占总株数的80.3%；具有明显优势的属是榕属(Ficus),有211株,占总株数的79.92%；具有明显优势的种是黄葛树,有206株,占总株数的78.03%,其次是银杏(GinkgobilobaL.)和皂荚(GleditsiasinensisLam.),均有12株,占总株数的4.55%。

表1 重庆市渝北区古树统计

3.1.3古树来源

按照植物种类原产地的不同,可以将重庆市渝北区古树来源大致分为乡土植物、国内引进种和国外引进种3大类[10](表2)。乡土植物是维持本地生物多样性的重要组成部分,在重庆市渝北区古树中,乡土植物具有明显优势,有15种239株,占总种数的71.43%,占总株数的90.53%,具体为柏木(CupressusfunebrisEndl.)、川黔紫薇(Lagerstroemiaexcelsa(Dode)Chun)、枫香树(Liquidambarformosana)、黑壳楠(LinderamegaphyllaHemsl.)、红豆树(OrmosiahosieiHemsl.et Wils.)、黄葛树、黄荆(VitexnegundoL.)、黄杨(Buxussinica(Rehd.et Wils.)Cheng)、复羽叶栾树(KoelreuteriapaniculataLaxm.)、蒙桑(MorusmongolicaSchneid.)、柿(DiospyroskakiThunb.)、朴树(CeltissinensisPers.)、皂荚、樟(Cinnamomumcamphora(L.)presl)和桢楠(PhoebezhennanS.Lee)。国内引进植物有4种22株,占总种数的23.81%,占总株数的8.33%,具体为南酸枣(Choerospondiasaxillaris(Roxb.)Burtt et Hill.)、苏铁(CycasrevolutaThunb.)、榕树(Ficusmicrocarpa)和银杏,主要来自我国中部、华东、华南等地。国外引进仅有1种为刺槐,原产美国东部,17世纪传入欧洲及非洲,我国于18世纪末从欧洲引入。

表2 重庆市渝北区古树来源

3.2 古树生长状况

3.2.1古树生长势

根据实地调研结果,结合全国绿化委员会关于古树健康等级的划分标准,依据古树的受损情况和长势将古树生长势划分为3个等级[11],每个等级对应特征如表3所示。依据表3的划分标准可以得到重庆市渝北区古树生长势总体良好,正常株有193株,占总株数的73.11%,衰弱株有62株,占总株数的23.49%,濒危株有9株,占总株数的3.4%。

表3 古树生长状况划分

3.2.2古树树高 胸径 冠幅结构

根据统计可以得到重庆市渝北区古树树高、胸径、冠幅分布情况如图1—图3所示,可以看出，渝北区古树树高、胸径、冠幅在一定范围内整体均呈现正偏态分布[12]。全区古树树高集中在10～20m,占总株数的76.89%,平均树高为15.6m,其中树高最低的是两株位于双凤桥街道的苏铁,仅有2m。全区古树胸径集中在80～200cm,占总株数的60.23%,平均胸径为119.93cm,其中胸径最大的是一株位于古路镇的黄葛树,胸径达到287cm,最小的是一株位于茨竹镇的蒙桑,胸径仅有28cm；全区古树冠幅集中在5～20m,占总株数的87.12%,平均冠幅为12.49m,其中冠幅最大的是一株位于大湾镇的黄葛树,冠幅达到35m；最小的是一株位于双龙湖街道的川黔紫薇,冠幅仅有1m。

图1 古树树高结构

图2 古树胸径结构

图3 古树冠幅结构

4 渝北区古树分布特征

利用GIS中的标准差椭圆工具将渝北区古树分为占主体的黄葛树及其他古树两部分进行分析(图4)。总体来看,渝北区古树分布广泛,整体自西南向东北贯穿分布并呈现东北多,西南少的特点,主要树种黄葛树和其他树种的主要分布区域都位于城市化程度相对较低的地方,而城市化最强烈的区域几乎只有黄葛树分布。

渝北区古树分布密度为0.18株/km2。各个行政区中古树密度最大的5个行政区依次是双凤街道(0.75株/km2)、两路街道(0.36株/km2)、木耳镇(0.31株/km2)、洛碛镇(0.31株/km2)和古路镇(0.31株/km2),其中双凤街道和两路街道的古树数量仅有5株和2株,但因其行政区面积较小,古树平均密度较大。

图4 渝北区古树空间分布

古树数量最多的5个行政区分别为:大湾镇37株、统景镇36株、大盛镇32株、茨竹镇23株和洛碛镇20株,5个行政区古树数量占古树总数的54.7%。这些行政区大多是面积较大,拥有相对较多的城市化程度低的区域,如,乡村、林地等,能为古树生长和保护提供有利条件。西南区域古树分布较少,这一区域是渝北区经济发展中心,同时也是城市化程度最高的区域,意味着这一区域内古树的生长环境相对恶劣,拥有更少的树木生存空间,古树的生存压力较大。

由图5可知,渝北区古树分布密集区域共有6个,分别是茨竹镇北部、大湾镇北部和中部、大盛镇中部、统景镇南部和石船镇北部交汇处。密集分布的几个区域中,大部分靠近水域或是位于林地当中。靠近水域能够为古树生长提供良好的水分条件,自然林地则能够降低人为干扰,使古树得以保存。

