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        中國(guó)森林經(jīng)理學(xué)研究進(jìn)展與展望*

        2020-02-28 09:23:37張會(huì)儒雷相東李鳳日
        林業(yè)科學(xué) 2020年9期
        關(guān)鍵詞:森林資源林業(yè)森林

        張會(huì)儒 雷相東 李鳳日

        (1. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所 北京100091; 2. 國(guó)家林業(yè)和草原局森林經(jīng)營(yíng)與生長(zhǎng)模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京100091; 3. 東北林業(yè)大學(xué) 哈爾濱 150040)

        森林經(jīng)理學(xué)是林學(xué)的重要組成部分,是研究如何有效組織森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的應(yīng)用基礎(chǔ)理論、方法、技術(shù)和工藝的一門(mén)科學(xué)?,F(xiàn)代森林經(jīng)理學(xué)通過(guò)解決森林經(jīng)營(yíng)與管理的關(guān)鍵理論、方法和技術(shù),越來(lái)越顯示其方向引領(lǐng)作用,包括基于森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)獲取森林資源和生態(tài)狀況,揭示森林生長(zhǎng)、發(fā)育和演替規(guī)律,預(yù)測(cè)短期和中期變化,根據(jù)自然的可能和人類(lèi)的需求科學(xué)區(qū)劃森林功能,在一個(gè)可預(yù)見(jiàn)的時(shí)期內(nèi)制定年度、短期和中長(zhǎng)期計(jì)劃或規(guī)劃,在時(shí)間和空間上組織安排森林的各種經(jīng)營(yíng)活動(dòng)(如育種和種苗、林地整理、造林和更新、森林撫育和保護(hù)、森林收獲、林地管理等),以達(dá)到在滿足森林資源可持續(xù)的前提下,最大限度發(fā)揮森林的服務(wù)功能并獲取物質(zhì)收獲。

        森林經(jīng)理學(xué)20世紀(jì)初從日本引入中國(guó),50年代以后得到迅速發(fā)展。按照國(guó)務(wù)院學(xué)位辦公室的學(xué)科劃分,廣義的森林經(jīng)理學(xué)是一個(gè)學(xué)科群,包括森林經(jīng)理學(xué)、測(cè)樹(shù)學(xué)、遙感和3S技術(shù)、信息管理和系統(tǒng)科學(xué)在森林經(jīng)理中的應(yīng)用等,其中,森林經(jīng)理學(xué)和測(cè)樹(shù)學(xué)為核心,主要是關(guān)于森林經(jīng)理的理論、區(qū)劃、調(diào)查、測(cè)計(jì)和計(jì)劃技術(shù); 遙感和3S技術(shù)為手段,著重解決森林調(diào)查監(jiān)測(cè)的時(shí)效性和空間性問(wèn)題; 信息管理和系統(tǒng)科學(xué)則為森林經(jīng)營(yíng)計(jì)劃和決策提供科學(xué)方法。60多年來(lái),隨著國(guó)家林業(yè)發(fā)展方針和社會(huì)對(duì)林業(yè)需求的轉(zhuǎn)變,森林經(jīng)理學(xué)科的發(fā)展也經(jīng)歷了多次起伏,在學(xué)科的繼承、發(fā)展和創(chuàng)新中,現(xiàn)已形成了一個(gè)比較完備的學(xué)科群,在學(xué)術(shù)研究和實(shí)踐應(yīng)用等方面取得了顯著成就,為國(guó)家林業(yè)建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)。

        1 主要研究進(jìn)展

        中國(guó)森林經(jīng)理學(xué)的研究進(jìn)展主要體現(xiàn)在以下6方面(唐守正, 2008; 張會(huì)儒等, 2019; 張會(huì)儒, 2018)。

        1.1 森林經(jīng)營(yíng)理論與技術(shù)模式

        1985年,中國(guó)林業(yè)經(jīng)營(yíng)思想研究萌芽,提出了商品林、公益林、兼融性林“三類(lèi)林”的“林業(yè)分工論”(雍文濤, 1992); 但在實(shí)踐中,則將森林劃分為商品林和生態(tài)公益林“兩類(lèi)林”。1992年聯(lián)合國(guó)環(huán)發(fā)大會(huì)后,開(kāi)始了林業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究, 1994年出版了可持續(xù)發(fā)展研究專(zhuān)輯(于政中, 1994; 潘存德, 1994)。2009年開(kāi)展的多功能林業(yè)研究(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院“多功能林業(yè)”編寫(xiě)組, 2010)指出,在理論上,每一片森林都是多功能的,但從人類(lèi)利用角度,森林多種功能的重要性不同,即存在1種或多種主導(dǎo)功能,這些功能之間的關(guān)系非常復(fù)雜,是一種對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系。21世紀(jì)初,提出了森林生態(tài)采伐理論(張會(huì)儒等, 2008),引進(jìn)了歐洲近自然林業(yè)理論,目前是在森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)指導(dǎo)下的近自然經(jīng)營(yíng)、多功能經(jīng)營(yíng)等實(shí)踐探索和理論驗(yàn)證階段。

        在森林經(jīng)營(yíng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)方面,參與了“蒙特利爾進(jìn)程”等研究森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)體系的國(guó)際行動(dòng),編制了《中國(guó)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)》(LY/T 1594—2002)、《中國(guó)森林認(rèn)證 森林經(jīng)營(yíng)》(LY/T 1714—2007)、《中國(guó)東北林區(qū)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)》(LY/T 1874—2010)、《中國(guó)熱帶地區(qū)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)》(LY/T 1875—2010)、《中國(guó)西北地區(qū)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)》(LY/T 1876—2010)、《中國(guó)西南地區(qū)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)》(LY/T 1877—2010)等森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí),參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo),開(kāi)展了森林認(rèn)證體系的研究和推廣應(yīng)用。

