張中一,劉慧嬌,褚蓉蓉,馮國慶,董家鑫,高祥斌,呂夢緣,陳國豪

(聊城大學 農(nóng)學與農(nóng)業(yè)工程學院，山東 聊城 252000)

古樹是指樹齡在100年以上的樹木,被稱為有生命的“活文物”、“活化石”,是歷史的“見證者”。古樹承載著時空的變遷,蘊藏著文明的記憶,具有彌足珍貴的社會價值[1]、生態(tài)價值和經(jīng)濟價值。為加強古樹名木的保護管理,中央辦公廳、國務院辦公廳以及住房和城鄉(xiāng)建設部先后出臺了《城市綠化條例》[2]、《城市古樹名木保護管理辦法》[3]、《農(nóng)村人居環(huán)境整治提升五年行動方案(2021—2025年)》[4]等條例或指導性文件,強調(diào)在城鄉(xiāng)規(guī)劃和建設過程中要摸清古樹資源底數(shù),同時,強化監(jiān)管古樹保護措施的執(zhí)行,合理開發(fā)利用古樹資源,推進城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境建設,為鄉(xiāng)村振興提供有效途徑[5]。

目前,古樹資源的研究主要集中在古樹名木保護和資源調(diào)查[6-7]、建立古樹名木信息系統(tǒng)[8]、古樹空間分布[9]、資源組成[10]、古樹分布的影響因素[11-12]等方面。古樹分布研究從較為原始的網(wǎng)格法[13-14]分析轉(zhuǎn)向與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合[15],使研究方法更為科學。古樹分布類型的研究較少,并沒有獨立的判斷標準及公式,常借鑒分析城市空間格局和生態(tài)學中種群空間格局的研究方法,如運用最鄰近指數(shù)分析城市空間格局轉(zhuǎn)變[16]、運用David &Moore 叢生指標方法分析種群空間分布[17]。近年來,有學者[18-19]采用地理信息系統(tǒng)中的核密度技術分析古樹空間分布密度,研究景觀的空間分布格局,提高了研究結(jié)果的準確性和科學性。鑒于此,本文結(jié)合聊城市美麗鄉(xiāng)村建設規(guī)劃,進行市域范圍內(nèi)的古樹資源摸底調(diào)查,以期為古樹資源合理開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

聊城市是山東省下轄地級市,位于北緯35°47′—37°02′、東經(jīng)115°16′—116°32′之間,總面積8 628 km2。聊城市地處黃河沖積平原,西南高、東北低,具有顯著的季節(jié)變化和季風氣候特征,屬半干旱大陸性氣候。境內(nèi)土層深厚,沙粘適中,墾殖率較高,耕地數(shù)量較多[20]。

聊城市古樹資源豐富,共有687株,其中,一級古樹65株、二級古樹79株、三級古樹543株,隸屬于17科25屬30種;以柏科(Cupressaceae)和豆科(Fabaceae)為主,分別占總株數(shù)的40.47%和39.01%。優(yōu)勢種為側(cè)柏[Platycladusorientalis(L.)Franco],占總株數(shù)39.7%;其次為國槐[Styphnolobiumjaponicum(L.)Schott]和棗樹(ZiziphusjujubaMill.),分別占總株數(shù)的33.4%和9.8%;有少量杜梨(PyrusbetulifoliaBunge)、柘樹[Cudraniatricuspidata(Carr.)Bur.]、皂莢(GleditsiasinensisLam.)等。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

通過查閱《聊城古樹名木志》[20],參照中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準《古樹名木普查技術規(guī)范》[21]以及《古樹名木鑒定規(guī)范》[22],于2022年7—8月對聊城市古樹進行實地調(diào)查訪問,記錄古樹樹種、樹高、胸徑、平均冠幅、樹齡、生長勢、立地條件、地理經(jīng)緯坐標、生長位置、古樹歷史文化等基礎數(shù)據(jù)。聊城市邊界參考高德地圖中的中國標準地圖GS京(2022)1061號[23]進行劃定;土地覆蓋類型來源于2022年Esri 10 m土地覆蓋數(shù)據(jù)[24];聊城市各級鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口分布密度來源于聊城市2021年統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)[25];傳統(tǒng)村落數(shù)據(jù)來源于山東省人民政府公布的聊城市傳統(tǒng)村落名單[26-27],以及中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部頒布的2023年中國傳統(tǒng)村落名錄[28]。

