扬州市古树名木树龄及其形态特征相关关系研究_丁海权.pdf

扬州市古树名木树龄及其形态特征相关关系研究丁海权，曹 磊，王婷芳，刘 芳，黄 艳，徐 勇（扬州大学园艺园林学院，江苏扬州；扬州市城市绿化养护管理处，江苏扬州；扬州大学广陵学院，江苏扬州）摘要 古树名木是宝贵的自然和文化遗产，为深入认知其生长规律，通过实地调查，运用统计学、回归模型对扬州市主城区主要的古树名木形态特征关系进行了分析。结果表明：扬州市主城区有 种树，其树龄与胸径的相关性显著。曲线拟合可知，古树胸径随着树龄的增长先急剧增加再缓慢下降，曲线呈反“”型，其中古树龄在 时胸径增长速率最大。通过使用一元、曲线和多元方程对树龄和形态特征关系进行拟合和比较，总结出用于描述不同形态指标之间的拟合模型。关键词 古树名木；树龄；形态指标；模型中图分类号 文献标识码 文章编号（）：开放科学（资源服务）标识码（）：，（，；，），（），；基金项目扬州市古树名木健康定量评估及其保护研究（）；年扬州市“绿扬金凤计划”项目；扬州大学广陵学院大学生科技创新基金。作者简介 丁海权（），男，江苏盐城人，硕士研究生，研究方向：园林植物栽培及其养护。通信作者，讲师，博士，从事观赏园艺及园林植物应用研究。收稿日期 古树（树龄在 以上的树木）名木（国内外稀有的以及具有历史价值和纪念意义、重要科研价值的树木）是指在人类历史过程中保存下来的具有重要科研、历史、文化价值的树木，是环境的重要组成部分，更是珍贵的不可再生的自然和文化遗产，有的古树名木甚至成为一座城市的绿色名片。古树名木按照树龄划分为 个级别：树龄 为 级古树，树龄在 为 级古树，树龄在 为 级古树。年全国绿化委员会发布关于开展古树名木普查建档工作的通知，主要目的是搞清我国古树名木资源总量、种类，为制定古树名木保护措施及生物多样性保护提供科学依据，有关古树名木的研究也越来越受到重视。有关古树名木的研究大多数只分析其数量种类特征和空间分布格局。此外，也有学者在古树名木的生理特征、复壮、保护和价值评估等方面进行了研究，并提出保护措施以及景观价值的评价和利用。然而，有关古树形态特征和树龄的研究主要停留在调查阶段，缺乏对他们之间关系的深入研究。目前有关树木形态指标关系及生长模型的相关研究主要集中在一些人工林树种，如林区主要树种树高与胸径之间的关系，油杉的树高、胸径和单株材积生长规律，树龄对刨花楠胸径生长速率的影响，黄杉树龄、胸径与树高的相关性研究等。然而，有关古树名木的相关研究鲜见报道，仅杨家军等对广安区古树名木树龄与树高、冠幅、胸径结构、一元二次回归和多元线性回归模型进行分析，结果表明各指标之间符合多重线性回归模型。笔者以扬州市主城区主要古树名木为研究对象，通过对树龄和形态特征的关系进行多重拟合和比较，总结出用于描述不同形态指标之间的适宜模型，为今后探究古树名木的生长规律及相关关系研究提供理论参考。研究区概况与研究方法 研究区概况扬州市地处江苏省中部，地理位置为，长江与京杭大运河交汇处，为漕运、商旅必经之地，是国家重点工程南水北调东线水源地。扬州市土地总面积 ，其中，市区面积 ，全市地势西高东低，属于亚热带季风性湿润气候向温带季风气候的过渡区，四季分明，日照充足，全市年平均气温 ；雨量丰沛，年降水量为 ；盛行风向随季节有明显变化，春季多东南风，秋季多东北风。扬州市是国务院首批公布的 座历史文化名城，距今已有 余年的悠久文明，曾屡遭毁建、几度荣衰，至今存留了数百株珍贵的古树名木，是扬州园林古今文化底蕴深厚的象征。