广东省古樟树资源特征及影响因子研究*

陈 盼 郭盛才 陈秋菊 谭志权 张红爱 邓冬旺

(广东省林业调查规划院, 广东 广州510520)

樟树Camphoraofficinarum属樟科樟属, 国家二级保护植物。 樟树树冠高大、 姿态雄伟, 寿命可与松柏比肩, 四季常绿, 生态功能显著, 被视为长寿、 和睦、 尊老爱幼和谦逊淡然的象征[1]。樟树栽培历史悠久, 自古以来就是我国南方村庄、宅院、 道路、 水边最好的风水林和风景林树种,也是现代村镇和城市绿化的优良树种[2]。 古樟树是指树龄大于100 a 的樟树。 人们在长期的栽培利用过程中形成了崇拜樟树的文化现象, 至今有不少地区的千年古樟被奉为“神树”[3]。 古樟树体现的不仅仅是较高的经济价值和强大的生态功能,还有珍贵丰富的文化内涵, 它承载着当地自然历史文化的发展, 见证了当地的历史沧桑[4]。

古树是人类聚集区的自然和文化遗产, 为人类提供了维持生物多样性、 促进生态恢复、 供给生产生活资料以及承载传统文化和精神信仰等服务[5]。前人研究结果表明, 古树的多样性及分布格局受到古树自身生物学特性[6]、 人文因子[7]、 和动植物协同关系[8]等因子的影响, 地理环境、 人为干扰、管理措施和传统文化为最主要影响因子[9-10]。

在我国, 随着生态文明建设和和乡村振兴战略实施, 古树的保护和研究工作越来越受重视。当前研究主要集中在古树名木资源调查[11]、 空间分布特征[12-13]、 信息化管理[14]、 复壮与养护[15]、健康评价[16]及保护利用[17-18]等方面, 关于古树生长影响因子的研究较少[10,19], 特别是缺少对单一古树树种的研究, 不利于制定切实有效的古树保护和管理措施。

广东省属东亚季风区, 从北向南分别为中亚热带、 南亚热带和热带气候, 气候适宜, 降雨充沛, 野生动植物资源丰富, 古树名木物种较多。本文分析了广东省古樟树资源的形态特征、 空间分布特征和生长状态, 对古樟树的树龄、 树高、胸径和冠幅及影响因子进行相关分析, 以期掌握广东省古樟树的分布特征和规律, 探明影响古樟树生长与分布的主要因素, 为古樟树的保护和保育提供技术支撑, 为广东省古树保护管理和生态建设提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

广东省地处中国南部沿海, 坐标北纬20°09′～25°31′和东经109°45′～117°20′, 土地总面积17.98万km2, 地势北高南低, 地貌以山地、 丘陵为主。2022 年全年年平均气温22.2℃, 年平均降水量1 530 mm, 夏季经常遭受台风干扰。 同时, 广东省是各种气象灾害多发省份, 主要灾害有暴雨洪涝、台风、 强对流天气、 雷击、 高温、 干旱及低温阴雨、寒露风、 寒潮、 冰(霜) 冻等低温灾害[20]。 根据广东省古树名木普查统计结果, 广东省古树名木总数为80 398 株, 其中, 一级古树754 株, 二级古树4 810 株, 三级古树74 760 株, 名木74 株[21]。

1.2 数据来源

本研究数据来源于2019 年12 月9 日广东省古树名木普查系统。 数据的调查和测量按照《古树名木普查技术规范》 (LY/T 2738-2016)[22]的要求, 逐株测量古樟树的树高、 胸径和冠幅, 树高采用测高仪(精度1 cm) 测量, 胸径和冠幅采用皮尺(精度l cm) 测量, 并记录古树的生长状态,包括寄生、 病虫害、 树干倾斜等因子。 树龄采取胸径生长模型法估算, 同时参考相关史料和传说。采用便携式GPS 定位坐标, 坐标系为WGS84。 在广东省数字高程模型(DEM) 中提取海拔、 坡度和坡向数据(30 m 分辨率)。 年均温度、 等温性、年均降雨量等19 个环境因子数据来源于World-Clim 全球高分辨率(5 km) 气候数据分享平台。