2.2 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2016對聊城市古樹資源基礎信息進行整合,根據(jù)實地調(diào)查的古樹經(jīng)緯度,采用GPS、百度地圖拾取坐標系統(tǒng)等軟件檢驗,利用ArcGIS 10.7將聊城市古樹的經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換為聊城市古樹空間矢量數(shù)據(jù),分別選用GCS_WGS_1984和WGS_1984_UTM_Zone_51N作為聊城市空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一的地理坐標系和投影坐標系。

2.3 研究方法

運用ArcGIS 10.7的漁網(wǎng)分析(Fishnet analysis)、核密度分析(Kernel density analysis)工具,通過空間分布格局指標,結(jié)合地理環(huán)境因素,探索古樹空間分布類型和特征。

2.3.1漁網(wǎng)分析

表1 空間分布格局指標計算公式

2.3.2核密度分析

核密度分析是通過地理信息領域進行密度分析,是在旅游、林業(yè)領域廣泛使用的分析方法[13],是根據(jù)要素周圍鄰域中的距離和密度,計算每單位面積的量值,并將密度轉(zhuǎn)換到空間上進行顯示的分析方法[31]。某個空間位置x的核密度為其窗口范圍內(nèi)所有實體密度之和,表達式[31]為:

式中:n是距離閾值范圍內(nèi)空間實體數(shù)量;h是距離閾值;k[(x-xi)/h]為核密度方程,x-xi表示兩點之間的歐氏距離。在計算核密度時,其結(jié)果與帶寬[搜索半徑(h)]和單位選取有關。

3 結(jié)果與分析

3.1 古樹資源現(xiàn)狀分析

聊城市古樹資源豐富。從表2可知:1)從古樹樹齡看,三級古樹(100～<300 a)占總株數(shù)的79.04%,共有543株,集中于莘縣和陽谷縣,東阿縣古樹數(shù)量次之;二級古樹(300～<500 a)共有79株,占總株數(shù)的11.50%,集中在東昌府區(qū)和莘縣;一級古樹(≥500 a)共有65株,占總株數(shù)的9.46%。2)從分布區(qū)域看,陽谷縣和莘縣古樹數(shù)量明顯高于其他區(qū)域,古樹總株數(shù)分別為153株和141株,占總株數(shù)的22.27%和20.52%。

表2 聊城市古樹名木數(shù)量和保護等級分布

將聊城市古樹基礎數(shù)據(jù)進行整理,從表3可知:1)古樹冠幅集中在>5.0～10.0 m和>10.0～15.0 m,分別占總株數(shù)的53.42%和23.29%;胸徑集中在1.0 m以下,占總株數(shù)的95.78%;樹高集中在>5.0～10 m和>10.0～15.0 m,分別占總株數(shù)的37.85%和46.00%。2)從生長勢看,71.47%為正常株,且存在23.73%的衰弱株和4.51%的瀕危株,表明聊城市古樹資源缺乏必要的保護和管理。3)從生長位置看,主要集中在鄉(xiāng)村,占總株數(shù)的92.43%;城市中,古樹受到社會現(xiàn)代化推進的影響,棲息地與城市建設發(fā)展用地產(chǎn)生沖突遭到破壞,僅有7.57%的古樹分布于城區(qū)。

表3 聊城市古樹基礎信息

3.2 聊城市古樹空間分布特征

3.2.1漁網(wǎng)分析

利用ArcGIS 10.7平臺中的漁網(wǎng)分析,將古樹空間矢量數(shù)據(jù)與網(wǎng)格對應,統(tǒng)計各網(wǎng)格中古樹數(shù)量。根據(jù)網(wǎng)格常用判定方法,面積不足1滿格時,≥0.5的網(wǎng)格單元面積,視為1個網(wǎng)格;不足0.5的合并到相鄰的網(wǎng)格。聊城市共劃分為284個網(wǎng)格,各網(wǎng)格中的古樹株數(shù)如圖1所示。

圖1 聊城市古樹株數(shù)漁網(wǎng)分析

3.2.2核密度分析

利用ArcGIS 10.7平臺對古樹空間矢量數(shù)據(jù)進行核密度分析。設定空間搜索帶寬為10 km,創(chuàng)建聊城市古樹核密度分析圖,結(jié)合聊城市水域分布圖進行定性和定量的分析(圖2)。

