新田县古树名木资源组成和空间分布特征分析

邱族周，胡希军，钱 惠，韦宝婧，廖坤富

（1.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004；2.湖南省自然保护地风景资源大数据工程技术研究中心，湖南 长沙 410004）

古树是指树龄在100 a 以上的树木；名木是指具有重要历史、文化价值，极具纪念意义的树木[1]。古树名木是重要的自然文化遗产[2]，具有极高的科研、历史、生态、文化、经济和景观价值[3]，是区域生物多样性的重要组成部分，保护古树名木对促进社会主义生态文明建设具有重要意义。我国对于古树名木的研究起步较晚，在研究尺度上，涵盖森林公园[4]、县[5]、市[6-7]、省[8]乃至国家[9]层级等空间尺度，总体主要集中在大中城市[10]。在研究内容上，前期我国古树的研究停留在相对基础的发展阶段，研究方向主要侧重于古树树龄测定、衰老肌理、养护复壮[11-12]等方面，随后学者们相继在古树价值评价[13-14]、影响古树生长的因素[15]、古树名木与三维管理信息系统[16]、古树与文化的关系[17]、时空分布[18]等方面取得突出研究成果。随着地理信息系统的发展，我国在古树名木空间分布方面的研究成果开始涌现，研究方法上也从单元网格法[19]和数理统计法[20]等传统方法向与地理信息系统相结合转变。王元胜等[21]用VB 对GIS 系统进行二次开发，以香山公园为例建立古树名木管理信息系统、地理信息系统与Web 信息查询系统；张艳丽等[22]使用标准差椭圆和GIS 技术对四川广安市古树名木空间分布特征进行探究。刘益曦等[23]使用GIS 技术对温州古树分布类型、分布密度等进行定性和定量分析，揭示了古树资源空间分布特征并提出古树保护建议。基于此，本研究对新田县古树资源组成特征、空间分布格局和影响古树分布的地理环境因素等进行定性和定量分析，以期为保护新田县古树和物种多样性提供理论依据，为古树名木资源的合理开发利用、城市生态环境建设提供参考依据。

1 研究区概况

新田县是湖南省永州市下辖县，位于112°02′～112°23′E，25°40′～26°06′N 之间，总面积1 022.4 km2。新田位于南岭山脉的北段，所处位置地势较低，海拔200～1 080 m，县境内四面环山，地势西北高，东南低，山地面积占比36.56%，属中亚热带大陆性季风湿润气候区，四季分明、雨量充沛，年平均气温在17.6～18.5℃之间，年平均日照时数在1 384.1～1 688.0 h 之间，年平均降水量1 280～1 530 mm。县内森林资源丰富，全县森林覆盖率达55.60%。

湖南省永州市新田县于2016 年4—12 月全面完成古树名木普查建档工作，调查按照中华人民共和国林业行业标准（LY/T2738—2016）古树名木普查技术规范[24]以及（LY/T2737—2016）古树名木鉴定规范[25]执行。结果表明，全县共有古树名木2 483 株，隶属于39 科58 属71 种，古树名木的主要树种为樟树、枫香、马尾松、侧柏、榉树、榆树和银杏。新田县的古树名木权属分布绝大部分为集体所有，共2 342 株；其次为国有，共113株；个人所占比例较小，只有28 株。其中国家一级保护古树名木（≥500 a）52 株，国家二级保护古树名木（300～499 a）268 株，国家三级保护古树名木（100～299 a）2 163 株。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据的来源及预处理

古树名木的树龄、树高、胸径、冠幅、海拔、立地条件、地理坐标、生长势等数据由永州市林业局提供。并通过实地调研，抽样实测古树的基础数据验证数据的精确性，同时收集新田县古树相关历史文化资料。土地利用数据来源于GlobeLand30（2020）全球地表覆盖遥感制图数据产品，分辨率为30 m。地质数据来自地质科学数据出版系统全国1∶50 万数字地质图。在ArcGIS平台上以点要素形式建立古树名木空间矢量数据，将每木对应的数据信息以Excel 表格的形式与矢量数据属性表进行关联建立古树空间数据库，新田县行政边界选取2018 全国1∶100 万基础地理数据，将所有空间数据统一为WGS_1984_UTM_Zone_49N 投影。