        在森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)模式方面, 20世紀(jì)80年代開(kāi)始,在吉林省汪清林業(yè)局持續(xù)開(kāi)展了檢查法研究試驗(yàn),總結(jié)形成了適用于東北天然林的結(jié)構(gòu)調(diào)整技術(shù)。2005年,提出了天然林生態(tài)采伐更新技術(shù)體系,由森林生態(tài)采伐更新的理論基礎(chǔ)、規(guī)劃決策技術(shù)、采伐作業(yè)技術(shù)、作業(yè)規(guī)程等共性技術(shù)原則以及針對(duì)具體森林類(lèi)型的生態(tài)采伐更新個(gè)性技術(shù)模式組成,并針對(duì)5種模式林分提出了適用的生態(tài)采伐模式(唐守正等, 2005; 張會(huì)儒等, 2006)。同時(shí),發(fā)展了近自然森林經(jīng)營(yíng)方法,2005年開(kāi)始,在北京、陜西、廣西等地展開(kāi)了近自然森林經(jīng)營(yíng)實(shí)踐研究,建立了適合中國(guó)國(guó)情的近自然森林經(jīng)營(yíng)林分作業(yè)技術(shù)體系(陸元昌, 2006; 陸元昌等, 2010; 2011a)。2007年,提出了結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)體系(惠剛盈等, 2007; 2010),開(kāi)展了天然林保護(hù)與生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)研究,提出了東北天然林經(jīng)營(yíng)診斷和結(jié)構(gòu)調(diào)整技術(shù)、基于景觀規(guī)劃和碳匯目標(biāo)的森林多目標(biāo)經(jīng)營(yíng)規(guī)劃技術(shù)等(張會(huì)儒等, 2011)。2017年,提出了人工林多功能經(jīng)營(yíng)技術(shù)體系(陸元昌等, 2017)。2019年,針對(duì)南方集體林區(qū)的公益林經(jīng)營(yíng),提出了既能突出森林主導(dǎo)功能又能協(xié)調(diào)多目標(biāo)沖突的理論與關(guān)鍵技術(shù)(鄭小賢等, 2019)。

        1.2 森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)與管理

        森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)是中國(guó)森林經(jīng)理學(xué)科研究的主要應(yīng)用對(duì)象,特別是在建立和完善中國(guó)森林資源連續(xù)清查體系過(guò)程中,森林經(jīng)理學(xué)科的研究提供了重要技術(shù)支撐,如20世紀(jì)50年代的森林航空測(cè)量、角規(guī)測(cè)樹(shù)應(yīng)用研究,60、70年代的抽樣技術(shù)研究,都對(duì)改進(jìn)中國(guó)森林資源調(diào)查方法和形成全國(guó)森林資源連續(xù)清查體系發(fā)揮了重要作用。1991年,在聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織支持下,開(kāi)展了國(guó)家森林資源監(jiān)測(cè)體系研究,制定了新的林地分類(lèi)系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、遙感技術(shù)應(yīng)用技術(shù)方案,設(shè)計(jì)了森林資源清查統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)框架,優(yōu)化了森林資源連續(xù)清查技術(shù)體系(張煜星, 2007)。

        20世紀(jì)90年代后,電子自記輪尺、激光測(cè)樹(shù)儀、超聲波測(cè)高器、電子角規(guī)、手持掌上電腦(PDA)等便攜式測(cè)樹(shù)儀器以及全站儀、原野服務(wù)器、遠(yuǎn)程通訊等新技術(shù)得到了初步應(yīng)用。90年代末,開(kāi)展了森林資源及生態(tài)環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)研究,引進(jìn)并建立了一套適合中國(guó)國(guó)情、林情的森林資源監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系,包括森林生長(zhǎng)指標(biāo)、森林健康指標(biāo)及相關(guān)的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)等,構(gòu)建了森林資源與生態(tài)狀況綜合監(jiān)測(cè)體系(張會(huì)儒等, 2002; 張會(huì)儒, 2003;肖興威, 2007)?!笆晃濉逼陂g,提出了天-空-地一體化森林資源綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)體系,涵蓋森林資源、濕地、荒漠、重點(diǎn)林業(yè)生態(tài)工程和重大森林災(zāi)害的監(jiān)測(cè)(陸元昌等, 2011b; 陳爾學(xué)等, 2016; 李增元等, 2013)。

        在森林資源管理方面, 20世紀(jì)80年代末,開(kāi)展了森林資源管理模式研究,提出了基于決策、實(shí)施和信息3個(gè)反饋環(huán)的現(xiàn)代化森林資源管理模式,該模式將森林資源經(jīng)營(yíng)管理工作看成以森林資源信息為基礎(chǔ)、科學(xué)組織營(yíng)林工作的全過(guò)程,將森林資源調(diào)查與年度檔案管理相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了森林資源信息的動(dòng)態(tài)管理?;诖四J皆O(shè)計(jì)了森林資源管理技術(shù)系統(tǒng),包括一套組織機(jī)構(gòu)、工作制度和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件,在全國(guó)得到了普遍應(yīng)用。20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始,開(kāi)展了天然林經(jīng)營(yíng)管理研究,提出了天然林區(qū)森林資源動(dòng)態(tài)管理技術(shù)體系,該技術(shù)體系與林業(yè)局生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)相結(jié)合,充分利用各類(lèi)資源數(shù)據(jù)歷史資料,較大幅度提高了資源調(diào)查數(shù)據(jù)精度,能有效改善現(xiàn)行森林資源管理體系,提高效益,降低二類(lèi)調(diào)查成本。建立了基于地理信息系統(tǒng)平臺(tái)的森林資源動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng),具有數(shù)據(jù)管理、圖形管理、生長(zhǎng)預(yù)測(cè)、圖面和資源數(shù)據(jù)自動(dòng)同步更新等綜合功能(洪玲霞等, 2001)。

        1.3 林業(yè)統(tǒng)計(jì)與森林生長(zhǎng)收獲模型

        20世紀(jì)80年代,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,林業(yè)統(tǒng)計(jì)和生物學(xué)模型研究也深入開(kāi)展,取得了一些顯著進(jìn)展。

        在林業(yè)統(tǒng)計(jì)方面, 1986年出版了《多元統(tǒng)計(jì)分析方法》,使林業(yè)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析知識(shí)得到了普及(唐守正, 1986)。1987年研制了基于DOS操作系統(tǒng)并適用于IBM-PC系列微機(jī)的林業(yè)常用統(tǒng)計(jì)軟件包,配套出版了《IBM-PC系列程序集》(郎奎建等, 1989),這是中國(guó)林業(yè)系統(tǒng)第一套數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析軟件,在全國(guó)得到了普遍應(yīng)用。2002年出版了《生物數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型》,系統(tǒng)完整介紹了生物數(shù)學(xué)模型的統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ),包括一元線性模型、聯(lián)立方程組、混合誤差模型、度量誤差模型以及向非線性模型的推廣等(唐守正, 2002)。同時(shí),基于Windows操作系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)軟件升級(jí)和改進(jìn)版本——統(tǒng)計(jì)之林(ForStat)研發(fā)成功,該軟件吸收了國(guó)內(nèi)外最新統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法和國(guó)際著名數(shù)據(jù)分析軟件的優(yōu)點(diǎn),具有鮮明的林業(yè)行業(yè)特色,在全國(guó)得到了廣泛應(yīng)用(唐守正, 2009)。

