推進(jìn)以智慧林業(yè)為主導(dǎo)的林業(yè)創(chuàng)新

恭映璧

面對(duì)已經(jīng)來(lái)臨的木材采伐高峰期以及人口減少、少子化和老齡化等問(wèn)題，為破解林業(yè)所面臨的困境、提高生產(chǎn)效率、降低工傷事故率和改善野外作業(yè)的工作環(huán)境等，日本政府以問(wèn)題為導(dǎo)向，推進(jìn)以智慧林業(yè)為主導(dǎo)的林業(yè)創(chuàng)新，促進(jìn)林業(yè)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“砍伐→利用→造林”的良性循環(huán)發(fā)展。

日本林業(yè)面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)

日本森林面積的40%（約1020萬(wàn)公頃）為人工林，多數(shù)為上世紀(jì)50～60年代營(yíng)造，蓄積量達(dá)33億立方米。截至2017年3月，半數(shù)以上的人工林生長(zhǎng)期超過(guò)50年，進(jìn)入了主伐利用期。與歐美林業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，受地形等多方面因素的影響，日本的林業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率仍處于較低水平;林業(yè)行業(yè)每千人死傷事故率遠(yuǎn)高于日本全產(chǎn)業(yè)平均數(shù);陡峭的地形不僅不利于機(jī)械化施工，而且作業(yè)的危險(xiǎn)性高;人工造林費(fèi)用高昂，從造林整地到撫育間伐直至最后采伐，每公頃人工林培育的成本約15.06萬(wàn)元;采伐周期長(zhǎng)，主伐期一般都在50年以上;林權(quán)結(jié)構(gòu)規(guī)模小、零星分散，森林面積不滿(mǎn)10公頃的林家數(shù)量占到了9成，制定施工作業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中為勘定林權(quán)所有者森林邊界需要花費(fèi)大量人力和時(shí)間;等等。

林業(yè)創(chuàng)新的發(fā)展方向和進(jìn)展

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，日本政府在《經(jīng)濟(jì)財(cái)政管理與改革基本方針2019》中提出了“推進(jìn)智慧林業(yè)等林業(yè)創(chuàng)新，研究開(kāi)發(fā)纖維素納米纖維，利用高精度資源信息進(jìn)行森林管理，開(kāi)發(fā)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，通過(guò)信息與通信技術(shù)（ICT）進(jìn)行木材生產(chǎn)管理”等措施。同年12月，日本林野廳公布了促進(jìn)智慧林業(yè)發(fā)展的《林業(yè)創(chuàng)新實(shí)施推進(jìn)計(jì)劃》，該計(jì)劃將林業(yè)創(chuàng)新劃分為5大類(lèi)17項(xiàng)技術(shù)，具體內(nèi)容和進(jìn)展如下：

一是森林資源和森林邊界的管理

利用激光測(cè)量掌握森林資源信息。飛機(jī)和地面等激光測(cè)量技術(shù)已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用;為了預(yù)防和修復(fù)山地災(zāi)害，對(duì)地面高程等地形信息的掌握正在推進(jìn)之中。

共享激光測(cè)量的森林資源信息。分析激光測(cè)量數(shù)據(jù)，確定樹(shù)木頂點(diǎn)，推算立木數(shù)量、樹(shù)木高度和蓄積量的技術(shù)已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用。

森林邊界數(shù)據(jù)的數(shù)字化。利用激光測(cè)量數(shù)據(jù)等對(duì)森林邊界的位置信息進(jìn)行數(shù)字化處理的技術(shù)，以及利用所獲得的位置信息和激光測(cè)量數(shù)據(jù)等繪制邊界線等的軟件已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用，還可以將數(shù)據(jù)加載到森林GIS等系統(tǒng)中。

使用激光測(cè)量數(shù)據(jù)高效率進(jìn)行路網(wǎng)設(shè)計(jì)。利用激光測(cè)量數(shù)據(jù)，能自動(dòng)輕易地進(jìn)行林道初步設(shè)計(jì)（線形設(shè)計(jì)、橫斷面和縱斷面圖的繪制、土石方工程量的推算等）的軟件已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用。

引進(jìn)森林云管理系統(tǒng)。森林云系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)完成，已有8個(gè)縣引進(jìn)了全國(guó)統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的森林云系統(tǒng)。

