南山国家公园候选区黄桑片区亚热常绿阔叶林高树分布状况调查

摘要：本研究利用机载三维激光雷达无人机遥感技术，调查南山国家公园候选区黄桑片区29km2范围内的常绿阔叶林内的高树分布，发现40米以上高树127株，最高树54.1m米的枫香，是目前湖南省内最高记录；其中40米以上的常绿阔叶树种有闽楠2株、刨花润楠3株，近常绿阔叶树种红椿3株，表明黄桑片区低海拔常绿阔叶林的原生性特征，彰显了南山国家公园候选区中亚热带常绿阔叶林的典型代表性。

关键词：南山国家公园候选区；黄桑；激光雷达无人机遥感；常绿阔叶林；高树

前沿

植物高度是植物生态功能发挥的基础，高生长是植物竞争对策的集中体现[1]，森林群落中高树存在反映森林生态系统原真性。世界上的高树并非均匀分布，主要受物种、气候环境、地质历史和人类活动共同作用的影响，全球高树主要分布于有较稳定水汽供应却又没有强风直接侵扰的近海中低海拔地带[2]。南山国家公园候选区是在2016年国家批复的南山国家公园体制试点区的基础上，通过范围调整，优化整合1个世界自然遗产地、4个国家级自然保护区等14个自然保护地，总面积1303.80km²，地理范围为东经109°57′50″—111°10′19″，北纬26°1′54″—26°39′29″。涉及湖南省邵阳市城步苗族自治县、绥宁县、新宁县和永州市东安县等2市4县17个乡镇92个行政村，8个国有林场，1个国有牧场。候选区地处我国第二阶梯与第三阶梯地理分界线与中亚热带与南亚热带气候分界线的交汇区，连接长江南岸丘陵盆地常绿阔叶林区和武陵山山地常绿阔叶林区的两大生态地理区，是南岭山系最西段越城岭的核心区域。公园内保存了以栲树属、润楠属、青冈属等为优势种、结构完整的中低海拔典型常绿阔叶林，是我国原生性乔木树种最富集的区域。南山国家公园候选区地处我国中亚热带低海拔常绿阔叶林区，属于人为活动干扰较大区域，也是我国南方重要的集体林区，调查区域内常绿阔叶高树数量和高度，对于评估区域常绿阔叶林的原真性具有重要作用。基于激光雷达点云技术测定森林树高自2008年已有应用，2018年开始运用地面激光雷达点云技术测量森林树高[3]。无人机机载激光雷达与地面背包式三维激光扫描仪配合使用测树高的方法于近几年成熟并应用，2018年，中国科学院植物研究所钱江源站研究团队在钱江源国家公园候选区的古田山片区发现多棵树高超过40米的巨树[4]。虽然2022年开始，由北京大学遥感所郭庆华教授牵头的联合调查的队伍使用此方法对西藏高树的测量，不断刷新国内最高树的记录分别为76.8米、82.6、102.3米[5]，但目前还没有关于利用激光点云技术定位和测量亚热带常绿阔叶林高树的文献报道。本研究利用机载三维激光雷达无人机遥感技术、地面背包式三维激光扫描仪，融合人工智能算法等技术方法，来寻找南山国家公园候选区黄桑片区亚热带常绿阔叶林的高树进行定位和测量。

1.研究范围和方法

1.1研究范围

南山国家公园黄桑片区是典型的中低海拔常绿阔叶林集体林区，位于湖南省西南部八十里大南山北坡与雪峰山南麓交接处，沅江—巫水—莳竹水发源地，属邵阳市绥宁县管辖。地理坐标东经109°45′～110°10′，北纬26°17′～26°35 ′，东西宽17km，南北长27km，东及东南与南山国家公园候选区原城步体制试点接壤，南向7km与广西龙胜县相望，西和西南与通道侗族自治县相连、北与本县寨市和长铺苗族乡相邻。研究区域在黄桑片区人工地面踏查和目测的基础上，选择具有潜在高树的老团村、铁杉林村、上堡村、六鹅洞村、佘家村、坪溪村等6个村阔叶林，分7个小块，自北向南、自西向东排序后每块面积分别为8.4、12.5、0.5、0.2、4.3、1.7、1.4km2，根据航线特点外扩至面积29km2范围内测定（图1）。