        在森林生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型方面,提出了全林整體生長(zhǎng)模型體系和方法,解決了模型相容性問(wèn)題(唐守正, 1991)。在森林經(jīng)營(yíng)模型方面,建立了林分最大密度和自稀疏關(guān)系理論,闡明了第1類(lèi)模型與第2類(lèi)模型的關(guān)系,在生長(zhǎng)模型基礎(chǔ)上推導(dǎo)出間伐模型,可進(jìn)行含有間伐的主伐優(yōu)化控制,引進(jìn)度量誤差模型進(jìn)行參數(shù)估計(jì)(唐守正等, 1998a; 1998b)。對(duì)天然混交林生長(zhǎng)預(yù)估模型進(jìn)行了初步探索(杜紀(jì)山, 2000a; 2000b)。90年代中期,為滿足森林資源監(jiān)測(cè)和全球氣候變化研究需要,開(kāi)展了森林生物量估計(jì)模型研究,提出了一套完整的建立相容性立木地上生物量模型方法,已應(yīng)用于全國(guó)森林資源清查成果匯總中生物量和碳儲(chǔ)量的估算(張會(huì)儒等, 1999; 唐守正等, 2000; 曾偉生等, 2010; 李???, 2010)。進(jìn)入21世紀(jì),新的統(tǒng)計(jì)和模型估計(jì)方法不斷引進(jìn),如混合模型、度量誤差模型、分位數(shù)回歸等,應(yīng)用于林分生長(zhǎng)模型的構(gòu)建和模擬,有效提高了模型的估計(jì)精度和應(yīng)用范圍(李永慈等, 2005; 雷相東等, 2009; 李春明等, 2010; 符利勇等, 2013; 姜立春等, 2014; 高慧淋等, 2016; Gaoetal., 2017)。近年來(lái),在東北天然林相容性生長(zhǎng)收獲模型系統(tǒng)、氣候敏感的林分生長(zhǎng)模型研究方面取得了一些顯著進(jìn)展(盧軍等, 2011; 董利虎等, 2013; 2016; 余黎等, 2014; Leietal., 2016; 張海平等, 2017; Fuetal., 2017; Zengetal., 2017)。近期開(kāi)展了立地質(zhì)量評(píng)價(jià)研究,提出了基于林分潛在生長(zhǎng)量的潛在生產(chǎn)力估計(jì)方法(雷相東等, 2019)。

        1.4 森林經(jīng)營(yíng)計(jì)劃與優(yōu)化決策

        森林經(jīng)營(yíng)計(jì)劃是森林經(jīng)理學(xué)的核心內(nèi)容之一,其中森林經(jīng)營(yíng)方案編制是關(guān)鍵(亢新剛, 2011)。在森林經(jīng)營(yíng)方案合理年采伐量測(cè)算方面,提出了“分期計(jì)算,綜合平衡”法(周新年等, 2002),該方法可解決森林齡級(jí)結(jié)構(gòu)分布不均時(shí)常用方法存在的不足,全面調(diào)整輪伐期內(nèi)各時(shí)期的年采伐量。數(shù)學(xué)規(guī)劃法(模擬優(yōu)化法)也得到應(yīng)用,即通過(guò)建立包括目標(biāo)函數(shù)和生長(zhǎng)、面積約束等的規(guī)劃模型,求出采伐最優(yōu)解(周潔敏等, 2000; 歐陽(yáng)君祥等, 2017),并由國(guó)家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃院設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了森林模擬優(yōu)化系統(tǒng)FMOS(forest modelling and optimization system)。近期提出了多功能森林經(jīng)營(yíng)方案編制的技術(shù)體系,包括多功能森林經(jīng)營(yíng)區(qū)劃、森林作業(yè)法設(shè)計(jì)、可持續(xù)采伐量計(jì)算、多功能森林經(jīng)營(yíng)的投入產(chǎn)出等關(guān)鍵技術(shù),形成了多功能森林經(jīng)營(yíng)方案輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)(謝陽(yáng)生等, 2019)及南方集體林區(qū)參與式森林多功能經(jīng)營(yíng)方案編制主要技術(shù)(鄭小賢等, 2019)。

        森林經(jīng)營(yíng)優(yōu)化決策研究主要是利用各種決策優(yōu)化方法進(jìn)行各種森林措施的優(yōu)化安排,如造林、撫育間伐、收獲調(diào)整等。森林經(jīng)營(yíng)優(yōu)化決策是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,難以通過(guò)人腦的簡(jiǎn)單思維來(lái)實(shí)現(xiàn),因此,這項(xiàng)研究的開(kāi)展也是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。

