林芝市散生古树资源与空间分布格局

Resource and Spatial Distribution Pattern of Scattered Ancient Trees in Linzhi City

摘要

散生古树见证了人类历史变迁，是研究当地古气候、植物分布和生态变化的重要实证资料。本文采用传统统计学与GIS空间分析相结合的方法，使用临近点分析法判断空间分布格局，利用核密度分析法确定古树分布的高值区，并分析古树生长指标与环境因子的相关性。结果如下：（1）林芝市共有549株散生古树，隶属于18科、26属、34种，以胡桃（核桃Juglans regia）、藏川杨（Populus szechuanica）、圆柏（Juniperus chinensis）、光核桃（Prunus mira）4个种为优势种；（2）林芝市古树的树高在10 ~ 20 m数量最多，胸径集中于3 ~ 7 m，冠幅10 ~ 19 m；（3）从古树空间分布格局来看，林芝市散生古树在空间上呈集聚模式，布久乡附近是古树分布高值区（480 km² ~ 510 km²），工布江达县江达乡、朗县仲达镇和波密县松宗镇3个中度集聚区；（4）从不同因素的相关性来看，东西冠幅和南北冠幅相关性极显著，树高与胸径、冠幅呈正相关，人口密度与海拔、坡度呈负相关。

Abstract

Scattered ancient trees have witnessed the changes in human history and are important empirical data for studying local paleoclimate, plant distribution, and ecological changes.This study combined traditional statistical methods with GIS spatial analysis. Nearest neighbor analysis was used to determine the spatial distribution pattern, while kernel density estimation identified high-value areas of ancient tree distribution. The correlation between tree growth indicators and environmental factors was also analyzed. The results were as follows: (1) There were 549 scattered ancient trees in Linzhi City, belonging to 18 families, 26 genera, and 34 species, and four species of walnut, poplar of Xizang, juniper and walnut were the dominant species. (2) The highest number of ancient trees were those with a height of 10 ~ 20 m, a diameter at breast height(DBH) of 3 ~ 7 m, and a crown width of 10 ~ 19 m. (3) In terms of spatial distribution patterns, the ancient trees in Linzhi exhibited a clustering distribution, with the area around Bujiu Township identified as a high-density zone (480 km² ~ 510 km²), and moderate-density zones identified in Jiangda Township of Gongbujiangda County, Zhongda Township of Lang County, and Songzong Town of Bomi County. (4) The analysis of different factors revealed a highly significant correlation between the east-west and north-south crown widths, a positive correlation between tree height and both DBH and crown width, and a negative correlation between population density and both elevation and slope.

Graphical abstract

关键词

林芝市 / 散生古树 / 资源组成 / 空间分布格局

Key words

Linzhi City / Scattered ancient trees / Resource composition / Spatial distribution pattern

古树被誉为“活的历史文物”和“绿色的基因库”^[1]，它们不仅是自然界的瑰宝，还承载着丰富的历史文化内涵，是生态系统的重要组成部分^[2]。古树资源的保护和利用，既是生态保护的重要内容，也是历史文化传承的关键环节^[3]。目前，古树的研究涵盖其生物多样性^[4,5]、空间分布格局^[6]、保护措施^[7]、经济价值评估^[8,9]以及与环境因子^[10]的相互作用等多个方面。Lindenmayer^[11]提出从植物生理学、生长发育、进化理论以及动植物栖息地的价值和保护策略来全面理解古树的生态和保护需求。Begovic等^[12]研究云杉在气候变暖和干旱条件下的适应性，发现其生长反应突出其在全球碳循环中的作用，研究结果理解古树在环境压力下的生态功能具有重要意义。国内方面，陆安忠^[13]对上海市的古树资源现状进行深入调查，为古树的保护和城市规划提供了实践指导。李程等^[14]对浙江省古樟树进行系统调查，运用统计学方法识别影响古树生长的关键环境因子。随着GIS和遥感技术的发展，古树的研究方法更加精确和高效。He Hs等^[15]使用GIS软件在景观层面分析植被指数。Tiede D等^[16]则利用GIS技术提取古树的详细信息，精准描述其空间分布特征。此外，刘益曦^[17]通过ArcGIS工具，对温州市区的古树进行泰森多边形和核密度分析，揭示了古树的空间分布和密度与地形地貌、人口密度和海拔高度等因素的关系。周天鸿等^[18]通过整合古树名木资源的地理信息与上海的城市生态网络，探索了城市发展与生态保护的协同。王圳等^[19]对连云港古树名木进行资源普查，用泰森多边形计算连云港市古树名木的空间分布情况。针对西藏古树的研究已经相对成熟，主要是资源调查与保护和年龄鉴定较多^[20,21]，但是一部分散生在农村及一些偏远地方的古树，管护措施落后，甚至没有在古树名木保护名录里，它们见证了人类历史的变迁，是研究气候变化的实证资料^[22]，为了弄清楚林芝市散生古树资源组成与环境因子的关系，本研究依托林芝市古树普查数据，采用传统统计学与GIS空间分析相结合的方法，从结构组成特征、空间分布格局等方面系统分析林芝市古树资源的特征。为林芝市古树和物种多样性的保护和管理提供科学的理论依据，同时为推动该地区生态文明建设和可持续发展提供重要参考。

