基于GIS的溫州古樹資源空間分布特征分析

劉益曦

胡 春

朱圣潮

蘭思仁

馬知遙*

近年來，以古樹名木為主要依托的生態(tài)旅游發(fā)展迅速，這類旅游資源蘊(yùn)含著重要的文化、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)等價值，承載著一個城市的歷史，是一類特殊的旅游資源。中國歷來重視古樹這一“綠色文物”和“活化石”的科學(xué)保護(hù)和合理利用。保護(hù)與利用好古樹資源，不僅是鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要途徑，也是加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、推動歷史遺跡文化創(chuàng)造性發(fā)展、創(chuàng)新性保護(hù)的重要內(nèi)容。全國綠化委員會在《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)古樹名木保護(hù)管理的意見》(全綠字〔2016〕1號)中指出：充分發(fā)揮古樹名木在傳承歷史文化、弘揚(yáng)生態(tài)文明中的獨(dú)特作用，為推進(jìn)綠色發(fā)展、建設(shè)美麗中國作出更大貢獻(xiàn)。為了更好地保護(hù)古樹名木資源，2017年10月，浙江省出臺了《浙江省古樹名木保護(hù)辦法》，該辦法進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了要加強(qiáng)古樹名木保護(hù)力度[1]，分別對樹齡500年以上、樹齡300～500年、樹齡100～300年的古樹分別實行一級、二級、三級保護(hù)，并建立古樹名木圖文檔案盒及電子信息數(shù)據(jù)庫等。

溫州位于浙江省東南部，全境介于北緯27 °03 ′～28°36′、東經(jīng)119°37′～121°18′之間，陸域面積約11 784km2，境內(nèi)地勢從西南向東北呈現(xiàn)梯形傾斜。綿亙有洞宮、括蒼、雁蕩諸山脈，屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬夏季風(fēng)交替顯著，溫度適中，四季分明，雨量充沛，年平均氣溫17.3～19.4℃[2]。據(jù)2013年溫州市古樹資源調(diào)查統(tǒng)計[3]，全市共有古樹名木12 795株。其中散生古樹名木8 016株，古樹群4 779株，隸屬于45科102屬162種(含變種、栽培變種)。其中，一級古樹為512株，僅占古樹名木總數(shù)的4%，值得優(yōu)先保護(hù)與開展相關(guān)研究。

1 研究概況

在國外，基于GIS的古樹研究并不多，主要包括2個方面。一是開展了系統(tǒng)性的景觀層面研究，如利用GIS技術(shù)進(jìn)行重建分類[4]，從景觀角度上綜合各個層面進(jìn)行分析，計算了植被指數(shù)，并定量描述了3個不同尺度上的結(jié)果，為進(jìn)一步研究土地覆蓋變化下的景觀提供了一個獨(dú)特的基礎(chǔ)解決方案。二是針對古樹資源測量開展的綜合技術(shù)研究，如提出了一種利用GIS環(huán)境中的小足跡、高強(qiáng)度激光掃描點(diǎn)數(shù)據(jù)提取和描述單樹的方法[5]，從而使數(shù)據(jù)采集更加精確。然而，我國GIS與古樹資源相結(jié)合的研究工作起步較晚，近年來，隨著大數(shù)據(jù)、大平臺建設(shè)的不斷發(fā)展，基于GIS的古樹資源保護(hù)與應(yīng)用也開展了一些研究。早期主要是針對歷史名勝古跡的古樹資源建立了信息空間系統(tǒng)[6]、古樹Web信息查詢系統(tǒng)[7]。隨著技術(shù)的提升，GIS較多地應(yīng)用于城市古樹資源的查詢、保護(hù)與管理中[8]，并利用Avenue語言[9]、ActiveX技術(shù)[10]、Microsoft Visual Stadio(VS)2012與Net Framwork4.5的多層技術(shù)[11]、VS2010+My SQL開發(fā)B/S架構(gòu)技術(shù)[12]、三維激光掃描、手持GIS與可測量實時影像相結(jié)合技術(shù)[13]等進(jìn)一步提升精度與應(yīng)用，實現(xiàn)了古樹資源保護(hù)智慧化管理。同時，隨著城市園林的發(fā)展，將移動監(jiān)管終端與遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合[14]，實現(xiàn)由古樹資源向城市園林監(jiān)控功能的拓展，極大地提高了辦公效率。但是，基于GIS的古樹研究、資源調(diào)查與空間數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用研究較少[15]，如何利用GIS技術(shù)更好地進(jìn)行古樹資源的保護(hù)與開發(fā)研究顯得較為欠缺。因此，本文主要基于GIS對溫州一級古樹資源進(jìn)行調(diào)查與分析，建立了古樹資源數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)古樹編號、所在經(jīng)緯度坐標(biāo)、標(biāo)高、坡度、樹高、胸徑等數(shù)據(jù)可視化共享，并進(jìn)行古樹資源空間與環(huán)境數(shù)據(jù)分析與探討，結(jié)合旅游開發(fā)，提出古樹資源旅游開發(fā)利用的對策建議，以期待促進(jìn)古樹資源的保護(hù)與有效利用。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

