防護林科學構建與管理技術探析

摘要：防護林系生態安全保障體系之關鍵部分，于維持生態平衡、抵御自然災害以及推動區域可持續發展而言，具有不可替代之作用。本文著眼于防護林科學構建與可持續發展的管理技術，從技術維度深入探究其重要性，涉及防風固沙、涵養水源、維護生物多樣性等多項功能。文中詳述了當下技術運用之現狀，揭示了目前存在的各類問題。據此提出極具針對性的技術應用策略，像精準的規劃設計、科學的植被配置以及先進監測管理技術的運用等，目的在于為防護林建設與管理提供系統的技術參照，以推動防護林建設體系朝著科學化與可持續化發展，增強生態系統的服務功能與穩定性。

關鍵詞：防護林；科學構建；可持續發展；管理措施

全球生態環境問題漸趨嚴峻，防護林對于維護生態安全的重要性不斷攀升。科學構建防護林與可持續發展管理技術的研究與應用，乃是達成生態系統良性循環、確保社會經濟可持續發展的關鍵之舉。合理運用這些技術可有效提升防護林的生態服務功能，應對風沙危害、水土流失等生態難題，這對構建穩定且高效的生態系統具有至關重要的意義。

1 防護林構建及作用

1.1 防護林植被屏障構建原理

防護林構建多層植被結構是通過合理布局高大喬木、低矮灌木以及草本植物達成的。主屏障的角色由高大喬木擔當，其樹干高大、樹冠繁茂，這使得近地面風速能夠被有效降低。相關研究顯示，林帶可使背風面一定范圍內的風速降低30%～50%。強風穿越林帶時，大部分風力被喬木層阻擋，氣流方向隨之改變，進而分散減弱。剩余氣流則會進一步受到灌木層的干擾，氣流被破碎，風的侵蝕力也就相應減少。草本植物憑借其密集的根系和對地表的覆蓋，能穩固土壤顆粒，避免土壤因風蝕而流失。如此，從多個層面共同構建起了強大的防風固沙植被屏障[1]。

1.2 防護林可以修復沙化土地

防護林建設在沙化土地修復中處于核心地位。在沙化區域種植沙棘、梭梭等耐旱且抗風沙的植物品種意義重大。這些植物根系發達，能夠深入地下數米，從而起到固定土壤的作用，使土壤抗風蝕能力得以增強。而且，植物殘體分解后會增加土壤有機質的含量，土壤結構因此得到改善，土壤保水保肥的能力也隨之提高。長期觀測表明，歷經5—10年的防護林建設后，沙化土地的土壤容重會降低，孔隙度則會增加，土壤肥力也將得到顯著提升。如此一來，便為植被的進一步生長以及生態系統的自我修復營造了有利的條件，逐步促使沙化土地發生逆轉。

1.3 防護林可以提升水源涵養能力

1.3.1 林冠截留與降雨再分配

防護林的林冠層于降雨期間具有重要的截留作用。林冠截留率因樹種不同而存在差異，針葉林林冠截留率一般可達20% ～40%，闊葉林則為15% ～30%。林冠截留的雨水，一部分經蒸發回歸大氣，另一部分緩慢滴落到地面。這一過程改變了降雨抵達地面的時間與強度，既削減了地表徑流的產生，降低了水土流失風險，又讓雨水更充分地滲入土壤以補充地下水。并且，林冠截留能夠調節降雨強度，防止短時間內大量降雨對土壤的直接沖擊，進而保護土壤結構，增強土壤入滲能力，提升水源涵養效果。

1.3.2 防護林的土壤水文調節功能

防護林的土壤具備良好的水文調節功能。其土壤結構疏松，孔隙度大，這有利于雨水下滲與儲存。土壤中由根系、土壤動物洞穴以及微生物活動所形成的通道，進一步增強了土壤的滲透性。研究表明，相較于無林地，防護林的土壤飽和導水率能夠提升2～5倍。在雨季時，土壤可大量儲存水分，待旱季再緩慢釋放，以此對河川徑流進行調節，確保區域水資源供應的穩定。同時，土壤具備對水中污染物吸附、過濾與降解的能力，從而實現水質凈化，保障水源質量安全。

1.4 防護林的生物多樣性維護

1.4.1 生態位優化與物種共生

防護林經科學構建后，為各類生物提供了多元的生態位。其植被結構復雜，涵蓋高大喬木至林下草本，空間格局呈多層次化。這種生態位的分化，為眾多動植物創造出適宜棲息、覓食和繁殖的環境。如猛禽的筑巢空間由高大喬木提供，小型哺乳動物、昆蟲等的食物與隱蔽場所則由林下灌木和草本植物給予。不同物種于各自生態位上相互依存、協同進化，這推動了物種共生關系的形成，對生態系統生物多樣性與穩定性的維持具有積極意義。

