互聯網和物聯網技術在古樹名木保護中的應用探索

陳一佐 余洋 張濤山 金峰

摘 要：保護古樹名木對發展旅游經濟、維護生態平衡具有重要的意義。然而，傳統的監測手段多以人工巡查為主，時常會導致信息上傳不及時、不全面。為此，該文引入了互聯網+新技術，以合肥市李鴻章家廟名木白玉蘭保護為例，探索新技術在古樹生態修復中的應用，以期為古樹名木的保護和提供新思路。

關鍵詞：互聯網;物聯網;古樹名木保護;環境監測

中圖分類號 S788文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）06-0068-03

Application of Internet Plus and Internet of Things in Ecological Restoration of Ancient and Famous Trees

——Taking the Protection of Ancient and Famous Trees in Hefei as an Example

CHEN Yizuo et al.

（Donghua（Anhui） Ecological Planning Institute Co.， Ltd，Hefei 230088，China）

Abstract： The protection of ancient/ famous trees is of great significance to develop tourism economy and maintain the ecological balance. However， the traditional monitoring method is mainly manual inspection. So， the uploaded information is often delayed and incomprehensive. Therefore， this paper introduces a new technology of Internet plus Internet of things， and takes the protection of ancient/famous trees in Hefei as an example to explore the application of new technology in ecological restoration， thus providing a new idea for the protection of ancient/ famous trees.

Key words： Internet; Internet of things; The protection of ancient/famous trees; Environmental monitoring

據我國有關部門規定，一般樹齡在100年以上的大樹即為古樹;而那些樹種稀有、名貴或具有歷史價值、紀念意義的樹木則可稱為名木。古樹分為國家一、二、三級，一級古樹樹齡500年以上，二級古樹樹齡300～499年，三級古樹樹齡100～299年。國家級名木不受年齡限制，按照一級古樹名木保護。

1 古樹名木的保護意義

保護古樹名木就是保護歷史和文化。古樹名木是自然與人類歷史文化的寶貴遺產，是民族悠久歷史和燦爛文化的佐證，有著極高的保護價值。從歷史文化角度看，古樹名木被稱為“活文物”“活化石”，蘊藏著豐富的政治、歷史、人文資源，是一座城市、一個地方文明程度的標志;從經濟角度看，古樹名木是我國森林和旅游的重要資源，對發展旅游經濟具有重要的文化和經濟價值;從植物生態角度看，古樹名木為珍貴樹木或珍稀和瀕危植物，在維護生物多樣性、生態平衡和環境保護中有著不可替代的作用。

2 古樹名木現狀分析

安徽省名木李鴻章白玉蘭位于合肥市瑤海區磨店社區，鑒定樹齡約130年。相傳，這株白玉蘭是李鴻章70歲時，其子李經方從日本回國時，時任日本首相伊藤博文所贈，李鴻章父子親手種植在家廟院中。這棵白玉蘭在農歷二月初春，其他樹木的枝葉未發時，它已先開出滿樹白花，也被當地人稱為“望春樹”。

隨著樹齡增加，古樹名木生理機能下降其抵抗病蟲害的能力日趨下降，大都存在不同程度的健康問題。此外，受到人為干擾和環境污染等因素的影響，對古樹名木生長環境造成破壞的現象頻頻發生，古樹名木面臨著極大的生存威脅。

根據對李鴻章家廟名木白玉蘭生長狀況和環境因素調查分析，導致古樹生長衰弱的主要原因有以下幾點：

（1）人為踐踏，導致土壤板結。由于人為活動造成土壤密實度日益增高，土壤透氣性能和自然含水量降低，樹木根系呼吸困難，樹木生長受到抑制。有研究結果表明，當土壤容重在1.3g/cm3以下時，有利于古樹生長;土壤容重超過1.5g/cm3時，土壤缺氧，機械抗阻加大，根系將變形。

（2）土壤中含建筑和生活垃圾，營養瘠薄。古樹名木大部分生長在肥沃的土壤中，但古樹周圍建筑物和人為活動產生了大量的垃圾。建筑垃圾含有水泥和石灰等，易造成土壤pH值發生變化，影響植物吸收礦質營養元素能力。生活垃圾發酵過程中會產生有毒物質毒害根系，導致根系活力降低。

（3）過度鋪裝，導致排水不順暢。名木周圍用水泥磚進行大面積鋪裝，僅留下較小的樹池，下雨時會形成大量的地面徑流，使根系無法從土壤中吸收足夠的水分，當遭受干旱時會造成樹木生長遲緩，部分枝端枯死。