1 研究区概况与方法

1.1 研究区概况

林芝市位于西藏自治区东南部，由于海拔差异较大，地势自西北向东南倾斜，雅鲁藏布江、怒江等水系切割高原，形成典型的高山峡谷地貌，高低悬殊大^[23]，导致林芝市存在热带、亚热带、温带、及寒带等多种气候带。沟谷区域降水充沛，年均温8.7 ℃左右，森林覆盖率46.09%，动植物资源丰富，特别是古树资源，在墨脱县境内发现了目前亚洲最高的不丹松；耕地面积18 666.6公顷，草场面积290 986.6公顷，林芝市西北部和北部人口较为密集的巴宜区、工布江达县和波密县^[24]，常住人口约为23万人。本次调查区域不含墨脱县，其属于雅鲁藏布大峡谷国家级自然保护区，区域内的散生古树已经列入保护，故没有涉及墨脱县的调查。

1.2 调查方法

1.2.1 古树调查

根据国家评定古树的标准，本次调查范围是全市除自然保护区和原始森林分布区所有的区域。本次共调查林芝市5县1区，墨脱县除外。采用访谈法、文献追踪法、实地勘测法和类比推断法,依据前期普查资料、文献、史料以及生长发育特性记录古树分布的地（市）、县、乡、村（包括小地名）区域位置，古树树种；用GPS对单株古树进行定位并记录（经纬度、海拔高度）；用红外测高仪、皮尺（围尺）等测量并记录单株古树胸围（径）、高度、冠幅；用生长锥对古树钻取树芯，做好标签后续带回实验室用树木年轮测定仪进行年龄判读；同时记录古树生长的立地条件和保护现状；通过当地林草局确定古树行政权属、管护单位（或个人）。

1.2.2 空间数据获取

林芝市散生古树数据来源于西藏散生古树资源调查，通过实地调查取得的基础数据，主要包括古树数量、分布地点、坐标、树龄、树高、胸径和冠幅等。为了更好地进行空间分布特征描述，对前期经纬度数据进行十进制处理，土地利用数据来源于GlobeLand 30(2020)全球地表覆盖遥感制图数据，使用ArcGIS pro进行空间核密度分析，行政边界使用中国科学院地理科学与资源研究所的中国行政区划数据，人口数据来源于2023年统计年鉴。

1.3 研究方法

1.3.1 邻近点分析法

最邻近点指数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^[25]。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，在分析古树空间分布特征，将其近似看成点状分布，其公式为：

R=\frac{{\overline{r}}_{\mathrm{1}}}{{\overline{r}}_E}=2\sqrt[]{D}(1)

式中：R表示古树分布最邻近指数；{\overline{r}}_{\mathrm{1}}为实际最邻近点之间距离r_{\mathrm{1}}\mathrm{的平}\mathrm{均距}\mathrm{离}；{\overline{r}}_E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。

1.3.2 核密度分析法

核密度分析是一种通过数学函数将样本点的空间密度转换为连续分布的方法^[26]。此方法假设在1个区域中，点的密度越高，发生地理事件的概率越大。其表达式为：

f\left(X\right)=\frac{\mathrm{1}}{nh}{\sum }_{i=\mathrm{1}}^{n}k(\frac{x-x_i}{h})(2)

式\mathrm{中}:f\left(X\right)\mathrm{为}古树名木资源点分布的核密度值：n表示古树点，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。

2 结果与分析

2.1 古树资源组成

2.1.1 林芝古树种类特征

根据调查结果，林芝市共有散生古树549株，隶属于18科、26属34种（表1），数量较多，种类丰富。古树的优势科和优势种明显，主要以胡桃科Juglandaceae、杨柳科Salicaceae、柏科Cupressaceae、蔷薇科Rosaceae、松科Pinaceae、桑科Moraceae等6个优势科为主，每个优势科都在30株以上。尤其是胡桃科共有143株，占林芝市散生古树的26.05%，优势科的株数共有489株，占总数的89.07%。数量在20株以上的优势树种有：胡桃（核桃）Juglans regia、藏川杨Populus szechuanica var. tibetica、光核桃Prunus mira、圆柏Sabina chinensis (L.) Ant等4个树种，优势树种数量最多的是核桃，可见，6科20种构成林芝市散生古树资源的主体。

