基于GIS的古树名木资源调查与特征分析

李学进，李国旭，邓必平

(1.江西省全南县林业局，江西 赣州 341800；2.江西环境工程职业学院，江西 赣州 341000)

古树名木是指在人来历史过程中保存下来年代久远或具有重要科研、历史和文化价值的树木[1]。它是森林资源中的瑰宝，是自然界和前人留下来的珍贵遗产，客观记录和生动反映了社会发展和自然变迁的痕迹[2]。保护古树名木对研究城市的生物资源、植物分布、环境变迁和历史文化遗产具有重要的科学价值[3]。因此，有关古树名木科研价值和保护成为目前国内外重点关注和热点学科问题。古树名木既能反映区域气候变化的过程，同时也能折射出当地经济活动水平。广安作为邓小平故乡其古树名木众多，古树为城市生态绿化、乡村风土人情增添了魅力，同时对历史文化的重现提供了活的化石。而名木体现了国家领导人、名人对一代伟人的缅怀和纪念。那么在当前重视和保护古树名木的热点问题研究之际，广安古树名木资源特征是什么，资源特征在空间上如何变化，立地条件是否对古树名木的生态因子具有影响，后续如何加强古树名木的保护等问题是当前亟待解决的关键性问题。因此，在实地调查、走访摸底和查阅历史文献资料的基础上，对广安区古树名木树种生态因子空间变异、立地因子对古树名木的影响进行了分析，对今后古树名木的保护和科学管理具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料

古树名木分析所需的经纬度信息利用南方RTK、彩途K20差分GPS测定，树高因子运用深达威手持式激光测距望远镜(SW-1200A)测量得到，冠幅因子运用标准测量工具卡尺、卷尺测量并进行复核；胸围运用高精度卷尺测量。由于古树名木本身需要保护，在测量树龄时根据走访调查和查阅历史文献，再结合冠幅、树高和胸围指标进行估算。立地因子海拔、坡位、坡向和坡度运用RTK、GPS和罗盘仪测量获取。再结合DEM进行解译。另外还调查了古树名木的分布状态(散生或群状)、权属(国有、集体或个人)。

1.2 方法

1.2.1 空间插值。通过ArcGIS软件，利用反距离加权(Inverse Distance Weighted, 简称IDW)插值法[4]对广安区32个乡镇的古树名木生长环境和生态因子进行插值，并绘制空间分布图。ARCGIS10.2平台上通过空间分析，建立全区古树名木生态因子表达图。

1.2.2 空间地统计学分析。地理实体之间总是表现出一定的空间关联性，即一个区域单元上的某种地理现象或某一属性值是与邻近区域单元上同一现象或属性值相关的[5]。而Moran，SI指数是当前有效解决空间自相关分析的一种模型，其好处是可直接研究古树名木之间分布的关联性。主要原理输出z得分、P值和聚类/异常值类型 (COType)，当z得分是一个较高的正值，则表示周围的要素拥有相似值(高值或低值)。输出要素类中的COType字段会将具有统计显著性(0.05 的显著水平)的高值聚类表示为 HH(此时P值为0)，或具有统计学显著性(0.05 的显著水平)的低值聚类表示为 LL(此时P值趋于0)。若z得分是一个较低的负值<-1.96，则表示有一个具有统计显著性(0.05 的显著水平)的空间异常值。输出要素类中的 COType 字段将指明要素是否是高值要素而四周围绕的是低值要素 (HL)，或者要素是否是低值要素而四周围绕的是高值要素 (LH)。当P值接近于1表示空间相关性较弱，或无相关性。再结合方向性分布分析工具(标准差椭圆)(Directional Distribution-Standard Deviational Ellipse)和标准距离(Standard Distance)分析，识别方向分布的趋势和分布特征。

1.2.3 立地因子与古树名木相关性分析。根据立地因子中海拔、坡向、坡位和坡度4个因子的不同水平，利用正交表进行方案设计[6]，运用Oringin Pro8.0进行正交性实验计算，结合正交性结果挑选出具有代表性的组合进行相关性分析，并对显著性进行0.01和0.05水平检验。

