Imitating nature

三北地區(qū)退化防護(hù)林修復(fù)設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目為Needle作品集成果項(xiàng)目項(xiàng)目

獲2022 WLA分析規(guī)劃類優(yōu)秀獎(jiǎng)

“三北”防護(hù)林工程是在中國(guó)三北地區(qū)（西北、華北和東北）建設(shè)的大型人工林業(yè)生態(tài)工程。從1979年開(kāi)始建設(shè)的四十多年來(lái)，在改善我國(guó)生態(tài)薄弱地區(qū)的生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮了重要作用。然而由于三北防護(hù)林建設(shè)周期長(zhǎng)，建設(shè)初期樹(shù)種選擇不當(dāng)?shù)仍颍沟貌糠值貐^(qū)防護(hù)林退化嚴(yán)重，生態(tài)防護(hù)功能下降。通過(guò)數(shù)據(jù)查詢以及前后衛(wèi)星圖對(duì)照表明，三北防護(hù)林退化最嚴(yán)重的區(qū)域位于中國(guó)黑龍江省。本項(xiàng)目旨在通過(guò)“模仿自然”的低干擾方法，幫助三北防護(hù)林退化區(qū)域完成恢復(fù)，并對(duì)后續(xù)防護(hù)林建設(shè)提供方法。

項(xiàng)目選取三北防護(hù)林退化最嚴(yán)重的黑龍江省三北防護(hù)林區(qū)，主要分布在西部松嫩平原，包括齊齊哈爾、大慶和綏化地區(qū)。經(jīng)過(guò)查閱資料后發(fā)現(xiàn)，區(qū)域內(nèi)樹(shù)木退化的主要原因是當(dāng)初的人工林建設(shè)時(shí)樹(shù)種選擇單一，種植密度過(guò)大。同時(shí)由于此區(qū)域是建立較早的人工防護(hù)林區(qū)，造林主要樹(shù)種楊樹(shù)和樟子松已逐漸進(jìn)入生理過(guò)熟期，退化不可避免。場(chǎng)地自身立地條件不佳，生態(tài)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，加上自然災(zāi)害頻發(fā)，使得樹(shù)木退化情況日益嚴(yán)重。通過(guò)Arcgis可以得出該區(qū)域防護(hù)林的退化具體程度。

模仿自然是指模仿自然干擾和模仿自然結(jié)構(gòu)。自然干擾包括森林火災(zāi)、病蟲(chóng)害、風(fēng)倒等，自然森林就是在這種干擾—恢復(fù)—再干擾—再恢復(fù)的循環(huán)中所維持與發(fā)展的，自然干擾而產(chǎn)生的枯木也是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的一部分。自然結(jié)構(gòu)是指自然森林的結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)，包括樹(shù)木混種，疏密不同，高中低分層等，是已經(jīng)趨于穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
模仿自然干擾分為模擬森林火災(zāi)、模擬森林中枯木的存在、模仿自然森林引入昆蟲(chóng)和真菌。模仿森林火災(zāi)是通過(guò)可控人工火燃燒部分退化枯木，在改變種植密度的同時(shí)，草木灰也可為其他樹(shù)木提供基質(zhì)

模仿森林火災(zāi)
模擬森林中枯木的存在是先將退化樹(shù)木砍倒，保留整體枝干自然分解，在此過(guò)程中枝干可以吸引動(dòng)植物前來(lái)作為其的棲息地，這樣逐漸提升防護(hù)林物種多樣性，穩(wěn)定森林結(jié)構(gòu)

模擬森林中枯木的存在
模仿自然森林引入昆蟲(chóng)和真菌是在模擬森林中枯木的存在的基礎(chǔ)上，引入當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)分解樹(shù)木的昆蟲(chóng)和真菌幫助分解枝干，分解腐殖質(zhì)以改變土壤條件不佳的現(xiàn)狀。

模仿自然森林引入昆蟲(chóng)和真菌
模仿自然結(jié)構(gòu)主要是將不同樹(shù)齡的樹(shù)木混種，在增加樹(shù)木和去除退化樹(shù)木的過(guò)程中逐漸形成不同密度，不同種類以及不同層次的樹(shù)木群落。將富含土壤微生物的土壤替換貧瘠的土地，提升營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在土壤和植物根系中循環(huán)。

不規(guī)則種植

不同樹(shù)齡混種

加快基質(zhì)循環(huán)

區(qū)域中的防護(hù)林分為三種類型——第一種是防風(fēng)固沙林，防風(fēng)固沙林是為降低風(fēng)速、固沙、改良土壤而建的防護(hù)林，可以防止風(fēng)沙吹向城市和農(nóng)田。通常需要種植灌木和草本植物來(lái)固定流沙，然后在此基礎(chǔ)上種植樹(shù)種，逐步達(dá)到防風(fēng)固沙和改造沙地的目的。在修復(fù)時(shí)首先用可控人工火燃燒退化枯木，然后將燃燒后的草木灰播撒，種植固沙植物，將退化后的枯木作為鳥(niǎo)類棲息地，最后引入昆蟲(chóng)和真菌，形成完整的生態(tài)結(jié)構(gòu)。

第三種是農(nóng)田防護(hù)林，農(nóng)田防護(hù)林是為改善農(nóng)田小氣候，保證農(nóng)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)而建的防護(hù)林。多為帶狀和網(wǎng)狀，可降低風(fēng)速，調(diào)節(jié)溫度，增加大氣濕度和土壤濕度。農(nóng)田防護(hù)林一般分布規(guī)律，因此在修復(fù)時(shí)首先不規(guī)則砍伐和燃燒過(guò)熟的退化樹(shù)木，將燃燒后的草木灰作為農(nóng)田肥料，再不規(guī)則的補(bǔ)種一些可以吸引當(dāng)?shù)伉B(niǎo)類前來(lái)?xiàng)⒌臉?shù)木。

三種類型場(chǎng)地種植平面
該區(qū)域內(nèi)各類防護(hù)林交錯(cuò)混亂，沒(méi)有形成系統(tǒng)分布，因此應(yīng)該重新規(guī)劃防護(hù)林帶。區(qū)域內(nèi)有大片農(nóng)田，地勢(shì)平坦，需要大面積農(nóng)田防護(hù)林。因此在三種林帶類型中，農(nóng)田林帶所占比例最大；在嫩江及其支流沿線種植水土保持林，減少水土流失；為防止風(fēng)沙侵蝕農(nóng)田，在沙化土地的進(jìn)風(fēng)口附近建立防風(fēng)固沙林。

效果圖
2050年，歷時(shí)73年的三北防護(hù)林將建成。到那時(shí)希望通過(guò)各項(xiàng)策略，完成退化的防護(hù)林的修復(fù)工作，使三北防護(hù)林具有穩(wěn)定的生態(tài)結(jié)構(gòu)。