基于GIS的古樹資源數(shù)據(jù)庫的空間數(shù)據(jù)來源于溫州市國土資源局的矢量數(shù)據(jù)，包括行政區(qū)劃邊界、縣(市、區(qū))界、道路交通路網(wǎng)等圖層。溫州市林業(yè)局提供的一級古樹的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括溫州一級古樹編號、所在區(qū)域、樹齡、樹高、胸徑和冠幅等相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為了提高數(shù)據(jù)的精確性，本研究先后8次利用手持GPS等工具，組織人員對現(xiàn)場實測了溫州一級古樹的地理位置坐標(biāo)、海拔數(shù)據(jù)與生態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、古樹形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)和環(huán)境因子，并采用百度地圖、Google earth等軟件逐一核實與校驗，獲取初步數(shù)據(jù)，拍攝古樹照片。結(jié)果顯示，溫州500年以上的古樹512株(其中散生448株，占3.50%；古樹群64株，占0.50%)，占4.00%，300～500年的古樹1 723株，占13.47%，100～300年的古樹10 554株，占82.48%，名木6株，占0.05%，古樹資源豐富，古樹資源與樹齡成負(fù)相關(guān)。其中名木6株，且不以樹齡為評價標(biāo)準(zhǔn)，在本研究中不作討論。同時，本項目研究，選擇生長健康、交通可達(dá)性較好的454株(占一級古樹資源的88.67%)作為研究對象。最后，利用ArcGIS10.0軟件將數(shù)據(jù)導(dǎo)入地理坐標(biāo)，矢量化生成空間數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)的處理

利用ArcGIS屬性欄對數(shù)據(jù)庫組織結(jié)構(gòu)表的字段進(jìn)行設(shè)計，并將溫州古樹屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)等存儲于ArcGIS數(shù)據(jù)庫，依托于ArcGIS的檢索功能，實現(xiàn)古樹數(shù)據(jù)的地圖瀏覽查詢和條件輸入查詢，便于空間數(shù)據(jù)的矢量化管理與應(yīng)用。

2.3 研究方法

本文主要采用ArcGIS中泰森多邊形面積大小變異系數(shù)CV(Coefficient of Variation)、核密度等工具從宏觀尺度上反映一級古樹分布的空間格局、古樹分布特征等，并基于GIS 古樹空間數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研，多重分析其生存環(huán)境因素。

3 古樹資源空間分布特征分析

3.1 空間分布類型分析

空間分布類型分析可以反映溫州一級古樹之間的空間分布相關(guān)性和空間集聚特征[16]。溫州古樹資源在空間上的分布屬于點(diǎn)狀要素的分布，且點(diǎn)狀分布趨于集中，這與該方法應(yīng)用于居民點(diǎn)所呈現(xiàn)出的均勻、隨機(jī)、聚集等分布類型有相似規(guī)律[17]。

ArcGIS中泰森多邊形是指任一邊長與相鄰2處點(diǎn)狀目標(biāo)距離相等所形成的多邊形，其面積大小變異系數(shù)CV可從宏觀尺度上反映古樹分布的空間格局。具體劃分依據(jù)見表1。

表1 變異系數(shù)劃分參考值[18]