2.1.2 古树结构特征

如表2所示，根据林芝市古树胸径、树高与冠幅3个关键的生长结构数据，古树的树高平均值为19.9 m，且主要集中分布于10 ~ 19 m之间，占比为48.45%，其次是20 ~ 29 m的树高范围，占比为27.32%，树高大于30 m的古树占比14.03%；古树的胸径平均为4.11 m，共有17株大于9 m；共有35株的古树名木胸径位于7 ~ 9 m，且主要分布于5 ~ 7 m、3 ~ 5 m和 < 3 m的胸径范围，分别占比为19.85%、43.53%和27.14%。根据林芝市古树冠幅数据统计，平均冠幅为15.26 m，冠幅小于10 m的古树共有84株，占比为15.30%，冠幅大于30 m的古树仅为7株，占比为1.28%，而冠幅位于10 ~ 19 m之间的古树共有361株，占比为65.76%。其次，共有97株古树的冠幅位于20 ~ 29 m，占比为17.66%。古树树高在10 ~ 19 m之间占比最多，冠幅在10 ~ 19 m之间占比65.76%，大部分树冠和树高相等，根据实地调查结果分析，这是散生古树在有限的水分情况下，生长受限的表现。

2.2 古树空间分布

2.2.1 散生古树临近指数分析

结合GIS Pro对研究对象进行平均最邻近指数进行测算，结果（表3）表明林芝市古树的理想随机分布的最邻近距离{\overline{r}}_E为6 419.05 m，其古树点的实际最邻近直线距离{\overline{r}}_{\mathrm{1}}/m为527.37 m；而林芝市古树的最邻近指数R值为0.082，其值小于1。结果表明，其分布特征属于空间聚集型，即林芝市古树在空间分布上呈现明显的相互聚集状态。

2.2.3 散生古树核密度分析

根据林芝市的实际情况考虑，选取合适的带宽（h），本文通过多次试验校验，设定林芝市古树的合理空间搜索带宽为3 000 m最适宜，在ArcGIS Pro平台录入549株古树名木的经纬度信息，采用核密度工具(Spatial Analyst)对林芝市古树空间分布密度进行测算，并生成林芝市古树的核密度图（图2）。结果显示，林芝市的空间分布在不同地方呈现出明显的差异，有较强的空间聚集性，表现出呈带状多个密度群集聚分布特征，其中林芝市布久乡附近属于高密集区中心，工布江达县江达乡、朗县的仲达镇和波密县倾多镇3个中度集聚区。林芝市的古树名木点从西至东各地区呈现不同集聚特征，中部区域的集聚性明显高于其他区域。

2.3 古树分布与环境因子关系

2.3.1 古树与土地利用关系

林芝市的土地覆盖类型主要有森林、农田、草地、水体和冰雪等。林芝市不同土地利用类型中古树名木的占比排序为耕地 ＞ 草地 ＞ 水域。其中分布于耕地区域的古树占比为68.13%，草地分布23.43%，5.29%分布于河流沿岸，3.15%分布于村落内及寺庙内。西藏古树主要分布于耕地区域主要原因是由于当地对宗教及文化的影响，将古树誉为神圣之物，在其周边进行耕作。古树同时具有极强的观赏价值和生态效益，在村落也进行保护（见图3）。

2.3.2 古树与地形关系

本研究分析了古树分布与坡度、坡向、坡位以及海拔之间的关系。根据坡度将地形划分为5个类别：平坡（< 5°）、缓坡（5° ~ 14°）、斜坡（15° ~ 24°）、陡坡（25° ~ 34°）、急坡（35° ~ 44°）。结果显示，随着坡度增加，古树数量和物种数呈现先增加后减少的趋势。其中，缓坡的古树数量最多，占比达48%；而急坡的古树数量最少，仅占0.30%。在坡向方面，将坡向分为9个方位：平地、东坡、东北坡、东南坡、南坡、西坡、西北坡和西南坡，其中南坡的古树数量最多，占总数的16.7%，而平地的古树数量最少，仅占2.91%。东坡与西坡的古树分布数量基本相同。古树分布与坡位的关系中，将坡位分为上坡位、中坡位、下坡位、平地和山谷5个类别。其中下坡位的古树数量最多，共344株，占总数的62.6%，而平地仅有12株古树，占比2%。研究古树分布与海拔的关系发现，随着海拔的升高，古树的数量和物种数均有所增加。在海拔3 000 ~ 3 999 m范围内，古树的数量及物种数最多，当海拔超过4 000 m后，古树数量急剧减少，在4 000 ~ 4 999 m范围内共14株古树分布，5 000 m以上的海拔区域中仅有藏川杨和沙棘两种树种。