2.2 研究方法

2.2.1 邻近点分析法

从县域尺度来看，新田县的古树名木可以抽象为点状要素，而点状要素分布类型可分为均匀、随机和集聚等3种，可采用最邻近点指数进行判定。平均最邻近是指点间最近距离均值。该分析方法通过比较实际最邻近距离与理论最邻近距离来判断其空间格局。最邻近点指数R 是指实际最邻近距离与理论最邻近距离之比，其公式为：

式（1）中：R表示新田县古树分布最邻近指数；r1为实际最邻近距离；rE为理论最邻近距离；D为点密度。当R＝1 时，说明点状分布为随机型；R＞1 时，点状要素趋于均匀分布；R＜1 时，点状要素趋于集聚分布。

2.2.2 核密度分析法

核密度分析是一种基于数学函数，根据要素在其周围邻域中的距离和密度，计算每单位面积的量值，并将离散的样本点密度转换为在空间上连续分布的密度值的非参数密度估计的方法[26]。核密度分析法认为：空间点密度越高，地理事件在区域发生的概率大。对于每个空间实体，其中心处密度最大，越往边缘密度越小，达到一定的距离阈值后密度为0。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。表达式为：

式（2）中：n表示距离阈值范围内包含的空间实体数量，h表示距离阈值，k(x-xi/h)为核密度方程，x-xi表示2 点之间的欧氏距离。

3 结果与分析

3.1 新田县古树空间分布特征

3.1.1 空间分布类型

空间分布类型分析可以反映新田县古树名木之间的空间分布相关性和空间聚集特征。古树名木可以抽象为点状要素，而点状要素在空间上的分布有均匀、随机和集聚3 种类型，结合GIS 对研究对象进行平均最邻近指数进行测算，结果（表1）表明新田县古树名木的最邻近指数的R值为0.203 99 ＜1，表明古树的分布在空间上相互接近呈显著聚集状态，属于空间聚集模式。

表1 新田县古树名木平均最近邻指数分析指标Table 1 Analysis of the average nearest neighbor index of ancient and famous trees in Xintian County

3.1.2 核密度分析

核密度的结果受带宽（h）选取的影响较大，本文通过多次试验校验，设定新田县古树的合理空间搜索带宽为3 000 m 最为适宜。在ArcGIS10.5平台录入2 483 株古树名木的精准地理定位，采用核密度工具(Kernel density)对新田县古树名木空间分布密度进行测算，并生成新田县古树名木的核密度图（图1）。结果显示，新田县的空间分布在不同乡镇呈现出明显的差异，有较强的空间聚集性，具有多个密度群集聚分布特征。其中有2 个高密集区中心，分别位于新圩镇和枧头镇，分布密度达7.20～9.32 株/km2。此外存在4 个次密集区中心，分别位于金盆镇、门楼下瑶族乡西部和大坪塘镇西北部和东部，分布密度达4.54～7.19 株/km2。

图1 新田县古树名木核密度分析图Fig.1 Kernel density analysis of heritage trees in Xintian County

3.1.3 数量分布特征分析

新田县古树名木共分布于下辖11 个镇、1 个民族乡和2 个林场，有龙泉镇、金陵镇、骥村镇、枧头镇、新圩镇、石羊镇、新隆镇、大坪塘镇、陶岭镇、金盆镇、三井镇、门楼下瑶族乡、大湾林场和肥源林场。结果显示（表2），各区域的数据差异显著。数量最多的为门楼下瑶族乡，共361株，占古树名木总数的14.54%；其次为枧头镇和新圩镇，数量分别为339 株和282 株，占古树名木总数的13.65%和11.60%；数量最多的前3 个乡镇总数为982 株，占古树名木总数的39.55%。数量最少的是肥源林场，只有3 株古树名木，占比为0.12%。从新田县地理环境来看，新田县古树名木多分布在地形平缓以及河流汇集的地区，数量最多的3 个乡镇地理位置距离大，在新田县地图上呈三角布局，总体布局呈现出“散点状与组团状”并存的状态。

表2 新田县古树名木数量和保护等级分布Table 2 Quantity and protection grade distribution of the ancient and famous trees in Xintian County