        1989年,采用線性規(guī)劃方法開(kāi)展了異齡林的收獲調(diào)整和多目標(biāo)決策研究(宋鐵英等, 1989),利用專(zhuān)家系統(tǒng)方法建立了造林輔助決策系統(tǒng)(宋鐵英, 1990)。1991年,在森林收獲調(diào)整中,基于線性規(guī)劃建立了逐步約束模型,實(shí)現(xiàn)了多方案選優(yōu)(張會(huì)儒, 1991)。1994年,采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法開(kāi)展了落葉松(Larixgmelinii)人工林撫育間伐優(yōu)化研究,解決了以往研究中優(yōu)化間隔期需要人為控制的問(wèn)題(張會(huì)儒等, 1994)。1995年,開(kāi)展了杉木(Cunninghamialanceolata)人工林計(jì)算機(jī)輔助經(jīng)營(yíng)研究(洪偉等, 1995),綜合考慮不同立地指數(shù)、競(jìng)爭(zhēng)、不同間伐時(shí)間、間伐強(qiáng)度和間伐次數(shù)對(duì)杉木生長(zhǎng)的影響,對(duì)杉木人工林生長(zhǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè),并反饋在合理最優(yōu)密度下的間伐時(shí)間和間伐強(qiáng)度,通過(guò)及時(shí)撫育間伐控制立木株數(shù)來(lái)保證林木始終處于最優(yōu)生長(zhǎng)空間; 同時(shí),對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析,從而輔助指導(dǎo)了杉木人工林的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。2004年,林分空間結(jié)構(gòu)引入林分擇伐規(guī)劃,以林分擇伐后保持理想的空間結(jié)構(gòu)為總目標(biāo),包括混交、競(jìng)爭(zhēng)和分布格局3個(gè)子目標(biāo),以林分結(jié)構(gòu)多樣性、生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)展演替和采伐量不超過(guò)生長(zhǎng)量為主要約束條件,建立了林分擇伐空間優(yōu)化模型(湯孟平等, 2004)。2007年,開(kāi)展了森林經(jīng)營(yíng)決策模擬研究,應(yīng)用Weibull分布、Monte Carlo方法和隨機(jī)分布方法對(duì)林分直徑結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬,利用數(shù)學(xué)分析和統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算林分經(jīng)營(yíng)決策因子,根據(jù)林分經(jīng)營(yíng)決策因子的決策準(zhǔn)則,建立森林經(jīng)營(yíng)決策模型,然后對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn),由此構(gòu)建了森林經(jīng)營(yíng)決策模擬系統(tǒng)(FMDSS)(石小云等, 2007)。對(duì)基于啟發(fā)式優(yōu)化算法的森林空間規(guī)劃也進(jìn)行了研究(董靈波等, 2017a; 2018)。氣候變化對(duì)森林經(jīng)營(yíng)提出了新的挑戰(zhàn),將碳儲(chǔ)量作為經(jīng)營(yíng)目標(biāo)成為森林多目標(biāo)經(jīng)營(yíng)規(guī)劃研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容,如以森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的3個(gè)主要指標(biāo)(木材產(chǎn)量、碳儲(chǔ)量和生物多樣性)為目標(biāo),建立了林分經(jīng)營(yíng)(采伐)多目標(biāo)規(guī)劃模型(向瑋等, 2011; 戎建濤等, 2012; 董靈波等, 2017b; Qinetal., 2017; Jinetal., 2017; Pengetal., 2018),為森林多目標(biāo)經(jīng)營(yíng)尤其是應(yīng)對(duì)氣候變化的森林經(jīng)營(yíng)提供了決策工具和依據(jù)。

        1.5 林業(yè)遙感技術(shù)與應(yīng)用

        林業(yè)是中國(guó)最早應(yīng)用遙感技術(shù)并形成應(yīng)用規(guī)模的行業(yè)之一。早在1954年,中國(guó)就創(chuàng)建了“森林航空測(cè)量調(diào)查大隊(duì)”,首次建立了森林航空攝影、森林航空調(diào)查與地面綜合調(diào)查相結(jié)合的森林調(diào)查技術(shù)體系。1977年,利用美國(guó)陸地資源衛(wèi)星(Landsat)MSS圖像首次對(duì)中國(guó)西藏地區(qū)的森林資源進(jìn)行清查,填補(bǔ)了西藏森林資源數(shù)據(jù)的空白(李增元等, 2013)。

        20世紀(jì)80年代初期,林業(yè)行業(yè)成功研制了遙感衛(wèi)星數(shù)字圖像處理系統(tǒng),研究了森林植被的光譜特征,發(fā)展了圖像分類(lèi)、蓄積量估測(cè)等理論和技術(shù),并在“七五”“八五”期間完成了中國(guó)“三北”防護(hù)林地區(qū)遙感綜合調(diào)查,開(kāi)展了森林火災(zāi)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。20世紀(jì)90年代中后期,隨著對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的迅猛發(fā)展,林業(yè)遙感也從小范圍科研和試點(diǎn)應(yīng)用發(fā)展到了林業(yè)建設(shè)各領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用,為森林資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)、荒漠化沙化土地監(jiān)測(cè)、濕地資源監(jiān)測(cè)、森林防火監(jiān)測(cè)等提供了大量對(duì)地觀測(cè)信息,為國(guó)家適時(shí)掌握林業(yè)資源及其變化情況提供了可靠的技術(shù)支撐。為適應(yīng)新時(shí)期林業(yè)對(duì)遙感技術(shù)的應(yīng)用需求,“十一五”期間開(kāi)展了森林資源綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)體系研究,較為全面、系統(tǒng)地針對(duì)林業(yè)資源-災(zāi)害-生態(tài)工程展開(kāi)了綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)研究(李增元等, 2013)。2014年以來(lái),開(kāi)展了“高分林業(yè)遙感應(yīng)用示范”研究,提出了高分林業(yè)遙感應(yīng)用示范系統(tǒng)總體方案和專(zhuān)題產(chǎn)品體系,編制了高分林業(yè)應(yīng)用相關(guān)技術(shù)規(guī)范,攻克了高分遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用于森林資源調(diào)查、濕地資源監(jiān)測(cè)、荒漠化監(jiān)測(cè)、林業(yè)生態(tài)工程監(jiān)測(cè)和森林災(zāi)害監(jiān)測(cè)等系列關(guān)鍵技術(shù),研制了高分林業(yè)遙感服務(wù)平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng),促進(jìn)了自主高分遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用(李增元等, 2015)。

        在具體技術(shù)方法方面,主要集中在遙感影像分類(lèi)和森林參數(shù)反演研究。遙感影像分類(lèi)進(jìn)展主要體現(xiàn)在支持向量機(jī)(SVM)、隨機(jī)森林、組合分類(lèi)器、主動(dòng)遙感分類(lèi)方法等深入研究和應(yīng)用; 在森林參數(shù)定量反演方面,主要進(jìn)展集中在激光雷達(dá)、多角度光學(xué)和極化SAR、InSAR、SAR層析技術(shù)以及多模式遙感數(shù)據(jù)的綜合反演技術(shù)等。主要反演參數(shù)包括森林樹(shù)高、地上生物量、蓄積量、葉面積指數(shù)(LAI)、植被覆蓋度等(陳爾學(xué)等, 2007;趙峰等, 2009;盧偉等, 2016;龐勇等, 2017;胡凱龍等, 2018;耿林等, 2018)。無(wú)人機(jī)在森林調(diào)查中也開(kāi)始得到應(yīng)用(何游云等, 2016; 李祥等, 2017)。

        1.6 林業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用

        中國(guó)森林資源管理信息系統(tǒng)的研究和應(yīng)用起步較晚,經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展,已經(jīng)研發(fā)了大量應(yīng)用系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于各級(jí)林業(yè)部門(mén)的日常工作中。

        20世紀(jì)80年代末期,研發(fā)了“衛(wèi)星數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)CAFIPS”“異齡林多目標(biāo)決策系統(tǒng)”“森林資源動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)系統(tǒng)”“森林資源經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)”等計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)(宋鐵英等, 1989)。

