互联网和物联网技术在古树名木保护中的应用探索

陈一佐 余洋 张涛山 金峰

摘 要：保护古树名木对发展旅游经济、维护生态平衡具有重要的意义。然而，传统的监测手段多以人工巡查为主，时常会导致信息上传不及时、不全面。为此，该文引入了互联网+新技术，以合肥市李鸿章家庙名木白玉兰保护为例，探索新技术在古树生态修复中的应用，以期为古树名木的保护和提供新思路。

关键词：互联网;物联网;古树名木保护;环境监测

中图分类号 S788文献标识码 A文章编号 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

據我国有关部门规定，一般树龄在100年以上的大树即为古树;而那些树种稀有、名贵或具有历史价值、纪念意义的树木则可称为名木。古树分为国家一、二、三级，一级古树树龄500年以上，二级古树树龄300～499年，三级古树树龄100～299年。国家级名木不受年龄限制，按照一级古树名木保护。

1 古树名木的保护意义

保护古树名木就是保护历史和文化。古树名木是自然与人类历史文化的宝贵遗产，是民族悠久历史和灿烂文化的佐证，有着极高的保护价值。从历史文化角度看，古树名木被称为“活文物”“活化石”，蕴藏着丰富的政治、历史、人文资源，是一座城市、一个地方文明程度的标志;从经济角度看，古树名木是我国森林和旅游的重要资源，对发展旅游经济具有重要的文化和经济价值;从植物生态角度看，古树名木为珍贵树木或珍稀和濒危植物，在维护生物多样性、生态平衡和环境保护中有着不可替代的作用。

2 古树名木现状分析

安徽省名木李鸿章白玉兰位于合肥市瑶海区磨店社区，鉴定树龄约130年。相传，这株白玉兰是李鸿章70岁时，其子李经方从日本回国时，时任日本首相伊藤博文所赠，李鸿章父子亲手种植在家庙院中。这棵白玉兰在农历二月初春，其他树木的枝叶未发时，它已先开出满树白花，也被当地人称为“望春树”。

随着树龄增加，古树名木生理机能下降其抵抗病虫害的能力日趋下降，大都存在不同程度的健康问题。此外，受到人为干扰和环境污染等因素的影响，对古树名木生长环境造成破坏的现象频频发生，古树名木面临着极大的生存威胁。

根据对李鸿章家庙名木白玉兰生长状况和环境因素调查分析，导致古树生长衰弱的主要原因有以下几点：

（1）人为践踏，导致土壤板结。由于人为活动造成土壤密实度日益增高，土壤透气性能和自然含水量降低，树木根系呼吸困难，树木生长受到抑制。有研究结果表明，当土壤容重在1.3g/cm3以下时，有利于古树生长;土壤容重超过1.5g/cm3时，土壤缺氧，机械抗阻加大，根系将变形。

（2）土壤中含建筑和生活垃圾，营养瘠薄。古树名木大部分生长在肥沃的土壤中，但古树周围建筑物和人为活动产生了大量的垃圾。建筑垃圾含有水泥和石灰等，易造成土壤pH值发生变化，影响植物吸收矿质营养元素能力。生活垃圾发酵过程中会产生有毒物质毒害根系，导致根系活力降低。

（3）过度铺装，导致排水不顺畅。名木周围用水泥砖进行大面积铺装，仅留下较小的树池，下雨时会形成大量的地面径流，使根系无法从土壤中吸收足够的水分，当遭受干旱时会造成树木生长迟缓，部分枝端枯死。

（4）白蚁危害。名木树干有大面积木质部外露，有白蚁蛀食树干木质部，造成树木大量导管被破坏，树干水分和营养运输受阻，最终导致枝叶树木因缺水而枯萎。

3 古树名木复壮措施

为加强古树名木的保护和管理工作，安徽省林业局组织实施了包括李鸿章白玉兰在内的古树名木保护和复壮，主要修复措施有：枯枝修剪、枝条整理;藤蔓、杂灌木清理;树洞仿真修补;干体打磨防腐;树干杀菌涂白;地表硬化拆除;土壤改良;施肥;地表覆盖;防腐木护栏安装;复壮沟设置;复壮器安装;挡土墙砌筑;改良土回填;排水管安装;透气孔设置;古树文化挖掘;古树物联网监测系统安装;病虫害防治;无人机监测等共计20项技术措施。