根據(jù)上述的空間分布類型劃分依據(jù)，結(jié)合ArcGIS10.0中泰森多邊形對溫州一級古樹名木的集聚程度進(jìn)行測算，得到空間類型的分布特征(圖1)。從結(jié)果來看，溫州一級古樹明顯呈現(xiàn)聚集狀態(tài)。經(jīng)計算，變異系數(shù)CV為172%(未考慮邊界的影響)，屬于強(qiáng)變異，在＞64%的范圍內(nèi)，屬于聚集型分布，聚集程度高。據(jù)統(tǒng)計，古樹主要分布在泰順、文成、甌海和瑞安4個縣(市、區(qū))。其中泰順、文成地區(qū)屬洞宮山脈，山高地險，外界對古樹資源的影響和干擾較少，有利于古樹文化遺產(chǎn)的保存。從樹種分析來看，山區(qū)古樹資源以柳杉(Cryptomeria fortunei)、苦櫧(Castanopsis sclerophylla)、樟樹(Cinnamomum camphora)等為主，此類植物的生存環(huán)境與當(dāng)?shù)貧夂蛎芮嘘P(guān)聯(lián)。如柳杉喜歡溫暖濕潤、云霧彌漫、夏季較涼爽的山區(qū)氣候?？鄼蕉嗌L于丘陵、山坡疏林或密林中。甌海與瑞安是典型的水鄉(xiāng)平原區(qū)域，縱橫交錯的濕地、田園也為古樹資源提供了較好的生存環(huán)境，主要是以無柄小葉榕(Ficus concinna)、南方紅豆杉(Taxus chinensis)為主。無柄小葉榕喜溫暖、高濕、長日照、土壤肥沃的生長環(huán)境，干旱環(huán)境則生長不良。南方紅豆杉通常生長于山腳腹地較為潮濕處。

3.2 核密度分析

空間分布聚集區(qū)域分析常采用ArcGIS10.0中核密度工具(Kernel Density)。核密度分析法根據(jù)概率理論分析，可反映點(diǎn)狀目標(biāo)的發(fā)生概率[19]，是地理信息領(lǐng)域密度分析應(yīng)用最廣泛的研究方法。隨著GIS應(yīng)用的不斷深入，目前該方法在鄉(xiāng)村旅游、林業(yè)領(lǐng)域也得到越來越多的應(yīng)用[20-21]。本文利用核密度工具分析溫州一級古樹位置的密度函數(shù)來判斷古樹分布上的集聚區(qū)，進(jìn)而分析溫州一級古樹的空間分布特征。核密度的結(jié)果受帶寬(h)選取的影響較大，本文通過多次試驗校驗，設(shè)定溫州古樹的合理空間搜索帶寬為0.05km最為適宜。

圖1 溫州一級古樹泰森多邊形圖

圖2 溫州市一級古樹核密度分析圖

溫州一級古樹呈現(xiàn)較強(qiáng)的空間集聚性，為研究其具體的分布集聚區(qū)，根據(jù)核密度的分析原理，本文利用ArcGIS10.0進(jìn)行核密度分析，得到溫州一級古樹核密度分析圖(圖2)。結(jié)果顯示，溫州一級古樹在泰順最為集中，平陽、蒼南分布最稀疏，并在空間上形成4個集聚區(qū)，分別是泰順中南部集聚區(qū)(主要包括泗溪鎮(zhèn)、三魁鎮(zhèn)、筱村鎮(zhèn)、仕陽鎮(zhèn)等)、文成中北部集聚區(qū)(主要包括玉壺鎮(zhèn)、南田鎮(zhèn)等)、甌海中東部與瑞安中北集聚區(qū)(包括甌海潘橋街道、茶山街道、仙巖街道、瑞安塘下街道等)以及永嘉中西部集聚區(qū)(主要包括巖頭鎮(zhèn)、巽宅鎮(zhèn)等)。古樹集中區(qū)域主要分布在生態(tài)環(huán)境涵養(yǎng)較好的區(qū)域，如泰順、文成屬于珊溪庫區(qū)保護(hù)區(qū)域，永嘉屬于楠溪江保護(hù)區(qū)，甌海與瑞安區(qū)域?qū)儆谌龍敐竦乇Ｗo(hù)區(qū)、溫瑞塘河保護(hù)區(qū)，這與深圳等其他城市古樹資源分布的結(jié)論是基本一致的[22]。此外，土地性質(zhì)也是影響古樹的數(shù)量和樹種豐富度的最重要因素[22]，如水資源污染或稀缺區(qū)域，古樹分布也較少，平陽縣的皮革產(chǎn)業(yè)導(dǎo)致的環(huán)境污染，龍灣區(qū)的鑄造業(yè)導(dǎo)致的土地與水污染等。同時，古樹所處環(huán)境的近自然程度與古樹生長狀況極顯著相關(guān)，山林和綠地周邊的古樹普遍生長良好，自然因素是古樹減少的主要原因[23]，如溫州沿海的鹽堿土壤地區(qū)，古樹較少分布，在海島洞頭，古樹未見分布。當(dāng)然，人類活動、自然災(zāi)害(臺風(fēng))等因素也影響著古樹資源的分布。因此，古樹留存有其生存的自然因素，良好的生存環(huán)境保護(hù)是古樹留存的前提條件，且良好的政策保護(hù)措施使得古樹資源得以較好延續(xù)。

