国内外防护林研究综述

柏方敏， 戴成栋，陈朝祖，杨 楠

(1.湖南省林业厅， 湖南 长沙 410007； 2.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004)

国内外防护林研究综述

柏方敏1， 戴成栋1，陈朝祖1，杨 楠2

(1.湖南省林业厅， 湖南 长沙 410007； 2.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004)

对前苏联、美国、日本等国的防护林建造历史及全球有较大影响的防护林工程(斯大林改造大自然工程、罗斯福工程、治山治水防护林建设工程、北非五国绿色坝工程)进行了简要介绍。总结了中国的防护林历史，简要介绍了“三北”防护林、沿海防护林、长江中上游防护林和退耕还林工程，同时首次系统地介绍了环洞庭湖防护林工程。对现代防护林学的树种选择、空间配置、综合效益、防护林成熟与衰退等重点研究领域进行了概述。

防护林工程； 树种选择； 空间配置； 综合效益； 防护林成熟与衰退

1 引言

森林作为陆地最重要的生态屏障，是维护生态安全，促进生态文明的物质基础。但是全球范围内的毁林现象以惊人的速度发展，据联合国粮农组织统计，自1950年以来，全世界森林正以20hm2/min的速度消失[1]。农业和工业需求的扩大、人口的增长、贫困、无土地和消费需求都是造成毁林的主要原因。

随着人口增长、粮食短缺、能源匮乏、自然资源遭受破坏以及环境污染等五大国际性问题出现以后，人们愈来愈深刻地认识到森林与人类生活休戚相关。欧洲的森林面积正在扩大，有报告说亚洲森林面积在过去五年间实现净增长[1]，这主要得益于中国的大规模造林运动。

防护林以发挥森林的各种防护效益为目标，发挥其防风固沙、保水固土、净化大气、改善小气候、防御或削弱灾害性天气等各种生态功能，保护、稳定和改善生态环境。因而防护林建设越来越受到世界各国的重视。根据其发挥的具体效应不同，可分为水源涵养林、水土保持林、防风固沙林等。

19世纪中叶，俄罗斯防护林研究的先驱者们针对严重影响农业生产的干旱风、土壤侵蚀等,于1843年在卡明草原营建了草原农田防护试验林，成立了世界上第一个防护林试验站，成为现代防护林工程的起始[2]。世界各国在20世纪以来都加大了营造防护林的力度，同时也取得了相应的科学研究成果，构建了现代防护林学。

2 国外防护林建设工程简介

2.1前苏联

前苏联是最早营造防护林的国家之一。从1843年起，道库查也夫等人在俄罗斯和乌克兰营建了草原农田防护试验林，主要解决在不利气象条件下农田保护的问题[2]。19世纪90年代，图库蔡耶夫考察了受干旱侵害的草原地区，在乌克兰第一次开始栽植试验性防护林带[3]。前苏联成立后，开始大规模地营建农田防护林，1931年成立了专门的研究机构(全苏农林土壤科学研究所)，提出广泛地发展农林改良土壤的科学研究[4]。

1948年开始实施“斯大林改造大自然工程”，在前苏联欧洲部分的草原地区营造农田防护林，实行草田轮作，以保护农业稳产高产。1949—1965年农田防护林营造工作是该计划的重要部分，其规模在世界历史上是空前的。至1985年，前苏联共营造防护林约5.5×106hm2，其中护田林带1.8×106hm2，保护着4×107hm2的农田和3.6×106hm2的牧场[5]。

2.2美国

美国农田防护林主要在中西部大平原地区。美国防护林营造的历史，最早可追溯到19世纪中叶[6]。1873年，美国通过的“木材教育法案”(TCA)，鼓励在所有新建住宅周围种植树木[3]。19世纪末，中部平原各州相继建立起林业试验基地，以确定本地区最适宜的造林树种。1924年通过了“Clarke — Menary计划”，由联邦政府提供资金，营造农田防护林，保护农田、牧场[6]。