1.2研究方法

1.2.1点云获取。本研究使用耀宇L120无人机搭载测程1850m、点位精度5cm、具有15次回波能力，穿透性良好的中海达ARS-1000P激光雷达飞行，获取整个测区的高精度激光点云数据（图2）。点云密度达到地面点连续的状态，需对点云剖面进行检查。

1.2.2 数据分析。将激光点云数据按照地面点分类、单木分割后，通过植株最高点减植株位置的地面点高程得到植株的高度，经分析后可输出指定高度范围内的植株树高、坐标等信息。（图3）

1.2.3单体模型建立。在得到可能的最高植株位置后，抵达可能的最高植株的位置，使用手持三维激光扫描仪设备采集植株的底层数据信息，以确保整棵植株数据的完整性及提高测量树高的精度。将获取到的机载采集及地面采集的点云数据进行拼接，得到植株的单体三维模型，通过三维模型直观的获取植株的高度、胸径、冠幅等信息。对多棵植株进行建模，经过信息比对，确定扫描区域内最高植株。

1.2.4 树种鉴定。根据测量的坐标定位，对研究区域内40米以上的高树到实地进行人工鉴定，确定树种。

1.2.5 胸径测定。2024年3月，根据高树的定位数据，对具备人工可达条件的89株高树进行人工测量胸径。

2.研究结果

2.1定位和测量误差

此次所使用的设备单点绝对精度≤5厘米，所以两点计算出的高差或距离≤10厘米。≤10厘米是设备的系统误差，是设备持恒定或遵循一定规律变化的误差。随机误差是此次测量工作中的主要误差。在机载雷达大面积扫面找树高的点云中，由于地面点无法判断是否是泥土面，有可能是密集的灌木丛，也有可能是树干旁边陡坎上或陡坎下的点，根据此次项目的现场环境判断，这类系统误差平均在2米左右。使用机载激光雷达与地面激光雷达结合建模的方法测量树高的方法则受环境影响较小，主要是树叶在气流的扰动及操作人员的视角导致，这类误差平均在0.2米左右。粗差则是指仪器损坏或人员粗心导致的错误，测量中经自查未发现由粗差的情况。

2.2高树测量结果

在南山国家公园候选区黄桑片区29km2区域内发现有40米以上的高树127株（表1），从树高和树种分析，50米以上有3株，最高树是枫香54.1m，另2株为枫香51.3m、马尾松50.2m；50m至45m有34株，其中枫香23株、马尾松8株、红椿3株（分别为49.6m、47.2m、46.2m）；45m至40m有90株，其中枫香60株、马尾松27株、闽楠2株（分别为42.3m、40.2m）、泡花润楠1株为41.8。同时，测量到长苞铁杉林内30m至40m长苞铁杉18株。

从分布地点分析，40米以上的高树中铁杉林村分布枫香31株、马尾松15株、红椿1株；老团村分布枫香26株、马尾松4株；上堡村分布红椿1株、马尾松2株；坪溪村枫香16株、马尾松8株、闽楠3株、刨花润楠1株；六鹅洞村分布枫香5株、马尾松4株、红椿1株、刨花润楠1株；佘家村分布枫香3株、马尾松1株。

通过测量89株40米以上高树的胸径，胸径大于100cm的3株，其中2株枫香、1株红椿，最高树54.1m的枫香，胸径为113.7cm，也是湖南省目前发现的最高树。最大胸径的红椿为102cm、高47.2m，而49.6米的最高红椿、胸径为71cm。这次调查中，除3株近常绿树红椿在40m以上外，还发现2株闽楠、3株刨花润楠2种常绿树种（表2）