研究方法 根据扬州市古树名木和古树后续资源保护管理办法规定，对扬州市区古树名木及后备资源进行了实地调查，主要调查内容包括扬州市区各株古树名木的种类、树龄、形态指标（胸径、冠幅和高度）。为研究古树名木树龄及不同形态指标之间的线性关系，使用 进行相关性分析以及直线方程、曲线方程与多元线性方程的拟合。曲线拟合方程有对数方程、反比例函数方程、二次方程、三次安徽农业科学，（）：，方程、复合曲线方程、乘幂曲线方程、形曲线方程、增长方程、指数方程、逻辑斯蒂方程和直线方程。结果与分析 古树名木资源特征 实地调查得知，扬州市主城区古树名木共 株，分属于 科 属 种，其中 级 株，级 株，级 株。在空间分布上，风景区的古树最多，占比约，私家园林占比约，街道和社区分别占约，机关单位和其他区域占比各约。该研究选取数量最多的 种树种，共计 株（总占比）为研究对象，包括银杏（）、圆柏（）、桂花（）、瓜子黄杨（）、薄壳山核桃（）、广玉兰（）、紫薇（）、龙 柏（）和 朴树（）。根据树种数量及形态指标统计可知，种古树中银杏数量最多，具备最大的平均年龄和胸径，且具备 级树种（表）。表 种树种数量及形态指标统计 树种数量株等级树龄树高胸径平均冠幅银杏 圆柏 桂花 瓜子黄杨 广玉兰 薄壳山核桃 朴树 龙柏 紫薇 形态指标的相关性关系 为了研究古树名木各指标之间的相关关系，对古树的树龄及其形态指标（树龄、树高、胸径和冠幅）进行线性拟合，各指标两两之间拟合获得的 相关系数见表。由表 可知，与其他形态特征相比，树龄与胸径的相关性较大，其中银杏、圆柏、瓜子黄杨两者之间呈极显著正相关，故使用胸径对三者进行树龄评估较为可靠。树高、胸径和冠幅两两之间的相关性较大，其中瓜子黄杨、薄壳山核桃和桂花两两者之间呈显著或极显著正相关。瓜子黄杨四者之间均呈显著正相关，说明随着树龄的增大，其他形态均呈增加趋势。综上，树龄对瓜子黄杨和薄壳山核桃的 个形态特征影响均较大，对银杏、圆柏胸径增长速率影响较大，对紫薇和龙柏的冠幅和树高增长速率影响较大。表 古树树龄和形态特征两两之间相关关系 树种指标树高胸径冠幅树种指标树高胸径冠幅银杏 树龄圆柏 树龄树高树高胸径胸径桂花 树龄瓜子黄杨树龄树高 树高胸径胸径薄壳山核桃树龄广玉兰树龄 树高 树高胸径胸径紫薇 树龄龙柏 树龄树高树高胸径胸径朴树 树龄树高胸径 注：表示在 级别（双尾）的相关性显著，表示在 级别（双尾）的相关性显著。：（），（）曲线拟合估计 为了探究 个指标之间是否存在更好的相关关系，分别对 个指标两两之间进行 个曲线方程的拟合。拟合过程基于可靠性检验 水平下，双尾 检验显著性概率趋近于。根据相关系数越大，残差平方和越小，拟合结果越好的原则，确定模型方程。由表 可知，各古树至少有 组 指标之间具有较好的相关性（），且大部分曲线拟合的强度较线性的高，由此说明曲线拟合方程更能够体现古树名木树龄与形态指标两两之间的关系。安徽农业科学 年表 曲线拟合模拟方程式 树种相关关系曲线类型 拟合方程式 银杏 胸径树龄幂函数树高冠幅对数函数圆柏 树龄胸径对数函数胸径冠幅幂函数桂花 胸径冠幅对数函数树高冠幅三次函数瓜子黄杨 树龄胸径二次函数 胸径冠幅幂函数胸径树高对数函数树高冠幅三次函数薄壳山核桃 胸径冠幅三次函数胸径树高三次函数树高冠幅（）广玉兰 树龄胸径对数函数胸径冠幅对数函数紫薇 胸径冠幅对数函数胸径树高 曲线（）树高冠幅反向函数 龙柏 树高冠幅（）朴树 胸径树高反向函数 注：表示拟合曲线比较可靠；模拟方程式中，代表胸径，代表树高，代表树龄，代表冠幅。