（4）白蟻危害。名木樹干有大面積木質部外露，有白蟻蛀食樹干木質部，造成樹木大量導管被破壞，樹干水分和營養運輸受阻，最終導致枝葉樹木因缺水而枯萎。

3 古樹名木復壯措施

為加強古樹名木的保護和管理工作，安徽省林業局組織實施了包括李鴻章白玉蘭在內的古樹名木保護和復壯，主要修復措施有：枯枝修剪、枝條整理;藤蔓、雜灌木清理;樹洞仿真修補;干體打磨防腐;樹干殺菌涂白;地表硬化拆除;土壤改良;施肥;地表覆蓋;防腐木護欄安裝;復壯溝設置;復壯器安裝;擋土墻砌筑;改良土回填;排水管安裝;透氣孔設置;古樹文化挖掘;古樹物聯網監測系統安裝;病蟲害防治;無人機監測等共計20項技術措施。

4 互聯網和物聯網技術在古樹名木保護中應用

目前，我們國家對古樹名木的管理方法較為有限，數據信息的收集和處理不及時，大多數管理方式還停留在人工統計的方式。但是，現有的“手工”方式很難對古樹名木進行動態的監控和管理，一方面不能及時了解古樹名木的動態信息，另一方面，游客對于古樹名木本身也缺乏了解，不能獲取其對應的信息，不利于其價值的體現和文化的傳播，古樹名木信息采集的自動化程度及時效性有待改進。隨著互聯網和物聯網技術的發展和應用，對加強古樹名木管理和保護有著極為重要的意義。

4.1 古樹名木資源系統化管理 古樹名木資源信息和系統化管理基于互聯網、地理信息、GPS技術建立，采用4G RTU設備作為客戶端與服務端建立數據交換，該設備采用RS485通訊modbus協議，并有CRC數據校驗保證數據傳輸的可靠性，實現古樹名木檔案管理、養護管理、專家會診、公眾科普、認領認養、監督舉報、發現上報等功能。古樹名木資源管理信息和系統化功能包含古樹名木分布、掃碼查詢、位置導航、古樹評價、現場拍照、分享宣傳、認領認養、監督舉報、發現上報等。通過系統、高效、開放、標準化的數據管理系統，實現古樹名木資源數據存儲、處理、交換和共享服務，為古樹名木資源保護提供支撐。

4.2 古樹名木環境監測 基于物聯網技術搭建古樹名木環境監測系統，主要采用工業級微處理器芯片、進口高精度溫濕度傳感器對古樹名木的環境因子進行24h監測，李鴻章家廟白玉蘭監測內容包括人為活動、噪聲強度、光照強度、二氧化碳濃度、風速、空氣濕度、空氣溫度、大氣壓強、土壤濕度、土壤溫度、PM2.5、PM10共12項因子。

5 物聯網監測數據分析

5.1 土壤濕度年內變化特征 土壤濕度傳感器采用FDR頻域反射原理。FDR（Frequency Domain Reflectometry）頻域反射儀是一種用于測量土壤水分的儀器，它利用電磁脈沖原理、根據電磁波在介質中傳播頻率來測量土壤的表觀介電常數，從而得到土壤相對含水量，選取土壤深度20cm數據集具體見圖3。根據李鴻章家廟白玉蘭2020年各月平均土壤濕度數據分析，年內土壤濕度基本保持一致，呈現先減少后增加的趨勢。一年中土壤濕度最低值和最高值出現在5月份和7月份，可在5月份適當灌溉補充水分，在7月份發生暴雨或連陰雨極端天氣采取排澇措施。

5.2 空氣溫度年內變化特征 根據圖4全年月平均空氣溫度變化數據分析，年內空氣溫度最低值和最高值出現在1月份和7月份。1月份平均氣溫2.8℃，可采取樹干涂白和樹枝修剪等措施。7月份平均氣溫28.3℃，高溫多雨易引發古樹病蟲害，需加強病蟲害監測，早發現早治理。

6 總結與展望

通過物聯網基本架構，搭建了能夠實時監測古樹名木環境因子的環境監測系統，旨在解決古樹名木管理中數據收集和處理不及時的問題。保護古樹名木重在預防，通過對收集的部分數據進行比較和分析，以制定針對性較強的保護措施。影響古樹名木生長的環境因子較多，后續的研究中需逐步增加傳感器，包括土壤pH值、土壤氮磷鉀、土壤緊密度、樹干莖流等，通過多元化的監測和數據分析，實現古樹名木的自動化遠程管理。古樹名木的健康不僅受到生態因子的影響，也會受到臺風、暴雪和雷擊等自然災害的影響。如何對古樹名木抵抗自然災害的能力進行實時、準確的監控，并在災害可能發生之前預警是未來需要努力的方向。

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