劉延利 陳健 陳麗

摘 要：支撐森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營的規(guī)劃決策技術(shù)方法主要包括：計(jì)算機(jī)和“3S”技術(shù)、檢査法、森林類型多樣性最大覆蓋模型、森林多目標(biāo)經(jīng)營規(guī)劃和林分擇伐空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析等方法和技術(shù)。本文將介紹各項(xiàng)技術(shù)方法的內(nèi)容和討論其在森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營中的支撐作用。

關(guān)鍵詞：森林;生態(tài)系統(tǒng);經(jīng)營;規(guī)劃;決策;技術(shù)

一、計(jì)算機(jī)和“3S”技術(shù)

“3S”是遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）的總稱。它們是隨著電子、通信和計(jì)算機(jī)等尖端學(xué)科的發(fā)展而迅速崛起的一批高新技術(shù)，三者有著緊密的聯(lián)系在林業(yè)以及森林采伐規(guī)劃設(shè)計(jì)上有著廣泛的應(yīng)用。

遙感是通過航空或航天傳感器來獲取信息的技術(shù)手段。利用遙感可以快速、廉價(jià)地得到地面物體的空間位置和屬性數(shù)據(jù)。近年來，隨著各種新型傳感器的研制和應(yīng)用，使得遙感特別是航天遙感有了飛速發(fā)展。遙感影像的分辨率大幅度提高，渡譜范圍不斷擴(kuò)大，特別是星載和機(jī)載成像雷達(dá)的出現(xiàn)，使遙感具有了多功能、多時(shí)相、全天候能力。在森林經(jīng)營作業(yè)中，遙感技術(shù)主要用于作業(yè)區(qū)區(qū)劃、景觀分類和規(guī)劃以及大范圍的經(jīng)營活動(dòng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測中。

地理信息系統(tǒng)是以地理坐標(biāo)為控制點(diǎn)，對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析的技術(shù)工具。它的特點(diǎn)是，可以將空間特征和屬性特征緊密地聯(lián)系起來，進(jìn)行交互方式的處理，結(jié)合各種地理分析模型，進(jìn)行區(qū)域分析和評(píng)價(jià)。森林經(jīng)營作業(yè)中，地理信息系統(tǒng)能夠提供各種基礎(chǔ)信息（地形、河流、道路等）和專業(yè)信息的空間分布，利用它的分析功能可以進(jìn)行作業(yè)區(qū)劃、道路、集運(yùn)材、伐區(qū)作業(yè)、更新等的設(shè)計(jì)和決策。

目前，計(jì)算機(jī)和“3S”技術(shù)的研究十分活躍，它的應(yīng)用也已產(chǎn)生非常顯著的效益。顯示了巨大的發(fā)展?jié)摿?。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)水平的不斷提高，“3S”技術(shù)將不斷完善，并與決策支持系統(tǒng)、人工智能技術(shù)、多媒體等技術(shù)相結(jié)合，成為一門高度集成的綜合技術(shù)，將在森林生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營中開辟更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。

二、檢查法

檢査法是一種集約經(jīng)營的方法，它是通過定期的森林調(diào)查，觀察森林結(jié)構(gòu)、蓄積量和生長量的變化作為確定下一個(gè)經(jīng)理期采伐量的依據(jù)。通過擇伐作業(yè)使林分保持穩(wěn)定、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。最早提出檢查法的是法國林學(xué)家顧爾諾，他于1863～1875年在朱羅村有林地中進(jìn)行了檢查法試驗(yàn)。后來又經(jīng)瑞士林學(xué)家畢奧萊在瑞士納沙臺(tái)爾州的特拉威爾峽谷的公有林中，對(duì)檢查法進(jìn)行了畢生試驗(yàn)。在瑞士和北歐許多地方一直持續(xù)至今，森林資源的連續(xù)清查和其他定期調(diào)查都是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的經(jīng)營思想目前仍有較高的指導(dǎo)意義。