3.2 古树类型结构特征分析

3.2.1 古树树龄和等级分布

新田县一级古树有52 株，仅占古树名木总数的2.09%；二级古树有268 株，占古树名木总数的10.79%；三级古树有2 163 株，占古树名木总数的87.11%；其中金陵镇、枧头镇、新圩镇、石羊镇、新隆镇、大坪塘镇、陶岭镇和三井镇这8 各区域都有3 个级别的古树名木。3 个级别古树名木具体分布特征（表1）：在一级古树名木中，数量最多的是金陵镇和新圩镇各有13 株一级古树名木，其次为新隆镇有10 株三镇数量总和占所有一级古树名木的69.23%，其中1 000 a 以上的古树名木有6 株，都集中在金陵镇；有5 个区域数量为0 株，分别为大湾林场、龙泉镇、骥村镇、门楼下瑶族乡和金盆镇。在二级古树名木中，数量最多的是枧头镇，有51 株古树名木，其次为大坪塘镇和大湾林场，分别为40 株和31 株，数量前3 名的区域总量占二级古树名木的45.52%；肥源林场没有二级古树名木。在三级古树名木中，数量最多的是门楼下瑶族乡，有343 株，其次为枧头镇和新圩镇，数据分别为284 株和253 株，数量前三名的区域总量占三级古树名木的40.68%；肥源林场的三级级古树名木只有1 株。因此，新田县的古树名木以三级数量为主，二级古树名木次之，一级古树名木占比小数量稀缺。其中一级古树名木集中在金陵镇、新圩镇和新隆镇，二级古树名木集中在枧头镇、大坪塘镇和大湾林场，三级古树名木集中在门楼下瑶族乡、枧头镇和新圩镇。

3.2.2 古树径级冠幅结构特征

从新田县古树名木的生长状态数据（表3）可以看出，新田县古树名木的生长散生数量为1 926 株，群状数量为557 株，占比分别为77.57%和22.43%，新田县古树名木的生长以散生为主，群状生长数量较少，从群状分布图中可以看出，群生的古树群稀少且分布分散。从新田县古树名木的树高数据分析，古树名木树高主要集中在10～19 m区段，共1 829 株占古树名木总量的73.66%；20～29 m 区段，共553 株占古树名木总量的22.27%；10 m 以下的区段，共76 株占总量的3.06%；30 m及以上的区段，共25 株占总量的1.01%。从新田县古树名木的有效胸围数据分析，古树名木的胸围主要集中在1 m 以下区段，共2 279 株占古树名木总数量的91.78%；1 m 及以上区段共204 株，占古树名木总数量的8.22%。从新田县古树名木的冠幅数据分析，古树名木的平均冠幅主要集中在10 m以下区段，共1 558 株占全国古树名木总数量的62.75%；冠幅在10～19 m 区段，共773 株占古树名木总数量的31.13%；冠幅在20～29 m 区段，共122 株占古树名木总数量的4.91%；冠幅在30 m 及以上区段共30 株占古树名木总数量的1.21%。在金陵镇的一级保护古树名木中，一棵树龄为3 000 a 的银杏树高36 m，胸径238 m，平均冠幅24.5 m。因此，新田县古树名木的生长状态以单株散生状态为主、群株生长相对较少，古树名木的胸围以1 m 以下为主、1 m 以上次之，树高主要集中在10～29 m 之间，冠幅集中在19 m以下，具体数据见表4。

表3 新田县古树名木径级结构、树高冠幅和生长状况Table 3 Diameter structure,tree height,crown width and growth status of the ancient and famous trees in Xintian County

表4 新田县古树名木优势种Table 4 The average nearest neighbor index of the ancient and famous trees in Xintian County

