世界林业技术发展趋势

世界林业技术发展趋势发布时间：2011-8-21信息来源：历史即将走完二十世纪，时代列车将把人类带入一个崭新的世纪、一个机遇与挑战并存的新时代。人类一方面正面临着资源危机和环境危机的双重压力，人口激增，资源枯竭，环境恶化，仿佛地球不堪负重，人类难以为继。另一方面，一场以信息技术、纳米技术、生物技术为主导的技术革命正在迅速地改变着人们的观念和思维方式，地球空间仿佛也愈来愈小，天涯海角近在咫尺，人们只要坐在家中便可触摸整个世界跳动的脉搏，可以办公、购物、做生意，实现了长期以来人类梦寐以求的“足不出户，便知天下事”的梦想。人类从来没有像现在这样，同时面对一个个重大的现实危机和一幅幅美丽的未来画图，既忧心忡忡，步履为艰，又欢欣鼓午，充满着希望。二十一世纪林业也正是在这样一个机遇与挑战并存的时代即将来临。二战以后，全球经济得到迅猛的发展，森林作为工业基础资源和全球环境的载体，为现代经济的腾飞作出了巨大的贡献，同时也为此付出极大的代价。森林资源的枯竭和环境质量的恶化，已严重影响着经济的持续发展，威胁着人类的生存，因此，在1992年世界环发大会上，把坚持可持续发展、加速发展林业、改善生态环境作为国际社会的共同准则。世界林业的发展发生了根本的变化，一个以林业作为全球可持续发展基础的新时代已以到来，林业正在向多功能、多价值和多目标经营的方向转化，人类社会对森林的期望将越来越高。一、可持续发展：林业迈向二十一世纪的必然抉择1. 从“永续利用”到“可持续发展”森林经营思想中经典的“永续收获”或“永续利用”的原则，在当今“环境至上”浪潮的冲击下，在资源锐减、环境恶化、人口倍增的今天，不得不予以修正和完善。从单纯索取木材及林产品，转向重视森林的生态效益和社会效益，从肓目的破坏森林转向培育、保护、发展和合理利用。新的森林经营理论和模式正在逐步形成。以建立结构合理，功能齐全，兼顾森林的经济持续发展之路是我们未曾走过而有待开辟的道路。森林经营的目标不仅要保障经济收益的永续和扩大，而且还要为整个人类经济与社会可持续发展做出应有的贡献。由传统的“永续利用”到现代“可持续经营”，可以说是森林经营目标的又一次蜕变和飞跃，在头痛医头，脚痛医脚式的解决办法陷入绝境之后，可持续发展成了寄托人类无限遐想的必然选择、必然从整体上引导当代林业科学技术的走向，并最终决定林业技术的发展结构、内涵和外延。“可持续发展”于1992年联合国环境与发展大会上被183个国家一致接受， 是当代国际社会在发展经济、利用资源和保护环境领域中共同遵循的指导原则。可持续发展就是在发展经济与利用资源时，既不危及子孙后代的生态与发展，又能满足当代人的需求，并能保持“后劲”的发展。林业可持续发展的内涵有四个方面：经济发展方面：应致力于森林资源优化配置，内外部林业经济呈良好性循环和预后效益良好。生态环境方面：森林资源供给和生态环境响应，一是保持良性循环，二是绝不能超过资源承载能力。对当代人而言：大力植树造林绿化，保护和珍惜资源，努力发展经济，摆脱贫困和恶性循环，留下一个绿色的地球，争取人类美好的明天。对后代人而言，先辈们为子孙后代留下的应是质量较好的森林资源和绿色环境，并能不断提高后人总体生活质量(包括总体环境质量)和没有“资源赤字”的繁荣和发展的基础。总之，人类为了保护地球，缓解生态环境与经济发展的矛盾，持续地发展林业已成为当代社会发展的大趋势。由于社会背景和发展水平不同，各国林业可持续发展战略的指导思想也不尽相同，发达国家强调生态环境保护和“持续发展”，而发展中国家则强调生产量和“发展”。1992年联合国环发大会后，美国、加拿大、德国、日本等许多国家相继制订了21世纪议程林业行动计划，其主要指导思想是：资源节约、经营集约、生态保护、持续发展和生活提高。我国也制订了中国21世纪林业行动计划，其宗旨是确保林业可持续发展，不断满足国民经济发展和人民生活水平提高对其物质产品和生态服务功能日益增长的需要，并真正实现森林经济效益、生态效益和社会效益的统一。2. 分类经营：可持续森林的经营目标森林生态系统分类管理是森林可持续经营的基础。森林生态系统有着自己的结构、功能，一个合理的结构和功能将保障这个系统的稳定性和可持续发展，即使营造人工用材林、经济林、防护林，也必需遵照生态系统的原理来设计、经营、管理，才能达到持续经营的目标。目前，加拿大、美国、北欧等林业大国，要求林业的一切管理体系都必须遵照这个原则，因此这些国家的营林从造林立地区划、造林设计规划、林区施业到资源管理都有一套新路子。把林业可持续发展变成了具体的、可操作的经营模式。