2.3.3 古树与人口密度关系

人类活动与古树资源生长和分布有着密切的关系，根据人口密度图和古树分布，得出林芝市散生古树资源与人口密度关系（图4），古树聚集分布的3个高密度区，也是人口分布的聚集区，分别是巴宜区和波密县、朗县都是人口密度的高值区，林芝市巴宜区人口密度约为11人/km²,巴宜区散生古树资源占总数的24.77%，波密县的人口密度约为3人/km²,古树资源占比23.67%，朗县人口密度约为5人/km²，古树资源占比17.30%。

2.3.4 生长指标与环境因子综合分析

根据图6相关性分析所示，散生古树东西冠幅和南北冠幅的相关系数 R =0.87（P < 0.001），说明它们之间存在非常强的正相关性，树高与胸径、南北冠幅、东西冠幅都呈现出明显的正相关性，这是因为树木的高度和胸径及冠幅通常都是随着树的生长而增大的。人口密度与坡度之间存在负相关（相关系数 R = －0.14、P < 0.001）），表明在人口密度较高的地区，地形更为平坦，坡度较小。海拔与东西冠幅（相关系数 R = -0.050）、南北冠幅（相关系数 R = -0.065）呈明显的负相关，说明海拔越高的地方越不适于古树生长。

3 讨论与结论

3.1 讨论

本研究分析林芝市散生古树的资源组成和空间分布格局，揭示了与土地利用类型、地形、人口密度等环境因素的关系。研究表明，林芝市的散生古树主要集中在耕地和人口密集区，这与土地利用的历史和文化背景密切相关。这一现象可以从文化、生态和农业实践多个维度进行解释。文化上古树被视为神圣存在，耕地中的古树通常被保留作为宗教和文化的尊重^[27]。生态上，古树为作物提供遮荫和风障，改善土壤结构^[28]。在农业实践中，保留古树是西藏传统土地管理方式的一部分，有助于维持生物多样性和生态平衡^[29]。

古树的空间聚集模式反映了特定的地形和土地利用的偏好。研究结果显示，古树主要分布在缓坡和南坡，这与陈傲雪^[30]等分析结果一致。初步说明坡度是影响古树分布的重要因子。南坡的古树数量和物种数最多，这与林芝市的整体地形有关，南坡为迎风坡，水热条件配合好，更适宜古树生长^[31]，所以南坡的古树数量最多；下坡位分布的古树数量和种类最多，说明下坡位是古树生长的最适宜坡位，上坡位和平地分布数量较少，原因是上坡位土壤含水率不高，树木生长受限，只有极少的树种能够存活；在海拔3 000 ~ 3 999 m范围内的古树分布广泛，这与林芝市的海拔范围吻合，高于4 000 m海拔主要以高寒草甸为主^[32]。林芝市的散生古树分布与人口密度高值区重叠，结合林芝市城市发展的空间格局来分析，古树分布出现于人口密度较大区域，说明林芝市的村民很早之前有保护古树的意识，加之宗教的信仰对于环境和生命的敬畏，对古树保护起到了很好的促进作用，而人口密度较小区域，主要是以山地为主，森林密集，古树分布较少。

3.2 结论

(1) 林芝市共有散生古树549株，隶属于18科、26属34种，古树的优势科和优势种明显，主要以胡桃（胡桃科）、藏川杨（杨柳科）、圆柏（柏科）、光核桃（蔷薇科）4个种为优势种，优势树种数量最多的是核桃。其中一级古树共212株，二级古树177株、三级古树160株。林芝市古树平均树高在10 ~ 30 m，胸径是3 ~ 7 m，冠幅以10 ~ 19 m之间。

(2) 林芝市散生古树在空间上为显著“聚集”模式，其中布久乡附近属于高密度中心，工布江达县江达乡、朗县加查乡和波密县松宗镇3个中度集聚区，以上地区乡村分布广泛，气候条件优越，使得众多古树分布。

(3) 林芝市不同土地利用类型中古树名木的占比排序为耕地 ＞ 草地 ＞ 水域。在古树与地形之间的关系上，古树位于缓坡、南坡和下坡位的数量明显高于其它地形类型；人口密集的地区，其古树分布同样密集，其中巴宜区是古树分布密集区。

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基金资助

西南高山峡谷区水土流失综合防治技术与示范项目(2022YFF1302904)