全 文 ：植物生态学报 2013, 37 (9): 872–888 doi: 10.3724/SP.J.1258.2013.00091
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2013-05-02 接受日期Accepted: 2013-07-31
* 通讯作者Author for correspondence (E-mail: jiaojunzhu@iae.ac.cn)
防护林学研究现状与展望
朱教君1,2,3*
1中国科学院沈阳应用生态研究所森林与土壤生态国家重点实验室, 沈阳 110016; 2辽宁省生态公益林经营管理重点实验室, 沈阳 110016; 3中国科学
院清原森林生态实验站, 沈阳 110016
摘 要 防护林学是研究防护林构建及经营的理论与技术的科学, 其核心内容包括防护林构建理论与技术、防护林经营理论
与技术和防护林效益评价。防护林学发展的终极目的是构建与经营防护林, 使其防护功能或生态服务功能高效、稳定并可持
续。防护林学是偏重实用的应用基础学科, 其发展始终依托防护林工程建设需求, 特别是以国家运作方式开展的大型防护林
工程建设, 对推动防护林学发展做出了巨大贡献。国外著名的防护林工程有美国大平原各州林业工程(罗斯福工程)、前苏联
斯大林改造大自然计划、日本的治山治水防护林工程和北非五国“绿色坝”跨国防护林工程等。围绕这些工程, 在防护林规划
设计、树种选择、空间配置、造林方法, 结构、抚育、间伐、衰退机制与更新, 以及效益评价等各个方面开展了相关研究, 其
中, 以效益评价及效益与结构的关系研究最为广泛与深入。中国幅员辽阔、自然条件复杂、森林资源相对匮乏且分布不均、
自然环境恶劣, 对防护林的需求极大, 自“三北”防护林体系建设工程启动以来, 中国防护林建设规模已居世界首位, 防护林
学在中国得到了长足发展, 尤其在防护林经营理论与技术研究方面取得突破性进展。防护林学以效益评价为桥梁将防护林构
建和经营组合在一起, 效益与结构的关系为防护林构建及现有防护林经营提供了科学依据。未来防护林学研究将以更广泛的
生态公益林或防护性森林为对象, 在研究方法上将由以林分尺度为主向更微观和更宏观两个方向拓展; 在防护林构建方面,
仍以林学理论与技术为主体, 并重点与生态系统稳定性原理、景观生态学原理相结合, 开展防护林(体系)区域分异规划设计、
营建理论与技术研究; 在防护林经营方面, 将以防护林衰退与恢复机制、带状防护林更新和非带状防护林近自然经营理论与
技术为重点开展研究; 在效益评价方面, 将采用遥感等技术, 以防护林(体系)、大规模防护林建设的生态环境效应评价等为主
要内容开展研究。
关键词 生态公益林, 防护林, 防护林构建, 防护林经营
A review of the present situation and future prospect of science of protective forest
ZHU Jiao-Jun1,2,3*
1State Key Laboratory of Forest and Soil Ecology, Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China; 2Liaoning Key Labo-
ratory for Management of Non-commercial Forest, Shenyang 110016, China; and 3Qingyuan Experimental Station of Forest Ecology, Chinese Academy of
Sciences, Shenyang 110016, China
Abstract
The science of protective forest includes the theories and technologies of creating and managing (using, conserv-
ing, repairing and renewing) protective forests in a sustainable manner to meet the desired goals, needs, and val-
ues for human benefits. This science is practiced in both plantations and natural stands. Its major goal is to create
and manage protective forests to continue a sustainable benefit of protection for the objectives needed to be pro-
tected. The development of this science mostly depends on the requirements from the creation of protective forests
because it is a related science involving the practice of growing and tending trees and the protective forests. It is
an applied art and a technology. The worldwide national-level ecological engineering projects, such as the Great
Plains Shelterbelt Project (Roosevelt Engineering) in USA, the Great Plan for the Transformation of Nature in the
former Soviet Union, the forestry and water conservation projects in Japan and the Green Dam Engineering Pro-
ject in the five countries of North Africa, promoted the development of the science of protective forest. The major
advances in the science included planning and design, tree species selection, spatial arrangement, planting tech-
nologies, structure modeling, thinning and tending, decline and regeneration and benefit assessment. There is
much more literature on benefit assessment than other aspects. In China, many areas are influenced by desertifica-
tion, soil and water loss and windy climate, so protective forests have been created widely, especially the Three
North Protective Forest Program (the Green Great Wall) initiated in the west of Northeast China, the north of
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North China and Northwest China. Therefore, the science of protective forest has developed greatly as well, espe-
cially with significant contributions to management theory and techniques. The science of protective forest gener-
ally contains a broad range of concerns on the theories and technologies in creating and managing protective for-
ests, which are linked by the benefit assessment. In fact, all forests, particularly non-commercial forests have pro-
tective functions. The methods of studying protective forests range from the stand scale to more microcosmic and
to more macroscopic scales. With regard to creation of protective forests, studies should be done on planning and
design according to regional differentiation characteristics on the basis of ecosystem stability and landscape ecol-
ogy. For managing protective forests, studies should include the decline mechanism, the near-natural management
and the assessment of protective forests. Benefit assessment of protective forests will be conducted at a large scale
with remote sensing technology.