1.3 研究方法与数据分析

古樟树等级和生长势分类标准依据《古树名木普查技术规范》 (LY/T 2738-2016) 的标准划分。古樟树树高、 胸径与冠幅的相关性和古樟树与环境因子的相关性采用皮尔逊相关系数法(Pearson's correlation), 利用软件R4.3.0 进行分析。

利用Arc GIS10.8 软件, 在广东省数字高程模型(DEM) 中提取古樟树分布点上的海拔、 坡度和坡向数据, 在WorldClim 栅格数据中提取年均温度、等温性、 年均降雨量等19 个环境因子数据。

参考前人的研究成果[23-24], 制定广东省古樟树生长状况评定标准(表1), 对调查记录表中古樟树生长状态因子进行赋值, 包括寄生、 病虫害、树洞、 环境污染等10 个因子, 无影响赋“0”, 有影响赋“1”。

表1 广东省古樟树生长状况评定标准Table 1 Evaluation standard for growth state of ancient Camphora officinarum in Guangdong province

应用线性混合模型 (linear mixed model,LME), 选择独立结构(又称方差分量结构) VC,对古樟树与环境因子、 生长状态等因子进行线性混合模型参数估值。 模型中固定效应选择海拔、 坡度、坡向、 年均温度、 年均降雨量和等温性等常见的环境因子, 随机效应选择对古樟树生长影响可见的寄生、 病虫害、 树洞、 环境污染等10 个因子。

2 结果与分析

2.1 古樟树资源特征分析

广东省现有古樟树5816 株, 占广东省古树名木总数量的7.23%。 其中, 一级古樟树58 株, 占古樟树总数的1%; 二级古樟树414 株, 占7.12%; 三级古樟树5 344 株, 占91.88%。

2.1.1 形态结构特征 广东省古樟树树龄、 树高、 胸径和冠幅的结构特征见图1。 由图1 可见,广东省古樟树随着树龄增大, 物种数量逐渐减少。古樟树树龄主要集中在100～199 a, 数量4 384 株,占古樟树总数量的75.37%, 平均树龄167 a, 树龄最大的古樟树位于云浮市郁南县桂圩镇, 树龄1 200 a。 树龄超过500 a 的古樟树58 株, 超过1 000 a 的3 株。

图1 广东省古樟树树龄、 树高、 胸径和冠幅的结构特征Fig.1 Structure characteristics of age, height, chest diameter, and canopy width of ancient Camphora officinarum in Guangdong province

广东省古樟树的树高、 胸径和冠幅结构特征均为正态分布。 古樟树树高主要集中在12.0～20.0 m,数量4 128 株, 占古樟树总数量的70.98%, 平均树高16.2 m; 树高最高的古樟树位于韶关南雄市百顺镇邓洞村, 树高35 m。 古樟树胸径主要集中在63.7～127.4 cm, 数量3 951 株, 占古樟树总数量的67.93%, 平均胸径98.3 cm; 胸径最大的古樟树位于肇庆市封开县罗董镇罗董社区居委会, 胸径515.9 cm。 古樟树冠幅主要集中在12.0 ～20.0 m,数量4 044 株, 占古樟树总数量的69.53%, 平均冠幅16.3 m; 冠幅最大的古樟树位于潮州市饶平县樟溪镇烈火村委会, 冠幅74 m。

对古樟树的树高、 胸径和冠幅进行相关性分析, 结果表明, 树高与胸径、 树高与冠幅、 胸径与冠幅均具有极显著(P＜0.001) 的正相关关系,相关系数分别为0.241、 0.423、 0.509。

2.1.2 空间分布特征 广东省古樟树的空间分布详见图2。 按个体数量统计, 韶关、 清远和湛江市排名前3 位, 古樟树数量分别为2 290、 676 和526 株,占古樟树总数量的39.37%、 11.62%和9.04%; 3 市数量合计达4168 株, 占古樟树总数量的71.66%。汕头、 汕尾和佛山市的古樟树数量最少, 分别为19、 18 和36 株, 占古樟树总数量的0.33%、 0.31%和0.62%。 东莞和潮州市的古樟树也较少, 分布数量占比不足广东省古樟树总数量的1%。