：；，一般而言，树木的胸径随着树龄的增大而增大，该研究中二者变化显著相关的是银杏、圆柏、瓜子黄杨和广玉兰（图，红色曲线拟合效果最好）。由图 可知，胸径随着树龄的增加而增大，但增长速率随着树龄的增加而逐渐降低，种古树树龄为 的胸径增长速率最大。除了瓜子黄杨的增长速率在 以后逐渐降低，其余 种古树的增长速率基本保持不变，且大小顺序为广玉兰（）、银杏（）和圆柏（）。胸径与树高决定了树木的蓄积量，该研究中树高与胸径显著正相关的有瓜子黄杨、薄壳山核桃、朴树和桂花（图，红色曲线拟合效果最好）。由图 可知，树高的增长速率随着胸径的变化而呈缓慢降低的变化规律。种古树树高平均增加速率大小顺序为薄壳山核桃（）、朴树（）、瓜子黄杨（）和桂花（）。线性方程拟合 为了进一步研究古树 个以上指标是否存在密切的线性关系，使用多元线性拟合获得的方程见表。由表 可知，种古树中，个变量间大多存在较强的多元或一元线性拟合关系，其中银杏、圆柏、瓜子黄杨、广玉兰和朴树有 个变量间的拟合方程可靠（），薄壳山核桃、紫薇和龙柏有 个变量间的拟合方程可靠（），仅桂花各变量间的拟合方程可靠性不高。评价最佳拟合方程 将多元线性拟合和曲线拟合的结果进行比较，总结出较为适合的拟合方程（表）。结合表 可知，对于银杏，当冠幅为因变量，用树龄、树高与胸径三者表示（）比用其与树高曲线拟合（）更为精细准确；当胸径为因变量，用树龄与冠幅来表示（）比用其与树龄曲线拟合（）更为精细准确。对于圆柏，当冠幅为因变量，用树龄与胸径来表示（）比用其与胸径曲线拟合（）更为精细准确；当胸径为因变量，用树龄曲线拟合（）比用其与树高表示（）更为精细准确。对于桂花，当冠幅为因变量，用其与胸径进行曲线拟合（）比线性回归更为精细准确。对于瓜子黄杨，当冠幅为因变量，用其与树高进行曲线拟合（）比线性回归更为精细准确。对于薄壳山核桃，当冠幅为因变量，用线性回归进行表示（）比用其与树高曲线拟合（）更为精细准确。对于广玉兰，当冠幅为因变量，用树龄、胸径来表示（）比用其与树高曲线拟合（）更为精细准确；当胸径为因变量，用树龄与冠幅来表示（）比用其与树龄曲线拟合（）更为精细准确。对于朴树，当树高为因变量，用胸径、冠幅来表示（）比用其与胸径曲线拟合（）更为精细准确。以上研究结果可在不损伤树木的情况下估算相关古树名木预备资源的树龄，此外还能根据树龄与形态指标之间的拟合方程换算的理论指标与实际指标进行对比，对古树的生长状况及健康进行评价。卷 期 丁海权等 扬州市古树名木树龄及其形态特征相关关系研究注：拟合效果最好的使用红色线条。：图 胸径与树龄（）以及树高与胸径（）的拟合曲线图 （）（）结论与讨论该研究结果表明，扬州市主城区古树名木树种的数量差异明显，古树中银杏数量最多。古树的树龄与胸径的相关性最大，其中银杏、圆柏、瓜子黄杨两者间显著正相关。然而，在不同树种中，胸径使用冠幅和树龄的二元拟合方程拟合更为准确，如圆柏、瓜子黄杨和广玉兰。此外，即使 个变量之间也存在曲线或多元线性关系，除了部分是简单的一元线性关系。说明不同树种各形态指标之间存在紧密但特异的关系，这可能是由于树种生长特点的差异。随着树龄的增加，胸径、树高和冠幅变化速率不同，特别是 后的古树，各形态特征指标的变化速率逐渐减小。