        進(jìn)入20世紀(jì)90年代,林業(yè)信息技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)期。1990年研發(fā)的“面向森林經(jīng)營(yíng)的決策支持系統(tǒng)”(FMDSS),初步實(shí)現(xiàn)了森林經(jīng)營(yíng)計(jì)算機(jī)輔助決策(宋鐵英, 1990)。1991年完成的“廣西國(guó)營(yíng)林場(chǎng)資源經(jīng)營(yíng)管理輔助決策信息系統(tǒng)”,由森林資源管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理、財(cái)務(wù)物資管理、勞動(dòng)人事管理、科技信息管理和資源分析預(yù)測(cè)決策6個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成,在林場(chǎng)資源信息管理方面居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。1992年“森林資源管理系統(tǒng)”(FORMAN)和“圖面管理的微機(jī)地理信息系統(tǒng)”(PCGIS)研發(fā)成功,首次實(shí)現(xiàn)了森林資源信息管理中屬性和空間數(shù)據(jù)一體化管理,特別是微機(jī)地理信息系統(tǒng)(PCGIS),為當(dāng)時(shí)中國(guó)林業(yè)系統(tǒng)真正意義上的第一套地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件,具有劃時(shí)代意義。1996年,基于Windows操作系統(tǒng)的第一套國(guó)產(chǎn)林業(yè)地理信息系統(tǒng)軟件WINGIS(后改名為ViewGIS)研發(fā)成功,當(dāng)年獲得了全國(guó)地理信息系統(tǒng)軟件測(cè)評(píng)第一名,后來(lái)經(jīng)過(guò)不斷完善,日趨成熟,在全國(guó)得到了普遍推廣應(yīng)用(唐小明, 1997)?,F(xiàn)在森林資源管理信息管理系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各級(jí)林業(yè)部門(mén)的日常工作中。進(jìn)入21世紀(jì),各種經(jīng)營(yíng)決策系統(tǒng)成為研發(fā)熱點(diǎn),如馬尾松毛蟲(chóng)綜合管理—防治決策專(zhuān)家系統(tǒng)、杉木人工林計(jì)算機(jī)輔助經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)研究、杉木人工林林分經(jīng)營(yíng)專(zhuān)家系統(tǒng)研究、森林資源資產(chǎn)評(píng)估專(zhuān)家系統(tǒng)、造林專(zhuān)家系統(tǒng)、森林經(jīng)營(yíng)方案輔助決策系統(tǒng)、杉木人工林多功能經(jīng)營(yíng)決策支持系統(tǒng)等(胡紅玲等, 2006; 張懷清等, 2008; 胡波等, 2015; 王建明等, 2017; 劉建成等, 2017; 鄭小賢等, 2019)。

        近年來(lái),根據(jù)國(guó)家林業(yè)發(fā)展規(guī)劃需要,開(kāi)展了全國(guó)林地“一張圖”數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)研建,采用“分布式文件系統(tǒng)+數(shù)據(jù)庫(kù)”模式,實(shí)現(xiàn)了包含遙感影像、地理信息、小班區(qū)劃與林地屬性信息的全國(guó)林地“一張圖”管理; 采用SOA服務(wù)架構(gòu),實(shí)現(xiàn)了二、三維信息服務(wù),使林地分布置身于三維的立體環(huán)境中,圖文并茂、動(dòng)態(tài)直觀,多層次、全方位反映了各類(lèi)林地空間分布及其變化規(guī)律(許等平等, 2015; 2018; 羅鵬等, 2018)。

        另外,在林分三維可視化模擬、森林資源信息共享、國(guó)家重大林業(yè)生態(tài)工程監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)、自然保護(hù)區(qū)管理與災(zāi)害監(jiān)測(cè)等方面,也構(gòu)建了一些信息技術(shù)的系統(tǒng)平臺(tái)(陳永富等, 2005; 蔣嫻等, 2009; 劉兆剛, 2011; 白靜等, 2014; 馬載陽(yáng)等, 2018)。

        2 問(wèn)題與差距

        2.1 尚未形成中國(guó)特色的森林經(jīng)營(yíng)理論與技術(shù)體系

        世界林業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都形成了各自特色的森林經(jīng)營(yíng)理論與技術(shù)體系,如歐洲的近自然森林經(jīng)營(yíng)、北美的森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)等,均強(qiáng)調(diào)培育健康穩(wěn)定高效的森林生態(tài)系統(tǒng),最大限度發(fā)揮森林的多種功能,并通過(guò)落實(shí)森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃將這些技術(shù)廣泛用于林業(yè)實(shí)踐。近年來(lái),我國(guó)在多功能森林經(jīng)營(yíng)理論與技術(shù)、森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃、森林資源監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)行了大量研究,開(kāi)展了國(guó)外森林經(jīng)營(yíng)理念與技術(shù)的引進(jìn)、消化和吸收工作,但對(duì)各種經(jīng)營(yíng)理論與技術(shù)體系的理解和認(rèn)識(shí)并不一致,缺乏與中國(guó)國(guó)情和林情的有機(jī)結(jié)合和長(zhǎng)期驗(yàn)證。與國(guó)際先進(jìn)水平比較,我國(guó)在整體上尚未真正形成中國(guó)特色的森林經(jīng)營(yíng)理論與技術(shù)體系。

        2.2 森林經(jīng)營(yíng)基礎(chǔ)研究薄弱

        立地潛力估計(jì)、天然林生長(zhǎng)規(guī)律、混交林的結(jié)構(gòu)與功能、森林經(jīng)營(yíng)對(duì)生長(zhǎng)和生態(tài)影響的機(jī)制等應(yīng)用理論研究較為薄弱; 立地質(zhì)量表、生長(zhǎng)過(guò)程表、收獲表等經(jīng)營(yíng)數(shù)表不完整,更新不及時(shí); 對(duì)森林成熟的研究不足,影響了經(jīng)營(yíng)計(jì)劃的制定; 森林經(jīng)營(yíng)單項(xiàng)、局部、單階段、單功能的技術(shù)研究多,系統(tǒng)性弱; 研究周期短,缺少針對(duì)混交異齡林的經(jīng)營(yíng)技術(shù)研究,尚未形成主要森林類(lèi)型的全周期精細(xì)化森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)體系。

        2.3 森林資源監(jiān)測(cè)體系時(shí)效性差

        與傳統(tǒng)森林經(jīng)理部分研究相比,遙感和林業(yè)信息技術(shù)是非?;钴S的領(lǐng)域,也取得了長(zhǎng)足發(fā)展,但仍然存在應(yīng)用實(shí)用化、智能化、自動(dòng)化程度不高等問(wèn)題,主要是局部試驗(yàn)結(jié)果,技術(shù)普適性不高,缺少面向林業(yè)應(yīng)用的產(chǎn)品和工具。