二是利用ICT進(jìn)行生產(chǎn)管理

引進(jìn)生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)從木材生產(chǎn)的計(jì)劃制定、機(jī)械和人員的配置、現(xiàn)場(chǎng)的進(jìn)展管理、出材量的掌握等工作全部利用ICT技術(shù)進(jìn)行管理，而目前這些工作很大程度上還是憑經(jīng)驗(yàn)決策。

三是采伐和造林作業(yè)機(jī)械化

采伐作業(yè)的遠(yuǎn)程化操作與自動(dòng)化。2018年度開(kāi)始開(kāi)發(fā)可遠(yuǎn)程操作的采伐作業(yè)車(chē)，實(shí)驗(yàn)機(jī)可以在坡度30°的林內(nèi)行走，能夠抓住樹(shù)木、砍伐樹(shù)木、歸集木材，采伐樹(shù)木直徑可達(dá)40厘米，將攝像機(jī)安裝在實(shí)驗(yàn)作業(yè)車(chē)上，通過(guò)觀察實(shí)時(shí)影像可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

集材作業(yè)的遠(yuǎn)程化操作與自動(dòng)化。2017年度開(kāi)始開(kāi)發(fā)電動(dòng)抓斗，這種抓斗能夠安裝到架線集材用的搬運(yùn)設(shè)備上，通過(guò)安裝在架線集材實(shí)驗(yàn)機(jī)上的攝像機(jī)，可以在安全的地方通過(guò)影像來(lái)遠(yuǎn)程控制裝載和卸載;除了裝載、卸載功能外，搬運(yùn)設(shè)備還可自行移動(dòng)。

運(yùn)材作業(yè)自動(dòng)化。2018年度，開(kāi)發(fā)出了在感應(yīng)電線上行駛的無(wú)人駕駛運(yùn)材機(jī);實(shí)驗(yàn)機(jī)除了裝載功能以外，運(yùn)輸木材和卸貨都實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作;工人操作一次，將速度等操作信息存儲(chǔ)在運(yùn)材機(jī)中，然后機(jī)器可重復(fù)進(jìn)行駕駛操作;使用QR碼，可以進(jìn)行行駛位置的誤差修正和指示側(cè)翻位的卸貨位置等。

造林作業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化，外骨骼助力套裝開(kāi)發(fā)。2018年度，開(kāi)發(fā)出用于海岸林造林的植樹(shù)機(jī)械和可以在斜坡上進(jìn)行除草作業(yè)的駕駛型撫育機(jī)械，實(shí)驗(yàn)機(jī)可以在坡度30°的林內(nèi)行駛，撫育修剪灌木叢的同時(shí)，還可以粉碎妨礙行駛的樹(shù)樁;從2016年開(kāi)始研發(fā)減輕造林作業(yè)勞動(dòng)負(fù)擔(dān)的外骨骼助力套裝，穿戴實(shí)驗(yàn)套裝在陡峭山坡、不平整的地方行走，可使造林作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度減輕20%。

四是推廣速生樹(shù)種造林與減輕造林作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度

優(yōu)良無(wú)性系品種和速生樹(shù)種等選育、增產(chǎn)及造林實(shí)踐。由于各地現(xiàn)有種子園的樹(shù)齡已經(jīng)老化，因此，有必要將種子園改造成速生的優(yōu)良無(wú)性系等品種;目前，在一定程度上建立了一些速生樹(shù)種的栽培模式，正在探索建立充分發(fā)揮其快速生長(zhǎng)特性的低成本栽培模式。

生產(chǎn)成本低且質(zhì)量穩(wěn)定的容器苗生產(chǎn)，采伐與造林一體化作業(yè)。盡管容器苗的產(chǎn)量逐年增加，但生產(chǎn)成本高，質(zhì)量性狀不穩(wěn)定。目前，采伐與造林一體化作業(yè)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化的階段，國(guó)家正在推廣這項(xiàng)技術(shù)，2017年，民有林實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)占造林總面積的5%。

運(yùn)用傳感技術(shù)等開(kāi)展低成本造林實(shí)踐。盡管多數(shù)有助于高效率造林設(shè)計(jì)和施工管理的基本技術(shù)已處于實(shí)用階段，但很少在造林實(shí)際中應(yīng)用。目前，日本正在加大力度推廣普及這項(xiàng)技術(shù)。

五是林業(yè)新材料開(kāi)發(fā)