Key words non-commercial forest, protective forest, protective forest establishment, protective forest mana-
gement

防护林是以发挥防护效应为基本经营目的的
森林的总称(姜凤岐等, 2003), 既包括人工林, 也包
括天然林(Zagas et al., 2011)。从生态学角度出发,
防护林可以理解为利用森林具有影响环境的生态
功能, 保护生态脆弱地区的土地资源、农牧业生产、
建筑设施、人居环境, 使之免遭或减轻自然灾害,
或避免不利环境因素危害和威胁的森林(Brandle &
Hintz, 1988; 姜凤岐等, 2003; 姜凤岐, 2012a)。实际
上, 陆地上所有的森林生态系统均具有一定的防护
功能。因此, 广义上, 所有以发挥防护功能为主的
森林——生态公益林, 均可归为防护林。依据防护
对象, 防护林可分为若干个具体的防护林种, 如农
田防护林、防风固沙林、水土保持林/水源涵养林等
等(姜凤岐等, 2003); 也有将防护林做更细划分的
案例 , 如日本将防护林划分为17类 (朱教君等 ,
2002a)。
营建防护林是世界各国应对自然灾害和生态
问题而采取的重要防治对策(曹新孙, 1981; Zagas et
al., 2011), 随着环境问题的日趋严峻, 森林生态服
务功能逐渐为人们所认知, 更加凸显了防护林建设
的重要性。美国、前苏联和日本分别于20世纪30年
代中期、40年代末和50年代中期实施了美国大平原
各州林业工程、斯大林改造大自然计划和日本治山
治水防护林工程; 中国则在20世纪50代初实施了中
国东北西部内蒙古东部防护林建设工程。这些以国
家运作方式开展的防护林工程, 在世界范围内开创
了防护林工程建设的先河(姜凤岐, 2012a)。至20世
纪70年代, 北非五国“绿色坝”跨国防护林工程和中
国三北防护林工程的实施掀起了大规模防护林建
设的高潮。至2008年, 中国仅三北地区的防护林面
积(片状林指乔木林郁闭度≥30%, 灌木林覆盖度≥
40%, 精度为±400 m2; 带状林的长度大于20 m)就
达到3 413.28 × 104 hm2 (片状林3 283.60 × 104 hm2,
带状林129.68 × 104 hm2) (郑晓等, 2013a, 2013b),
中国成为名副其实的防护林大国(Moore & Russell,
1990; Li et al., 1999; Zhang et al., 2012)。
防护林科学是一门应用性极强的学科, 防护林
建设与工程的需求是防护林学研究的依托和服务
归宿(姜凤岐等, 2003; Orth, 2007; 姜凤岐, 2012a)。
随着世界范围内防护林建设的发展, 防护林学逐渐
发展与完善。在研究内容方面, 防护林结构与效益
研究方面的相关文献颇为丰富(曹新孙和陶玉英,
1981; 曹新孙等, 1981; 曹新孙, 1983; Heisler &
DeWalle, 1988; Loeffler et al., 1992; 姜凤岐等 ,
1994a; Dix et al., 1995; Frank & Ruck, 2005; Dzybov,
2007; Mize et al., 2008; Kulshreshtha & Kort, 2009;
Tamang et al., 2010; Wu et al., 2013), 在防护林林种
方面 , 由于农田防护林的特殊重要性 (Munns &
Stoeckeler, 1946; 曹新孙, 1983; Matson et al., 1997),
发表文献最多。综观国内外防护林学的发展历史,
均与防护林工程建设息息相关。特别是最近30多年
来, 中国规模宏大的防护林建设为防护林学研究与
发展提供了重要的物质基础, 紧紧围绕防护林建设
与经营的理论和技术关键问题开展了大量的防护
林研究, 并使防护林学成为颇具特色的综合研究领
域。因此, 2000年以来, 中国防护林学的相关研究逐
渐增多(Zhu et al., 2002a; Ma, 2004)。
为更好地开展防护林学研究, 笔者在国家自然
科学基金(防护林学: 31025007)资助下, 通过查阅
大量国内外相关文献, 结合20余年的研究经历, 总
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结了防护林学研究现状, 同时展望了未来相关研究
领域和方向, 以期为防护林学发展和防护林建设提
供一定参考。
1 防护林学的内涵
防护林学是研究防护林构建及经营的理论与
技术科学, 核心内容包括: 防护林构建理论与技
术、防护林经营理论与技术和防护林的效益评价。
防护林学的基本内涵(概念)与范畴实际上为林学
(尤其是森林培育学, 前造林学Silviculture) (沈国舫,
2001a)所包涵, 林学(Forestry或Forest Science)是研
究森林建造、管理、应用、保护及修复, 以及与此
相关的资源可持续理论与技术的科学, 是为人类谋
福利的科学(SAF Dictionary of Forestry, 1998; 沈国
舫, 2001b); 狭义的林学定义为培育和经营森林的
科学, 包含树木学、森林植物学、森林生态学、林
木育种学、造林学、森林保护学、木材学、测树学、
森林经理/经营学等诸多学科, 即是以技术为主体
的营林科学。林学的主要研究对象是森林, 既包括
自然界保存的、未经人类活动显著影响的原始天然
林, 也包括原始林经采伐或破坏后自然恢复起来的
天然次生林以及人工林; 森林既是木材和其他林产
品的生产基地, 又是调节、改善自然环境, 使人类
得以生存繁衍的天然屏障, 与工农业生产和人民生
活息息相关, 是一项非常宝贵的自然资源。
由于防护林是以发挥防护效益为基本经营目
的的森林, 在林学基础上, 防护林学重点关注了森
林的防护作用, 即充分利用森林影响环境服务功能
的特性, 将防护林限制在为保护生态脆弱区资源、
农牧业生产、建筑设施、人居环境等免遭或减轻灾
害威胁而培育的人工林或天然林(姜凤岐等, 2003;
姜凤岐, 2012a)。防护林学的研究内容没有林学所涉
及的范围广泛, 其关注的重点是依托防护林工程建
设的防护林构建理论与技术、防护林经营理论与技
术和防护林的效益评价。很多国家以防御自然灾
害、维护基础设施、促进区域经济发展、改善环境
和维持生态平衡等为主要目的进行了林业生态工
程建设, 其核心主体仍是防护林工程建设(Munns &
Stoeckeler, 1946; 曹新孙和陶玉英 , 1981; van
Deusen, 1978; Baer, 1989; Zhu et al., 2004; Dzybov,
2007; Robert, 2009; Yan et al., 2011)。国际上关于防
护林学最早的专著当属《Shelterbelts and Micro-
climate》(Caborn, 1965); 之后, 系统总结防护林学
研究发展内容的专著为《Proceedings of an Interna-
tional Symposium on Windbreak Technology》由
《Agriculture, Ecosystems & Environment》专刊发表
(Brandle & Hintz, 1988)。我国防护林建设与发展深
受前苏联防护林建设思想和学科体系的影响(姜凤
岐, 2012a); 自《农田防护林学》(曹新孙, 1983)出版
发行至今, 国内已出版了多部有关“防护林学”的专
著, 如《水土保持与防护林学》(张金池, 2011)、《农
田防护林学》(朱金兆等, 2010)、《防护林经营学》(姜
凤岐等, 2003)、《农田防护林生态工程学》(朱廷曜,
2001)、《农田防护林学》(阎树文, 1993)、《农业防
护林学》(赵宗哲, 1993)和《防护林学》(向开馥,
1991)。这些专著阐述了防护林学的基本内涵, 除防
护林学的传统研究内容(林学为主)外, 逐渐与生态
学相结合, 扩展到更为广阔的森林生态领域, 标志
着我国防护林学科的发展和特色。
2 防护林学的发展历史与世界重大防护林
工程
早在1843年, 前苏联(欧洲部分)针对严重影响
俄罗斯和乌克兰干草原地区农业生产的干旱风害、
土壤侵蚀等, 在卡明草原(Cumming prairie)营建了
农田防护试验林, 但直至1931年后才成立了“全苏
农林土壤改良科学研究所” (曹新孙和陶玉英 ,
1981), 并建成世界上第一个防护林试验站(曹新孙
和陶玉英, 1981; 高志义, 1997)。基于此, 积累了防
护林研究的众多成果, 即成为防护林学发展的起始
点(曹新孙和陶玉英, 1981; 高志义, 1997; 姜凤岐
等, 2003)。因此, 防护林学的发展历史距今约有170
年。防护林是以发挥森林的防护功能为目的的林种,
其最初概念的形成源于人们对天然森林加速消失
的意识。随着19世纪工业革命的兴起, 对自然资源,
特别是对天然林的无度开发, 加剧了生态环境的恶
化(高志义, 1997)。19世纪中期, 俄罗斯和乌克兰草
原区域, 由于过度垦伐, “黑风暴”频繁出现。19世纪
后期至20世纪30年代, 美国大平原地区(密西西比
河以西和洛杉矶以东), 为获取耕地, 人们进行了大
范围开发, 1934年发生了大范围、长时间的“黑风暴”
(Munns & Stoeckeler, 1946; 朱教君, 1993)。人们在
遇到自然灾害时, 逐渐认识到保护和合理开发利用
森林资源的重要性, 并开始有规划、有目的地营造
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森林, 以发挥森林的防护功能(如防治土地风蚀、沙
化、水土流失、泥石流, 降低强风危害, 净化大气、
土壤、水体, 减少噪音、酸雨等), 这便形成了防护
林的初始概念(高志义, 1997)。
由于防护林学是伴随着防护林工程建设而发
展起来的, 其发展史基本上是沿着国内外重大防护
林工程的发展轨迹而展开。以国家形式运作的重大
防护工程主要包括: 1935–1942年美国大平原各州
林业工程(罗斯福工程), 1949–1965年前苏联斯大林
改造大自然计划, 1950–1978年中国东北西部内蒙
古东部防护林建设为代表的防护林工程 , 1954–
1983年日本治山治水防护林工程, 1970–1986年北
非五国“绿色坝”跨国防护林工程, 1978–2050年中国
三北防护林工程。这些防护林工程的实施, 极大地
促进了防护林学的发展。
2.1 美国大平原各州防护林工程(1935–1942)
美国大平原各州防护林工程, 又称“罗斯福工
程”, 是指在密西西比河以西和洛杉矶以东地域营
建大规模防护林事件。该防护林工程启动之前, 来
自德国、挪威等国的居民为了改变大平原单调的景
观和防风固沙, 在河岸、农田及居民点附近植树造
林, 这便是大平原防护林建设的开端(朱教君, 1993;
Robert, 2009)。随着中西部大草原地区人口显著增
长, 高强度放牧和无节制垦殖严重破坏了大平原区
域生态系统平衡, 沙风暴频繁发生。大规模防护林
建设是从20世纪30年代沙风暴席卷大平原后开始
的(Roland, 1952)。1934年末, 美国总统Franklin D.