1934年5月9—12日，一场特大黑风暴席卷美国2/3的大陆，大面积农田和牧场被毁[6]。这促使美国实施了“大草原各州林业工程计划”(即罗斯福工程[4])。该计划包括从北达科他至得克萨斯等纵贯大草原的6个州，建设范围约1.85×105km2，营造林带和片林以保护农田、牧场和防止土地沙漠化。林务局根据不同的土壤和土地利用情况确定了不同的造林方式。1935—1942年间共植树2.17×108株，营造林带2.9×104km，保护1.62×106hm2农田[4-5]。1943年后出于经费等原因大规模造林中止。

1960年美国制定了“国有林多种利用与永续生产”条例，规定国有林的经营应着眼于涵养水源、繁衍野生动植物等多种目的[5]。1985年农场法规定把一部分受侵蚀的农田退耕还林，用于营造风蚀控制林、野生动物防护林。到目前为止，除中部大平原外，在太平洋沿岸、东北部及墨西哥湾等地区也有一定面积的防护林，主要是海岸防风林、水土保持林和固沙林[6]。

2.3日本

日本的防护林与治山治水、山地绿化和砂防是相互交叉的。自明治时代起，日本就从国外引进了先进技术，聘请了技术专家。当时的防护林工程建设主要在山腹部，主要采取植树造林措施。1904年还创立了“砂防工学”[5]。

从1954年后，根据国民经济和生态环境状况，日本进行了4期每期10年治山治水防护林建设工程[2，7]。二战结束至20世纪70年代，日本兴起了以美国的土壤保持法为理论基础的河川整治和山地绿化工程[8]。进入20世纪70年代，伴随着高度的经济发展，林业工程也相应走向机械化。20世纪90年代后，日本在林业方面以禁止大规模皆伐为主，重点进行流域管理。根据森林的不同防灾作用和保护环境作用，到目前为止以法律形式固定了17种防护林，以水源涵养林、水土保持林为主[8-10]。

2.4北非

北非的摩洛哥、阿尔及利亚、突尼斯、利比亚和埃及5国于1970年联合在撒哈拉沙漠北部边缘地区建设一条跨国工程，即“北非五国绿色坝工程”(1970—1990年)。工程东西长1500km，南北宽20～40km，造林面积3×106hm2。通过造林种草，建设一条绿色防护林带，以阻止撒哈拉沙漠的沙漠北移及土地沙漠化。至1986年底，已种植70多亿株松树和阿月浑子树，成带造林3.5×105hm2，造林成活率达80%以上[4-5,7]。

2.5其他国家

阿尔卑斯山区各国从1950年起在欧洲林业委员会(EFC)中设立了山区流域治理工作组，定期召开国际学术讨论会[5]。其主要研究领域有：高山区不良立地条件的分类及造林技术，森林防止山洪泥石流及滑坡的作用，泥石流、滑坡的发生机制及其危险性鉴定，林牧复合生态系统的建设技术及效益等[5,11-12]。

在新西兰和澳大利亚的防护林业中，强调至少由两种寿命不同的树种组成的2行林带，以利更新。在火灾易发生地区，还需考虑树种的耐火性及过火后的自然更新能力。在某些情况下，还要考虑所选树种是否能为野生动物提供食物和栖息、蔽护的场所[13-14]。

此外，加拿大、英国、阿根廷、哥斯达黎加等许多国家也在防护林的营造和研究方面做出了大量工作[4,15]。

3 中国防护林工程

我国劳动人民在农田周围种树具有悠久的历史。据《国语》记载，早在公元前550年就已在耕地边缘、房前屋后种植树木。但是我国大规模有计划地发展防护林，还是始于新中国成立之后。

建国初期，国家开展了全国性旨在防灾治灾、保障和提高农业生产的防护林工程。包括东北西部、内蒙古东部防护林工程，苏北、山东、河北沿海防护林工程，豫东沙荒防护林工程，陕北毛乌素沙地防护林工程，永定河下游及冀西防护林工程，以及新疆、河西走廊绿洲垦区防护林工程[2]；1955年一届人大二次会议通过了“关于根治黄河水害和开展黄河水利的综合规划的决议”，结合治理黄河和黄土高原开展的大规模水土保持工作，黄河中上游各省以及淮河、海河、辽河上游水土流失地区的水土保持林工程也应运而生[5]。