木質(zhì)素改性技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。到2018年止，在試驗(yàn)工廠利用試驗(yàn)設(shè)備確立了改性木質(zhì)素制造的基本生產(chǎn)技術(shù)。2019年，為向?qū)嵶C階段過(guò)渡，又推進(jìn)利用副產(chǎn)品提高經(jīng)濟(jì)收益的技術(shù)（將木質(zhì)素分離后的紙漿利用于碳素納米纖維CNF的技術(shù)），開(kāi)發(fā)了降低產(chǎn)品制造成本的技術(shù)以及生物可降解性評(píng)估等。

纖維素納米纖維的實(shí)際應(yīng)用。小規(guī)模、低環(huán)境負(fù)荷的CNF集成制造技術(shù)已基本確立。在2019年，作為制造技術(shù)的最后階段的工作，推進(jìn)了降低制造成本等驗(yàn)證工作，制定了制造手冊(cè)和驗(yàn)證產(chǎn)品的耐久性工作等。

可替代塑料的新材料（PDC）技術(shù)開(kāi)發(fā)和實(shí)際應(yīng)用。作為替代塑料容器等塑料的新材料，有關(guān)PDC制造和利用的基礎(chǔ)性開(kāi)發(fā)工作已經(jīng)完成。從2019年開(kāi)始，進(jìn)入應(yīng)用研究階段，提高低分子木質(zhì)素的回收率，開(kāi)發(fā)粘合劑等用途并進(jìn)行纖維素納米纖維（CNF）制造。

樹(shù)木釀酒技術(shù)的商品化。無(wú)需對(duì)木材進(jìn)行細(xì)微粉碎和化學(xué)處理，通過(guò)酶糖化制造樹(shù)木酒的基礎(chǔ)技術(shù)已基本確立。用杉樹(shù)、櫻花樹(shù)、白樺樹(shù)成功地制造了酒精。2019年已進(jìn)入實(shí)證階段，明確了以柳杉為原料的制造條件和品質(zhì)，以及與生產(chǎn)效率之間的關(guān)系，分析了水溶性成分，確認(rèn)了作為食品的安全性，并分析了香味成分。

林業(yè)創(chuàng)新的實(shí)施推進(jìn)和措施

為了推進(jìn)林業(yè)新技術(shù)的實(shí)施，《林業(yè)創(chuàng)新實(shí)施推進(jìn)計(jì)劃》提出了5項(xiàng)措施：

知曉林業(yè)新技術(shù)。首先是創(chuàng)建一個(gè)就業(yè)前可以學(xué)習(xí)的環(huán)境，對(duì)于包括林業(yè)職高畢業(yè)生在內(nèi)希望從事林業(yè)工作的人員，可以利用林業(yè)ICT學(xué)習(xí)智慧林業(yè)和最新林業(yè)機(jī)械操作等知識(shí)。其次是創(chuàng)建一個(gè)可以隨時(shí)隨地獲得林業(yè)創(chuàng)新最新信息的環(huán)境，在日本林業(yè)廳的官網(wǎng)上開(kāi)設(shè)林業(yè)新技術(shù)信息的網(wǎng)頁(yè)，發(fā)布實(shí)施林業(yè)新技術(shù)的舉措等最新信息。

試用林業(yè)新技術(shù)。創(chuàng)建一個(gè)可以立即了解新技術(shù)的環(huán)境。將林業(yè)新技術(shù)不斷在各地實(shí)踐應(yīng)用，包括運(yùn)用ICT和遙感等技術(shù)實(shí)施的低成本造林等;在國(guó)有林區(qū)，驗(yàn)證運(yùn)用ICT等技術(shù)實(shí)現(xiàn)林業(yè)施工作業(yè)高效化、自動(dòng)化的實(shí)際效果;通過(guò)報(bào)告會(huì)等活動(dòng)，將這些先進(jìn)技術(shù)的實(shí)踐成果普及到都道府縣，利用林業(yè)推廣項(xiàng)目向林業(yè)工作者普及。

導(dǎo)入林業(yè)新技術(shù)。創(chuàng)建一個(gè)充分利用林業(yè)新技術(shù)的環(huán)境，將實(shí)用化的森林信息系統(tǒng)、軟件、林業(yè)機(jī)械引入到各地的林業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中，包括高精度森林資源信息的有效利用，利用 ICT技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)管理和使用無(wú)人機(jī)等。