3.3 海拔高度與分布

溫州地貌類型豐富，有山地、丘陵、平原、濕地等地貌類型[2]。境內(nèi)地勢自西南向東北呈梯形傾斜，森林植被資源豐富，河網(wǎng)密集，適合古樹生長。不同的古樹都有其分布的經(jīng)緯度與海拔，海拔也就成為古樹生長的重要環(huán)境因子[24]。本文利用Google Earth航拍圖逐一統(tǒng)計454株溫州一級古樹的分布海拔，結(jié)果表明，溫州一級古樹在0～1 000m海拔均有分布(表2、圖3)。海拔＜100m和海拔300～700m的古樹分布最多。海拔分布最高的是泰順縣南院鄉(xiāng)溫田村的一株柳杉，海拔高度920m，海拔分布最低的是瑞安市塘下鎮(zhèn)南安下林的一株無柄小葉榕，海拔高度僅3m。不同海拔高度分布的樹種也差異較大。據(jù)統(tǒng)計，海拔高度100m以下主要分布著無柄小葉榕、樟樹、苦櫧等，尤其是無柄小葉榕共44株，占該海拔高度的38.6%。海拔100～500m中，樟樹最常見，該樹種適宜生長在海拔500m以下，共51株。南方紅豆杉主要分布在海拔300～900m的山上，共43株，其具有較強(qiáng)的溫度適應(yīng)能力。柳杉主要分布在海拔高度700m以上，共38株，是海拔高度900m以上唯一分布的樹種，其在溫暖濕潤、云霧彌漫、夏季涼爽的環(huán)境中生長較好?？鄼降纳L適應(yīng)性較強(qiáng)，在海拔900m以下均有廣泛分布，共66株。此外，側(cè)柏、楓香在海拔100～300m范圍內(nèi)有較多分布。因此，古樹的海拔分布呈現(xiàn)一定規(guī)律性，不僅與古樹的區(qū)系成分相關(guān)，而且與其生存的自然、社會環(huán)境密切相關(guān)，如人類活動較少或保護(hù)區(qū)域，古樹留存較多，且文化宗教信仰因素也影響著古樹的保護(hù)，在泰順縣古樹象征著對美好生活的向往，被奉為“圣樹”，這對古樹的保護(hù)起到較大作用。

圖3 溫州市一級古樹海拔分析圖

圖4 溫州市一級古樹所在地區(qū)的人口密度圖

3.4 人口密度與分布

人類活動影響著古樹資源的生存環(huán)境。根據(jù)《溫州統(tǒng)計年鑒2015》中街道、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)人口數(shù)統(tǒng)計計算(圖4)，一級古樹分布最集中的泰順中南部集聚區(qū)人口密度為178人/km2，僅為溫州市區(qū)人口密度的2%。文成中北部集聚區(qū)、永嘉中西部集聚區(qū)人口密度也僅分別為244人/km2和280人/km2。這些地區(qū)在溫州市屬于人口稀疏區(qū)，極少受到破壞與干擾，古樹留存的數(shù)量與人口密度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。但是甌海與瑞安集聚區(qū)，雖然近20年由于溫瑞大道的建造、茶山大學(xué)城的落戶、仙巖制造業(yè)發(fā)展等城市化進(jìn)程加速，人口密度高達(dá)2 020人/km2，但得益于“城市之肺”大羅山風(fēng)景區(qū)、“城市之腎”三垟濕地、溫瑞塘河等特殊的生態(tài)環(huán)境，很多一級古樹被保留并延續(xù)下來。由此，古樹的留存和政策與生態(tài)環(huán)境的保護(hù)也是密切相關(guān)的。