圖2 聊城市古樹核密度分析

由圖2可知,聊城市古樹分布總體呈現(xiàn)“南多北少”“散點狀與多組團狀并存”的格局。古樹沿馬頰河、黃河、徒駭河等水域呈現(xiàn)帶狀分布,形成均勻的古樹分布區(qū)域。在古樹的多組團狀特性影響下,形成了高密集區(qū)和次密集區(qū)。南部:1個高密集區(qū)中心為大王寨鎮(zhèn),古樹分布密度達0.450 2～<0.687 3株/km2,其中大王寨鎮(zhèn)東丈八村烈士陵園內(nèi)具有側(cè)柏群,分布密度極大;4個次密集區(qū)中心分別為牛角店、魚山鎮(zhèn)、許營鎮(zhèn)、閻樓鎮(zhèn),分布密度達0.178 0～0.450 1株/km2。北部有2個次密集區(qū)中心,分別為臨清市城區(qū)(先鋒路街道和青年路街道)與清平鎮(zhèn),其中清平鎮(zhèn)于樓村西北向林地古樹分布密集。

3.3 古樹組成與分布的影響因素

因聊城市地處平原,存在大面積水域,地表、海拔、坡度等并無明顯差異,故地質(zhì)類型、立地條件等因素未被作為影響因素。根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲取性和數(shù)據(jù)驗證,結(jié)合聊城市地質(zhì)情況,選取土地覆蓋類型、人口密度與傳統(tǒng)村落、古樹文化來探究影響古樹分布的主要因素。

3.3.1土地覆蓋類型

古樹在不同土地覆蓋類型中的分布如圖3所示。利用ArcGIS 10.7和Excel 2016統(tǒng)計分析得出聊城市不同土地覆蓋類型古樹分布(表4)。

圖3 聊城市古樹在不同土地覆蓋類型中的分布

表4 聊城市古樹在不同土地覆蓋類型中的分布

由圖3、表4可知,耕地類面積占聊城市總面積的79.01%,古樹236株,占總株數(shù)的34.35%;建設用地類(建設用地類包含城市建設用地和鄉(xiāng)村建設用地)占總面積的20.12%,古樹451株,占總株數(shù)的65.65%。從古樹的分布密度看,建設用地分布密度最大,達到0.259 8株/km2;其次為耕地,達到0.034 6株/km2。結(jié)合核密度分析看,古樹分布受土地覆蓋類型影響,在鄉(xiāng)鎮(zhèn)呈現(xiàn)散點狀與多組團狀格局分布,形成均勻的古樹分布區(qū)域。

3.3.2人口密度與傳統(tǒng)村落

經(jīng)人口分布和傳統(tǒng)村落數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,繪制聊城市人口密度與傳統(tǒng)村落分布圖,并與核密度分布圖(圖3)疊加,最終合成結(jié)果如圖4所示。

圖4 聊城市人口密度、傳統(tǒng)村落與古樹核密度合成分布

由圖4可知,古樹分布次密集區(qū)中心的臨清市城區(qū)和許營鎮(zhèn)均位于人口高密度值區(qū),是兩河相交之地,與歷史古城東昌府、臨清相重合。古樹分布高密集區(qū)中心大王寨鎮(zhèn)、次密集區(qū)中心牛角店、魚山鎮(zhèn)、閻樓鎮(zhèn)、清平鎮(zhèn)位于人口中密度值區(qū)或低密度值區(qū),且與傳統(tǒng)村落的分布重合。人口中密度值區(qū)與低密度值區(qū)土地覆蓋類型多為耕地與農(nóng)村建設用地,為古樹提供良好的棲息地和保護條件;人口高密度值區(qū),古樹分布較少。說明古樹分布密度與人口密度呈負相關,傳統(tǒng)村落和歷史古城對古樹保留起到促進作用。

3.3.3古樹文化

根據(jù)實地調(diào)查,396株古樹有文化價值。參考近年來學者對古樹分布與文化價值方面[32-33]的研究,將聊城市古樹文化分為6大類進行分析(表5)。