20世纪60—70年代，防护林工程建设扩展到华北、中原和江南农业区。以改善农田小气候、防御自然灾害为目的，以窄林带、小网格为主要结构模式，这一类型区防护林工程建设应用到当地混农林业。立体林业传统经验为形成和丰富我国防护林建设特点提供了条件[7,16]。

在20世纪80年代初，我国山区、丘陵、高原和盆地等农田，吸收平原农区经验，营造了一些农田林网，以防御自然灾害[7，16]。

与此同时，我国还进行了几项大的防护林工程建设。通过这些工程，我国的防护林建设已取得了举世瞩目的伟大成就。

3.1“三北”防护林工程

举世瞩目的“三北”防护林体系建设工程，1978年经国务院正式批准纳入国家建设计划。“三北”防护林体系工程东起黑龙江的宾县，西至新疆的乌孜别里山口，北抵北部边境，南沿海河至喀喇昆仑山，包括新疆等13个省区、直辖市的551个县区，总面积占国土面积的42.4%[17,18]。该地区由于干旱、风沙等原因，水土流失严重。

三北工程从1978年到2050年，分三个阶段、八期工程进行，规划造林3.56×107hm2。到2050年，三北地区的森林覆盖率将由1977年的5.05%提高到14.95%[19,20]。

经过一、二期工程建设，已有20%的沙漠化土地得到治理，黄土高原40%的水土流失面积得到初步治理，流入黄河的泥沙减少了10%以上。截止2006年底，累计完成造林育林2.552×107hm2，工程区森林蓄积量增加了4×108m3[21]，工程取得了重大的阶段性建设成就。

三北工程在规模范围以及建设速度等各方面，均超过“罗斯福工程”、“斯大林改造大自然工程”和“绿色坝工程”，被誉为“中国的绿色长城”、“生态工程的世界之最”[18，19]。2003年，三北工程荣获世界上“最大的植树造林工程”吉尼斯证书[21]。

3.2沿海防护林工程

我国大陆海岸线长达18000km，北起鸭绿江口，南至北仑河口，包括150余个县，总面积2270km2，是我国农林牧副渔业的重要资源基地[4]。但自然灾害频繁，有风、沙、旱、涝、盐碱等不利因素。

我国在20世纪50年代就开始发展沿海防护林建设，沿海防护林体系工程建设在抵御和减轻海啸、风暴潮等自然灾害，改善生态环境和促进工农业生产等方面具有十分重要的作用[22-25]。自80年代末期开始，海岸防护林建设逐渐走向生态经济型的防护林体系，1989年我国进行了沿海防护林建设可行性研究，因地制宜地把防护林与用材林、经济林、薪炭林等有机结台，建成海岸防护林体系。“八五”期间国家曾将“沿海防护林体系生态经济效益及其评价技术”列入国家科技攻关计划[25-26]。

20世纪80年代以来，沿海各地陆续开始进行人工造林和对红树林天然次生林的保护。以广东为例，至2001年，红树林人工造林面积1531.1hm2，占广东省现有红树林面积的15.2%；营建以木麻黄为主的沿海基干林带占全省宜林海岸线的92.2%[27]。

3.3长江中上游防护林工程

长江流域总面积为180万km2，占我国国土面积的20%，流域内山地占65%、丘陵24%，平原11%，人口集中，约为3.5亿。由于森林逐年减少，致使土壤侵蚀和流沙淤积严重，洪水灾害日趋增加。流域内水土流失面积50年代为3.6×105km2，到80年代增至7.2×105km2，土壤侵蚀量达2.4×109t[28-29]。针对上述情况，国家从1989年起启动了长江防护林建设工程，此工程在“七五”计划中被列入林业部门的重点工作。工程在流域的中上游大力发展水源涵养林，在主要支流的中下游建设水土保持林，在干流的中下游建立护岸林、防浪林，平原地区以农田防护林为主。一期工程规划造林6.67×106hm2，森林覆盖率提高到40.7%[29]。