4 討論與建議

溫州“七山二水一分田”的良好生態(tài)環(huán)境孕育了眾多一級古樹。古樹的生長海拔高度、樹齡與古樹的特性相關(guān)，不同海拔高度分布的樹種也差異較大，且樹齡與古樹所在區(qū)域環(huán)境具有相關(guān)性。據(jù)統(tǒng)計，溫州市一級古樹資源的平均分布密度為0.039株/km2，其中分布平均密度最高的地區(qū)為泰順縣，0.114株/km2，其次是甌海區(qū)，0.064株/km2，文成縣為0.052株/km2。這與采用ArcGIS中泰森多邊形面積大小變異系數(shù)CV、核密度等工具從宏觀尺度上反映一級古樹分布的空間特征一致。然而，溫州市與浙江省一級古樹的平均分布密度(0.058 3株/km2)相比，溫州一級古樹資源仍偏少。尤其與浙江省紹興市(0.066 0株/km2)、杭州市(0.061 2株/km2)差距較大。但是，從縣(市、區(qū))來看，泰順縣一級古樹名木卻遠(yuǎn)高于諸暨市(0.071 0株/km2)等古樹數(shù)量全省排名靠前的地區(qū)。此外，永嘉縣雖古樹眾多，但因區(qū)域面積大，整體分布密度低，僅為0.030 0株/km2。

表2 溫州市一級古樹海拔分布表

總體分析來看，人類活動在一定程度上影響著古樹的生存環(huán)境。城市化建設(shè)造成土地利用矛盾升級，建筑、道路擠占古樹生存空間致使古樹得以保存的生態(tài)環(huán)境不斷惡化，從而呈現(xiàn)城市中古樹分布較少且分散，山區(qū)、林地、自然保護(hù)區(qū)古樹成群分布且樹齡大的特點(diǎn)[22]，這與泰順、文成、永嘉等欠發(fā)達(dá)山區(qū)縣古樹資源留存較多結(jié)論一致。究其原因，古樹生存與自然環(huán)境、人類活動干擾、山區(qū)特殊的地理環(huán)境等密切相關(guān)。雖城區(qū)中古樹所承受的生態(tài)干擾更為劇烈，但如能強(qiáng)化保護(hù)，制定嚴(yán)格的獎懲措施與動態(tài)監(jiān)管，城區(qū)中的保護(hù)也是可行的，如將古樹資源納入到風(fēng)景區(qū)保護(hù)區(qū)中去，建設(shè)古樹文化公園等。

此外，古樹作為“鄉(xiāng)愁”的重要載體，是一種情結(jié)、一種文化記憶，承載著對鄉(xiāng)土的持久情懷。同時也是鄉(xiāng)村旅游的重要資源，了解掌握古樹旅游資源的開發(fā)潛力，結(jié)合旅游開發(fā)，尤其是在古樹資源較為豐富的貧困山區(qū)，更應(yīng)該將古樹資源保護(hù)利用與精準(zhǔn)扶貧結(jié)合在一起，提升文化資源的價值，在鄉(xiāng)村振興的大局中，提升供給與帶動雙重效應(yīng)，把“鄉(xiāng)愁”轉(zhuǎn)變?yōu)椤靶腋．a(chǎn)業(yè)”，發(fā)揮主體作用的有效途徑，加強(qiáng)《浙江省古樹名木保護(hù)辦法》等法律法規(guī)的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步強(qiáng)化保護(hù)意識，促進(jìn)古樹資源的可持續(xù)發(fā)展。

注：文中圖片均由作者繪制。

致謝：感謝寧波城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院祝志勇教授提供的幫助與指導(dǎo)；感謝原溫州市林業(yè)局提供的幫助；感謝國家林業(yè)局森林公園工程技術(shù)研究中心提供的技術(shù)支持。