遠(yuǎn)安縣古樹資源狀況與分布特征

汪洋，李國秀，匡敏*，鄒艷芬，肖正利

（1.湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430200；2.湘潭市工業(yè)貿(mào)易中等專業(yè)學(xué)校，湖南 湘潭 411100；3.遠(yuǎn)安縣林業(yè)局，湖北 遠(yuǎn)安 444200）

古樹是指樹齡100 a 以上的樹木［1］，是大自然饋贈人類的重要遺產(chǎn)。古樹歷經(jīng)了長期的自然選擇，具有很強(qiáng)的物種穩(wěn)定性和生態(tài)適應(yīng)性，是極其珍貴的遺傳育種資源［2］。古樹珍貴的物種基因在整個生物圈中起著重要的作用，與人類社會的持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)［3］，具有科研、歷史、社會、文化和景觀等多元價值特征［4］，為研究古代地理、氣候、植物區(qū)系、物種種源等提供了重要載體［5］。

由于生長年代久遠(yuǎn)，古樹形態(tài)結(jié)構(gòu)及生理功能會出現(xiàn)一定程度的衰退，它們?nèi)菀资艿斤L(fēng)折、雪壓、雷擊以及病蟲害等影響，其生存機(jī)制比普通林木脆弱。古樹對環(huán)境資源的依賴程度增強(qiáng)，物種對資源的競爭更為明顯［6］。國家早已提出了“對重要生態(tài)系統(tǒng)和物種資源實(shí)施強(qiáng)制性保護(hù)，切實(shí)保護(hù)珍稀瀕危野生動植物、古樹名木及自然生境”［7］。隨著生態(tài)文明建設(shè)和“兩山理論”逐漸成為普遍共識,古樹名木的科研、科普、歷史、人文和旅游價值日益為國民所關(guān)注［4,8-11］。

發(fā)達(dá)國家較早研究了古樹數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化采集、建檔以及數(shù)據(jù)庫建設(shè)。國內(nèi)起步相對較晚，但是發(fā)展很快［4］。近年來，全國各省市全力推進(jìn)古樹名木保護(hù)與研究［12-13］，已經(jīng)取得較大進(jìn)展。董冬等［6］、歐應(yīng)田等［10］和肖正利等［14］運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理，對古樹資源進(jìn)行了研究；李明等［2］對杉木王進(jìn)行了（ISSR）分子標(biāo)記研究；雷阿娜等［15］為5 000 a 黃帝手植柏構(gòu)建了DNA 指紋圖譜；李記等［4］設(shè)計了基于古樹分布的最優(yōu)旅游路線，旨在提升社會對古樹的認(rèn)知，最終促進(jìn)全民形成古樹保護(hù)意識；呂浩榮等［9］和黃應(yīng)鋒等［16］系統(tǒng)研究不同地市古樹的整體資源及分布特征，并提出相應(yīng)保護(hù)建議。

湖北省已在全省開展了古樹調(diào)查與定點(diǎn)保護(hù)，但仍較為粗淺。本文系統(tǒng)研究遠(yuǎn)安縣古樹整體資源狀況、數(shù)量特征、空間分布、健康狀況及影響因素，以期為遠(yuǎn)安縣和湖北省古樹資源保護(hù)和制定管理措施提供參考。

1 研究區(qū)概況

遠(yuǎn)安縣 （東 經(jīng) 111°14′34"—111°52′41"， 北 緯30°53′08"—31°22′34"） 地處湖北省中部，鄂西山地向江漢平原過渡地帶。國土面積175 200 hm2，山林面積135 002 hm2，森林占國土面積的76%左右。遠(yuǎn)安縣海拔76.0～1 325.1 m，一般海拔400～700 m；地形呈西北高、東南低的特征。遠(yuǎn)安縣屬亞熱帶大陸季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖，雨量充沛，光照充足，四季分明，雨熱同季。全縣年均氣溫變幅為12～16℃，年均日照數(shù)為1 878.5 h，年降雨量約為1 000～1 100 mm。土壤以黃棕壤為主。