图2 广东省古樟树分布Fig.2 Distribution map of ancient Camphora officinarum in Guangdong province

按保护等级统计, 广东省一级古樟树(树龄≥500 a) 有58 株, 分布在韶关、 清远、 惠州、 深圳等12 个地级市, 河源、 梅州、 汕头、 汕尾、 潮州、 揭阳等9 个地级市没有分布。 韶关市一级古樟树30 株, 分布数量最多, 占一级古樟树总数量的51.72%; 惠州、 清远和深圳市各有4 株, 并列第2 位。 二级古樟树(300 a≤树龄＜500 a) 有414株, 分布在广东省20 个地级市, 东莞市没有分布。 韶关市分布数量最多, 有244 株, 占二级古樟树总数量的58.94%; 其次为肇庆市, 有39 株,占二级古樟树总数量的9.42%; 清远市次之, 有35 株, 占二级古樟树总数量的8.45%; 佛山、 河源和汕头市仅1 株。

2.1.3 生长状态特征 广东省古樟树按照生长势统计, 正常株5 235 株, 占古樟树总数量的90.01%; 衰弱株508 株, 占8.73%; 濒危株63株, 占1.08%。

广东省古樟树有312 株受病虫害侵扰, 占古樟树总数量的5.36%; 有656 株受寄生干扰, 占11.28%; 有52 株树干中空, 占0.89%; 有66 株出现树洞, 占1.13%; 树冠枯断枝比例＞5%的有268 株, 占4.61%; 根系裸露比例＞5%的有72 株,占1.24%; 有572 株树干生长空间受限, 占9.83%; 有364 株根部通气透水性受阻, 占6.26%; 有427 株受环境污染威胁, 占7.34%。

2.2 古樟树的影响因子分析

2.2.1 古樟树与环境因子的相关性分析 广东省古樟树树龄、 树高、 胸径、 冠幅与海拔、 坡度、坡向、 年均温、 年均降雨量等22 个环境因子的相关性分析结果见表2。 由表2 可见: 树龄、 树高、胸径和冠幅与大多数环境因子呈极显著 (P＜0.001) 的相关性, 但与坡向的相关性不显著; 且整体上与海拔、 坡度呈正相关, 与温度和降雨类环境因子呈负相关。海拔与古樟树的胸径呈显正相关(P＜0.05),与冠幅呈显显著正相关(P＜0.01)。 温度类环境因子中, 最暖月最高温与树高呈极显著负相关,与古樟树树龄、 胸径、 冠幅无显著相关性; 年均日温差、 季节温度差、 年均温度差与古樟树树龄、树高、 胸径和冠幅呈极显著正相关。 降雨类环境因子中, 最干月降雨量、 最干季降雨量、 最冷季降雨量与古樟树树龄、 树高、 胸径和冠幅呈极显著正相关, 其它因子呈极显著负相关。

表2 广东省古樟树与环境因子的相关性分析Table 2 Correlation analysis between ancient Camphora officinarum and environmental factors in Guangdong province

2.2.2 古樟树与环境因子、 生长状态的线性混合

模型分析 广东省古樟树与环境因子、 生长状态因子的线性混合模型分析结果见表3。 结果表明,按照对古樟树树龄的影响大小将相关因子排序,固定效应依次为: 年均降雨量＞坡度＞年均温度＞海拔＞等温性＞坡向; 随机效应依次为: 树洞＞树干中空＞寄生＞生长空间＞枯断枝比＞环境污染物＞树干倾斜＞根系裸露＞根部通气透水性＞病虫害。

表3 广东省古樟树与环境因子和生长状态的线性混合模型参数估值Table 3 Parameter estimation of linear mixed model of ancient Camphora officinarum with environmental factors and growth state in Guangdong province

按照对古樟树树高的影响大小将相关因子排序, 固定效应依次为: 海拔＞年均降雨量＞坡度＞年均温度＞坡向＞等温性; 随机效应依次为: 根系裸露＞树干倾斜＞寄生＞根部通气透水性＞病虫害＞树洞＞枯断枝比＞生长空间＞树干中空＞环境污染物。