长防林体系自1989年启动以来，先后有中上游11省的200个县参加工程建设，至2000年累计完成造林任务4×106hm2，四旁植树1.8×109株，有近百个县基本消灭大面积荒山[30]。

3.4退耕还林工程

1949年4月，晋西北行政公署发布的《保护与发展林木林业暂行条例(草案)》中就规定：已开垦而又荒芜的林地应该还林，这是我国第一次正式提到“退耕还林”。自建国初期至20世纪90年代末，我国先后发布制订的《中华人民共和国水土保持法》等一系列政策法规均明确指出对破坏生态环境开垦的土地，有计划地退耕还林、还牧、还湖。

1999年朱镕基总理视察西部5省时提出：“退耕还林，封山绿化，以粮代赈，个体承包”的综合措施[31]。1999年四川、陕西、甘肃率先启动退耕还林试点工程，当年试点共完成退耕还林还草面积4.48×105hm2。2001年退耕还林增加到20个省区224个县。退耕还林试点工程累计完成任务1.879×106hm2，其中退耕还林还草1.011×106hm2，荒山造林工程0.868×106万hm2。2002年退耕还林工程全面启动，至2007年底，实施范围涉及25个省区2279个县，全国累计完成退耕还林任务2.5667×107hm2[32]。

3.5环洞庭湖防护林工程

洞庭湖区位于湖南北部、长江荆江段南岸，介于28°30′—29°31′N，111°40′—113°10′E之间。湖区总面积28852km2，其中，湖南省为22932km2，湖北省5920km2；洞庭湖湖泊面积2625km2，容积1.67×1010m3[33]。洞庭湖流域除洞庭湖区外，还包括湘、资、沅、澧四水，范围覆盖湖南全境及湖北、广西、贵州的部分地区，总面积263000km2，其中湖南境内面积占洞庭湖流域总面积的82.7%[34]。

湖区历来是林业发展的薄弱之地，其林业经历了从单一的沟港、农宅旁植树，发展到20世纪60年代以保护堤垸的防浪林林带，及70年代的农田防护林林网；80年代起，林网进入更新期，农田防护林向多树种多用途发展。有林地中防护林仅占8.33%；用材林占湖区有林地面积的48%[32]。

自1989年启动的长防林工程重点发展水源涵养林，在湖南区域内的防护林多建立在湘、资、沅、澧四水的中上游的山地、丘岗地地区，针对立地条件较差及坡度较大的山地。湖区周边缺乏有力的保护，丘岗地的植被覆盖率低，水土流失严重，流失的水土没有任何阻拦可以直接汇入洞庭湖，造成湖区泥沙淤积。同时环湖地区的工业污染、农业污染、城镇生活污水污染等各种污染交织，使得水环境恶化，部分水域出现了五类和劣五类水质，水体污染程度不断加剧[33]。

鉴于此种情形，湖南省林业厅于1998年启动了环洞庭湖防护林建设工程，工程涉及湖区周边岳阳、益阳、常德3市9县区。造林和封山育林总面积3.6×104hm2，总投资10150万元，其中德国政府援助6800万元[35]。旨在通过此工程扩大环湖森林面积，完善和强化洞庭湖区生态防护林体系和防护功能。

环湖防护林工程包括营造河湖堤外的防浪林、丘岗地的水源涵养林和水土保持林，部分经济林和庭院林。除经济林和庭院林外，工程造林采用了马尾松、湿地松、枫香、木荷、杨树等多个树种[36]。

环洞庭湖防护林工程是中德合作结出的硕果，在我国林业领域首次引进了参与式造林和项目运行管理机制，采用报账制和国际专家监管制调控造林质量[37-39]。环湖防护林工程既是湖南省人工造林史上首次大面积营造混交林，开创了我省大面积人工营造针阔混交林的先河，更是世界上首次建立环湖防护林。环湖防护林工程已取得巨大成功，工程建设的相关资料、研究成果将为其他湖区建立环湖防护林提供可靠的经验。