3.讨论与分析

常绿阔叶林是我国亚热带的地带性植被类型，也是我国最重要的植被类型之一，但是由于我国低中海拔亚热带常绿阔叶林主要由于处于人口密集的南方地区，因活动受人类干扰活动比较大，40m以上常绿阔叶树种高树没见报道，但各地有散生的常绿阔叶树种的古树名木报道。四川省德昌县全域分布红椿百年以上老树约80株，树龄最大的为300年，树高逾20米[6]。江西省安福县严田镇青桥村发现天然刨花润楠群落，分布面积1000余亩，其单株最大的树高25米、胸径121cm，树龄达200年以上[7]。湖南县桑植县凉水口镇利溪村发现全省胸径最大的闽楠，树龄508年，胸径168cm，树高26.7m，冠幅28米[8]。而这次南山国家公园候选区黄桑片区在29km2相对集中区域发现7株40米以上的红椿、刨润楠、闽楠3种树种，在我国实属罕见，根据各地已发现的以上3种古树的树高与树龄推算，黄桑片区分布有3种树种的低海拔常绿阔叶林至少保护有200年以上的历史，当地护的传统生态文化对保护效果起着至关重要的作用。黄桑片区所在的绥宁县处于湖南西南部，该县至今发现古护林禁碑100多方，上至唐宋，下至民国，年代跨越1000多年，通过护林禁碑来规约护林法则、提醒和警示人们珍爱林木资源、严厉惩戒毁林者[9]。当地还有神树信仰，因为苗族原居民把枫香作为苗族祖先蚩尤的化身，受到特别地保护，调查中发现的127株40m以上高树，枫香占85株，达66.9%，与此信仰关系密切。黄桑片区九溪冲护林禁碑，立于宋崇宁五年（1102年），碑文为“以为永远歇凉之古树，众生不许剪伐”。护林禁碑因人们生态保护意识的深化而产生，反过来又进一步强化并传承了人们的生态理念[10]，对该区域的常绿阔叶林保护起到了至关重要的作用。同时，从纬度上看，我国亚热带森林北界为北纬32度，南界在北回归线附近[11]，黄桑片区处于亚热带森林中心位置，是我国中亚热带常绿阔叶林的典型分布区，青冈石栎林、钩锥林、甜槠林、闽楠林、栲树林、刨花润楠林等是黄桑常绿阔叶林地带性植被[12]。正是由于黄桑片区生态保护的传统文化与生态系统的自然环境有机融合，使该区域常绿阔叶林能长期得到有效的保护，保存了众多的40m以上的阔叶树高树，从而印证了黄桑片区中低海拔常绿阔叶林的原真性和完整性，彰显了南山国家公园候选区中亚热带常绿阔叶林的典型代表性。

参考文献

[1] 王林林.浙江天童常绿阔叶树种高生长动态研究 南京师范大学硕士学位论文 2014年4月

[2] 王孜 热带高树，集中分布于婆罗洲 森林与人类 2023（11）：32-37.

[3] 骆钰波，黄洪宇，唐丽玉. 基于地面激光雷达点云数据的森林树高、胸径自动提取与三维重建.遥感技术与应用，2019（02）

[4] 里红，曹振宇， 田志林， 施艳丽. 一种基于地面激光雷达点云的树木三维建模方法[J/OL]. 自然资源遥感.2024-02-27.http：//link.cnki.net/urlid/10.1759.p.20240206.1644.025.

[5] 范光鹏. 称量亚洲第一高树. 森林与人类， 2023年第11期 56-59.

[6] 德昌县人民政府网. 德昌名木古树系列—红椿树. 凤凰德昌， 2023-03-16.

[7] 中国江西网. 安福发现天然刨花润楠群 面积达1000余亩. 2007-09-07.

[8] 湖南日报.张家界市3处古树（群）入选全国”双百”古树名木候选名单.2023-08-28.

[9] 赵秀琴. 巫水河流域护林禁碑之生态理念及其价值. 中央民族大学学报（哲学社会科学版），2017，44（5）：52-56.

[10] 王坤. 护林碑刻的分类及其功能透析—基于绥宁县护林碑刻的考察.湖南农业大学学报（社会科学版），2011，12（6）：56-60.

[11] 李正才，黄海，张一. 亚热带常绿阔叶林 世界最多样的亚热带森林.森林与人类，2022，8：66-71.

[12] 周电.湖南黄桑国家级自然保护区植物群落研究.中南林业科技大学，硕士学术学位论文：28-40.

作者简介：刘应志（1969-9-），男，湖南武冈，大专，工程师，主要从事森林保护工作。