完善林業(yè)新技術(shù)。推進(jìn)新技術(shù)實(shí)施的基礎(chǔ)建設(shè)，完善作為智慧林業(yè)基礎(chǔ)的信息和數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)，在森林資源與林地邊界信息數(shù)字化以及廣泛利用ICT生產(chǎn)管理系統(tǒng)的同時(shí)，制定必要的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和信息基礎(chǔ)架構(gòu)。

開(kāi)發(fā)林業(yè)新技術(shù)。產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開(kāi)發(fā)和改進(jìn)新技術(shù)，由企業(yè)、大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)等組成團(tuán)隊(duì)共同開(kāi)發(fā)和改進(jìn)林業(yè)新技術(shù);通過(guò)促進(jìn)科技人才和資本的有機(jī)結(jié)合來(lái)加速尖端技術(shù)的研究，應(yīng)對(duì)技術(shù)發(fā)展所帶來(lái)的系統(tǒng)性變革和挑戰(zhàn)。

創(chuàng)新為日本林業(yè)展現(xiàn)的前景

采伐、集材與運(yùn)材作業(yè)方面。利用激光測(cè)量等技術(shù)來(lái)掌握森林資源信息，并且通過(guò)數(shù)字化信息來(lái)明確林地邊界，可使伐前森林調(diào)查工作的成本下降3成;利用路網(wǎng)軟件進(jìn)行林區(qū)道路設(shè)計(jì)，省去了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等工作，可使林道初步設(shè)計(jì)的相關(guān)成本減少8成;到2022年，運(yùn)用ICT技術(shù)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)能夠根據(jù)市場(chǎng)需求，制定生產(chǎn)計(jì)劃，配備人員和機(jī)械，組織采伐和運(yùn)輸，開(kāi)展進(jìn)度報(bào)送等，并將這些信息實(shí)施互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IT）管理;通過(guò)使用自動(dòng)采伐作業(yè)車(chē)、自動(dòng)集材機(jī)械、自動(dòng)行走運(yùn)材機(jī)械等自動(dòng)化技術(shù)，提高從采伐到運(yùn)材作業(yè)的效率，到2025年木材生產(chǎn)力提高2倍以上;對(duì)于占林業(yè)行業(yè)死亡事故7成的采伐作業(yè)，通過(guò)引進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)，到2025年可實(shí)現(xiàn)零工傷事故目標(biāo)。通過(guò)自動(dòng)化機(jī)械與技術(shù)的應(yīng)用，將林業(yè)從三高（高危險(xiǎn)、高強(qiáng)度和高成本）中解放出來(lái)，實(shí)現(xiàn)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省人力的目標(biāo)。

造林作業(yè)方面。利用種子自動(dòng)篩選技術(shù)和環(huán)境控制技術(shù)可提高育苗效率;采用容器苗和利用采伐、造林一體化作業(yè)技術(shù)可減少造林成本2成以上;到2022年，通過(guò)無(wú)人機(jī)搬運(yùn)樹(shù)苗，運(yùn)苗的作業(yè)效率可提高8倍，同時(shí)縮短施工工期約3成左右;到2025年，通過(guò)使用外骨骼助力裝備以及機(jī)械化造林作業(yè)技術(shù)，除草撫育的作業(yè)效率將提高10倍以上;目前，已廣泛利用速生樹(shù)種和優(yōu)良無(wú)性系品種造林，將大幅縮短從造林到采伐的生長(zhǎng)期限（從50年縮短至30年）和林木的撫育期限。

林業(yè)新材料開(kāi)發(fā)方面：到2025年，利用木質(zhì)素改性技術(shù)，可開(kāi)發(fā)出比傳統(tǒng)產(chǎn)品輕2成左右的工程塑料，而且隨著木質(zhì)素改性產(chǎn)品的廣泛使用，屆時(shí)將開(kāi)發(fā)出一個(gè)規(guī)?？蛇_(dá)1000億日元的新材料市場(chǎng);到2025年，開(kāi)發(fā)的超級(jí)工程塑料，耐熱性達(dá)到150℃，可用于飛機(jī)、汽車(chē)等工業(yè)儀器零件的制造;開(kāi)發(fā)的通用工程塑料，耐熱性達(dá)100℃～150℃，可用于工業(yè)用零件的制造;開(kāi)發(fā)的通用塑料，耐熱性達(dá)到100℃左右，可用于包裝材料、瓶裝容器等的制造;纖維素納米纖維（CNF）制造技術(shù)使得涂料既保持原生態(tài)自然美又不易老化變色，2022年CNF涂料商品將進(jìn)入市場(chǎng);到2022年，隨著世界首創(chuàng)的樹(shù)木釀酒產(chǎn)品推向市場(chǎng)，將開(kāi)創(chuàng)出山村地區(qū)的一個(gè)新型產(chǎn)業(yè)。日本通過(guò)開(kāi)發(fā)新的木質(zhì)材料產(chǎn)品并使其商業(yè)化，將為全球解決塑料問(wèn)題做出貢獻(xiàn)，同時(shí)通過(guò)開(kāi)創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)增加林業(yè)產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