4 现代防护林重点研究领域

4.1树种选择

防护林体系树种配置的最基本工作是防护林树种的选择，国内外都很重视这一问题。国内外多年树种选择研究得出适地适树原则的结论[2，4，6，8，16]。美国在1935—1942年就对常用树种进行筛选，选出了大平原防护林常用树种；原苏联在草原造林时，考虑乔灌木树种对土壤条件的适应性，并根据乔灌木树种根系、生长发育状况进行分类选择。1979年关君蔚教授总结我国近30年来的防护林实践，提出了我国防护林的基本林种，并总结了形态结构特征及防护作用[16，40]。

防护林树种选择直接影响林带疏透度，生长速度及最终高度，决定是否能发挥诸如防护效益,改善野生动物栖息环境等效益。立地的适应性、稳定性、抗虫能力、树冠密度、根系特性和自然更新力等是对树种进行选择时应着重考虑的要素[3]。一般规律是以乡土树种为主，适当搭配经过实验的引种树种，以抗性大、适应性强、寿命长、防护效益好的树种为最佳选择对象，强调树种对生境的生态适应性。

随着防护林研究的深入，防护林的利用朝多效利用体系方向发展，树种的选择开始强调立地的防护功能大小。选择树种时将树种的生态指标与经济指标结合起来，即在水土保持林中推广水土保持效益好，经济价值高的树种。

4.2防护林空间配置

防护林体系空间配置,是指防护林体系的土地利用结构、林种结构和林分系统的空间布局[41-42]。空间配置的最终目的是要使防护林体系防护功能的发挥最大化，整体思路是从地块的不同尺度上形成一个稳定、健康、具有最佳防护功能的嵌套体系[41,43]。需要分别从区域尺度、小流域尺度以及地块尺度出发，充分考虑包括最佳森林覆盖率、林种、林分等在内的多因子，进行整体综合布局，使防护林充分发挥防护功能、达到预定防护目标[41,43]。

防护林土地利用结构需要综合资源承载力、最佳森林覆盖率、对位配置等多方角度，在考虑土地资源承载力的前提下，调整结构对比，获得最佳的防护效益，同时又能兼顾经济效益[41-45]。

防护林林种结构决定着防护林体系功能的发挥和效益的产生[41]。由于各防护区域地貌有差异，各个区域的植被、水土流失和土地利用等不同，所要求的防护功能有所差别，因此要求林种配置也不同。所以根据不同地貌，合理配置各林种，提出针对防护林建设的多林种空间配置模式具有重要意义。防护林体系林种结构确定后合理进行林分结构调整，使之具有稳定的合理结构。世界各国根据各自的地理条件和生产实际，对防护林林分结构的树种选择以及乔、灌、草相结合的配置技术等进行了研究[41,46-48]。

防护林体系空间配置普遍性规律的理论研究还处于探索阶段，目前还需要进一步完善，另外近自然林业理论研究还有待于进一步深入和加强[41]。

4.3防护林综合效益

森林综合效益包括生态效益、经济效益及社会效益。生态效益研究的目的在于为社会提供一种公认森林生态作用的尺度，从而为林业生产和环境保护提供思想上和经济上的保证。同时，它又是林业生产规划、布局、林种、林分质量结构等经营方案理论依据[49-50]。森林生态效益的定量研究是效益研究的深入，目前，这方面研究的成果日益增多[50-53]。这些研究的主要理论依据可分为以经济学为主要理论依据的计量研究和以生态学为主要理论依据的定量评价两大类。由于森林生态系统结构功能的复杂性，林业经营产出的多样性和投入产出循环的特殊性，使得综合效益产出量十分复杂，在理论和实践上还处于研究探索阶段，至今还没有一个国家能在森林综合效益的研究工作中有重要突破。

防护林体系综合效益的经济定量评价自20世纪60年代以来在国内外越来越受到重视，同时也是世界各国生态林业工作研究的热点之一。各国都根据本国的情况、条件和评价原则来确定合理的计量评价方法[16,49]。评价方法基本上采用两种分类系统。一种是以考虑防护林产生生态效益、社会效益所投入的劳动量为依据的三分法即：价值法、效益法和效能法。另一种是二分法：即效果评价法和消耗评价法[16,49]。