Roosevelt签署命令, 1935年春正式启动了大平原各
州以农田防护林工程为主体的“防护林带工程” (van
Deusen, 1978)计划。Franklin D Roosevelt自始至终
主持了这项工程的决策、规划和实施。工程范围北
起北达科他州, 南至得克萨斯州, 南北长1 850 km,
东西宽161 km, 包括大平原6个州3万多农场, 至
1943年的8年间共营造防护林带29 927 km, 30 223
条, 保护农田162万hm2, 这是美国林业史上最大的
防护林工程 (朱教君 , 1993; Orth, 2007; Robert,
2009)。大平原防护林工程主要是在没有森林的土地
上造林。
工程造林结束后不久, 约有10%的造林消失或
因放牧等干扰而严重受损, 但80%以上保存良好并
发挥了应有的作用(Munns & Stoeckeler, 1946; Ro-
land, 1952); 10年后(1954年)再次调查发现, 保存良
好并发挥作用的防护林约为42%。尽管大平原农田
尚有90%需要防护林保护, 但由于种种原因, 防护
林建设规模逐年缩小 (van Deusen, 1978; Baer,
1989)。至20世纪六七十年代, 部分农场为扩大耕地
和兴建水利灌溉系统, 与防护林带布局产生了矛
盾 , 另外 , 由于旱灾(很多区域年降水量不足381
mm)、病虫害(林木同作物病虫害寄主交叉感染)及
放牧不当等问题, 使大面积防护林出现了衰退现象
(van Deusen, 1978)。为此, 1975年美国国家审计署长
提出: 应立即采取措施鼓励农民更新和保护现存林
带, 以避免多年营造的防护林消失使附近的农田再
次遭受风灾侵袭(Fewin & Helwig, 1988)。进入20世
纪90年代, 由于农田防护林耗水及占用农田等问
题, 部分大平原防护林带经营者出现了摆脱农田防
护林的思潮(沈照仁, 2004)。在防护林工程建设初期,
主要对防护林的规划设计(林带长度与防护面积、林
带行数与株行距、林带方向与带间距离) (Finch,
1988)、营造技术(树种选择、树种生长及适宜性、
防护林配置与断面形状、立地条件划分, 采种、育
苗、植树、补植、防止动物危害)和效益评价(防护
林对小气候影响、防护效益与费用)等开展了研究
(朱教君, 1993); 工程后期, 重点针对防护林生长发
育过程中出现的衰退、死亡等问题, 开展了防护林
抚育、杂草控制、病虫害防治, 防护林更新、改造
等研究(Baer, 1989; Brandle et al., 2004)。随着全球
气候变化的发展及林业发展方向的转变, 有关防护
林缓解全球变化的作用(Guertin et al., 1997; Hou et
al., 2011)、能量保存(DeWalle & Heisler, 1988)、动
物保护(Dix & Leatherman, 1988; Dix et al., 1995)及
美学效益(Cook & Cable, 1995)等被人们充分认识。
2.2 前苏联时期的斯大林改造大自然计划(1949–
1965)
早在1843年, 前苏联针对其欧洲部分领土遭受
严重的干旱风、土壤侵蚀等灾害, 开始营造以农田
防护林为主的防护林工程, 并开展相关研究, 尤其
在林带保护区小气候因素与增产效益的关系、林带
类型、宽度、密度、结构、带间距离等与防护林营
建相关的理论与技术方面取得一些成果(曹新孙和
陶玉英, 1981), 是防护林建设最早的国家(高志义,
1997; Dzybov, 2007)。基于早期防护林建设经验, 第
二次世界大战结束后, 前苏联政府着手规划了国家
运作方式的防护林工程建设——“斯大林改造大自
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然计划”。1948年公布了“苏联欧洲部分草原和森林
草原地区营造农田防护林, 实行草田轮作, 修建池
塘及水库, 以确保农业稳产高产”计划, 实施期为
1949–1965年(17年 ), 规划营造各种防护林570万
hm2、8条大型防护林带 (总长5 320 km, 总面积
76 000 hm2)。据统计, 至前苏联解体前(1983年)清
查 , 防护林占其全国森林面积的19% (高志义 ,
1997; 柏方敏等, 2010)。
该防护林工程在建设过程中, 应用了1843年开
始的卡明草原农田防护林试验和当时防护林研究
取得的成果, 在防护林学领域提出了防护林规划的
综合配套思想, 确定将天然林划归为防护林范畴的
理念(姜凤岐等, 2003), 重视森林保护环境和涵养水
源的防护功能研究等(高志义, 1997; Korolev et al.,
2012), 在防护林结构以及效益评估等方面也做出
了重要贡献(姜凤岐, 2012b)。
2.3 日本治山治水防护林工程(1954–1983)
日本山地灾害(土体流失、滑坡、崩塌、泥石流
等)频繁, 特别是第二次世界大战后, 由于大面积森
林破坏引发严重水土流失, 加剧了山地灾害的发
生。早在1897年日本即颁布森林法进行森林保护和
防护林营造, 1904年创建了砂防工学(即侵蚀控制工
学), 将治山治水、经营防护林确定为主要对策
(Fujikake, 2007)。作为国家形式运作的“治山治水防
护林工程”始于第二次世界大战结束以后, 是日本
防护林建设的第二个时期 (朱教君等 , 2002a),
1954–1963年以营造控制土壤流失为重点的防护林,
1964–1973年则以水源涵养林建设为主, 1974–1983
年由于城市化迅速发展, 以保健林和都市水源涵养
林建设为主; 在20世纪80年代至1990年, 防护工程
建设以混凝土为主, 在山地灾害区建设了各类砂防
坝, 而树木防护林则多以被动保护为主(朱教君等,
2002a)。
日本是防护林林种划分比较细致的国家, 为便
于经营管理, 根据防护林不同的防护功能, 将防护
林种划分为17种: 水源涵养林、水土保持林、塌方
防护林、飞沙防护林、防风林、洪水灾害防护林、
潮灾防护林、干旱防护林、防雪林、防雾林、雪崩
防护林、落石防护林、防火林、渔业防护林、航标
防护林、保健防护林和风景林(朱教君等, 2002a)。
这些防护林占全国森林总面积的36% (占国土面积
近1/4), 其中, 水源涵养林和水土保持林(包括海岸
防护林)是防护林的主体(占防护林面积的90%以上)
(Zhu et al., 2003b; Jung et al., 2009)。防护林造林树
种基本为乡土树种(朱教君等, 2002a), 树木容易成
活, 成林有保障。治山治水防护林工程在防护林树
种选择、更新改造, 促进水源涵养林和水土保持林
水文调节防护功能发挥机理研究、防护林公益效应
量化表达和相应防护林种经营管理方面取得丰富