表1 立地因子正交实验水平表

2 结果与分析

2.1 分树种生长状况变异特征

树木种源生长特性在不同空间位置存在明显差异，即树木种源生长具有空间变异性。变异系数测度的是地理数据分布的相对差异 ，波动性大的因子，说明数据间的差异较大。研究区古树名木包含11科，12属，15种，主要以黄葛树为主，银杏为辅，其他树种仅占到古树名木总量的0.83%～3.3%。黄葛树平均树龄134年，标准差33.32，变异系数Cv为24.89%；平均树高13.7 m，标准差3.21，变异系数Cv为23.48%；胸围和冠幅变异系数Cv分别达到了37.19%、33.12%，说明研究区黄葛树树龄、树高、胸围和冠幅的变异性较大，属于强变异，主要是黄葛树多数属于古树，受地理条件、管护措施、土壤性状不同致使水、肥和人类活动干预具有很大的差异性。银杏平均树龄66年，标准差62.93，变异系数Cv达到了95.42%，说明研究区银杏树龄差异较大，最大树龄310年，最小树龄只有37年，主要是银杏树以“小平故里”风景名胜区的名木较多。平均树高14.5 m，标准差3.94，变异系数Cv为27.21%；平均胸围1.6 m，标准差0.735，变异系数Cv达到45.76%；冠幅平均值7.105 m，变异系数达到了61.33%，通过实地调查发现，银杏古树一般冠幅较大，银杏名木由于大部分属于移栽，在运输过程中、栽植时部分较大枝丫被人为的修剪掉了，导致古树与名木银杏的冠幅差异很大。柏木树龄变异系数仅为3.86%，属于弱变异，表明研究区柏木树龄较均匀，但树高、胸围和冠幅变异系数Cv分别达到了27.41%、59.40%和35.29%，属于中等变异和强变异。其他树种由于在调查过程中只发现了单株，故生长特征不存在变异性。

表2 分树种生长特征变异性

2.2 古树名木海拔分布空间特征

通过广安区古树名木海拔分布空间图可以看出，全区121株古树名木最低海拔生长点224 m，最高海拔生长点为514 m，离城区较远的偏僻地区海拔较高，古树分布较多，呈现典型的城市少、乡村多；低海拔区域少、高海拔区域占比多的特点。而相关研究也表明海拔与树的树高、胸径的相关性较高，均呈显著的正相关关系。

从分布比例范围看全区有27棵古树名木分布在低海拔区域，其聚类类型为LL低值聚类，主要集中在广安区、化龙乡和广罗乡以及肖溪镇和白马乡(图1)。从图2直观地反映出蓝色原点聚集为一类海拔<300 m，Morans I指数中Z得分均>1.96，P值均为0<0.05显著水平的检验。说明研究区古树名木从海拔上分析看，低海拔区域较少，仅占到了全部的22.31%。300～400 m海拔范围内的无显著性变化，且古树名木分布多，70棵占到全部数量的57.85%，分布区域离城区较远，方向分布结果显示主要以广安区为起点，向东北方向分布(椭圆长轴的方向)，同时标准距离StdDist值为0.139，表明在300～400 m这个范围内古树名木分布多且集中。但Morans I指数Z得分均<1.96，P值均>0，表明此区域古树名木为随机分布，无变化和聚类规律。400～500 m海拔范围内呈现HH高高聚类，Morans I指数Z得分较大，全部大于1.96，且通过了0.05显著性水平的检验(P值均为0),大部分分布落在了方向分布和标准距离分布内。

代表低值聚类LL(Z得分高，p值趋于0)； 代表无显著性变化(Z得分低，p值趋于1)； 代表高值聚类HH(Z得分高，p值为0)。

图1 广安区古树名木海拔分布空间特征

而名木主要分布在“邓小平故里”，是国家领袖人物或省部级以上领导亲自栽植的，是特定区域范围的一种人文景观，它受到人类活动的干预后形成了一种具有历史、文化、景观与科学价值和重要纪念意义的树木。出现这种分布的特点主要是古树在高海拔区域、人口密度小、经济活动和城市建设干预较少；而低海拔区域人口密度相对较大，人类经济活动干扰性强、城市建设用地、基础设施建设往往会损害原有位置的古树，致使部分古树被迫移植移栽，或管理保护措施不到位导致古树衰弱、死亡。

2.3 古树名木生态因子空间分析

通过反距离权重插值法(IDW)对研究区古树名木生态因子进行空间插值分析，结果表明插值效果好，精度高(图3)。从冠幅空间分布来看，全区古树名木平均冠幅大小在2.259～32.946 m之间，广门乡、大安、井河、石笋镇古树平均冠幅较大，均在26 m以上，而协兴镇名木平均冠幅较小，变化范围为5～9 m，离城区较远的郑山乡、大有乡平均冠幅也较小，冠幅大小有从渠江沿岸向西北递减的趋势。在实地调查中发现，出现这种变化规律与树种分布有一定的关系，冠幅较大的地区一般分布的是黄葛树(除枫杨冠幅大于黄葛树平均冠幅外)，而冠幅较小的地区分布的一般是银杏树或其他树种；人类活动对古树名木冠幅大小也具有一定的影响，研究区古树冠幅大部分保持了原有的状态，名木由于移植移栽的原因，部分冠幅经过了修枝整形。