1.4.2 防護林的生態廊道作用可以促進物種交流

防護林體系中的生態廊道連接著不同的生態斑塊，為生物的遷徙和擴散構建通道。生態廊道內植被豐富、環境適宜，生物遷徙途中所遇阻礙得以減少。通過生態廊道，物種能夠與不同棲息地之間開展基因交流，進而避免近親繁殖，提升物種的遺傳多樣性。例如，一些候鳥于遷徙途中，會借助防護林生態廊道停歇并補充能量，以完成長距離的遷徙活動。生態廊道的構建，對于瀕危物種的保護以及生物群落動態平衡的促進意義重大，且維護了區域生態系統的完整性與生物多樣性。

2 防護林科學構建及管理現狀分析

2.1 防護林規劃設計不合理

2.1.1 區域適應性考量欠缺

在防護林規劃設計過程中，部分地區未充分顧及當地的自然條件，如氣候、土壤、地形等。在干旱半干旱地區，存在選用需水量大的樹種造林的情況，這使得樹木成活率較低。據相關統計，某些不適宜樹種在此類地區的成活率低于30%。不同區域的氣候差異決定了適配樹種的差異，若忽視這一因素，防護林難以實現預期功能。并且，對土壤酸堿度、肥力狀況等土壤條件的研究不夠深入，從而導致樹種與土壤不相匹配，影響樹木生長發育，削弱防護林的生態防護效能[2]。

2.1.2 林帶結構配置失當

林帶結構配置不合理是常見的問題，部分防護林帶僅單一地種植喬木或者灌木，缺乏多層次的植被結構。單一結構林帶在防風固沙、水源涵養等功能方面，與復合結構林帶相比存在顯著差距。相關研究顯示，復合結構林帶的防風效能相較于單一喬木林帶可提升20%～30%。在部分平原地區，林帶寬度設定得過窄，致使其難以有效抵御風沙的侵襲；同時，林帶間距過大的情況也存在，這會使防護區域產生“漏風”現象，防護林體系的完整性與穩定性受到影響，整體防護效能也隨之降低。

2.2 植被配置缺乏科學性

2.2.1 樹種選擇的單一性

在許多地區的防護林建設進程中，樹種選擇單一的問題較為突出。例如楊樹、柳樹等少數樹種被大量種植。這種由單一樹種構建的防護林生態系統極為脆弱，很容易遭受病蟲害的侵害。拿楊樹純林來說，倘若發生楊樹食葉害蟲災害，極有可能致使大面積的樹木葉片被吃光，這會對樹木生長產生嚴重影響，甚至造成樹木死亡。單一樹種無法為多種生物提供豐富多樣的生態位，這對生物多樣性的維護是不利的。并且，單一樹種對土壤養分的需求較為單一，長時間種植會造成土壤養分失衡，進而影響土壤質量以及防護林的可持續發展。

2.2.2 群落結構的簡單性

防護林植被的群落結構較為簡單，缺乏合理的喬灌草搭配。部分防護林僅有喬木層，林下植被稀缺。簡單群落結構存在諸多弊端。其既不能充分利用空間資源與生態位，又致使生態系統自我調節能力欠佳。一旦遭遇自然災害或人為干擾，群落易遭受損害且恢復難度較大。以暴雨天氣為例，缺乏草本和灌木覆蓋的林地往往會出現水土流失現象。同時，這種簡單結構還限制了生態系統的物質循環與能量流動，使防護林的生態服務功能降低，難以滿足生態系統穩定和可持續發展的要求。

2.3 監測管理技術的落后

2.3.1 傳統監測手段的局限性

部分地區對防護林的監測仍以傳統人工監測為主。人工定期巡查效率低下，覆蓋范圍狹小，難以對大面積防護林的動態變化進行實時監測。對于偏遠山區的防護林而言，人工巡查一次可能耗時數天，在此期間若出現病蟲害暴發或者火災等緊急狀況，很難及時發現并處理。傳統監測手段所獲取的數據量有限，無法全面、精準地反映防護林的生長狀況以及生態功能等信息，無法為科學管理提供充足依據，這對防護林管理的及時性和有效性形成了制約。

2.3.2 信息化管理的滯后性

在防護林領域，信息化管理技術的應用存在不足。多數地區的防護林信息化管理平臺尚不完善，難以達成對防護林資源進行數字化與可視化管理的目標。在資源清查、病蟲害監測以及火災預警等工作中，信息化手段的運用較為匱乏。以病蟲害監測為例，衛星遙感、無人機等先進技術未能被用于大面積監測工作，致使病蟲害難以及時被發現。信息化管理的滯后性造成數據整合與分析工作面臨重重困難，進而無法對防護林實施科學規劃與動態管理，難以契合現代防護林建設與管理的需求。

