我國林業(yè)裝備的發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢(shì)

羅 梅， 劉延鶴， 蔣鵬飛， 傅萬四*， 周建波，3， 張 彬，3

(1.中國林場(chǎng)集團(tuán)有限公司，北京 100029；2.國家林業(yè)和草原局北京林業(yè)機(jī)械研究所，北京 100029；3.中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)新技術(shù)研究所，北京 100091)

2019年，我國林業(yè)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到7.56萬億元，林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展極大地推動(dòng)了我國生態(tài)文明建設(shè)，有力鞏固了生態(tài)扶貧成效。林業(yè)作為關(guān)乎國計(jì)民生的重要行業(yè)，建設(shè)現(xiàn)代化林業(yè)成為滿足人們?nèi)找嬖鲩L物質(zhì)文化需求的必由之路?，F(xiàn)代林業(yè)建立在林業(yè)裝備現(xiàn)代化的基礎(chǔ)之上，裝備的現(xiàn)代化成為林業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)和標(biāo)志，也是推動(dòng)林業(yè)由傳統(tǒng)向現(xiàn)代邁進(jìn)的關(guān)鍵因素[1-2]。林業(yè)裝備支撐林業(yè)生態(tài)和產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，能大力提升林業(yè)的規(guī)?；?jīng)營水平。林業(yè)機(jī)械化將極大解放生產(chǎn)力，提高生產(chǎn)效率，保障生產(chǎn)安全，促進(jìn)林業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)[3]。實(shí)現(xiàn)林業(yè)機(jī)械化是提升森林質(zhì)量的重要舉措，也是實(shí)現(xiàn)我國林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的迫切需要。林業(yè)裝備一般分為戶外林業(yè)裝備和室內(nèi)林業(yè)裝備兩大類，主要包括苗木培育、森林保護(hù)與經(jīng)營、木竹生產(chǎn)及加工利用、園林和非木質(zhì)生物材料利用等環(huán)節(jié)的機(jī)械化設(shè)備和裝置，涵蓋了林業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面[4-8]。林業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的所有部分均涉及到林業(yè)裝備的開發(fā)應(yīng)用，林業(yè)裝備的發(fā)展影響林業(yè)產(chǎn)業(yè)的興衰，對(duì)實(shí)現(xiàn)林業(yè)現(xiàn)代化具有重要意義。

1 國內(nèi)外林業(yè)裝備發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國家基本實(shí)現(xiàn)了林業(yè)機(jī)械化，多工序配合作業(yè)與集約化生產(chǎn)較為普遍，自動(dòng)化和智能化設(shè)備應(yīng)用全面鋪開。由于林業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境差，加之勞動(dòng)力缺乏等因素，許多發(fā)達(dá)國家已著手進(jìn)行智能水平更高的林業(yè)機(jī)器人的研究，日本、美國、德國、加拿大、瑞典和挪威等國家林業(yè)機(jī)器人發(fā)展較快，其中尤以日本的研發(fā)制造水平最高[9]。在林木采伐[10-12]、林果采收[13]、種苗作業(yè)[14]、林木整枝[15]、苗木嫁接[16]、林內(nèi)清理[17]、森林消防[18-19]以及林產(chǎn)工業(yè)[20]等方面，這些國家都進(jìn)行了較為深入的研究，林業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍不斷拓展，即實(shí)現(xiàn)林業(yè)機(jī)械化后，發(fā)達(dá)國家的林業(yè)裝備正全面邁向自動(dòng)化和智能化。