经验(Zhu et al., 2012)。在防护林经营管理方面, 主
要根据不同立地与不同树种和林分特点, 综合考虑
防护效益与国民需求制定相应经营方案, 如分流域
管理, 抚育、更新及复层林培育等, 同时加强国民
防护林经营意识。由于日本防护林70%以上为国有,
且主要分布在山地灾害易发地区, 总体上无人为管
理。
2.4 北非五国“绿色坝”防护林工程(1970–1986)
北部非洲五国——摩洛哥、阿尔及利亚、突尼
斯、利比亚和埃及受世界上最大沙漠撒哈拉沙漠的
飞沙影响, 为了防止沙漠北移, 五国政府于1970年
决定在撒哈拉沙漠北部边缘联合建设跨国林业工
程——北非五国“绿色坝”防护林工程。工程规划20
年(1970–1990), 工程基本内容是通过造林、种草,
在东西长1 500 km、南北宽20–40 km范围内营造各
种防护林300万hm2。在工程实施过程中, 各国分别
做出了具体计划, 如阿尔及利亚的《干旱草原和绿
色坝综合发展计划》、突尼斯的《防治沙漠化计划》
和摩洛哥的《1970–2000年全国造林计划》等(高志
义, 1997; 李世东等, 2003)。
“绿色坝”防护林工程除了传统规划设计、造林
树种(物种)选择等技术外, 整体工程从生态学观点
出发, 首先保护好当地现有天然植被, 在此基础上,
实施宜林则林、宜草则草的营林方针; 另外, 针对
防护林工程受到人为严重干扰的特点, 运用法律限
制过度放牧干扰(高志义, 1997)。这种以生态学观点
为依据建立的防护林工程为防护林的经营理论与
技术发展提供了重要参考。
2.5 中国三北防护林体系工程(1978–2050)
中国营造防护林的历史距今已有100多年(曹新
孙, 1983), 开展大规模的防护林建设则是从新中国
成立开始。自20世纪50年代初, 我国防护林建设一
直没有间断过, 先后启动了东北西部、内蒙古东部、
河北、陕西等地的防护林建设, 之后逐渐扩大至西
北、豫东防护林(17县)、陕北防护林(6县)、永定河
朱教君: 防护林学研究现状与展望 877

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下游防护林网(4县)、冀西防护林网(8县), 以及新疆
河西走廊垦区的绿洲防护林营造(高志义, 1997)。20
世纪六七十年代后, 以农田防护林为主的建设由北
部、西部风沙低产区, 扩展到华北、中原高产区及
江南水网区; 与此同时, 黄河中、上游各省区水土
保持林、水源涵养林, 以及中国北方防沙治沙林、
黄土高原水土保持林综合防护林建设一直持续发
展。该时期防护林建设对防护林学理论和技术应用
均做出了重大贡献: 1)防护林营建基础——从灾害
种类(风、沙、水等)存在与发生规律、危害程度及
防护林所处立地、对应树种适应性, 到提出因害设
防、因地制宜的防护林工程建设原则等开展研究(曹
新孙, 1983; 高志义, 1997; 姜凤岐, 2012a); 2)防护
林营建技术——主要借鉴了前苏联时期防护林规
划设计、造林技术及抚育技术等成果和经验, 结合
中国防护林建设历史, 提出了适合中国防护林建设
的规划设计方案(高志义 , 1997; 姜凤岐 , 2012a,
2012b); 3)防护林防护效益——特别是对农田防护
林(林带)改善农田小气候、提高产量以及生态效益,
防风固沙林防沙固沙, 水土保持林保持水土的机理
等进行了系统研究(曹新孙, 1983; 向开馥, 1991; 朱
金兆等, 2010), 为防护林规划设计、结构调控等防
护林构建与经营提供了基础支撑(高志义, 1997), 为
1978年三北防护林工程启动奠定了良好基础。
中国东北西部、华北北部和西北大部分地区(简
称三北)植被稀少, 气候恶劣, 风沙危害和水土流失
十分严重, 木料、燃料、肥料、饲料非常缺乏, 农
牧业产量低而不稳, 人民生活长期处于较低水平
(朱教君等, 2003; 姜凤岐等, 2009)。为从根本上改
变三北地区的生态环境和区域生产、生活条件 ,
1978 年 11 月 国 务 院 正 式 批 准 了 为 期 73 年
(1978–2050)的三北防护林工程建设。三北防护林工
程是世界上最大的人工造林工程, 是我国以国家运
作方式实施的第一个重大林业生态工程, 包括中国
13省市自治区 , 551个县旗区 (73°26′–127°50′ E,
33°30′–50°12′ N), 涵盖面积达407亿hm2 (占国土面
积42.4%, 包括中国95%以上风沙危害区和40%水
土流失区, 遥感监测面积为399亿hm2), 工程分3个
阶段、8期工程, 计划造林0.377亿hm2, 成为人类历
史上规模最大、持续建设时间最长、环境梯度最大
的林业生态建设工程。三北防护林工程主要防护林
类型: 农田防护林、水土保持林、水源涵养林、防
风固沙林等(姜凤岐等, 2003; 刘冰等, 2009)。在三
北防护林工程建设的昭示下, 中国在近20余年里相
继启动了沿海防护林工程、珠江流域综合治理防护
林工程、长江中上游防护林工程、辽河流域防护林
工程、黄河中游防护林工程等17项林业生态工程,
标志着防护林工程进入了全新时代。三北防护林工
程建设实施30余年来, 对防护林学的深刻影响主要
涉及如下三方面: 1)充实了防护林构建基础理论与
技术研究内容。由于三北地区具有普遍干旱的特点,
属于困难造林区, 三北防护林工程建设提出了高
效、持续、可操作的径流林业配套技术措施(高志义,
1997)。2)提出生态经济型防护林体系建设理念, 并
基于此进行防护林系统效益评价。对三北地区主要
防护林类型的综合防护林效益进行了科学监测, 明
确了主要类型防护林的生态效益 (Wang et al.,
2010)。3)认识到防护林经营理论与技术研究不足,
开展了相关研究并取得一定成果。以农田防护林、
水土保持林和防风固沙林为对象, 提出了防护林防
护成熟与阶段定向经营理论并给出各个经营阶段
促进或维持防护成熟状态的经营技术(姜凤岐等,
2003; 朱教君等, 2004, 2005; Zhu et al., 2008)。
3 防护林的构建理论与技术
防护林工程的建设推动了防护林构建理论与
技术的发展。防护林工程实质上是以森林培育学(造
林学)理论与技术为主体, 由木本植物材料构成的
生物性生态工程(姜凤岐等, 2003)。目前, 有关防护
林构建理论与技术相对完善, 主要包括以下几方
面: 规划设计、树种选择(立地条件划分)、空间配
置(防护林体系)和造林方法(技术)。
3.1 规划设计
防护林建设主要是以人工造林为主, 近期已将
现有天然林纳入到防护林组成和经营范畴。防护林
的规划设计重点在人工造林, 如何在没有森林的地
区构建具有多样性和稳定性的防护林生态系统, 并
使其防护功能高效、稳定与可持续, 是防护林规划