全縣森林植被屬中亞熱帶常綠闊葉林。植被帶屬常綠和落葉闊葉混交林、夏綠林向常綠林的過渡地帶。殼斗科植物構(gòu)成區(qū)域典型的地帶性植被。針葉樹以馬尾松Pinus massoniana、杉木Cunninghamia lanceolata為主。闊葉樹以栓皮櫟Quercus variabilis、麻櫟Quercus acutissima、青岡Cyclobalanopsis glauca、樟Cinnamomum camphora和 茶Camellia sinensis等 為 常 見 ，灌木林及竹林分布較多。常見樹種計132 科554 種，其它樹種56 科406 種，物種多樣性豐富。

2 調(diào)查及研究方法

2.1 調(diào)查方法

2015年8月，遠(yuǎn)安縣林業(yè)局組織技術(shù)人員，按照《湖北省古樹名木資源普查工作方案》和《湖北省古樹名木資源普查操作細(xì)則》要求，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元，采用訪談估測法、文獻(xiàn)追蹤法、實(shí)地勘測法和類比推斷法，依據(jù)前期普查資料、文獻(xiàn)、史料、傳說以及生長發(fā)育特性，確定全縣每株古樹樹種、樹齡［13］，同時測定古樹胸徑、地理坐標(biāo)、立地條件、古樹重要特征描述、管護(hù)人和保護(hù)措施，并對古樹生長狀態(tài)進(jìn)行評價［16］，參照全國古樹名木普查技術(shù)規(guī)范［17］統(tǒng)計全縣古樹分布狀態(tài)，于2018年對全縣古樹進(jìn)行了復(fù)查。

2.2 研究方法

2.2.1 分布圖構(gòu)建

根據(jù)調(diào)查結(jié)果和Shape 數(shù)據(jù)，利用ArcGIS 生成遠(yuǎn)安縣以及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界、古樹分布點(diǎn)和DEM。分別采用 0.05°×0.05°的經(jīng)緯網(wǎng)格［18］和 5 km×5 km 投影網(wǎng)格對遠(yuǎn)安縣進(jìn)行劃分。對地圖面積大于（或等于）網(wǎng)格面積一半的網(wǎng)格作為一個研究單元。否則，則與相鄰的網(wǎng)格合并為一個研究單元［9,16］。

2.2.2 古樹分布格局

采用擴(kuò)散系數(shù)（C） 的t檢驗(yàn)、負(fù)二項(xiàng)參數(shù)（K），Cassie 指標(biāo) （Ca） ,Lloyd 平均擁擠度 （m*） ,聚塊性指數(shù)PAI（m*/m）,David&Moore 的叢生指標(biāo)（I）和Morisita擴(kuò)散型指數(shù)（Iδ）的F檢驗(yàn)，進(jìn)行古樹分布格局與聚集強(qiáng)度的判定［19,20］。

2.2.3 數(shù)據(jù)分析方法

應(yīng)用SPSS 22和Excel軟件，對遠(yuǎn)安縣古樹樹齡、樹高、胸徑、冠幅、生長勢以及古樹分級數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。計算樹高、胸徑、冠幅分布特征，并進(jìn)行Spearman 相關(guān)分析。采用Weibull函數(shù)對古樹結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行回歸擬合。

3 結(jié)果與分析

3.1 古樹樹種分類

遠(yuǎn)安縣現(xiàn)存古樹 830 株,隸屬 28 科 41 屬 46 種。其中被子植物23科34屬37種，裸子植物5科7屬9種（表1）。殼斗科Fagaceae、松科Pinaceae、銀杏科Ginkgoaceae、豆科Leguminosae、槭樹科Aceraceae和胡桃科Juglandaceae 占多數(shù)，不同樹種的數(shù)量差異顯著。殼斗科Fagaceae 包含4 屬6 種，其中栓皮櫟Quercus variabilis180 株，占全部古樹的21.69%。其次為松科Pinaceae，包含3 屬3 種，其中馬尾松Pinus massoniana129 株，占全部古樹的15.54%。銀杏Ginkgo biloba為123 株，占全部古樹的14.82%。豆科Leguminosae 4 屬 4 種， 其 中皂莢Gleditsia sinensis有 73 株，占8.80%。黃連木Pistacia chinensis71 株，占8.55%。楓楊Pterocarya stenoptera共47株，占全部古樹的5.66%。僅存1 株的樹種有13 科13 屬14 種。根據(jù)《中國國家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄（第二批）》，屬于國家一級保護(hù)野生植物有銀杏Ginkgo biloba，二級保護(hù)植物有楠木Phoebe zhennan和樟 （Cinnamomum camphora）。