整體而言，目前我國的林業(yè)裝備制造產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，全國林業(yè)裝備制造企業(yè)已達(dá)5 000家左右，規(guī)模較大的企業(yè)也有1 100家之多，能夠生產(chǎn)5大類13個(gè)子類2 400種裝備，形成了集研發(fā)、生產(chǎn)、推廣服務(wù)為一體的林業(yè)裝備制造體系。我國近年來林業(yè)機(jī)械化率超過30%，已處于中級(jí)階段發(fā)展水平[21]。我國林業(yè)裝備發(fā)展進(jìn)步明顯，但技術(shù)裝備整體水平還較低。木工與人造板裝備相對(duì)發(fā)達(dá)，部分技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平；林產(chǎn)化工、森林消防與家具制造裝備的研發(fā)制造，也初步完成了機(jī)械化與自動(dòng)化，但仍與發(fā)達(dá)國家差距較大[22-23]。林業(yè)裝備制造業(yè)整體較為完備，但核心創(chuàng)新能力欠缺，發(fā)展失衡。國外林業(yè)發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)表明，營林機(jī)械化程度達(dá)到 50%～70%，才能更好地發(fā)揮森林的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)與社會(huì)效益[4，24]。林業(yè)發(fā)達(dá)國家普遍采用多功能聯(lián)合采伐機(jī)，其是一種集采伐、造材、集材等多種功能于一體的大型營林裝備，能顯著提升森林采伐運(yùn)輸?shù)男?，降低勞?dòng)強(qiáng)度，極大便利營林生產(chǎn)工作。然而，我國卻很少采用這種高效率的多功能聯(lián)合采伐機(jī)開展林業(yè)生產(chǎn)，營造林手工作業(yè)仍為主流，我國林業(yè)裝備制造水平與林業(yè)機(jī)械化發(fā)展任重道遠(yuǎn)。

我國的林業(yè)機(jī)械化程度不高，但自動(dòng)化、智能化機(jī)械的研究在持續(xù)推進(jìn)之中，利用機(jī)器進(jìn)行高水平制造的“機(jī)器換人”工程已于近年提出，這一舉措促進(jìn)了林業(yè)機(jī)器人行業(yè)的快速發(fā)展[25]，也極大提高了林業(yè)裝備智能化水平。林業(yè)機(jī)器人的研發(fā)集中在苗木嫁接[26]、森林撫育[27]、林業(yè)采收[28-30]、林木攀爬[31]、伐根清理[32]、防風(fēng)固沙[33]、森林消防[34]等方向，呈現(xiàn)方興未艾之勢(shì)。綜合而言，我國林業(yè)機(jī)器人的研究正在起步，部分產(chǎn)品尚處于概念創(chuàng)作和實(shí)驗(yàn)室研究階段，距高效自動(dòng)化和智能化產(chǎn)品的推廣應(yīng)用還有較大距離。

2 林業(yè)裝備發(fā)展存在的問題

我國林業(yè)裝備發(fā)展較快，基本構(gòu)建了門類齊全的林業(yè)裝備制造體系，機(jī)械化率逐年增長，有力支撐了林業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)。林業(yè)裝備發(fā)展過程中，也出現(xiàn)了一些問題，束縛了林業(yè)裝備的發(fā)展速度，影響了裝備質(zhì)量，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

(1)對(duì)林業(yè)裝備重視不夠，政策與資金扶持力度不足。我國對(duì)林業(yè)裝備行業(yè)常年不夠重視，林業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)一直處在市場(chǎng)建設(shè)不完備、政府管理不到位的狀態(tài)，很多大型林業(yè)裝備研發(fā)沒有列入發(fā)展計(jì)劃。傳統(tǒng)粗放式的經(jīng)營方式無法得到根本轉(zhuǎn)變，林業(yè)生產(chǎn)延續(xù)效率低、強(qiáng)度大、安全性能差的手工勞作。國家有關(guān)部門對(duì)林業(yè)裝備制造業(yè)的扶持和管理工作還較為薄弱，對(duì)其支持力度不夠，投入不足，協(xié)調(diào)服務(wù)不周?？蒲袉挝涣㈨?xiàng)林業(yè)裝備領(lǐng)域國家級(jí)科研項(xiàng)目幾乎處于空白，林業(yè)裝備企業(yè)融資困難的問題沒有得到根本緩解，林機(jī)購置補(bǔ)貼有待施行。