一般認(rèn)為，生物多樣性包括基因多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和景觀多樣性4個(gè)層次。究竟從哪個(gè)層次上來保護(hù)生物多樣性才更有效，這是擺在我們面前的問題。傳統(tǒng)的方法是保護(hù)稀有種和瀕危種。但是，單純保護(hù)某一個(gè)物種的作用是十分有限的。生物多樣性保護(hù)最有效的途徑不是對(duì)單個(gè)物種的保護(hù)，而是把生物多樣性保護(hù)的空間尺度放在生態(tài)系統(tǒng)和景觀水平。因?yàn)?，在生物多樣性保護(hù)中，較髙等級(jí)層次能兼容和限制低等級(jí)層次的行為。只有在位于高層次的整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)和景觀得以保護(hù)后，那些“不起眼”的物種才能得到保護(hù)。也就是說，生物多樣性保護(hù)應(yīng)當(dāng)從高等級(jí)層次入手。

三、森林多目標(biāo)經(jīng)營規(guī)劃技術(shù)

森林可持續(xù)經(jīng)營要求實(shí)現(xiàn)森林經(jīng)營的多個(gè)目標(biāo)，但這些目標(biāo)常常是相互沖突的，因此需要通過多目標(biāo)規(guī)劃來實(shí)現(xiàn)。森林經(jīng)營規(guī)劃主要在三個(gè)層次上進(jìn)行：戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)和作業(yè)規(guī)劃。在戰(zhàn)略規(guī)劃中確定長遠(yuǎn)的目標(biāo)，側(cè)重于實(shí)現(xiàn)超過十年的長期目標(biāo)，景觀規(guī)劃主要在這個(gè)層次。如野生動(dòng)植物棲息地，荒野保護(hù)，或木材采伐量指標(biāo)。在這個(gè)水平上的主要決策，與大面積土地上較長規(guī)劃期內(nèi)的土地利用分配和投入產(chǎn)出的目標(biāo)累計(jì)有關(guān)。當(dāng)戰(zhàn)略規(guī)劃層次的可選經(jīng)營方案很多時(shí)，經(jīng)營決策者就會(huì)做出相關(guān)的所謂中間或戰(zhàn)術(shù)計(jì)劃。在這個(gè)層面的決策包括：規(guī)劃詳細(xì)的經(jīng)營區(qū)或經(jīng)營單位、道路建設(shè)、采運(yùn)以及為縮短規(guī)劃時(shí)限確定一個(gè)最優(yōu)計(jì)劃第三個(gè)層面是所謂的作業(yè)層次，涉及確定一個(gè)區(qū)域的森林土地利用計(jì)劃，代表著短期的森林作業(yè)的問題，如采集、生產(chǎn)、采運(yùn)、種植、病蟲害防治、林火管理、以及道路建設(shè)和維護(hù)。

森林多目標(biāo)規(guī)劃問題通常包括建立目標(biāo)函數(shù)、確定約束條件和利用優(yōu)化算法求解結(jié)果三個(gè)步驟。森林多目標(biāo)函數(shù)主要包括經(jīng)濟(jì)和商品生產(chǎn)、野生動(dòng)植物生境、生物多樣性、娛樂游憩和其他目標(biāo)五大類別。森林多目標(biāo)規(guī)劃約束包括經(jīng)濟(jì)和商品生產(chǎn)、水流、碳貯存、森林結(jié)構(gòu)、野生動(dòng)植物、最大最小收獲年齡和其他約束六大類別。優(yōu)化方法已經(jīng)成功應(yīng)用到森林規(guī)劃方面，使用優(yōu)化方法建立模型可以得到森林可持續(xù)經(jīng)營的最佳決策方案。線性規(guī)劃方程巳經(jīng)無力處理空間約束和理想空間條件問題?，F(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的箅法有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、混沌優(yōu)化、蒙特卡洛整數(shù)規(guī)劃、模擬退火算法、遺傳箅法、禁忌搜索算法等。

四、林分結(jié)構(gòu)化經(jīng)營技術(shù)