4 互联网和物联网技术在古树名木保护中应用

目前，我们国家对古树名木的管理方法较为有限，数据信息的收集和处理不及时，大多数管理方式还停留在人工统计的方式。但是，现有的“手工”方式很難对古树名木进行动态的监控和管理，一方面不能及时了解古树名木的动态信息，另一方面，游客对于古树名木本身也缺乏了解，不能获取其对应的信息，不利于其价值的体现和文化的传播，古树名木信息采集的自动化程度及时效性有待改进。随着互联网和物联网技术的发展和应用，对加强古树名木管理和保护有着极为重要的意义。

4.1 古树名木资源系统化管理 古树名木资源信息和系统化管理基于互联网、地理信息、GPS技术建立，采用4G RTU设备作为客户端与服务端建立数据交换，该设备采用RS485通讯modbus协议，并有CRC数据校验保证数据传输的可靠性，实现古树名木档案管理、养护管理、专家会诊、公众科普、认领认养、监督举报、发现上报等功能。古树名木资源管理信息和系统化功能包含古树名木分布、扫码查询、位置导航、古树评价、现场拍照、分享宣传、认领认养、监督举报、发现上报等。通过系统、高效、开放、标准化的数据管理系统，实现古树名木资源数据存储、处理、交换和共享服务，为古树名木资源保护提供支撑。

4.2 古树名木环境监测 基于物联网技术搭建古树名木环境监测系统，主要采用工业级微处理器芯片、进口高精度温湿度传感器对古树名木的环境因子进行24h监测，李鸿章家庙白玉兰监测内容包括人为活动、噪声强度、光照强度、二氧化碳浓度、风速、空气湿度、空气温度、大气压强、土壤湿度、土壤温度、PM2.5、PM10共12项因子。

5 物联网监测数据分析

5.1 土壤湿度年内变化特征 土壤湿度传感器采用FDR频域反射原理。FDR（Frequency Domain Reflectometry）频域反射仪是一种用于测量土壤水分的仪器，它利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数，从而得到土壤相对含水量，选取土壤深度20cm数据集具体见图3。根据李鸿章家庙白玉兰2020年各月平均土壤湿度数据分析，年内土壤湿度基本保持一致，呈现先减少后增加的趋势。一年中土壤湿度最低值和最高值出现在5月份和7月份，可在5月份适当灌溉补充水分，在7月份发生暴雨或连阴雨极端天气采取排涝措施。

5.2 空气温度年内变化特征 根据图4全年月平均空气温度变化数据分析，年内空气温度最低值和最高值出现在1月份和7月份。1月份平均气温2.8℃，可采取树干涂白和树枝修剪等措施。7月份平均气温28.3℃，高温多雨易引发古树病虫害，需加强病虫害监测，早发现早治理。

6 总结与展望

通过物联网基本架构，搭建了能够实时监测古树名木环境因子的环境监测系统，旨在解决古树名木管理中数据收集和处理不及时的问题。保护古树名木重在预防，通过对收集的部分数据进行比较和分析，以制定针对性较强的保护措施。影响古树名木生长的环境因子较多，后续的研究中需逐步增加传感器，包括土壤pH值、土壤氮磷钾、土壤紧密度、树干茎流等，通过多元化的监测和数据分析，实现古树名木的自动化远程管理。古树名木的健康不仅受到生态因子的影响，也会受到台风、暴雪和雷击等自然灾害的影响。如何对古树名木抵抗自然灾害的能力进行实时、准确的监控，并在灾害可能发生之前预警是未来需要努力的方向。

参考文献

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