该研究结果也表明，模型拟合的精度受选用模型种类的影响，不同树种及形态指标之间适合不同的拟合模型，需要进行不同模型拟合效果及精度之间的比较，才能筛选出较优的拟合模型。然而，也有个别树种的树龄、树高、冠幅、胸径之间不呈正相关增加趋势，而是相关较小趋势，如紫薇的胸径与树高之间，这可能是由于受到自然环境的变迁，人类活动的干预及土壤条件的影响。该研究仅针对树龄、树高、胸径、冠幅等 安徽农业科学 年因素进行研究，为了进一步提高模型预测精度，下一步可考虑加入树木对其周边立地条件的响应研究，如光照、水分、温度、土壤养分等的分布，提高林木生长预测模型的精度，有利于更好地研究古树名木的生长规律。表 多元线性拟合方程式 树种相关关系拟合方程式 银杏 冠幅胸径、树高、树龄胸径冠幅、树龄树高冠幅圆柏 胸径冠幅、树龄树高胸径桂花 冠幅树高胸径树高树龄冠幅树高冠幅、胸径瓜子黄杨 冠幅树高胸径树龄、冠幅树龄胸径树高冠幅、树龄薄壳山核桃 冠幅树高胸径冠幅树龄树高广玉兰 胸径冠幅、树龄紫薇 树龄冠幅龙柏 树龄树高朴树 树高胸径、冠幅 注：表示拟合结果比较可靠；模拟方程式中，代表胸径，代表树高，代表树龄，代表冠幅。：；，表 不同树种树龄与形态特征之间较优模拟方程式 树种相关关系曲线类型 拟合方程式 银杏 冠幅胸径、树高、树龄三元线性胸径冠幅、树龄二元线性圆柏 胸径冠幅、树龄二元线性树龄胸径对数函数桂花 冠幅胸径对数函数胸径树高一元线性树高冠幅、胸径二元线性 瓜子黄杨 冠幅树高三次函数胸径树龄、冠幅一元线性树龄胸径一元线性树高冠幅树、龄二元线性薄壳山核桃 冠幅树高一元线性胸径冠幅一元线性树龄树高一元线性广玉兰 胸径冠幅、树龄二元线性紫薇 冠幅树高反向函数 树龄冠幅一元线性树高胸径 曲线（）龙柏 树龄树高一元线性冠幅树高（）朴树 树高胸径、冠幅二元线性 注：表示拟合曲线比较可靠；模拟方程式中，代表胸径，代表树高，代表树龄，代表冠幅。：；，（下转第 页）卷 期 丁海权等 扬州市古树名木树龄及其形态特征相关关系研究，（）：周晓超，苏阳，张锐，等叶面喷布钾、钙和镁肥对妃子笑荔枝果皮着色的调节效果西南农业学报，（）：党建友，裴雪霞，张定一，等微喷灌水氮一体化对冬小麦生长发育和水肥利用效率的影响应用生态学报，（）：韩云，张红梅，宋月鹏，等国内外果园水肥一体化设备研究进展及发展趋势中国农机化学报，（）：李晶晶，臧文静，黎耀军，等喷灌施氮管理对春玉米产量及水氮利用的影响排灌机械工程学报，（）：张承林，谢永红，李柯，等荔枝滴灌施肥技术应用效果初报广东农业科学，（）：，（）：邓兰生，涂攀峰，张承林，等长期滴灌施肥对荔枝根系生长及土壤 的影响安徽农业科学，（）：，贾咏霖，屈忠义，丁艳宏，等不同灌溉方式下施用生物炭对土壤水盐运移规律及玉米水分利用效率的影响灌溉排水学报，（）：杜中平以色列节水灌溉与水肥一体化考察报告青海农林科技，（）：李战国不同灌溉施肥方式对樱桃番茄产量和品质的影响安徽农业科学，（）：，王志平，周继华，张立秋，等环绕滴灌施肥对苹果产量、品质和水分利用的影响中国园艺文摘，（）：，（），（）：付蕾，魏珉，李岩，等不同灌溉施肥方式对日光温室甜椒生长、产量和品质的影响灌溉排水学报，（）：王锐，孙权，郭洁，等不同灌溉及施肥方式对酿酒葡萄生长发育及产量品质的影响干旱地区农业研究，（）：邱燕萍，袁沛元，李志强，等不同栽培措施对荔枝果实生长发育及