3.2.3 古树优势种数量及分布

新田县古树名木共2 483 株，共有38 科、57属71 种。数量超过20 棵的有12 种，分别为柏木Cupressus funebris、樟树Cinnamomum camphora、枫香Liquidambar formosana、甜槠Castanopsis eyrei、马 尾松Pinus massoniana、青 冈栎Cyclobalanopsis glauca、锥栗Castanea henryii、南岭黄檀Dalbergia balansae、榉树Zelkova serrata、苦槠Castanopsis sclerophylla、木荷Schima superba和麻栎Quercus acutissima，具体数量见表3。从数量前5 的优势树种分布图（图2）来看，柏木分布范围广，全县各地均有分布；樟树主要集中分布在龙泉镇和县南部新圩镇周围；枫香、甜槠、马尾松在北部骥村镇和梦楼下瑶族乡分布较多，此外枫香在西南部枧头镇和三井镇也有分布。这些古树优势种均具有耐干旱瘠薄的特性。如柏木、青冈栎、麻栎喜欢石灰岩钙质土壤环境，适应力强，抗风固土、改善土质能力强，是宝贵的树种资源。此外这些优势种也是极具经济价值的用材树种，为建筑、造船、家具等提供用材，如木荷、枫香是高等家具的用材树种，榉树茎皮纤维棵制人造棉和绳索，马尾松是优良薪碳材的同时也是我国主要的产脂树种，锥栗、苦槠、青冈栎果实种子有重要的食用价值。这些优势种根茎叶花果或者种子皆有药用价值，如柏木叶、枫香树根叶果可入药，南岭黄檀是重要的中药材料。新田县的石灰岩地质对古树的资源组成产生了重要影响，保留下来的古树资源都具有极强的适应性和抗逆性，同时还具有宝贵的经济价值、食用价值或药用价值，这些特点共同作用形成了新田县独特的古树资源组成。

图2 新田县古树名木优势种分布图Fig.2 Distribution map of the dominant ancient tree species in Xintian County

3.3 地理因素分布特征

3.3.1 地理区域分布特征

根据实地调研统计结果数据显示，新田县2 483 株古树名木中共有29 株分布于城市区域，占古树名木总数的1.17%，其中主要有25 株分布在龙泉镇，有4 株分布于石羊镇，剩余1 株分布于大坪塘镇；共有2 454 株名木分布于新田县农村区域，占古树名木总数的98.83%。在农村地区的2 454 株古树名木中，有1 041 株古树名木分布于远郊野外，占比42.42%；剩余1 413 株分布于乡村街边，占比57.58%。新田县的土地覆被类型主要有林地、耕地、草地、水体和建设用地（图3），耕地、林地约占总面积的88%。耕地分布的古树数量最多，占总数的58.74%，其次为林地、建设用地和草地。从分布密度来看，古树分布密度从大到小分别为建设用地＞耕地＞林地＞草地＞水体，具体见表5。原始林地为古树提供了稳定良好的生境，保留了较多的古树。而耕地区域零散破碎的绿地斑块也为古树的生长存活提供了空间，同时古树资源中大多以用材树种、经济树种为主，这与村落的农耕生产生活需求相契合，因此分布数量较大。而城市区域由于现代化建设，古树原有栖息地受到建设用地的挤压侵占而遭受破坏，保留的古树的数量稀少。但由于古树自身除了有较高的经济价值，同时也具有极高的生态效益，其体枝叶繁茂冠幅巨大极具观赏性，是城市园林绿化的宝贵资源，因此在建设用地中分布密度相对较高。

表5 不同用地类型古树分布Table 5 Distribution of ancient trees in different land types

图3 新田县古树名木用地类型分布图Fig.3 Distribution of land types for the ancient and famous trees in Xintian County

3.3.2 地质类型分布特征

新田县地层属华夏陆台、南岭准地槽区，北部中低山地以寒武系、奥陶系为主，东南丘岗地和西部低山地以泥盆系为主[27]。泥盆系广泛分布于西部低山和东南部丘陵岗地，约占总面积的70%，岩性主要为灰白-深灰色中厚至巨厚层状灰岩，次为白云质灰岩。这种独特的石灰岩地质形成了新田县独具特色古树资源，其中柏木是数量最多的树种，占总数的51.95%，柏木适应性强，能在微碱性或石灰岩山地上生长，尤以在石灰岩山地钙质土上生长良好，是这类土壤中宜林荒山绿化、疏林改造的先锋树种[28]。同时其具有极高的树材价值、药用价值，具有全树可予利用的特点，因此在新田县石灰岩地质的乡野环境中广泛种植。此外，青冈栎、麻栎数量也较多，分别有77 棵和20 棵，这类树种耐贫瘠，喜钙质土壤，在微碱性或中性的石灰岩土壤上生长良好，同时具有极高的树材价值和生态效益[29]，在新田县境内保留有数量可观的古树资源（图4）。