图5 古树核密度分析图

在海拔和坡度方面,渝北区的古树大多分布于海拔较低且地势平缓的地带,高海拔地区古树数量明显少于低海拔地区(图6、图7)。根据统计数据得出,所有古树中分布在海拔高度低于500m的共有216株,占古树总数的81.62%；海拔位于500～800m之间的古树有36株,占古树总数的13.63%；仅有12株古树分布海拔高于800m,占古树总数4.55%。大部分古树分布在坡度0～15°之间,共有191株,占古树总数的72.35%；分布于坡度15～25°,25～35°之间的古树分别有64株和7株,占总株数的24.24%和2.65%；只有2株黄葛树分布在坡度35～60°之间,可能是因为黄葛树适应能力强、具有支撑根等特性使其能够在较陡的生境的生长。

图6 古树高程分布

图7 古树坡度分布

5 土地利用类型变化对古树的影响

5.1 土地利用类型划分

在研究城市化指标中,土地利用类型是人为干扰强度与环境状况最直观的反应[13],因此研究不同土地利用类型下古树的分布特征和生长状况,厘清两者间的关系对古树保护与城市规划建设具有重要意义。

根据土地利用现状分类(GB/T2010—2017)标准,结合实地调研情况与人为干扰强度,将渝北区古树土地利用类型分为林地、耕地、住宅用地、道路、公园、学校以及政府7类(表4)。

表4 渝北区基于古树研究的土地利用类型划分

5.2 渝北区土地利用类型变迁

重庆市渝北区城市建成区面积202km2,是内陆开发的前沿阵地,国家首批临空经济示范区,是全市最大的汽车制造业基地、重要的智能终端生产基地和进出口基地。近年来,区内社会经济发展迅速,地区生产总值、规模以上工业总产值和固定资产投资总额在重庆各区县中排名首位。渝北区常住人口168.3万人,位居主城九区之首,人口城镇化率由2009年的70.23%上升至2019年的84.2%,是重庆市快速城镇化的代表地区。

城市化是土地利用变化的影响因素之一。在这样快速发展的情况下,渝北区建设用地快速扩张,2009—2019年,渝北区建设用地规模累计增加近17 000hm2,耕地、园地等农用地则分别减少了近8 000hm2和1 000hm2。建设用地的快速增加反映出渝北区近年来快速城镇化和用地类型转变的进程,同时也导致了部分古树原有生境的改变。

将土地利用分类中的住宅用地、道路及公共管理和公共服务用地归类为建设用地,总体再分为林地、耕地、建设用地和未利用土地5类,并利用GIS展示渝北区2000—2020年这5种土地利用类型的变化(图8)。可以看出,渝北区土地利用变化最为剧烈的区域位于西南部。20年的城市化发展过程中部分古树所在地的用地类型已经完全转变,部分古树周围的用地类型有所转变。例如，从林地转变为建设用地,从耕地转变为建设用地。分布在渝北区西南部的古树面临着更大的生存压力。

图8 渝北区土地利用类型变迁(2000—2020)

5.3 古树在不同土地利用类型上的分布

通过Spss Statistics 25处理得到古树在不同土地利用类型上的种类分布的数量叠加图,可以直观得到不同用地类型上不同古树树种的数量分布情况(图9)。

图9 渝北区古树在不同土地利用类型上的种类与数量分布

统计结果表明,渝北区古树在不同土地利用类型间的分布差异明显。林地、道路、住宅用地3种用地类型所占古树数量相对较多,特别是林地分布有108株古树,占古树总株数的40.91%,远远超过其他用地类型；道路和住宅用地分别有古树50株和49株,占古树总株数18.94%和18.56%；剩下的5种用地类型的古树有71株,占古树总株数的26.9%。其中公共设施用地(学校、政府、公园)的古树数量仅为35株,占古树总株数的13.26%。

渝北区古树正常株有193株,按照各用地类型中长势正常的古树数量与各用地类型古树总数的比率依次排列为:耕地(68.12%)、林地(81.48%)、道路(62%)、住宅用地(65.31%)、公共管理与公共服务用地(77.14%),可以发现,林地和公共管理与公共服务用地的古树生长状况超过其他用地类型。

5.4 讨论

可以看出,林地是最适合古树生长的生境类型之一,渝北区自西向东由华蓥山脉、铜锣山脉、明月山脉三条西北至东南走向的条状山脉分割成“三山夹两谷”的特殊地形,这在一定程度上也阻碍了渝北城市发展,除了西南一隅城市化率较高外,大部分区域为城市化率较低的山林与宽谷丘陵,形成了大片针阔混交次生林；在城市化较高的地区,林地呈现极显著的破碎化状态,除公共绿地外,大部分绿地斑块难以到达,极大程度上隔绝了人为干扰,这也为古树提供了良好的生长环境[14]。因此,林地内的古树不仅数量多,多样性也很高,除了黄葛树、黑壳楠、银杏、皂荚、柏木等重庆常见树种外,在玉峰山上还有一株300a的红豆树。