按照对古樟树胸径的影响大小将相关因子排序, 固定效应依次为: 年均降雨量＞坡度＞海拔＞年均温度＞等温性＞坡向; 随机效应依次为: 树洞＞树干中空＞根系裸露＞枯断枝比＞寄生＞环境污染物＞生长空间＞根部通气透水性＞树干倾斜＞病虫害。

按照对古樟树冠幅的影响大小将相关因子排序, 固定效应依次为: 年均降雨量＞年均温度＞海拔＞坡度＞等温性＞坡向; 随机效应依次为: 寄生＞根系裸露＞枯断枝比＞生长空间＞树干倾斜＞环境污染物＞树洞＞根部通气透水性＞树干中空＞病虫害。

3 结论与讨论

广东省现存古樟树5816 株, 平均树龄167 a,平均树高16.2 m, 平均胸径98.3 cm, 平均冠幅16.3 m。 古樟树的物种数量在广东省古树名木中排第3 位, 仅次于榕树Ficusmicrocarpa和荔枝Litchichinensis。 古樟树主要以三级古树 (100 a≤树龄＜300 a) 为主, 一级和二级的古樟树数量较少, 仅占古樟树总数量的8.11%。 古樟树空间分布差异大, 以韶关市为代表的粤北地区数量多, 粤东地区较少。 古樟树生长势和生长状态整体状况较好, 但仍有部分古樟树的生长受病虫害、 树干中空、 生长空间受限、 环境污染等因素影响。

樟树是广东省乡土阔叶树种, 在全省均有分布。 随着城市化发展, 古樟树资源遭受了严重破坏, 珠三角经济发达地区存留的数量少, 粤北山区相对贫穷的地区保留下来的数量多, 关键原因是工业发展和城市化进程中古树保留和土地开发矛盾导致古树消亡[25]。 粤东地区古樟树的数量最少, 主要与当地的农耕历史、 文化风俗息息相关[26], 乡土风俗、 村规民约及经济价值等因素也对古树分布有较大影响[27]。

相关性分析表明, 古樟树的树高、 胸径和冠幅之间具有极显著的正相关性, 说明古樟树胸径越大、 冠幅越大、 树高也越高。 古樟树的树龄、树高、 胸径、 冠幅与海拔、 坡度呈正相关, 与温度和降雨类环境因子呈极显著负相关, 即古樟树在山地高海拔地区比平原、 丘陵等沿海地区生长的更为挺拔、 健壮。 可能因为沿海地区温度相对较高、 紫外线强, 且经常遭受高温、 暴雨、 台风等极端天气影响, 冠幅小、 高度小能最大程度减少外界极端气候对树体的损伤, 是古树长期适应区域环境的结果。 古樟树与年均日温差、 季节温度差、 年均温度差、 最干月降雨量、 最干季降雨量和最冷季降雨量呈显极显著正相关。 粤北山区是广东省最寒冷的地区, 年均日温差、 年均温度差变化较大, 同时, 广东省干旱季节也是一年当中最冷、 降雨量最少的月份。

线性混合模型参数估值结果表明, 固定效应中年均降雨量、 海拔和年均温度是影响古樟树树龄、 树高、 胸径和冠幅的重要因子, 坡向和等温性的影响较小。 随机效应中寄生、 根系裸露和树洞对古樟树树龄、 树高、 胸径和冠幅的影响最大,环境污染物、 根部通气透水性和病虫害的影响较小。

本研究基本摸清了广东省古樟树资源的空间分布特征、 树龄结构特征和生长状态, 初步探明了影响古樟树生长和分布的主要因子, 研究结果对指导古樟树的保护、 复壮和保育具有重要意义。然而, 因古樟树的生长指标、 环境因子等数据不够完善, 缺乏土壤和极端天气数据, 同时, 也未考虑受保护状况、 复壮措施、 迁移等对古樟树生长的影响。 在今后的研究中, 完善生长指标和环境因子, 同时考虑时间和空间尺度的变化对比,研究结果将更加合理、 科学。