设计中最重要的研究主题(曹新孙, 1983)。经过长期
研究, 确定了防护林规划设计的原则和主要参数
(Caborn, 1965; 曹新孙, 1983)。规划设计的基本原则
是“因害设防、因地制宜” (Caborn, 1965; 曹新孙,
1983; Schroeder, 1988; 高志义, 1997)。不同的防护
林种要求防护目标不同, 因此, 各防护林种的设计
878 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2013, 37 (9): 872–888

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参数也不同(Tibke, 1988; Ticknor, 1988)。由于农田
防护林的特殊性, 对林带的设计原则和林带/林网
参数开展了较详细的研究(曹新孙, 1983; Dronen,
1988; Cleugh et al., 2002)。随着防护林建设的发展
与扩大, 现代防护林规划设计中主要考虑如何突
破单一配置模式, 实行(林)带、片(林)、(林)网相结
合的配置(高志义, 1997); 另外, 防护林的规划设
计已逐渐实现了计算机模拟化(Ellis et al., 2004;
Ferreira, 2011)。防护林设计时, 除考虑因害设防外,
也考虑到美学(Grala et al., 2010, 2012)、应对全球
气候变化(Guertin et al., 1997)、系统稳定性(Motta
& Haudemand, 2000)以及生物多样性保护(Johnson
et al., 1994; Gámez-Virués et al., 2010)等需要。一些
天然林, 尤其是以发展水源涵养、水土保持、山体
滑坡/塌方/落石防治、雪崩防止以及都市周边综合
防护为主的森林, 均规划、纳入到防护林组成和经
营范畴, 使防护林概念更为广泛, 即目前的生态
公益林(non-commercial forests) (朱教君和李凤芹,
2007)。
3.2 树种选择
树种选择不仅直接影响防护林树木成活、生
长、发育, 而且对防护林结构、防护效益产生持久
性影响(曹新孙, 1983), 因此成为防护林构建的最重
要基础。重大防护林工程启动之初, 树种选择的研
究是重点, 如美国大平原防护林工程在1935–1942
年对常用树种进行筛选, 给出了适合大平原地区的
主要树种(朱教君, 1993; 柏方敏等, 2010); 前苏联
的草原防护林建设同样是根据乔、灌木树种根系、
生长发育状况及其对不同土壤的适应性进行分类
选择(高志义, 1997); 中国各地区对主要防护林树
种进行了详细筛选(曹新孙, 1983)。研究证明, 防护
林树种选择必须综合考虑树种的生物学、生态学、
林学特性, 依据气候土壤条件做出选择。“适地适
树”是国内外防护林树种选择中普遍认同的原则(曹
新孙, 1981, 1983; Bagley, 1988; 姜凤岐等, 2003; 柏
方敏等, 2010)。防护林树种选择要求考虑树种配置,
树木成活、生长等对防护林结构的影响(Ritchie,
1988)。另外, 随着世界范围内森林经营方向由木材
生产为主转向利用森林生态系统其他生态服务功
能, 防护林的稳定性或抗逆性、持久性和自然更新
能力等也是树种选择时应考虑的要素 (Motta &
Haudemand, 2000)。防护林树种选择应更加注重乡
土树种, 慎重考虑外来树种(Fujikake, 2007)。随着生
态经济型防护林体系建设的发展, 树种选择将生态
指标与经济指标相结合也成为需要考虑的要素(柏
方敏等, 2010)。
3.3 空间配置
防护林空间配置依据防护目标/目的不同而不
同。农田防护林所在农田生态系统中, 空间配置较
为复杂, 因此, 林带空间配置理论与技术研究较全
面深入(曹新孙和陶玉英, 1981); 而以水土保持、水
源涵养及防风固沙等非带状防护林的空间配置相
对简单(朱教君等, 2004)。
早在1981年, 我国农田防护林的创始人曹新孙
先生即对林带空间配置研究进行了较为系统的总
结(曹新孙和陶玉英, 1981): 关于林带空间配置必
须与林带结构相结合, 即不同的林带结构要求林带
宽度及横断面形状不同(曹新孙等, 1981)。林带究竟
设置多宽? 由于受林带所处地域和保护对象的不
同, 国内外一直没有统一结论, 如欧洲(丹麦、英国)
学者认为林带不宜过宽, 宽高比超过一定限度, 防
护效应即受到影响(Caborn, 1965); 而前苏联学者通
过对不同林带宽度的防风试验得出: 增加林带宽度
的同时应该增加林带的疏透度, 反之亦然(曹新孙
和陶玉英, 1981); 中国林带宽度的设计则多依据
所保护的农田现状、所选树种确定, 如三北防护林
工程建设的林带宽度多在8–24 m (曹新孙, 1983)。
林带横断面形状配置主要受林带结构影响, 在通
透结构下以矩形最佳(曹新孙等, 1981); 林带长度
作为空间配置指标之一早有定论, 一般不低于林
带高度的12倍(曹新孙和陶玉英, 1981); 林带走向
应垂直于主害风, 考虑到与农田作业结合, 走向
可与主害风方向偏离30° (曹新孙, 1983; 朱教君
等, 2003)。林带空间配置的关键要素——由有效防
护距离决定的带间距离(曹新孙等, 1981; Wei et al.,
1985), 早在1935年就有学者开展了相关研究, 但
研究结果因地域、防护对象不同差别较大, 如欧洲
(丹麦)以林带高为15 m计, 则林带之间的距离应在
250 m; 而前苏联在草原农田防护林带设计中则根
据土壤类型采用带间距离300–400 m (栗钙土)、
400–500 m (南方黑钙土)、500–600 m (普通黑钙土)
(曹新孙和陶玉英, 1981)。实际上, 假设在林带结构
最佳状态条件下, 决定带间距离大小的关键是保
护对象需要降低害风的程度与林带高度, 只要这
朱教君: 防护林学研究现状与展望 879

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两个因子确定, 带间距离即可确定。Zhu等(2002a)
在以往研究基础上, 通过对林带结构、林带高度量
化, 确定了带间距离设计模型: SIP = δLrpH0 (SIP是
带间距离; δ是与林带结构相关的参数, 由林带疏
透度表征; Lrp即害风相关参数; H0是林带的成熟高
度, 与树种、立地相关)。带间距离模型中的关键
参数δ和H0分别由林带结构试验(曹新孙等, 1981)
和林带高度生长变化规律试验(姜凤岐等, 1994b;
朱教君等, 2002b)确定。
其他防护林种(非带状)主要依据防护林保护对