表1 遠(yuǎn)安縣古樹樹種分類統(tǒng)計Table 1 Taxonomic statistics of the old trees in Yuan′an County

續(xù)表

3.2 區(qū)域分布及生長狀況

遠(yuǎn)安古樹保護(hù)分級數(shù)量見表2。茅坪場鎮(zhèn)古樹數(shù)量最多，為232 株，其中二級和三級古樹數(shù)量在同級別中也最多，分別為28 和198 株。其次為嫘祖鎮(zhèn)，為225 株，一級、二級和三級古樹分別為7 株、22 株和196 株；鳴鳳鎮(zhèn)僅15 株三級古樹。全縣一級、二級和三級古樹比例為2.52%、13.01 和83.24%，一級和二級古樹明顯偏少。

表2 遠(yuǎn)安縣古樹基本情況Table 2 General information of old trees in Yuan′an County

古樹生長狀況分布見圖1。全縣6 鎮(zhèn)1 鄉(xiāng)共調(diào)查古樹834 株，現(xiàn)有存活830 株。茅坪場鎮(zhèn)古樹數(shù)量最多，為232 株，占比27.95%；其中125 株生長旺盛，81 株生長一般，19 株生長較差，7 株瀕于死亡，1 株已死亡。其次為嫘祖鎮(zhèn)，其中生長旺盛164 株，數(shù)量高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，生長一般32 株，生長較差16 株，13株瀕于死亡，3 株已死亡；第三為河口鄉(xiāng)；最少為鳴鳳鎮(zhèn)，15株全部生長較差。全縣古樹生長旺盛438株（52.77%），狀況一般275 株（33.13%），生長較差90株（10.84%），瀕死古樹27 株（3.25%）。

圖1 遠(yuǎn)安縣古樹生長勢及分布狀況Fig.1 Growth potential and distribution locations of old trees in Yuan′an County

3.3 樹高、冠幅、胸徑結(jié)構(gòu)

從表3 可知，冠幅的變動程度最大（44.36%）、其次為胸徑（31.43%）和樹高（29.20%）。樹高偏度系數(shù)為0.320，曲線頂峰略微左偏；峰度為-0.345，略低于正態(tài)；樹高分布離散程度小而較為分散，中等高度占大多數(shù)。胸徑偏度系數(shù)為1.265，曲線頂峰左偏較大；峰度為4.254，遠(yuǎn)高于正態(tài)，表明古樹徑階差異較大，中等徑階和低徑階占大多數(shù)，分布離散程度較大而較為集中。冠幅偏度系數(shù)為1.067，曲線頂峰略左偏；峰度為1.117，較高于正態(tài)，表明較小冠幅古樹占大多數(shù)，分布離散程度大而較集中。Weibull 函數(shù)可較好擬合遠(yuǎn)安古樹樹高、胸徑和冠幅在相應(yīng)分階下的分布狀況（圖2），接近偏度和峰度的分析結(jié)果。

表3 遠(yuǎn)安古樹不同結(jié)構(gòu)特征分布統(tǒng)計Table 3 Distribution information of various measured values of old trees of Yuan′an County

圖2 遠(yuǎn)安古樹樹高、直徑和冠幅分布和Weibull 分布函數(shù)擬合Fig.2 Bar charts of height,DBH and crown diameter and fitting curves of Weibull distribution function of old trees of Yuan′an County

Spearman 相關(guān)性分析表明，樹高、胸徑和冠幅間為極顯著正相關(guān)（P＜0.01），遠(yuǎn)安古樹具有合理的生物學(xué)特征，且大部分古樹并未因樹齡增加而畸形，整體生長形態(tài)良好［16］。