        2.4 缺乏森林經(jīng)營(yíng)的計(jì)劃工具

        森林經(jīng)營(yíng)計(jì)劃工具是森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)研究結(jié)果轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的重要手段,直接影響成果的應(yīng)用和經(jīng)營(yíng)水平。目前,我國(guó)仍缺少面向森林經(jīng)營(yíng)的立地質(zhì)量評(píng)價(jià)與適地適樹(shù)決策系統(tǒng)、主要森林的生長(zhǎng)模擬系統(tǒng)和森林經(jīng)營(yíng)方案編制設(shè)計(jì)系統(tǒng)工具。

        總體上,森林經(jīng)理學(xué)的研究處于“跟跑”世界林業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家階段。

        3 森林經(jīng)理學(xué)研究展望

        從整體上講,森林經(jīng)理學(xué)的研究?jī)?nèi)容包括基礎(chǔ)理論、方法和技術(shù)3方面。

        1) 基礎(chǔ)理論: 研究人類(lèi)計(jì)劃性經(jīng)營(yíng)活動(dòng)對(duì)森林資源及生態(tài)環(huán)境的影響和規(guī)律以及利用這些規(guī)律科學(xué)經(jīng)營(yíng)森林,使其向預(yù)期目標(biāo)發(fā)展。如森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)理論、森林經(jīng)營(yíng)的近自然調(diào)控機(jī)制、森林經(jīng)營(yíng)過(guò)程中結(jié)構(gòu)功能關(guān)系及耦合理論、森林多功能協(xié)調(diào)理論、森林資源信息流的智能關(guān)系和交換機(jī)制等。

        2) 基本方法: 研究隨機(jī)生長(zhǎng)模擬技術(shù)方法、不同尺度森林功能區(qū)劃方法、森林資源調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法、資源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與建模方法、數(shù)學(xué)規(guī)劃方法、森林經(jīng)營(yíng)與信息管理優(yōu)化算法、森林資源及經(jīng)營(yíng)效果分析評(píng)價(jià)方法等。

        3) 技術(shù)和工藝: 研究不同尺度森林資源、生態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)獲取及監(jiān)測(cè)技術(shù), 數(shù)據(jù)分析、模型模擬、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù), 森林經(jīng)營(yíng)決策及規(guī)劃技術(shù), 森林資源評(píng)價(jià)與控制調(diào)整技術(shù), 森林資源數(shù)據(jù)融合技術(shù)等。工藝研究包括研究制定這些技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)、指標(biāo)和流程。

        隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,森林經(jīng)理學(xué)科發(fā)展很快,社會(huì)發(fā)展對(duì)森林經(jīng)理學(xué)的需求也發(fā)生了根本變化。因此,森林經(jīng)理學(xué)研究的深度和廣度需加強(qiáng),以滿足當(dāng)今森林經(jīng)理學(xué)科及林學(xué)學(xué)科發(fā)展需要。面對(duì)全球氣候變化的挑戰(zhàn),森林經(jīng)營(yíng)應(yīng)向多功能適應(yīng)性經(jīng)營(yíng)方向發(fā)展,其發(fā)展和研究趨勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面。

        3.1 森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的理論和技術(shù)

        研究基于森林的自然發(fā)育和人工干擾及其交互增益的機(jī)制,構(gòu)建物種豐富、結(jié)構(gòu)合理、健康穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng),提高森林生產(chǎn)力和生態(tài)環(huán)境承載力,是實(shí)現(xiàn)森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升、助推“美麗中國(guó)”可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求。因此,需要研究基于“自然-人工”交互合力的森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)機(jī)制,利用地理、生態(tài)、生理、林學(xué)、信息科學(xué)等多學(xué)科交叉信息,從日變化、年動(dòng)態(tài)到百年目標(biāo)尺度上整合機(jī)制和知識(shí)來(lái)探尋森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)的理論和技術(shù)。

        該方向主要研究趨勢(shì)為: 研究樹(shù)種混交機(jī)制及多功能的調(diào)控機(jī)制; 研究經(jīng)營(yíng)條件下種間和種內(nèi)相互作用及對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)整體功能的影響; 研究經(jīng)營(yíng)措施對(duì)樹(shù)種結(jié)構(gòu)-碳匯能力-氣候變化的影響機(jī)制; 研究各種典型森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)計(jì)劃性經(jīng)營(yíng)的響應(yīng); 研究森林質(zhì)量協(xié)同提升機(jī)制及多目標(biāo)經(jīng)營(yíng)理論和方法; 研究森林多尺度(林分、經(jīng)營(yíng)單位、景觀水平)多目標(biāo)經(jīng)營(yíng)決策技術(shù); 研究氣候變化不確定性的影響和復(fù)雜的森林決策問(wèn)題; 構(gòu)建森林全周期經(jīng)營(yíng)的理論和技術(shù)體系; 研究如何協(xié)調(diào)不同經(jīng)營(yíng)目標(biāo)如木材生產(chǎn)、生物多樣性保護(hù)、碳吸存、水源涵養(yǎng)等之間的沖突,實(shí)現(xiàn)森林供給、文化、支持和調(diào)節(jié)功能的最大化等。

        3.2 森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)

        在森林抽樣調(diào)查方面,森林資源調(diào)查目標(biāo)已由傳統(tǒng)的林木資源調(diào)查向森林多資源調(diào)查方向轉(zhuǎn)變和發(fā)展,森林資源調(diào)查內(nèi)容和信息的增加和變化(如生物多樣性的調(diào)查、森林中病蟲(chóng)害發(fā)生分布調(diào)查、非木質(zhì)資源調(diào)查和景觀資源的調(diào)查等)及森林多資源的分布要求在傳統(tǒng)方法基礎(chǔ)上研究新的理論和技術(shù),如各種抽樣方案配合不同估計(jì)方法的森林資源調(diào)查方案制定、不同抽樣方法的模擬軟件研制和開(kāi)發(fā),各種方案的適應(yīng)性、精度和效率的驗(yàn)證,各種抽樣方法之間結(jié)合的效率及合理性評(píng)價(jià),地面抽樣技術(shù)與“3S”技術(shù)的結(jié)合和協(xié)作機(jī)制等,還要不斷地進(jìn)行探究(史京京等, 2009)。國(guó)家森林資源清查體系如何由定期調(diào)查轉(zhuǎn)向年度調(diào)查,也是一個(gè)重要方向。