象, 遵循因地制宜、因害设防、适地适树和乔灌草
结合等原则进行空间配置, 重点考虑植被演替的规
律和各树种的生态学和生物学特性 (姜凤岐等 ,
2006, 2009)。对于防风固沙林, 其空间配置的关键
是以水量平衡为依据, 造林地区的水分条件必须保
证防风固沙林存活、生长与发育成林(Zheng et al.,
2012); 因此, 树种配置以低耗水的林种和乡土树种
为主, 保证树木充足的水分营养空间; 严格控制乔
木树种造林数量与密度, 配置成林的盖度应与当地
降水相适应。对于水源涵养林和水土保持林, 早在
19世纪30年代, 欧洲各国(如奥地利、德国、法国、
瑞士、意大利、匈牙利等国)为山洪、泥石流及滑坡
等危险易发区制定了严厉的森林保护法, 在这些区
域配置水源涵养林和水土保持林, 禁止森林采伐,
重点考虑如何最大限度地发挥森林的涵养水源、保
持水土、调节气候、改善水质等作用(曹新孙和陶玉
英, 1981; 高志义, 1997)。
3.4 造林技术
防护林的造林技术与林学(森林培育学)的造林
技术相似(沈国舫, 2001b), 整地方式、整地时间一般
随造林地具体环境条件的不同而不同。整地方式包
括局部与全面整地, 而造林时间依不同林种而异,
尤其是在干旱沙区的防风固沙林和水土流失严重
地区的水土保持林, 造林技术的关键是把握土壤含
水量和降水季节(曹新孙, 1983)。造林方法大致包括
植苗造林(关键技术: 保证苗木含水量)、萌蘖造林
(关键技术: 选择萌蘖性强的树种, 成活后的定株)
以及大面积飞播造林(属于非常规造林技术, 要求
从植物种、播种区选择, 到播种量、播种期设计等
一系列技术) (姜凤岐等, 2003)。选择适宜的造林季
节也是造林技术的关键, 一般以提高造林成活率,
保证幼苗、幼树生长为标准, 主要包括春季、秋季、
雨季和冬季几个时间段(曹新孙, 1983)。
4 防护林经营的理论与技术
一般认为, 森林经营是森林培育过程的重要环
节。然而, 经典的森林经营理论与技术是以适应木
材利用为主要需求而提出的, 而经营防护林的主要
需求是取得其防护效益, 显然, 传统的森林经营理
论与技术很难应用到防护林经营实践中。因此, 依
据防护林的特点, 建立适合重点利用森林防护功能
的防护林经营理论与技术, 是防护林学发展的必
然。由于防护林经营理论与技术没有可供借鉴的前
期学科领域, 因此, 防护林经营理论与技术远远落
后于防护林构建理论与技术。20世纪80年代末、90
年代初, 随着苏联解体, 中国、美国成为世界防护
林大国, 而中国则是建立防护林经营理论与技术体
系最主要的国家。《防护林经营学》(姜凤岐等, 2003)
的出版发行标志着防护林经营理论与技术体系框
架的形成(Zhu, 2008)。防护林经营主要包括: 防护
成熟与阶段定向经营、结构配置优化与结构调控、
衰退机制与更新改造。
4.1 防护成熟与阶段定向经营
防护林经营是对培育防护林各项技术措施和
人工作业的统称, 包括从幼林直到采伐更新的全过
程所采取的系列定向培育技术, 旨在实现防护林效
益的高效、稳定和可持续。防护成熟是指防护林在
生长发育过程中达到全面有效的防护状态(姜凤岐
等, 1994b), 成熟持续的时间为防护成熟期, 其两个
端点分别定义为初始防护成熟龄和终止防护成熟
龄(Zhu et al., 2002a; 姜凤岐等, 2003)。经营防护林
的目标就是尽量维持防护林的防护成熟状态, 当防
护林在非防护成熟状态时, 所有的经营措施均应使
防护林向着防护成熟状态发展。以此为依据, 可将
防护林的生长发育过程分为3个阶段: 一为成熟前
期, 即从幼林到防护成熟到来之前; 二为防护成熟
期, 即防护成熟状态持续的时期; 三为更新期, 即
林木接近自然成熟开始更新直到更新结束的时期
(朱教君和姜凤岐, 1996; 姜凤岐和朱教君, 2002; 朱
教君等, 2002b)。对应于这三个阶段的培育措施: 成
熟前期以除草、松土、灌溉、施肥、间作、定株、
修枝为基本内容的幼林抚育技术, 以及其他有利于
林分生长、发育或尽快进入防护成熟状态的技术措
施; 防护成熟期以间伐为主要内容的抚育间伐技
880 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2013, 37 (9): 872–888

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术、修枝技术, 以及其他有利于组成、结构处于最
佳防护状态的技术措施; 更新期以择伐和渐伐为主
要方式的主伐技术及与之相应的天然更新、人工促
进天然更新和人工更新等更新技术, 或其他有利于
林木更新并尽量维持防护效益不间断的主伐更新
方式(姜凤岐等, 2003; Zhu, 2008)。上述经营技术措
施主要是针对人工防护林, 天然起源防护林的防护
成熟与经营阶段及其对应经营技术则与人工防护
林有所不同, 但相关原理与人工防护林是相同的
(姜凤岐等, 2003)。
4.2 结构配置优化与结构调控
防护林结构是指林分内树木干、枝、叶的密集
程度和分布状态, 由树种组成、林分密度、林分分
层(乔、灌、草等)、林木胸径、树高、林龄等众多
因子综合决定(Heisler & DeWalle, 1988; 朱教君等,
2003)。防护林结构是发挥防护林效益的决定性要素
(Kenney, 1987; Zhou et al., 2002; 姜凤岐等, 2003),
既是防护林规划设计的关键参数, 同时也是防护林
经营过程指示防护状态的依据(Zhu et al., 2002a; 姜
凤岐等, 2003; Zhou et al., 2004)。为实现防护、经济
和社会效益最大化并永续利用, 防护林体系必须具
有在空间上布局的合理性及树种、林分的多样性和
稳定性特征。结构优化是选择最佳结构并加以保持
的过程, 因此, 防护林结构研究一直是该领域的热
点与难点。由于防护林的种类不同, 各防护林种的
结构表达也不同, 如农田防护林及其他以防御害风
为主的带状防护林通常用疏透度(optical porosity)表
征其结构(曹新孙等, 1981; Kenney, 1987), 其确定
方法则多用数字图像处理法 (Bean et al., 1975;
Kenney, 1987; 姜凤岐等 , 1994a; Nelmes et al.,
2001); 而防风固沙林和水土保持林等多以片状形
态出现, 其结构的表达同天然林一样, 主要以林分
的成层性、郁闭度等指标表达(Zhu et al., 2003a)。
无论是带状林的疏透度, 还是片状林的成层性/郁
闭度均为林分水平的结构特征, 主要通过防护效益
对比优选出结构模式和参数(Heisler & DeWalle,
1988; Zhou et al., 2004; Zhu et al., 2004; Mercer,