表4 古樹樹高、胸徑與冠幅相關(guān)性Table 4 Correlation coefficients between height,DBH and crown width of the old trees

3.4 古樹分布格局

3.4.1 數(shù)量分布格局

遠(yuǎn)安縣DEM 坐標(biāo)網(wǎng)格內(nèi)古樹數(shù)量分布見圖3。地理坐標(biāo)系下（圖3 左），共77 個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格平均面積為26.426 m2。古樹數(shù)量為0～48株，平均每網(wǎng)格分布10.792 株,標(biāo)準(zhǔn)差為9.497。6 個網(wǎng)格0 株古樹分布，占網(wǎng)格總數(shù)7.79%；51 個網(wǎng)格分布1～15 株，占總網(wǎng)格數(shù)的66.23%；17 個網(wǎng)格分布16～26 株，占總數(shù)的22.08%；39株以上網(wǎng)格數(shù)3個，占總數(shù)3.90%。投影坐標(biāo)下（圖3 右），共85 個網(wǎng)格，平均網(wǎng)格面積為25.000 km2。每網(wǎng)格古樹數(shù)量分布為0～48 株，每個網(wǎng)格平均9.776 株,標(biāo)準(zhǔn)差為9.390。6 個網(wǎng)格0 株古樹，占網(wǎng)格總數(shù)7.06%；有1～15 株的網(wǎng)格61 個,占總數(shù)的71.76%；16～28 株網(wǎng)格數(shù)14 個，占總數(shù)的16.47%；30 株以上4 個，占總數(shù)4.71%。

網(wǎng)格內(nèi)古樹數(shù)量為兩端少，中間數(shù)量多?？臻g上明顯存在東、西古樹分布較多，中間低海拔區(qū)域較少；緯度上明顯呈南少北多分布；較高海拔分布數(shù)量高于低海拔。

3.4.2 水平分布格局

古樹各項(xiàng)分布指標(biāo)見表5?；贒EM 網(wǎng)格，在25.000 km2取樣時，C=9.019＞1，t=51.970＞t0.05（84）；負(fù)二項(xiàng)參數(shù)K=1.219＜8；Cassie 指數(shù)Ca=0.820＞0；Iδ=1.812＞1 ， 顯 著 性 檢 驗(yàn)F0=9.019＞F0.05（84,∞）；m*/m=1.812＞1，表明遠(yuǎn)安縣古樹在投影坐標(biāo)系下取樣5 km×5 km 時呈現(xiàn)聚集分布。在0.05°×0.05°地理坐標(biāo)下，網(wǎng)格面積均值為26.426 km2時，C=8.249＞1，t=44.684＞t0.05（76）；負(fù)二項(xiàng)參數(shù)K=1.489＜8；Cassie 指數(shù)Ca=0.672＞0；Iδ=1.674＞1；F0=8.357＞F0.05（76,∞）；m*/m=1.672＞1。表明古樹也呈聚集分布。

表5 不同取樣尺度古樹分布格局Tab.4 Distribution pattern of old trees in different sample sizes

3.4.3 海拔梯度分布格局

遠(yuǎn)安古樹分布最低海拔100.00 m，最高海拔1 221.00 m，平均分布海拔460.41 m。以60.00 m 為海拔進(jìn)階統(tǒng)計，共九個海拔分級。不同海拔古樹分布見圖4。古樹分布數(shù)量較多且集中的前三個海拔區(qū)間為520～639 m，160～279 m 和400～519 m，對應(yīng)古樹分別為180 株（21.58%），174 株（20.85%）和170 株（20.38%）。其它海拔區(qū)間共分布306 株（36.87%），海拔880 m以上古樹分布數(shù)量逐漸減小；海拔1 000 m以上僅有9 株（1.08%）。中海拔區(qū)間上古樹的分布較集中。