坐果的影响研究广东农业科学，（）：，崔喜兴浅析覆膜滴灌技术在山区果树生产中的应用新农业，（）：王京伟，王磊元，李元，等覆膜滴灌对温室番茄土壤理化性状及其生物学特性的影响干旱区研究，（）：邹战强，董宏奇微喷灌对荔枝生长的影响研究节水灌溉，（）：邹战强，梁文经，古智生，等微喷灌技术在荔枝生产中的应用效果节水灌溉，（）：，刘思汝，石伟琦，马海洋，等果树水肥一体化高效利用技术研究进展果树学报，（）：孔祥君水肥一体化技术与传统施肥对比分析农业技术与装备，（）：周鹂，鲁剑巍，李小坤，等我国大量元素水溶肥料产业发展现状现代化工，（）：吴争光，张丽，胡婷婷，等水肥一体化技术应用要求分析灌溉排水学报，（）：郑旭芸，庄丽娟可变要素成本、农户禀赋与农业技术选择：基于我国荔枝主产区微观数据的分析南方农业学报，（）：（上接第 页）徐李亚高山森林林窗对凋落物分解过程中水溶性和有机溶性组分的影响雅安：四川农业大学，袁吉，黄美玉，麦淑媛，等华西雨屏区麻栎人工混交林凋落物水溶性碳、氮、磷含量及化学计量比随物候节律的变化特征生态学杂志，（）：刘博文，张丽，吴福忠，等高寒森林不同生境凋落叶分解过程中水溶性组分动态特征生态学杂志，（）：张川，杨万勤，岳楷，等高山森林溪流冬季不同时期凋落物分解中水溶性氮和磷的动态特征应用生态学报，（）：，（）：赵艳芳，尚德荣，宁劲松，等羊栖菜中微量金属元素的亚细胞分区分布渔业科学进展，（）：田景花，王红霞，张志华，等低温逆境下两个抗寒性不同的核桃幼叶的亚细胞定位的变化园艺学报，（）：曹建华，朱敏洁，黄芬，等不同地质条件下植物叶片中钙形态对比研究：以贵州茂兰为例矿物岩石地球化学通报，（）：，（）：，（上接第 页）由于形态指标（树高、胸径与冠幅）以及树龄之间有较强的相关性，笔者综合考虑树高、胸径与冠幅的数量关系，可在不损伤树木的情况下估算古树名木预备资源的树龄，可以替代碳 交叉法、生长锥测定等容易损伤古树的方法。此外，还能根据树龄与形态指标之间的拟合方程换算的理论指标与实际指标进行对比分析，从而评估古树的健康度；根据古树树冠与树高的预测，预留古树的生长空间，并采用适当的保护措施。参考文献 贾恒锋，牟玉梅，旦增罗布，等西藏尼木县古树年龄鉴定及生长历史分析应用生态学报，（）：高飞古树名木现状分析及复壮保护对策探究：以重庆市大足区现存古树名木为例现代园艺，（）：王懿祥，戴文圣，白尚斌，等古树名木调查方法的改进浙江林学院学报，（）：李琳阜阳市古树名木资源调查与保护研究安徽农业科学，（）：杨娱，田明华，吴成亮，等公众对古树名木认养意愿的影响因素分析：以北京市为例长江流域资源与环境，（）：赵景奎，生利霞，龙基凤，等古树保护与复壮技术：以扬州市为例江苏林业科技，（）：张敏，顾凤歧，董希斌帽儿山林区主要树种树高与胸径之间的关系分析森林工程，（）：刘菲，黄荣林，江珊鸿，等江南油杉人工林生长规律研究中南林业科技大学学报，（）：程栋梁，靳冰洁，徐朝斌，等年龄对刨花楠胸径生长速率的影响安徽农业大学学报，（）：熊斌梅，汪正祥，李中强，等七姊妹山自然保护区黄杉年龄胸径树高的相关性研究林业资源管理，（）：杨家军，张艳丽基于回归模型的广安区古树名木资源特征研究西部林业科学，（）：胡志伟，沈泽昊，吕楠，等地形对森林群落年龄及其空间格局的影响植物生态学报，（）：巢阳，李锦龄，卜向春活古树无损伤年龄测定中国园林，（）：卷 期 冯紫荟等 水肥一体化技术在荔枝上的应用