表5 聊城市古樹文化影響因素及數(shù)量

由表5可知:農(nóng)耕文化和宗祠宗教文化影響較大,均占總株數(shù)的32.32%;植物個體含義和傳統(tǒng)信仰其次,分別占總株數(shù)的15.40%和11.87%;開發(fā)與遷移和歷史事件最少,分別占總株數(shù)的5.56%和2.53%。宗教宗祠常選莊有嚴肅穆含義的植物,如側(cè)柏和圓柏[Sabinachinensis(L.)Ant.],其中側(cè)柏占總株數(shù)的39.7%,是占比最大的優(yōu)勢種?！盎薄蓖翱焙汀皯选?象征科第吉兆、懷念祖先;側(cè)柏樹有趨吉避兇、生財生旺的含義,常用于紀念先人事跡或祈愿家人平安。植物個體含義影響人們對植物種類的選擇,從傳統(tǒng)信仰看,當?shù)鼐用駥⒐艠湟暈樯耢`,是具有保護神性質(zhì)的鄉(xiāng)土景觀。從開發(fā)與遷移和歷史事件方面看,移民定居常栽種國槐用以思念家鄉(xiāng)。經(jīng)查[34]明朝洪武六年至永樂十五年,以山西洪洞縣移民為代表,先后共計從山西移民18次,其中往山東省共有4次大規(guī)模移民。古樹的樹齡反映出了村落形成的時間。綜合來看,古樹文化影響著人們對物種的選擇,進而影響著優(yōu)勢種的形成和古樹分布。

4 討論

本研究中,聊城市古樹數(shù)量比郭興俊等[19]的研究多244株,但正常株占比下降了16.79%,說明古樹衰弱加劇,急需重點保護。對影響古樹生境的建設行為要進行限制[35],做好古樹健康監(jiān)管,為古樹提供良好的生存環(huán)境。從古樹空間分布看,形成獨特的沿河流散點狀與多組團狀分布格局,說明水域影響古樹的分布格局,可考慮利用水文化完善城鄉(xiāng)規(guī)劃布局,為美麗鄉(xiāng)村選址提供參考;從古樹分布影響因素看,人口越多,古樹分布密度越小,兩者呈現(xiàn)負相關關系,可見人類的社會活動對古樹資源的保留起到抑制作用,平衡人類社會活動與古樹保護成為今后城鄉(xiāng)建設中的難點;從古樹文化看,聊城市古樹文化影響著優(yōu)勢種的形成和古樹分布,同時,古樹文化是城鄉(xiāng)歷史文化的重要組成部分,能帶動城鄉(xiāng)經(jīng)濟文化發(fā)展。本研究是基于聊城市的地域條件和數(shù)據(jù)的可獲得性,對古樹資源及其分布特征進行的初步研究,下一步需深入開展道路分布、土壤類型、國家政策等因素對古樹的影響研究。

為充分發(fā)揮古樹社會、文化、生態(tài)價值,今后在進行城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境建設時,要發(fā)掘古樹文化價值,加強宣傳和科普,提高公眾保護古樹和后備資源的意識;通過建設古樹主題口袋公園,講好古樹故事,塑造古樹與環(huán)境和諧的“生態(tài)美”,為服務城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境和美麗鄉(xiāng)村建設提供參考。

5 結(jié)論

聊城市古樹資源豐富,共有古樹687株,其中,一級古樹65株、二級古樹名木79株、三級古樹543株。優(yōu)勢種為側(cè)柏,占總株數(shù)39.7%;其次為國槐(占總株數(shù)的33.4%)、棗樹(占總株數(shù)的9.8%);有少量杜梨、柘樹、皂莢等。從生長勢看,71.47%的古樹為正常株,存在23.73%的衰弱株和4.51%的瀕危株,說明古樹資源缺乏必要的保護和管理。古樹株數(shù)的空間分布類型為聚集分布,包含1個高密集區(qū)中心(大王寨鎮(zhèn))和6個次密集區(qū)中心(牛角店、魚山鎮(zhèn)、許營鎮(zhèn)、閻樓鎮(zhèn)、臨清市城區(qū)、清平鎮(zhèn)),總體上呈現(xiàn)“南多北少”“散點狀與多組團狀”的格局。古樹分布于沿河的耕地與鄉(xiāng)村建設用地區(qū)域,受水域影響較大。土地覆蓋類型為主要因素,影響著古樹分布的區(qū)域,人口密度為次要因素,側(cè)面影響古樹分布的密度。人口稀少的區(qū)域多耕地,為古樹提供良好的棲息地,古樹分布密度與人口分布密度呈負相關關系。傳統(tǒng)村落和歷史古城對古樹保留起到促進作用,古樹文化影響著優(yōu)勢種的形成,從而影響古樹資源的類型。