(2)吸引人才困難，人員流失嚴(yán)重。我國幾十年來全力發(fā)展高等教育，取得了豐碩成果，培養(yǎng)了一大批人才，有力保障了我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展?，F(xiàn)今每年大學(xué)畢業(yè)生約有700萬之多，使我國具備了較好的研發(fā)人力資源優(yōu)勢(shì)。但是，由于農(nóng)林行業(yè)相對(duì)弱勢(shì)，林業(yè)裝備領(lǐng)域?qū)θ瞬盼τ邢?，現(xiàn)有人員流失嚴(yán)重的現(xiàn)象一直無法遏止。林業(yè)裝備方面的研發(fā)人員、管理人員和工程技術(shù)人員長期缺乏，不足以支撐林業(yè)裝備研發(fā)、制造和推廣的全面發(fā)展。

(3)產(chǎn)品缺乏創(chuàng)新性，科研成果轉(zhuǎn)化水平低。我國林業(yè)裝備雖然品類較為完備，但大部分產(chǎn)品是對(duì)國外同類產(chǎn)品的模仿復(fù)制，主要為中低端產(chǎn)品。由于沒有對(duì)產(chǎn)品技術(shù)的應(yīng)用原理和設(shè)計(jì)理念進(jìn)行深入分析，缺乏創(chuàng)新性，無法掌握核心技術(shù)，高端制造產(chǎn)品依賴進(jìn)口的局面長期沒有轉(zhuǎn)變。我國不少林業(yè)類高校都設(shè)置了機(jī)械專業(yè)，也有一些專注林業(yè)裝備的科研院所。經(jīng)過數(shù)十年的培育發(fā)展，相關(guān)科研單位取得了豐碩成果，但產(chǎn)學(xué)研幾方聯(lián)系不夠緊密，部分成果與生產(chǎn)需求不對(duì)口，科研成果轉(zhuǎn)化率低。

(4)林業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)差，機(jī)械化推行受限。我國林業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后，現(xiàn)有的道路、電力和供水不足以支撐裝備的大范圍推廣應(yīng)用。林業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后的主要表現(xiàn)之一為林道密度低，部分地區(qū)林道平均密度能達(dá)到10 m/hm2，但全國林道平均密度僅為4.8 m/hm2，與林業(yè)發(fā)達(dá)國家有很大差距[35]。部分林區(qū)處在裝備難以到達(dá)的地方，嚴(yán)重制約了機(jī)械化造林、撫育、砍伐、集材和運(yùn)輸。近些年依靠國家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，林區(qū)道路狀況有所改善，但林道密度依舊偏低，林業(yè)裝備新技術(shù)難以推廣。據(jù)測(cè)算，林道平均密度不少于18 m/hm2時(shí)，可以有效降低營林成本，林地的生產(chǎn)潛力也能得到充分發(fā)揮。

3 林業(yè)裝備的發(fā)展趨勢(shì)

隨著近年來我國人口老齡化現(xiàn)象和勞動(dòng)力成本的上升，催生了對(duì)林業(yè)機(jī)械化強(qiáng)烈的需求。國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使林業(yè)裝備迎來了契機(jī)，但也面臨著較大的挑戰(zhàn)。林業(yè)裝備現(xiàn)代化發(fā)展離不開國家的政策扶持和資金支持，亟需解決行業(yè)人才不足的弊端，加強(qiáng)裝備產(chǎn)品的自主創(chuàng)新和科研成果轉(zhuǎn)化。同時(shí)，改善林業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加速推動(dòng)林業(yè)機(jī)械化的推廣應(yīng)用。自動(dòng)化、智能化時(shí)代的到來，將快速提高我國林業(yè)機(jī)械化水平，推動(dòng)林業(yè)裝備制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)，林業(yè)裝備也將進(jìn)一步朝著實(shí)用化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、綠色環(huán)保等趨勢(shì)發(fā)展和壯大。