2009; Ma et al., 2010), 以达到结构优化的目的。关
于农田防护林结构与防风效益的研究文献最为丰
富(曹新孙等, 1981; Torita & Satou, 2007; Yeh et al.,
2010), 多数认为最佳结构是疏透型, 如杨树疏透度
为0.25左右(姜凤岐等, 1994a; 朱教君等, 2003)。
防护林的总体防护效益不仅仅由林分尺度的
结构决定, 同时也受到防护林体系(景观尺度)配置
(空间布局形式)的影响(Forman & Baudry, 1984;
Kristensen & Caspersen, 2002; 朱教君等 , 2003;
Dzybov, 2007)。对于带状防护林或防护林体系, 其
配置布局形式主要包括: 林带方向、树木配置、带
间距离和林网空间布局及其连续性等指标(曹新孙
等, 1981; Harvey, 2000); 对于非带状防护林(片状),
其空间配置则尽可能以增加系统物种、林种多样
性、提高系统稳定性, 达到多层次、多空间利用的
合理生态位结构, 使各组分在时空位置各得其所
(姜凤岐等, 2003)。防护林结构调控在林分尺度上,
就是要保证每个林分的结构处于最佳防护状态, 对
于偏离最佳结构状态的林分进行人为调控, 如对于
带状防护林可进行树木分级 (朱教君和姜凤岐 ,
1996)、抚育间伐、修枝(姜凤岐等, 1994b)、增加边
行灌木等等; 对于固沙林主要依据水量平衡原理采
取密度调控技术, 以保障防护林树种正常生长发育
所需的水分营养面积(姜凤岐等, 2003; Zheng et al.,
2012), 维持固沙林生态系统的稳定性; 对于水土保
持林或水源涵养林, 则重点调控林分郁闭度, 使林
冠既能有效地降低降水的冲击, 又可使林下植被层
得到良好发育(朱教君等, 2004)。
4.3 衰退机制与更新改造
实现防护林功能高效必须以健康稳定为前提,
然而, 由于种种原因, 各类防护林在生长发育过程
中会出现生理机能下降, 生长发育滞缓或死亡, 生
产力、地力下降, 林分结构不合理等, 导致防护效
能下降等衰退现象(朱教君等 , 2005; 姜凤岐等 ,
2006; 宋立宁等, 2009)。关于防护林衰退的原因, 宋
立宁等(2009)总结认为: 树种选择不当, 没有充分
考虑树种与当地气候相适应的规律, 所选防护林造
林树种不能适应当地的气候条件造成林木生长不
良或死亡(沈国舫, 2001b; 朱教君等, 2005; Fujikake,
2007); 防护林结构不合理导致树体生长不良, 尤其
是树种结构单一, 生物多样性降低, 病虫害大面积
爆发等导致防护林衰退发生(Baer, 1989; 姜凤岐等,
2003); 缺乏应有的经营管理, 造林后不及时抚育,
或抚育过于粗放, 造林密度不合理, 树木生长受到
影响且易导致病虫害, 极易形成衰退林分(姜凤岐
等, 2003); 频繁的人为与自然干扰, 尤其是不合理
的人为干扰导致防护林生态系统结构遭到破坏, 引
朱教君: 防护林学研究现状与展望 881

doi: 10.3724/SP.J.1258.2013.00091
起功能降低甚至丧失, 成为引起防护林衰退的主要
人为干扰因素(陈利顶和傅伯杰, 2000; 朱教君等,
2005; Zheng et al., 2012); 另外, 全球变化对防护林
树木带来的高温、水分胁迫, 导致树木代谢和调节
过程失调, 抑制植物生长, 促进衰老、枯萎和落叶
等(姜凤岐等, 2006; Zhu et al., 2008)。对衰退防护林
的早期诊断是防治衰退的重要措施, 通过生态、生
物因子衰退早期诊断法, 即以单因素实验, 判别分
析主要土层厚度、有机质含量、氮含量、含水率、
微生物总量等生态要素, 建立判别函数; 同时, 对
防护林系统各个水平(群落水平(密度、结构、叶面
积指数)、个体水平(树木生长过程)、器官水平(叶面
积、叶绿素、叶养分、水分等))进行监测, 以此对防
护林衰退的可能性进行预测(姜凤岐等, 2003)。
应对防护林衰退、维持防护林稳定状态的主要
措施是对现有防护林进行更新改造(Baer, 1989; Zhu
et al., 2003b)。根据防护林衰退的原因, 首先应最大
限度地遵从适地适树原则, 以采用乡土树种为主替
代衰退树种; 在单一树种防护林中则需考虑增加适
宜树种数量, 如中国东北单一杨树带状防护林, 用
榆树、樟子松、油松等树种更替杨树林带增加了树
种多样性(姜凤岐等, 2003); 对于片带状防护林的
衰退 , 应重点考虑近自然更新技术 (Zhu et al.,
2003b)。
5 防护林效益评价
防护林防护效益/效应评价是检验防护林营建
合理与否和未来防护林科学规划设计的关键, 是联
系防护林构建与经营的纽带。防护林构建后综合效
益如何？是否达到规划设计的目标？对于达到目
标的防护林如何经营以维持其最佳防护状态？对
于没有达到目标的防护林需采取哪些必要的经营
技术进行改造与重建(曹新孙, 1983)? 关于防护林
效益评价是防护林学中研究最多的内容(姜凤岐等,
2003), 主要集中在防护结构与效益关系方面。对于
片状防护林(如水土保持林、水源涵养林、海岸防护
林和防风固沙林), 由于其结构具有一般森林的特
点, 其生态效益评价与森林生态系统的生态服务功
能评价研究相似, 主要包括涵养水源、保持水土、
抑制风沙、改善区域小气候、释氧吸碳、减少噪音
及美学休憩等效应 (Li et al., 1999; 姜凤岐等 ,
2003)。对于海岸防护林效益研究多集中在海岸线较
长的国家, 确定了海岸林防风(de Zoysa, 2008)、阻
盐等效益(Zhu et al., 2002a)。
由于农田防护林(带状)分布的特殊性和突出的
结构问题, 国内外开展了大量相关研究。尤其是林
带或模拟林带的防风效应研究较为详尽(Caborn,
1965; 曹新孙, 1983; Wang et al., 2001; 朱廷曜,
2001; Ozawa et al., 2007; Santiagoa et al., 2007;
Sudmeyer & Speijers, 2007; Bourdin & Wilson, 2008;
Park et al., 2008; Campi et al., 2009; Rosenfeld et al.,
2010; Ferreira & Lambert, 2011; Bitog et al., 2012)。
除此之外, 林带的热力学效应(曹新孙, 1983; De-
Walle & Heisler, 1988; Liu & Harris, 2008; He &
Hoyano, 2009)、水文学效应(曹新孙, 1983; Hou et