圖4 遠(yuǎn)安古樹海拔分布Fig.4 Distribution of the old trees at different elevations

4 討論

4.1 樹種組成

遠(yuǎn)安縣屬亞熱帶大陸季風(fēng)氣候區(qū)，良好的溫濕條件為林木生長提供了適宜的環(huán)境，孕育出豐富的古樹資源。全縣古樹共28 科41 屬46 種；數(shù)量最多的樹種為栓皮櫟Quercus variabilis、馬尾松Pinus massoniana、銀杏Ginkgo biloba、皂莢Gleditsia sinensis、黃連木Pistacia chinensis和楓楊Pterocarya stenoptera。經(jīng)濟(jì)價值較高的珍貴樹種，如楠木（Phoebe zhennan）數(shù)量較少，全縣僅存7 株古樹。

4.2 區(qū)域分布及生長狀況

環(huán)境因子和人類活動強(qiáng)度決定著古樹的數(shù)量分布［9］。在西北部較高海拔區(qū)域的嫘祖鎮(zhèn)，古樹主要分布在相對低海拔位，森林環(huán)境質(zhì)量較好，古樹的數(shù)量較多且健康樹比例較大。茅坪場鎮(zhèn)和河口鄉(xiāng)海拔較低但地勢較為復(fù)雜，森林條件較好，古樹分布數(shù)量較多且健康狀況較好。鳴鳳鎮(zhèn)和洋坪鎮(zhèn)位于中部低海拔區(qū)域，人類活動較多，古樹現(xiàn)存數(shù)量少，且健康狀況較差。全縣一、二級古樹比例較低，三級偏高。遠(yuǎn)安縣古樹以散生為主，古樹群叢僅16處，且規(guī)模小，主要分布在茅坪場鎮(zhèn)。相對而言，全縣區(qū)域尺度上，古樹分布密度較大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，較高保護(hù)級別的古樹分布較多。

遠(yuǎn)安古樹的樹高分布離散程度小而較為分散，中海拔分布較集中；中低徑階古樹占大多數(shù)，分布離散較大且較為集中；古樹冠幅差異大，偏小冠幅占大多數(shù)，分布離散程度大而很集中。Weibull 函數(shù)適合表達(dá)樹高、胸徑和冠幅的分布，可用于古樹調(diào)查不便時，初步估算樹高、胸徑和冠幅值。

4.3 古樹分布格局

DEM 網(wǎng)格分布較好體現(xiàn)了古樹分布現(xiàn)狀。地理坐標(biāo)和投影坐標(biāo)下，遠(yuǎn)安縣古樹均為聚集分布，且聚集程度較高。較高海拔520～639 m 區(qū)間，古樹數(shù)量多且健康狀況最好，自然環(huán)境成為古樹天然保護(hù)因子；其次為160～279 m 和400～519 m 區(qū)間，此海拔區(qū)域人為活動最為頻繁。在較小的局域尺度上,人文活動及文化風(fēng)俗可能對古樹的數(shù)量和種類起到重要的保護(hù)作用［9］，但頻繁人為干擾可能是該海拔區(qū)間古樹健康狀況不良的關(guān)鍵因子（死亡3 株）。

基于DEM坐標(biāo)網(wǎng)格法，對古樹資源的種類組成、分布區(qū)域和生長狀況、古樹分布結(jié)構(gòu)合空間分布格局的系統(tǒng)性研究，是古樹數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、建檔以及數(shù)據(jù)庫建設(shè)的重要起點(diǎn)，為今后對地方古樹資源歷史、科學(xué)、文化、經(jīng)濟(jì)和古樹保護(hù)與服務(wù)功能拓展研究提供數(shù)據(jù)支撐。

5 結(jié)論

遠(yuǎn)安縣古樹物種資源較為豐富，但珍貴樹種較少。古樹分布明顯存在東、西較多且更健康，中間低海拔較少，保護(hù)級別較低和健康狀況較差等問題。緯度分布上南少北多；在較高海拔的相對低位，古樹數(shù)量高于低海拔區(qū)間數(shù)量。古樹以散生為主，且以中等高度、中低徑階和偏小冠幅居多。全縣古樹為聚集分布，數(shù)量集中在人類活動最為頻繁的160～639 m 海拔區(qū)間。建議地方林業(yè)部門根據(jù)現(xiàn)有古樹資源特點(diǎn)，有針對性地制定古樹保護(hù)規(guī)劃和科學(xué)管護(hù)措施。