图3 古树名木生态因子IDW空间插值分布图

从树龄空间分布来看，崇望乡、郑山乡和井河镇古树树龄较大，平均树龄在239年～310年，城区沿渠江沿岸古树树龄较小，特别是人口密集较大的广安区、方坪乡、化龙和广罗地区海拔低、人口密度大、经济活动频繁，古树的保存完整性低，致使树龄整体偏低。胸围分布呈现西北部整体大于东南部，郑山乡、蒲莲乡、大安镇、彭家乡的古树胸围整体偏大，城区四周区域沿渠江一线古树名木胸围整体偏小。出现这种分布规律主要是西北部的海拔高、离城区远，古树保存的相对完整性好，树龄大，树木很少受到人类活动的干预和破坏。研究区树高空间分布差异性较大，分布规律宜不明显，平均树高变化范围在6.75～24.82 m。彭家乡、崇望乡、郑山乡和大有乡整体树高较高，这种分布规律揭示了树高空间变化的自然生长规律，树高除受到土壤肥力、气候条件和光热影响外，人类活动对树高的干预影响较小，故出现了城区周围、渠江沿岸也有部分古树名木树高大于西北部的现象。

2.4 立地因子与古树名木生态因子相关性分析

通过分析研究区立地因子与古树名木生态因子的相关性(表3)，发现坡向与冠幅、坡度与树龄、坡度与冠幅的相关系数较大，并通过了0.01显著检验。树高与树龄、坡向与胸围、坡位与树高、坡位与海拔有一定的相关关系，并通过了0.05显著性水平检验。而冠幅与树龄、树高；胸围与树龄、坡向与树龄、坡位与胸围、海拔出现负相关。出现这种现象主要是古树随着树龄的增大，冠幅已完全生长好，生长特征慢慢衰弱，经过自然环境变化的摧残、损毁，冠幅逐渐变小；而名木虽树龄较小，大部分都是经过筛选树形较好的移植移栽的，部分冠幅比古老的古树冠幅大。而相关研究也表明，立地因子是林木生长发育的基本条件，影响到林木内部有机物质的积累与释放，对林木的抗性具有重要影响。同时，立地因子与森林病虫害的发生关系密切，尤其是直接影响森林生活因子的立地因子对森林病虫害的发现起着至关重要的作用。在实地调查中也发现，生长在下部、西北方向的阴坡古树生长势较差，病虫害较多。而生长在平地、脊部和东南方向阳坡的古树生长势较好，病虫害较少。

3 结论与建议

古树名木海拔空间分布特点离城区较远的偏僻地区海拔较高，古树分布较多，呈现典型的城市少、乡村多；低海拔区域少、中高海拔区域占比多的特点。低值海拔300 m以下LL聚类古树分布只占22.31%，而300～400 m内占到了57.85%，400～500 m海拔范围内呈现HH聚类仅占到19.84%。这与研究区丘陵地形也有一定的关系，低海拔区域地形平坦、人口密集、经济活动干预较强对古树生存环境负面影响较强。

冠幅空间分布来看，全区古树名木平均冠幅大小在2.259～32.946 m之间，冠幅大小有从渠江沿岸向西北递减的趋势；城区沿渠江沿岸古树树龄较小，特别是人口密集较大的广安区、方坪乡、化龙和广罗地区海拔低、人口密度大、经济活动频繁，古树的保存完整性低，致使树龄整体偏低；胸围分布呈现西北部整体大于东南部，城区四周区域沿渠江一线古树名木胸围整体偏小；树高空间分布差异性较大，分布规律宜不明显，平均树高变化范围在6.75～24.82 m之间。

坡向与冠幅、坡度与树龄、坡度与冠幅的相关系数较大，并通过了0.01显著检验。树高与树龄、坡向与胸围、坡位与树高、坡位与海拔有一定的相关关系，并通过了0.05显著性水平检验。而冠幅与树龄、树高；胸围与树龄、坡向与树龄、坡位与胸围、海拔出现负相关。

相关管理部门以后要加大对人口密集区、经济活动频繁地区的古树名木保护，特别是城市建成区、公路、铁路沿线的古树名木要加强挂牌保护，必要时修建树池、铁丝栅栏进行专人管理。严格审批移栽手续，对毁坏、未经批准进行砍伐和移植移栽的单位和个人进行相应地处罚。