al., 2003)和土壤学效应 (Szajdak & Gaca, 2010;
Korolev et al., 2012)等方面均开展了研究。在不同林
带或模拟林带结构(宽度、高度、树种组成和疏透度)
对蒸腾/蒸发(Ryszkowski & Kedziora, 2007; Campi
et al., 2012)、积雪分布(Kort et al., 2012)、温度
(Onyewotu et al., 2004)等影响进行研究, 进而研究
了林带对农作物产量的影响(Caborn, 1965; 曹新孙,
1983; Baldwin, 1988; Kort, 1988; Foereid et al.,
2002)。由于防护林结构研究取得一定成果, 基于空
气动力学理论的防护林效应评价研究得到发展
(McNaughton, 1988; Wang & Zhou, 2003), 尤其是林
带立体结构、片状林垂直结构定量化(Zhou et al.,
2004; Zhu et al., 2004)促进了防护林效益研究。随着
防护林建设在全球变化中的作用越来越被重视, 近
年来世界各地开展了有关防护林碳效应的研究(龚
维等, 2009), 包括对防护林林地土壤碳动态影响
(Sauer et al., 2007)、对防护林树木生物量碳量估计
(Zhou et al., 2007; Hou et al., 2011; Tamang et al.,
2012), 以及应用遥感方法进行大范围防护林地上
部分碳评估(Czerepowicz et al., 2012)等。另外, 随着
防护林规模建设与遥感技术的发展, 对于区域防护
林的生物多样保护(Benton et al., 2003)和环境效应
(Bentrup & Leininger, 2002; Wiseman et al., 2009;
Yan et al., 2011)的研究逐渐增多。
6 防护林学研究展望
综观国内外防护林学的发展历史和研究现状,
可以看出: 虽然世界范围内启动了很多防护林工
程, 但针对各个工程开展的相关研究由于地域科学
882 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2013, 37 (9): 872–888

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发展的不平衡详略差异巨大。至今, 关于防护林学
研究领域的各个方面均取得一定研究进展, 但以往
研究的重点和学科积累仍偏重于规划设计、树种选
择(搭配)、结构对效益的影响和营林技术等方面(姜
凤岐等, 2003; 宋立宁等, 2009); 在经营原理与技术
方面, 近十几年来基于中国三北防护林工程建设的
需求形成了基本框架(姜凤岐等, 2003; Zhu, 2008)。
另外, 由于防护林本身是一个涵盖若干林种的森林
生态系统总和, 本文所涉及的防护林多为人工防护
林, 涵盖的重点林种包括农田防护林、防风固沙林、
水土保持林/水源涵养林等。随着社会发展与科学进
步, 尤其是林业定位在世界范围内的转变——从传
统的强调木材生产转向更广阔的目标(保护濒危物
种、可持续生态系统服务功能发展), 防护林构建与
经营理念将成为森林管理者关注的焦点问题
(Brandle et al., 2004)。因此, 基于本文分析及笔者对
防护林学相关领域的研究体会, 对近期防护林学研
究的内容与方向做如下总结。
6.1 研究对象
目前, 防护林学主要以狭义防护林(如水源涵
养林、农田防护林、水土保持林、防风固沙林等人
工防护林)为研究对象。而实际上, 所有森林生态系
统均具有防护功能, 只是在经营过程中人们赋予的
关注不同而已。因此, 随着林业地位的转变, 广义
的“防护林”——生态公益林(non-commercial forest)
或防护性森林(以发挥森林防护效能或生态功能)应
成为未来该领域的主要研究对象。
6.2 防护林构建研究
传统的防护林构建研究多从林分尺度入手。随
着防护林建设规模的不断扩大与成果积累, 需开展
基于生态系统多样性与稳定性原理和景观生态学
原理的防护林体系建设研究, 即从生态学观点出发
开展防护林多样性与稳定性研究, 并与防护林规划
设计等构建内容相结合, 这是防护林学今后的主要
研究内容。另外, 在防护林构建中, 防护林结构及
其与防护效益关系的研究是防护林学研究的永恒
主题, 仍是今后防护林学研究的核心。
6.3 防护林经营研究
在防护林建设实践中, 因经营管理不当或疏于
管理而造成衰退者屡见不鲜。现有防护林衰退现象
严重, 需要对其形成机制进行系统研究, 为衰退防
护林的重建与恢复奠定理论基础。以往关于带状防
护林经营的研究较为详尽, 而对片状防护林经营的
研究相对薄弱, 因此, 需开展片状防护林近自然经
营研究, 包括不间断(连续覆盖)更新、近自然更新经
营机理研究、防护林更新障碍要素研究及解除更新
障碍的技术措施等, 保障防护效益连续发挥。另外,
随着生态公益林或防护性森林, 尤其是许多天然林
纳入防护林经营范畴后, 势必导致传统的防护林概
念彻底变革(高志义, 1997), 其经营理念应与防护林
相一致, 因此, 分别林种、起源、树种组成的生态
公益林经营理论与技术系统研究将是防护林经营
研究的重要内容。
6.4 防护林体系生态环境效益评价
防护林生态环境效益评价是保证防护林构建
与经营科学合理的基础, 因此, 效益评价仍是防护
林学研究的重点。由于防护林建设已经到了从规模
建设转向内涵建设的新阶段, 防护林效益评价研究
应紧紧围绕高效、稳定、可持续的建设目标, 不仅
仅从林分尺度上开展效益评价, 而且应加强探索防
护林体系的生态环境效益评价, 尤其是利用现代遥
感技术与生态学相结合的理念, 对大尺度防护林效
益进行综合评估; 在此基础上提出适合防护林特点
的构建与经营理念和观点, 完善防护林学的基础理
论与技术体系。
6.5 研究方法
在研究方式、方法上, 应从定性研究向定量研
究方向发展, 建立野外定位监测与实验室相结合的
研究方法体系, 由以林分尺度为主向更微观和更宏
观两个方向拓展; 由以地面监测为主向地面与遥感
有机结合方向发展, 必须把防护林学研究从单一的
林学观点转变成为生态学和林学交叉的学科, 以适
应防护林学的发展。
基金项目 国家自然科学基金项目 (防护林学 :
31025007)和中国科学院战略性先导科技专项(国家
重大生态工程固碳量评价——三北防护林工程固碳
速率和潜力研究: XDA05060400)。
致谢 闫巧玲、宋立宁、郑晓、张金鑫和闫妍等在
本文撰写过程中给予了大力帮助, 谨致谢意。
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责任编委: 刘世荣 责任编辑: 王 葳