我国防护林效益研究开展得较为广泛，对防风固沙林、农田防护林、草牧场防护林、沿海防护林等有较为深入的研究[54-59]。

4.4防护林的防护成熟与衰退

防护林的防护成熟理论对于防护林经营以及更新采伐有重要的指导作用，它体现着一定的经营目的，关系到防护林总体效益的发挥，是防护林经营管理的重要基础理论之一[60-62]。

由于防护林的经营目的与一般森林不同，树木要求达到的状态也不同。因此，防护林防护成熟与一般森林成熟有着密切的联系，但有着严格的区别。

国内外关于防护林防护成熟的定义有不同的提法[62-69]。他们的共同特点是追求防护效益的最大化。防护成熟研究的主要内容包括防护效益与防护林年龄的关系、防护成熟对防护林永续利用的作用等。如何确定防护林防护成熟的问题，国内外尚缺乏精确、有效的方法，防护林防护成熟的研究亟待加强。

与此同时，很多防护林在未达到防护成熟就出现了诸如生长停滞、甚至枯死等衰退问题[70-74]。森林衰退问题已成为21世纪全球环境发展的难题之一。

早在20世纪60年代就有学者基于欧洲和北美的林木衰退对此进行研究[75]，20世纪90年代，有学者提出森林衰退概念[76]。国际粮农组织、国际热带木材组织、联合国生物多样性保护公约组织等纷纷对森林衰退进行了定义[77-80]。

防护林的衰退与森林衰退相似，不过防护林由于其明确的生态公益目标，衰退的最直接表现是防护效能的下降。宋立宁等提出防护林衰退概念为：防护林在生长发育过程中出现的生理机能下降，因生产力、地力衰退、林分结构不合理等导致防护效能下降的状态称为防护林衰退[74]。防护林衰退是多种因素综合作用的结果，导致防护效能降低，是一个长期渐变的过程，可能持续较长时间[74]。

目前在防护林衰退研究领域中，多集中在表面现状的研究，其衰退机理仍待深入研究。

5 结语

随着人类愈来愈关注地球环境，多功能、多效益的防护林也越来越引起人们的重视。虽然目前世界各国已完成了一些规模巨大的防护林工程，现代防护林学也取得了很大的成功，但在诸如防护林效益、防护林衰退等许多方面还需要更深入的研究，以完善现代防护林学，最大限度发挥防护林的各种效益，满足人类对防护林的多层次需求。

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(责任编辑：谭著明)

Progressofresearchonworldwideprotection-forest

BAI Fangmin1, DAI Chengdong1, CHEN Chaozu1, YANG Nan2

(1.Forestry Department of Hunan Province, Changsha 410007, China; 2.Hunan Forestry Academy, Changsha 410004, China)

The history of construction of protection forest in foreign countries including the former Union of Soviet Socialist Republics (USSR), the United States of America (USA) and Japan was briefly introduced, and several famous protection forest projects in the world were reviewed. The history of establishment of protection forest in China was looked back as well. Four major protection-forest projects in China, i.e., the ‘Three North’ Shelterbelt (the north, northeast and northwest China), the Coastal Shelterbelt, the Shelterbelt in Upper and Middle Reaches of the Yangtze River and the Convert Arable Land to Forestry Project were mentioned, and the Protection Forest Around the Dongting Lake was also introduced here for the first time. Progress of protection-forest research in some aspects, such as the selection of tree species, spatial allocation, comprehensive benefit, and maturation and deterioration of protection-forest, was also presented in this paper.

protection-forest projec; selection of tree species; spatial allocation; comprehensive benefit; protection-forest maturation and deterioration

2010 — 10 — 02

2010 — 10 — 15

湖南省林业厅重点项目“环洞庭湖防护林体系建设技术”，国家林业局推广项目“长江中游洞庭湖水系防护林营建技术示范”资助。

S 727.2

A

1003 — 5710(2010)05 — 0008 — 07

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2010. 05. 003