图4 新田县地质类型与古树分布图Fig.4 Geological types and distribution of the ancient trees in Xintian County

3.3.3 立地条件分布特征

新田县境内四面环山，地势西北高东南低，山地丘陵区域集中在县北部和西部区域，海拔跨度在153～984 m 之间。古树的分布受海拔高程影响不明显，在西北丘陵地带和南部低海拔丘岗地带均有大量分布。古树名木的坡向和坡度分布情况如图5～6 所示。将坡向按方位角分为9 个类别，坡度小于5°的区域划分为无坡；将坡度按坡度等级分为5 类，将坡位分成5 个类别。古树名木不同立地条件的具体分布情况如表6 所示。从坡向看，无坡区域古树的分布数量最多，占总数的43.13%；而北、东北、西北、东坡与南、西南、东南、西坡的总分布数量相接近，各占28.11%和28.76%。从坡度看，以平坡分布的古树数量最多，占总数的56.06%；其次为缓坡和斜坡，各占22.71%和18.89%；陡坡和急坡区域古树数量最少，仅占2.33%。坡位是影响立地条件尤其是水分条件的重要地形因子。脊部是山脉的分水线及其两侧各下降垂直高度15 m 的范围，只有1 株古树；平地共996 株占比40.11%；上坡是从基部以下至山谷范围内的山坡三等分后的最上等分部位，共95株占比3.83%；中坡是三等分的中坡位，共1 099株占比44.26%；下坡共292 株占比11.72%。总体而言，新田县古树名木主要分布在无坡、平坡和缓坡等地势较平坦的坡度区域，坡位分布上主要集中在中坡和平地两个区域。

图5 新田县古树名木坡度分布图Fig.5 Slope distribution map of the ancient and famous trees in Xintian County

表6 不同立地条件古树分布Table 6 Distribution of the ancient trees in different sites

新田县的土壤共有7 种类型，其中以南方红壤为主。土壤类型分布方面，5 种红壤中共分布2 446 株古树名木，具体为：红壤，呈红棕色或橘红色，剖面下部有网纹和铁锰结核，共1 877 株占比75.59%；红壤土，一般呈褐红色，是具有高含水率、低密度而强度较高、压缩性较低特性的土，共189 株占比7.61%；黄红壤，黄红壤呈橙黄色，黄红壤的成土过程仍以脱硅富铝化作用为主，处在山地土壤和空气湿度增加呈现黄化，是红壤向黄壤过渡的一类土壤，共122 株占比4.91%；黄壤，呈黄色或蜡黄色，土层潮湿、粘土矿物含有较多，含有针铁矿和褐铁矿，共150 株占比6.04%；山地黄壤，呈土黄色，主要分布于海拔较高的山坡地域，共108 株占比4.35%；石灰土，质地都比较黏重，剖面上有石灰泡沫，共35 株占比1.41%；砂砾土，含砂量高、颗粒大、渗水快保水性能差，目前只有2 株。

图6 新田县古树名木坡向分布图Fig.6 Slope aspect distribution of the ancient and famous trees in Xintian County

土壤紧实度是指土壤抵抗外力的压实和破碎的能力，指土壤颗粒间隙的大小，是土壤强度的一个合成指标。新田县土壤可以分为较疏松、紧密和中等3 个密度级别，其中古树名木分布区域主要以紧密土壤为主，该区域分布的古树占总数的91.66%；较疏松和中等紧密土壤分布较少，分别占比3.66%和4.67%。

3.3.4 人口密度分布特征

人类活动与古树资源生长存活密切相关。根据新田县2016 年国民经济和社会发展统计公报数据中的乡镇人口数据统计计算（图7），结合前文3.1.2古树核密度分析结果，古树集聚分布的2 个高密度团和4 个次密集区中，金盆和新圩镇属于人口密度高值区，枧头镇、门楼下瑶族乡和大坪塘镇属于人口密度低值区。结合新田县传统村落的分布情况[30]，可以看出，古树高密度集聚区域与人口密度高值区且传统村落分布数量较高的区域相重合，这说明传统村落文化对于古树名木的保护具有促进作用。而人口密度低的区域由于多以山地为主，人为干扰因素小，也成为了古树集聚程度较高的区域。