(1)營林采運(yùn)裝備向?qū)嵱没捅銛y式方向發(fā)展。我國營造林生產(chǎn)作業(yè)仍舊嚴(yán)重依賴人工，但目前勞動(dòng)力市場(chǎng)的變化和生產(chǎn)者對(duì)勞動(dòng)效率的較高要求，已經(jīng)使單純的手工操作無法完全適應(yīng)未來的林業(yè)發(fā)展。因此，利用營林裝備進(jìn)行規(guī)?；癄I造林及林木采伐運(yùn)輸，成為取代傳統(tǒng)森林人工經(jīng)營的必然方式。我國森林立地環(huán)境復(fù)雜多樣，對(duì)營林采運(yùn)裝備的實(shí)用化需求較為強(qiáng)烈，各類機(jī)械裝備需要適應(yīng)我國森林立地條件和使用習(xí)慣。在大型裝備難以開展工作的林地環(huán)境，多功能便攜式的作業(yè)裝備因其具有靈活性強(qiáng)、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，有了較大的應(yīng)用空間。營林采運(yùn)裝備朝著實(shí)用化和便攜式方向推行，符合我國林業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，也必將促進(jìn)林業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提升。

(2)林木(果)采收裝備向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。林業(yè)發(fā)達(dá)國家種植采收多采用標(biāo)準(zhǔn)化程序，適宜機(jī)械化運(yùn)作。我國森林類型多，林業(yè)地理地形條件相對(duì)較為惡劣，增大了機(jī)械應(yīng)用的難度。借鑒林業(yè)裝備發(fā)達(dá)國家的成功經(jīng)驗(yàn)，我國的部分林木(果)也將必然走上標(biāo)準(zhǔn)化種植的道路，因此需要加強(qiáng)林地宜機(jī)化改造。林地實(shí)現(xiàn)宜機(jī)化改造是我國林業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和現(xiàn)代化的重要環(huán)節(jié)[36-37]，是裝備大規(guī)模應(yīng)用的前提條件，由此配套的林業(yè)裝備也能得到較大的改善，大大提高生產(chǎn)作業(yè)效率。隨著我國勞動(dòng)力成本逐步上升，將會(huì)導(dǎo)致人工種植采收費(fèi)用高昂，降低林業(yè)生產(chǎn)的效益，影響農(nóng)民從事林業(yè)活動(dòng)的積極性。推廣標(biāo)準(zhǔn)化種植，也將帶動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化采收，極大提高作業(yè)效率，改善生產(chǎn)條件，提高林業(yè)生產(chǎn)效益。標(biāo)準(zhǔn)化的林業(yè)裝備發(fā)展道路，是促使我國走上林業(yè)裝備制造強(qiáng)國的必然選擇。

(3)木竹加工利用裝備向精密化和高效化方向發(fā)展。在目前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)下，要求林業(yè)改變生產(chǎn)經(jīng)營方式以提高木竹材的利用率，生產(chǎn)模式需由傳統(tǒng)依靠規(guī)模生產(chǎn)逐漸向木竹深加工利用方向轉(zhuǎn)變。高端設(shè)備將被廣泛地應(yīng)用在木竹精深加工和綜合利用領(lǐng)域；全自動(dòng)數(shù)控技術(shù)大量應(yīng)用在木竹和人造板成套化設(shè)備開發(fā)；精密度更高的木竹加工機(jī)械不斷普及；廢棄木竹回收再利用加工裝備研發(fā)前景廣闊；生物質(zhì)材料和能源生產(chǎn)裝備發(fā)展?jié)摿Υ?；大量林副產(chǎn)品加工利用成套裝備急需開發(fā)；高強(qiáng)度耐磨刀具的研究開發(fā)勢(shì)在必行。裝備的精密化和高效化提高了木竹材的綜合利用率，是木竹加工利用裝備發(fā)展的必然趨勢(shì)。