啟示

日本與我國(guó)相鄰，林木生長(zhǎng)的自然條件相仿，分散的林權(quán)結(jié)構(gòu)與我國(guó)南方集體林區(qū)相似，日本林業(yè)面臨的困境何嘗不是我國(guó)林業(yè)所遇到的難題，因而日本的經(jīng)驗(yàn)值得我國(guó)借鑒。

深化認(rèn)識(shí)，抓住變革良機(jī)。智慧林業(yè)代表未來(lái)林業(yè)發(fā)展的前進(jìn)方向。以智慧林業(yè)為主導(dǎo)的技術(shù)創(chuàng)新是一場(chǎng)林業(yè)技術(shù)革命，將極大地提高現(xiàn)有的林業(yè)生產(chǎn)力水平，改變現(xiàn)有的森林經(jīng)營(yíng)理念，變革林業(yè)生產(chǎn)方式與管理模式。這場(chǎng)變革在林業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家尚處于起步階段。因此，抓住機(jī)遇，大力發(fā)展以智慧林業(yè)為主導(dǎo)的林業(yè)創(chuàng)新是追趕林業(yè)先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家的最優(yōu)路徑，對(duì)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興和加快林業(yè)林區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

協(xié)同推進(jìn)，加強(qiáng)基礎(chǔ)建設(shè)。智慧林業(yè)所主導(dǎo)的林業(yè)創(chuàng)新是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要建立以林業(yè)為主導(dǎo)的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，加強(qiáng)與資源、信息、科技等部門(mén)和科研院校以及相關(guān)企業(yè)等單位的協(xié)同合作;需要將森林資源數(shù)據(jù)與自然資源部門(mén)共建、共享，提升工作效率;需要將信息與通信技術(shù)（ICT）、機(jī)器人技術(shù)和人工智能技術(shù)（AI）、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IT）、材料科學(xué)等尖端技術(shù)引入林業(yè)產(chǎn)業(yè);需要構(gòu)建基礎(chǔ)性平臺(tái)系統(tǒng)，制定統(tǒng)一的規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)，等等。

把握重點(diǎn)，以問(wèn)題為導(dǎo)向。以智慧林業(yè)為主導(dǎo)的林業(yè)創(chuàng)新涉及產(chǎn)業(yè)鏈上的每個(gè)環(huán)節(jié)，要以問(wèn)題為導(dǎo)向，將技術(shù)創(chuàng)新與林業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展實(shí)際緊密結(jié)合，以生產(chǎn)實(shí)踐中的難點(diǎn)、堵點(diǎn)作為林業(yè)創(chuàng)新的靶點(diǎn)、重點(diǎn)，以創(chuàng)新為實(shí)踐賦能，以實(shí)踐完善技術(shù)創(chuàng)新，找準(zhǔn)發(fā)展方向，整合資源，集中發(fā)力，做到事半功倍，助力實(shí)現(xiàn)林業(yè)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

線上線下，強(qiáng)化普及應(yīng)用。在推進(jìn)林業(yè)創(chuàng)新的過(guò)程中，要強(qiáng)化推廣應(yīng)用。一方面要通過(guò)開(kāi) 設(shè)網(wǎng)頁(yè)等線上的各種新媒體形式，向業(yè)內(nèi)人員和有志投身于林業(yè)事業(yè)的青年等介紹最新成果、實(shí)踐案例以及美好愿景，了解和學(xué)習(xí)智慧林業(yè)等林業(yè)新技術(shù)的信息知識(shí);另一方面，要加大新技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，讓從業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)和親身感受林業(yè)創(chuàng)新所帶來(lái)的高效率、高效益等實(shí)際效果，引導(dǎo)他們自覺(jué)參與實(shí)踐和應(yīng)用，從而總體推進(jìn)林業(yè)創(chuàng)新的實(shí)施。