        在森林資源地面調(diào)查方面,研究重點(diǎn)為調(diào)查指標(biāo)的充實(shí)和完善、調(diào)查效率和調(diào)查精度的提高,包括建立適應(yīng)森林資源與生態(tài)環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)需求、含有森林屬性特征因子和生態(tài)環(huán)境因子的調(diào)查指標(biāo)體系,林分調(diào)查因子的精準(zhǔn)測(cè)量方法等。在森林資源遙感調(diào)查方面,未來(lái)的研究重點(diǎn)在提高遙感森林分類(lèi)精度和調(diào)查因子獲取方面,如遙感圖像數(shù)字化處理及測(cè)量技術(shù)、多源遙感(光學(xué)、激光雷達(dá)、高光譜、多角度遙感等)森林資源信息的采集、基于新型遙感和機(jī)制模型的區(qū)域森林資源綜合信息提取等,特別是高分衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)等信息采集以及激光雷達(dá)等新型數(shù)據(jù)源與多數(shù)據(jù)源的綜合應(yīng)用成為研究熱點(diǎn),應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋林木空間格局、競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系和森林調(diào)查因子估計(jì)等方面。

        未來(lái)森林資源監(jiān)測(cè)研究的重點(diǎn)為監(jiān)測(cè)體系優(yōu)化、年度監(jiān)測(cè)以及提高監(jiān)測(cè)效率和精度等方面。包括研究建立監(jiān)測(cè)內(nèi)容全面、適應(yīng)不同層次的監(jiān)測(cè)體系,實(shí)現(xiàn)全國(guó)森林資源“一體化”監(jiān)測(cè); 研究森林資源年度監(jiān)測(cè)的方法和技術(shù),實(shí)現(xiàn)森林資源年度出數(shù); 研究利用多源遙感、GIS、PDA野外數(shù)據(jù)采集技術(shù)、激光和超聲波探測(cè)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)和可視化、網(wǎng)絡(luò)與通信等現(xiàn)代新技術(shù),提高森林資源監(jiān)測(cè)效率與監(jiān)測(cè)精度的方法和技術(shù)。

        基于衛(wèi)星和航空遙感、無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)等新型數(shù)據(jù)源的林業(yè)應(yīng)用,多源數(shù)據(jù)的融合處理,信息綜合處理和優(yōu)化算法,信息監(jiān)測(cè)體系的整合等基礎(chǔ)理論和方法是森林資源監(jiān)測(cè)新的研究趨勢(shì)。基于新型遙感和機(jī)制模型的區(qū)域森林資源綜合信息提取技術(shù), 基于遙感數(shù)據(jù)和地面精細(xì)調(diào)查數(shù)據(jù)的森林資源預(yù)估、監(jiān)測(cè)及反演技術(shù), 基于多源、多時(shí)相、多分辨率森林資源及災(zāi)害等監(jiān)測(cè), 大尺度高精度森林資源監(jiān)測(cè)體系及數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與建設(shè)等也成為一個(gè)新的趨勢(shì)。在森林經(jīng)營(yíng)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方面,研究的重點(diǎn)為森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)的測(cè)試、量化評(píng)價(jià)與森林經(jīng)營(yíng)方案的關(guān)聯(lián)性以及森林經(jīng)營(yíng)效果監(jiān)測(cè)的過(guò)程及結(jié)果的可視化表達(dá)等方法。

        3.3 森林生長(zhǎng)模型與模擬

        森林生長(zhǎng)模型與模擬技術(shù)作為研究各種典型森林類(lèi)型對(duì)計(jì)劃性經(jīng)營(yíng)反應(yīng)的一個(gè)基本手段,可顯著縮短研究周期并減少研究費(fèi)用,已成為各國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域。該方向主要研究趨勢(shì)包括: 基于近代統(tǒng)計(jì)方法(如混合效應(yīng)模型、度量誤差模型、聯(lián)立方程組模型、分位數(shù)回歸模型、廣義線性模型、空間加權(quán)回歸模型等)及計(jì)算機(jī)模擬技術(shù),研究森林多尺度隨機(jī)生長(zhǎng)模擬理論框架和分析方法; 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的森林生長(zhǎng)與收獲模型; 立地質(zhì)量空間評(píng)價(jià)模型; 天然混交林的生長(zhǎng)收獲和經(jīng)營(yíng)模型; 林木樹(shù)冠結(jié)構(gòu)、樹(shù)干形狀、木材質(zhì)量及機(jī)制模型; 森林經(jīng)營(yíng)條件下生長(zhǎng)收獲模擬; 森林經(jīng)營(yíng)(植被控制、間伐、施肥、遺傳改良等)隨機(jī)效應(yīng)模擬及經(jīng)營(yíng)效果定量分析; 不同尺度林木及森林的生物量及碳儲(chǔ)量預(yù)測(cè)模型; 區(qū)域尺度典型森林生態(tài)系統(tǒng)功能和過(guò)程模擬; 氣候變化下的森林生長(zhǎng)模擬及對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)影響的模擬; 林分空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)的定量化表達(dá)方法、空間結(jié)構(gòu)的可視化模擬; 大區(qū)域面向經(jīng)營(yíng)的天然林立地質(zhì)量評(píng)價(jià)模型與方法等。

        3.4 森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃與決策

        早期森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃模型主要研究同齡純林的木材收獲問(wèn)題,即要求森林具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和狀況。這類(lèi)最優(yōu)決策標(biāo)準(zhǔn)一般包括齡級(jí)結(jié)構(gòu)調(diào)整、收獲量均衡、最大木材收獲量和最高貼現(xiàn)純收益等指標(biāo),其往往不涉及復(fù)雜的空間關(guān)系,通過(guò)線性規(guī)劃、目標(biāo)規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃和混合整數(shù)規(guī)劃就能獲得最優(yōu)森林經(jīng)營(yíng)方案。但近些年來(lái),隨著環(huán)境的不斷惡化以及人們對(duì)森林經(jīng)營(yíng)措施導(dǎo)致的水源污染、水土流失、景觀退化以及生物多樣性銳減等眾多生態(tài)問(wèn)題的持續(xù)關(guān)注,森林規(guī)劃模型中考慮生態(tài)功能和約束的研究案例越來(lái)越多,尤其是多功能經(jīng)營(yíng),如考慮木材和碳儲(chǔ)量、木材和非木質(zhì)林產(chǎn)品的聯(lián)合生產(chǎn)等。