图7 新田县人口密度与古树分布图Fig.7 Population density and distribution of the ancient trees in Xintian County

4 结论与讨论

4.1 结论

新田县共有古树名木2 483 株，隶属于39 科58 属71 种，优势种为柏木、樟树、枫香、甜槠和马尾松、青冈栎等乡土树种，具有显著的热带分布特征，是植物长期适应环境的结果。从古树年龄结构来看，树龄在100～299 a 范围的三级古树占比最大，其中以柏木、樟树和马尾松为主，这些树种适应性强，生长迅速，常被作为林荒山绿化、疏林改造的先锋树种，本身具有极高的用材价值，柏木等树种能在微碱性或石灰岩山地上生长，尤其在石灰岩山地钙质土上生长良好，因此在新田县泥盆系石灰岩地层区域分布范围极广且数量较多；千年以上的古树有6 棵，分别为5 株银杏和1株红豆杉，这些珍贵树种经历朝代更替和战火纷飞后仍然被保留下来，得益于中国历史悠久的古树崇拜文化。银杏又名白果树，而在中国的神话传说中，白果曾经是伏羲、女娲食用的圣药，因此，银杏树也就成为了人们崇拜的对象。从古树生长结构来看，古树树高主要集中在10～29 m 之间，占比73.66%；胸径以1 m 以下为主，占91.78%；冠幅以10 m 以下为主。从生长势来看，98.27%的古树为正常株，总体长势良好。

新田县古树名木在空间上为显著集聚模式，呈现出“散点状与多组团状”并存的状态。古树有多个密度团集聚分布，其中存在2 个高密集区中心，分别位于新圩镇和枧头镇，分布密度达7.20～9.32 株/km2；另外4 个次密集区分别位于金盆镇、门楼下瑶族乡西部和大坪塘镇西北部和东部，分布密度达4.54～7.19 株/km2。从新田县各乡镇古树分布情况来看，门楼下瑶族乡古树数量最多，其次为枧头镇和新圩镇。门楼下瑶族乡人口分布较少且以山地为主，人为干扰因素小，古树得以保留；而枧头镇和新圩镇人口密度较高，但同时也分布有较多的传统村落，传统村落与古树和谐共生，为古树的保存提供了良好的条件。

古树位置主要为城区和乡村两种，约有98.83%的古树分布在乡村。县内土地覆被类型主要有林地、耕地、草地、水体和建设用地为主，耕地分布的古树数量最多，占总数的58.74%，其次为林地、建设用地和草地。随着城市化进程的加快，在城乡融合过程中应当注重对古树原始生境的保留，避免古树生存空间因城市发展被挤占而对其生长产生剧烈冲击。从古树生长立地条件分布情况来看，新田县古树主要分布在平地、缓坡和紧密红壤区域。

4.2 讨论

本研究在新田县古树名木资源普查的基础上，分析了新田县古树名木资源组成特征、空间分布格局和生长分布的环境因素，为新田县古树资源的保护和开发利用提供一定的理论参考。新田县古树名木资源组成和空间分布是村落民居分布、古树文化、历史因素、经济政策因素、气候等共同作用的结果，由于数据的可获取性，本文只分析了土层地质、立地条件、人口密度等对古树空间分布的影响，下一步还需对其他影响因素如与河流水系、道路的关系、政策等展开研究。本文对古树的资源组成特征进行了分析，能在一定程度上揭示其物种多样性特征，下一步可以加强对古树植物区系特征、群落结构特征和古树景观价值方面的研究。本文基于县域尺度中观尺度对新田县的古树展开研究，在今后的研究中可以从宏观和微观尺度对古树空间分布特征及影响因子进行分析，如城区范围内微观尺度古树的分布、影响因素等，并基于不同尺度下的古树分布成因和资源特征为古树的保护和开发利用提出策略和建议。