3 防護林科學構建與管理策略

3.1 精準規劃設計

3.1.1 多源數據支撐規劃

地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）和遙感（RS）等技術可被用于獲取全面且精準的地理空間數據。區域土地利用現狀和植被覆蓋情況能夠借助RS技術進行宏觀監測，大面積信息由此可被快速獲取。樣地位置的精確測定依賴于GPS，這為實地調查提供了精準坐標。GIS則可整合多源數據，構建區域地理信息數據庫。在防護林規劃過程中，通過對土壤類型、地形地貌、氣候條件等數據加以分析，不同區域適宜的樹種和造林模式得以確定。結合社會經濟數據，對防護林建設規模與布局予以合理規劃，可提升防護林規劃的科學性與可行性，進而提高資源利用效率[3]。

3.1.2 模擬優化林帶結構

借助計算機模擬技術對不同林帶結構開展模擬分析。通過森林生態系統模型（FEM）等生態模型，模擬林帶在不同風力、降雨等條件下防風固沙、涵養水源等功能。林帶寬度、樹種組成、植被層次等參數經調整后，林帶結構得以優化。如模擬結果表明，風沙較大區域設置寬度為30 ～50 m且由喬木、灌木和草本植物構成復合結構的林帶時，防風效果最優。模擬優化可為林帶設計提供科學依據，增強防護林的生態防護效能。在防護林植被配置方面，應優先選用鄉土樹種。鄉土樹種經長期自然選擇，對當地環境適應能力強。在防護林植被配置中優先選用鄉土樹種，可提升樹木成活率與生長穩定性。以華北地區為例，酸棗、荊條等鄉土灌木耐旱、耐瘠薄，是護坡與固沙的優良植物。鄉土樹種對當地病蟲害有一定抵抗能力，有助于削減病蟲害防治成本。

3.1.3 復合群落結構的構建

構建喬灌草相結合的復合群落結構，可實現對空間資源與生態位的充分利用。于高大喬木之下種植灌木與草本植物，以此構建多層次的植被覆蓋。以山區防護林建設為例，上層種植高大落葉松，中層配以花楸等灌木，下層則種植羊胡子草等草本植物。這種復合群落結構能夠切實增強防護林的生態功能，提升其抵御自然災害的能力。鄉土樹種融入當地生態系統的能力更強，能為本土生物營造適宜的棲息環境，這對生物多樣性的保護以及生態系統的穩定十分有利。同時，灌木和草本植物能夠減少地表徑流，防止水土流失，還可為動物提供食物與棲息地，從而推動生態系統的物質循環和能量流動，增加防護林的生態服務價值。

3.2 先進監測管理技術的應用

3.2.1 智能化監測體系的構建

構建基于物聯網（IoT）的智能化監測體系。在防護林內布設傳感器，用以實時監測土壤濕度、溫度、風速、風向、病蟲害等信息。傳感器借助無線傳輸技術將數據傳送至數據中心，達成對防護林24 h無間斷的監測。例如，運用病蟲害監測傳感器，當監測到害蟲數量超出閾值時，系統會自動發出預警。

3.2.2 大數據驅動的動態管理

大數據技術在防護林管理中的應用體現為對監測數據的分析處理。借助數據挖掘與機器學習算法，可挖掘出數據背后的規律與趨勢。以氣象數據和病蟲害發生數據為例，對多年的數據進行分析，能夠預測病蟲害的發生趨勢，從而提前制定防治措施。同時，利用大數據評估防護林生長狀況，管理策略可依據評估結果作出調整，例如依據樹木生長數據合理安排施肥、灌溉等撫育措施。這種由大數據驅動的動態管理模式，讓防護林管理更精準、高效，有助于防護林的可持續發展。

4 結語

防護林的科學構建與可持續管理技術對維護生態安全意義非凡。深入剖析其重要性可知，防護林具有防風固沙、涵養水源以及維護生物多樣性等關鍵功能。當前，防護林在應用中存在規劃設計不合理、植被配置不科學、監測管理技術落后等問題。針對這些問題，應采取精準規劃設計、科學植被配置以及應用先進監測管理技術等策略。在未來，若要充分發揮防護林的生態服務功能，進而為生態系統的穩定與可持續發展筑牢穩固根基，就必須持續推動相關技術的創新與應用，同時不斷加強多學科的融合，以此提升防護林建設與管理的科學化水平。

參考文獻

[1] 賈肖肖，肖輝杰，辛智鳴，等.農田防護林不同樹種三維模型構建與風場模擬[J].應用生態學報，2023，34（7）：1892-1900.

[2] 喬一娜，曹雙成，石孟迪，等.基于層次分析法的毛烏素榆林沙區防護林健康評價體系研究[J].林草資源研究，2024（2）：109-115.

[3] 鄧昊宇，宋玉蘭，陳彤，等.2001-2020年三北防護林工程實施效果評價[J].林草資源研究，2024（3）：9-17.