(4)林業(yè)裝備向系統(tǒng)化和成套技術(shù)化發(fā)展。林業(yè)裝備整體技術(shù)水平的大幅度提升，離不開產(chǎn)品成套技術(shù)的大力發(fā)展。我國林業(yè)裝備的成套化發(fā)展進(jìn)度緩慢，營林采運(yùn)、森林保護(hù)和竹材加工裝備等的成套技術(shù)基本沒有實(shí)現(xiàn)，林業(yè)裝備系統(tǒng)化建設(shè)落后。大部分作業(yè)停留在單工序階段，各工序間銜接困難，配套裝備發(fā)展較差，離林業(yè)生產(chǎn)的全程機(jī)械化目標(biāo)還有較長的距離。木材加工與人造板加工裝備雖可部分實(shí)現(xiàn)成套技術(shù)發(fā)展，加工水平在林業(yè)行業(yè)內(nèi)相對(duì)較高，但較全球領(lǐng)先技術(shù)仍差距顯著。因此，裝備的系統(tǒng)化與技術(shù)成套化開發(fā)將成為林業(yè)裝備技術(shù)發(fā)展的未來趨勢(shì)。

(5)林業(yè)裝備向綠色、環(huán)保、節(jié)能方向發(fā)展。綠色、環(huán)保與節(jié)能是時(shí)代進(jìn)步的體現(xiàn)。林業(yè)是我國生態(tài)文明建設(shè)的主力軍，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要影響。在環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)的當(dāng)下，促使林業(yè)裝備在滿足人們?nèi)找嬖鲩L林產(chǎn)品需求的同時(shí)，也需重視裝備的節(jié)能環(huán)保，在林業(yè)生產(chǎn)過程中擔(dān)負(fù)起保護(hù)環(huán)境的責(zé)任。林業(yè)裝備的研發(fā)重點(diǎn)應(yīng)落在追求綠色環(huán)保上，開發(fā)一系列節(jié)能產(chǎn)品，注重改善裝備能耗、噪聲、輻射等性能指標(biāo)。林業(yè)裝備的綠色制造能較大程度減少對(duì)環(huán)境的影響，極大提升能源和材料的利用率，有利于林業(yè)裝備的可持續(xù)發(fā)展。

4 展望

我國城市化穩(wěn)步推進(jìn)，林業(yè)勞動(dòng)力短缺加劇，林業(yè)機(jī)械化程度低導(dǎo)致了林業(yè)生產(chǎn)的效率不高，影響林產(chǎn)工業(yè)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)，因此需要加強(qiáng)林業(yè)機(jī)械化進(jìn)程，以提高我國林業(yè)發(fā)展水平。由于近幾十年教育的普及，人口素質(zhì)得到了較快提升，人口紅利逐年遞減的同時(shí)工程師紅利逐漸凸顯，為我國工業(yè)制造奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。按照聯(lián)合國對(duì)全球工業(yè)產(chǎn)業(yè)分類的標(biāo)準(zhǔn)，在全世界所有國家中，唯有我國擁有完整的工業(yè)體系，制造業(yè)基礎(chǔ)雄厚。我國的林業(yè)裝備制造工業(yè)水平與林業(yè)發(fā)達(dá)國家還有不小差距，但有足夠的動(dòng)力和條件追趕先進(jìn)水平，上升空間很大?！爸袊圃?025”的提出，也使高端制造迎來了巨大的發(fā)展機(jī)遇。我國林業(yè)裝備發(fā)展不平衡使得林業(yè)裝備技術(shù)水平在各個(gè)地方、不同行業(yè)上有所差異。因此，應(yīng)根據(jù)地方特色和林業(yè)生產(chǎn)實(shí)際狀況，探索并建立相應(yīng)的林業(yè)技術(shù)裝備體系，施行機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化不同層次的林業(yè)機(jī)械建設(shè)方案。經(jīng)過若干年的發(fā)展，我國的林業(yè)裝備一定能超越發(fā)達(dá)國家，做到既大且強(qiáng)，作為重要的支撐力量更好地服務(wù)現(xiàn)代林業(yè)建設(shè)。