結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營是一套完整的、新的森林可持續(xù)經(jīng)營體系，包括經(jīng)營目標(biāo)、理論基礎(chǔ)、經(jīng)營原則和經(jīng)營方法與技術(shù)。之所以在“森林經(jīng)營”前面冠以“結(jié)構(gòu)化”，其用意在于強(qiáng)調(diào)“結(jié)構(gòu)優(yōu)化”，以區(qū)別于傳統(tǒng)的森林經(jīng)營。結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營在總結(jié)國際上現(xiàn)有森林經(jīng)營理論與方法的基礎(chǔ)上，汲取了德國近自然森林經(jīng)營的原則，將培育健康穩(wěn)定森林作為終極目標(biāo)，創(chuàng)造性地以優(yōu)化空間結(jié)構(gòu)為手段，按照林分自然度和經(jīng)營迫切性確定經(jīng)營方向，對(duì)建群種競爭、林木格局、樹種混交等進(jìn)行有的放矢的調(diào)整。結(jié)構(gòu)的重要性、可解析性和健康森林結(jié)構(gòu)特征構(gòu)成了結(jié)構(gòu)化森林經(jīng)營的理論基礎(chǔ)。

五、林分擇伐空間優(yōu)化系統(tǒng)

林分空間結(jié)構(gòu)決定了樹木之間的競爭優(yōu)勢及其空間生態(tài)位，在很大程度上影響著林分生長、發(fā)育與穩(wěn)定性。林分空間結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是決定生境和物種多樣性的重要因子。目前，林分空間結(jié)構(gòu)分析已成為國際上天然林經(jīng)營模擬技術(shù)的主要研究內(nèi)容。

林分結(jié)構(gòu)包括空間結(jié)構(gòu)和非空間結(jié)構(gòu)?？臻g結(jié)構(gòu)主要包括：混交、競爭和林木空間分布格局3個(gè)方面。非空間結(jié)構(gòu)包括：徑級(jí)結(jié)構(gòu)、生長量和樹種多樣性等。生態(tài)過程和干擾都影響林分結(jié)構(gòu)。疏伐是對(duì)實(shí)施經(jīng)營的林地最重要的干擾。采伐直接影響林分的空間結(jié)構(gòu)和非空間結(jié)構(gòu)，而空間結(jié)構(gòu)的變化又產(chǎn)生對(duì)非空間結(jié)構(gòu)的影響。合理的擇伐是調(diào)整林分空間結(jié)構(gòu)的手段，以便充分發(fā)揮森林的功能。

因此，在林分擇伐規(guī)劃中引入林分空間結(jié)構(gòu)，建立林分擇伐空間優(yōu)化模型，旨在為林分擇伐提供決策依據(jù)，以便在確定是否采伐某一空間位置上的林木時(shí)有充分的理由。由于林分空間結(jié)構(gòu)包括多個(gè)方面。所以，擇伐規(guī)劃必然是多目標(biāo)規(guī)劃。在最優(yōu)結(jié)構(gòu)決定最優(yōu)功能的假設(shè)前提下，采用非線性多目標(biāo)整數(shù)規(guī)劃建立模型。模型以林分空間結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，以非空間結(jié)構(gòu)（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生長量為主要約束條件，使林分空間結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，以便最大限度地保持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性，充分發(fā)揮森林的多種功能。求解此模型可以獲得最優(yōu)采伐方案，包括最優(yōu)采伐木信息和采伐前后森林結(jié)構(gòu)的變化。從而為生態(tài)采伐中采伐木的選擇提供了具有科學(xué)性和可操作性的技術(shù)和方法。

結(jié) 語

將以上思想和模型，采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，研制成林分擇伐空間優(yōu)化系統(tǒng)軟件，成為擇伐設(shè)計(jì)的有力工具。使用該軟件，可以實(shí)現(xiàn)林分采伐方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高采伐規(guī)劃設(shè)計(jì)的科學(xué)性和技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭明、郭大有，森林分類經(jīng)營的戰(zhàn)略研究.林業(yè)勘查設(shè)計(jì).2016.7

[2] 郭熙得主編，發(fā)展經(jīng)濟(jì)學(xué)經(jīng)典論著選.中國經(jīng)濟(jì)出版社.2010.6。