        在規(guī)劃的廣度方面,未來(lái)森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃越來(lái)越表現(xiàn)出類(lèi)型多樣化,體現(xiàn)在國(guó)家、省、縣和森林經(jīng)營(yíng)單位不同層次,規(guī)劃設(shè)計(jì)的范圍由單純著眼于森林經(jīng)營(yíng)單位編制森林經(jīng)營(yíng)方案擴(kuò)展到編制區(qū)域林業(yè)發(fā)展規(guī)劃,規(guī)劃要考慮整個(gè)社區(qū)的可持續(xù)發(fā)展和協(xié)調(diào)社區(qū)各部分的相關(guān)需求和利益。在規(guī)劃內(nèi)容方面,則逐漸由單一經(jīng)營(yíng)木材的森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃向多目的、多用途的功能區(qū)劃及景觀規(guī)劃相結(jié)合的綜合經(jīng)營(yíng)規(guī)劃發(fā)展,經(jīng)營(yíng)目標(biāo)則向兼顧經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)等多元化方向發(fā)展。經(jīng)營(yíng)主體涵蓋個(gè)體、公司、經(jīng)營(yíng)單位和資源管理部門(mén),多元化日趨明顯。多功能全周期經(jīng)營(yíng)規(guī)劃技術(shù)研究將成為一個(gè)重要領(lǐng)域。

        在森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃技術(shù)方面,隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和決策優(yōu)化方法的發(fā)展,在地理信息系統(tǒng)支持下的空間規(guī)劃(spatial forest management planning)得到更多應(yīng)用,林分經(jīng)營(yíng)優(yōu)化決策模型、專(zhuān)家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)結(jié)合的智能決策系統(tǒng)IDSS(intelligence decision support system)及基于大數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的群決策支持系統(tǒng)GDSS(group decision support system)等決策技術(shù)的研發(fā)將成為熱點(diǎn)。

        在森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃算法方面,對(duì)于復(fù)雜的森林規(guī)劃問(wèn)題,必須采用空間規(guī)劃、群體算法和啟發(fā)式算法(如模擬退火、遺傳算法和禁忌搜索等)等方法,且不同的優(yōu)化算法都存在一定缺點(diǎn)。因此,通過(guò)改進(jìn)優(yōu)化算法來(lái)提高算法的執(zhí)行效率也成為趨勢(shì)。

        3.5 森林資源信息管理

        在森林資源信息管理方面,構(gòu)建高精度森林資源管理信息系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)森林資源信息的智能化管理是現(xiàn)代林業(yè)建設(shè)的基本要求。未來(lái)主要研究天、空、地一體化森林資源,生態(tài)和環(huán)境海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、交換、處理和表達(dá)方法以及分析評(píng)價(jià)技術(shù); 森林資源信息流的智能關(guān)系和交換機(jī)制; 森林空間數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)和集成的數(shù)字化方法; 基于WebGIS構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、智能化的森林資源信息管理框架及輔助決策的優(yōu)化算法; 林業(yè)三維仿真虛擬技術(shù)與三維可視化系統(tǒng); 以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化為支撐,基于數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)、方法庫(kù)、知識(shí)庫(kù)等,實(shí)現(xiàn)從樹(shù)種選擇到產(chǎn)品收獲的森林經(jīng)營(yíng)全過(guò)程的信息管理、處理和決策等。

        4 結(jié)語(yǔ)

        森林經(jīng)營(yíng)已成為林業(yè)的永恒主題,森林經(jīng)理是森林經(jīng)營(yíng)的重要支撐。首次發(fā)布的《聯(lián)合國(guó)森林戰(zhàn)略規(guī)劃(2017—2030年)》,進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)目標(biāo)和行動(dòng)領(lǐng)域。在中國(guó)林業(yè)由森林?jǐn)?shù)量增長(zhǎng)轉(zhuǎn)向數(shù)量和質(zhì)量并重的新階段,森林經(jīng)理這一傳統(tǒng)學(xué)科將煥發(fā)出新的活力,擔(dān)當(dāng)起龍頭學(xué)科的地位。盡管我國(guó)森林經(jīng)理學(xué)在森林經(jīng)營(yíng)理論與技術(shù)模式、森林資源調(diào)查監(jiān)測(cè)與管理、林業(yè)統(tǒng)計(jì)與森林生長(zhǎng)收獲模型、森林經(jīng)營(yíng)計(jì)劃與優(yōu)化決策、林業(yè)遙感技術(shù)與應(yīng)用、林業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用等方面均取得了顯著進(jìn)展,但存在尚未形成中國(guó)特色的森林經(jīng)營(yíng)理論與技術(shù)體系、森林經(jīng)營(yíng)基礎(chǔ)研究薄弱、森林資源監(jiān)測(cè)體系時(shí)效性差、缺乏森林經(jīng)營(yíng)的計(jì)劃工具等問(wèn)題,總體上處于“跟跑”地位。

        當(dāng)前人們對(duì)森林的認(rèn)識(shí)正在發(fā)生重大變化,已經(jīng)從單純要求森林的物質(zhì)產(chǎn)品轉(zhuǎn)變到不僅要求森林的生產(chǎn)功能,更要求森林的服務(wù)功能。這種形勢(shì)的發(fā)展,是森林經(jīng)理學(xué)研究的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),也是森林經(jīng)理學(xué)發(fā)展的難得機(jī)遇。森林經(jīng)理學(xué)研究需要適應(yīng)這種形勢(shì),抓住機(jī)遇,迎接挑戰(zhàn),發(fā)揮多學(xué)科綜合交叉研究與產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的優(yōu)勢(shì),加強(qiáng)森林經(jīng)營(yíng)基礎(chǔ)研究,尤其是森林經(jīng)營(yíng)基礎(chǔ)數(shù)表、森林經(jīng)營(yíng)方案編制、混交異齡林經(jīng)營(yíng)技術(shù), 注重長(zhǎng)期積累,形成典型森林類(lèi)型的全周期經(jīng)營(yíng)技術(shù), 強(qiáng)化森林經(jīng)營(yíng)工具開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用, 抓住遙感、人工智能、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)發(fā)展的機(jī)遇,提高森林調(diào)查監(jiān)測(cè)和決策水平,逐步形成具有中國(guó)特色的森林經(jīng)營(yíng)理論與技術(shù)體系,實(shí)現(xiàn)世界“領(lǐng)跑”地位。

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