一条条纵横曲折、宽窄不一的道路不仅将渝北划分成了大大小小的斑块,也将林地切分开来。道路可以看作强烈人为干扰林地后的痕迹,也是林地斑块的边缘,并且道路用地类型的古树基本上分布在非城市区域,因此可以看作是林地的延伸。这一用地类型的古树名木不仅多样性较高而且较林地更便于观察与统计,有8种不同的古树共50株。

皂荚、黄葛树、枫香和桑等乡土树种是农村宅基地常见的孤植树种,除此以外银杏也占据了庭院一角,人们热衷于在庭院栽植大树,不仅是现实荫蔽、阻风挡雨等实用需要,更多的是几代人在小农经济模式下建立的人与自然的和谐观与其对应的风水需求[15]。渝北区也不例外,在庭院或村落周边生长的古树同时也承担着风水树的角色,这些树在重庆往往以黄葛树居多。在铜锣山与明月山的平行岭谷,与住宅一起构成林盘的耕地种植模式相对简单很多,一片玉米地或稻田靠近道路的一边多数种植树龄不大的桂花、樟等行道树,靠近山林的一侧往往有一两株古树,多数是黄葛树，也有栾树或者南酸枣,这或许是居民累世栽植的古树，但更可能是开垦山林索要耕地后的一种平衡。

在某种程度上,代表城市化率更高,人为干扰更强的公共管理与公共服务用地(学校、政府、公园)在古树的数量上明显低于其他用地类型。虽然自古学校便是古树良好的管理单位,在兴隆镇与大盛镇的学校里有渝北区最古老的银杏和黄葛树,但是作为公民最能获得古树生态价值的用地类型公园,仅龙头寺公园有成规模的5株黄葛树古树,其中3株长势堪忧。渝北区古树并未表现出明显的公共服务价值,过于频繁的人为干扰与生境破碎化是影响古树生长的重要原因。

综上所述,土地利用类型的转变是城市化最为显著的特征之一,它能直观反映人为干扰的程度和古树的生长环境变化。古树的生长与用地类型的关系极为密切,不同用地类型上古树数量的巨大差异也说明了这一点,林地、耕地、住宅用地上的古树数量远多于公共管理与公共服务用地。从人为干扰程度上看,后者受到的人为干扰更为频繁与剧烈,这在地域分布特征上表现得更加直观,前者存在于城市化相对较低的区域,后者除学校外则是城市聚集的产物,城市中心形成了古树真空区域。这是由于城市不断蔓延侵蚀林地,转变成住宅用地、道路、或者公共管理与公共服务用地,尽管有些古树得到了高度重视和良好的管理保护降低了土地利用类型改变的影响,但更多的古树则因为生长空间压缩、土壤条件改变或者群落破坏后带来的生态位失衡等各种原因，不可避免地走向了衰亡。公共管理与公告服务用地中龙头寺公园的5株黄葛树古树,3株已经濒临死亡,古树的景观价值与生态价值并未很好的体现出来。

6 结论

调查统计数据显示,重庆市渝北区共分布有古树264株,隶属于14科19属20种。渝北区古树资源主要以黄葛树、银杏、皂角为主,其中又以黄葛树优势最为显著,有206株,占总株数的78.03%,构成了渝北区古树资源的主体。黄葛树是重庆乡土树种,较喜光,耐旱,耐瘠薄,适应性强,极易繁殖,于1986年被政府定为重庆市市树[16],并与当地的历史和文化风俗息息相关,因此,保护古树资源,同时也是保护当地珍贵的历史和文化。

从古树在大尺度的空间分布和不同土地利用类型上的分布来看,在渝北区远郊地区可以见到有古树群的存在,并且聚集程度更高,但在渝北区城市化严重的区域,大量的古树或是由公园和绿地进行保存,或是零星分布于广场、建筑旁、街角、路边等生存空间狭小的区域(且大部分是黄葛树),可见其对环境有明显的依赖性。作为渝北区古树资源主体的黄葛树与剩下的其他古树分布特征相比具有不同特点。黄葛树具有生长速度快,根系发达、种子小、易繁殖等特性，使其能够在不同土地利用类型中广泛分布,而其它对生境要求较高的古树则大多分布于环境条件更好的用地类型当中。环境的改变对古树的生长和存活有着巨大影响,城市化进程中,土地利用类型转变所带来的土地开发矛盾是导致古树消亡的关键原因。

此外,渝北区古老、粗大的古树大多分布在林地、耕地,少部分分布在住宅用地、道路以及学校,但除了林地外,其余的用地类型上的古树生长均受到不同程度的限制。城市化带来的土地类型转变对古树的生长发育是有明显抑制性的,这种抑制不仅表现为在强烈人为干扰下古树的衰弱与凋亡,更重要的是古树生长发育空间的缩小和群落破坏后生态位的混乱及由此带来的生长上限的压缩。因此,在城市规划建设中,除了有针对性地制定一套系统、完善的古树资源保护管理措施,优先保护濒危、生存压力更大的古树资源外[17-18],还应注重古树周边的发育阻碍和群落配置,在土地开发利用的过程中应提前做好管护措施。