当代林业，一方面追求保持、稳定和发展天然林生态系统，保存生物多样性，保障持久地产出各种森林效用，其发展目标是，如何更好地保存、保持、恢复自然和借助于自然力发展森林，以及使不同的经营目标更好地协同；另一方面，尽可能通过人工干预或通过专业化、单一化的生产方式，追求单位时间内的木质原料的最大产出，即以生产木材为目标的工业人工林科学技术。人工林营造技术应用于天然林的保存只会起反作用，天然林经营技术应用于人工林也只会起反作用。真正意义上的天然林生态系统经营，是不需要遗传改良、无性繁殖这一套的，它自身就有一套自我发育、自我保护的机制。反之，真正意义上的工业用材林的营造远远背离了天然林的经营技术，而向农业科学靠拢。那么，今天对于森林永续利用理论应该怎样取向呢？答案是既不应该取木材的永续，也不应该取多种资源利用的永续，而应取多种效益的永续。因此，森林的经营目标，就必须是以综合性指标为基准，同时突出其某一特种目标。按主要利用方向和经营目的将森林资源分为几大类：商品林集约培育速生工业用材林、经济林基地；公益林发挥生态和社会效益为主要目的的各类防护林、自然保护区；多效林既进行生态利用，又进行资源利用，发挥森林多种功能。这也符合当今世界森林可持续经营的思想和理论。3. 农用林业：可持续林业的发展范式农用林业作为一种新型的土地利用方式，在综合考虑社会、生态和经济因素的前提下，把乔木和灌木有机地结合于农牧业生产系统之中，并具有为社会提供粮食、饲料、燃料及其它林副产品的功能优势；同时借助其提高土地肥力、控制土壤侵蚀、改善农田和牧场气候的潜在势能来保障自然资源根本性的持续生产力，并逐渐形成农、林业研究的新领域新思维。农用林业日益显示出其巨大的优势和潜能。随着农业林业研究的日益广泛和日渐深入，其研究的未来走向也将呈现多极化的态势，宏观上将更大范围地研究未来农用林业对全球环境变化的影响，微观上则进一步探索农用林业系统的物种多样性、结构多样性、功能多样性和产品多样性，同时要进一步阐明系统各组份间的竞争和互助机制，进而创建更加高效、持续的农用林业类型。二、生物技术：林业技术革命的突破口生物技术是人们运用现代生物科学、工程学和其它基础学科的知识，按照预先的设计对生物进行控制和改造或模拟生物及其功能，用来发展商业性加工、产业生产和社会服务，是目前和下个世纪新技术革命最有发展前景的三大新技术之一。生物技术领域非常广泛，与林业科学技术中的基因工程和细胞工程等生物控制和改造技术密切相关。生物技术作为林业科技领域高新技术应用的又一热点，其主要目标是选育高产、优质、多抗的树木新品种，开发病虫害检疫及防治的新技术以及提高生物资源利用率的新方法等。常规育种方法在生产实践中仍发挥着重大作用但研究的重心已毋容置疑地转向了现代生物技术，用基因转移的方法在不同的物种间拆卸和装配已成为现实，目前世界上经批准试验的转基因植物就有1000多种。用细胞培养的方法，结合生物技术生产“全天然”的药品、食品添加剂和色素等，已使从动植物组织直接提取的生产方法相形见拙。用此法生产紫杉醇工艺的国际专利已诞生，其良好的经济回报率和对自然资源保护的非凡意义，预示着一场新的技术革命的到来。相信有朝一日，在生物技术的强大攻势下，非豆科植物固氮技术等迟早会被攻克。所有这些技术都会提高人工林的太阳能转化效率，极大地增加生物质产量，孕育出高效优质的树木栽培产业。森林生物质加工、转化、利用技术也会找到适当的突破方式，从而构成上游为原材料种植业、下游为原材料加工转化和循环利用的新型产业群，在国民经济中扮演日益重要的角色。借此机会对应用生物技术进行林木遗传改良的现状与发展作简要介绍：林木遗传改良技术是在林木遗传变异研究的基础上，利用其遗传规律改良林木的基因组成，培育新品种，直接为林业生产服务的一项关键技术。生物技术以及分子生物学的运用，使一些常规种手段所无法解决的育苗问题可能得到解决尤其是在抗逆与抗病虫育种上有很大的发展前景，它将为传统的林木育种手段带来深刻的变化。1.基因工程基因工程是70年代发展起来的一个新科学领域。基因工程将天然或构建的外源基因导入细胞的基因中，从而打破了生物种间杂交障碍，扩大了物种杂交的范围，大大加快了变异的速度。80年代以来，随着基因分离、基因载体构建、植物遗传转化和外源基因在高等植物细胞中的表达等方面的深入研究，特别是利用真基因启动于构建融合基因的工作，解决了外源基因在植物转化中的表达问题，进一步加速了植物基因工程的进展。林木遗传转化研究始于80年代中期，在近10余年里已有20余种树种如火炬松、花旗松、白云杉、桤木、杨树等先后进行了转化研究，真正获得转基因植株的有杨树、核桃、柳、松树、苹果、李、葡萄等。林木基因的研究领域涉及抗性和耐性以及改良品种性状方面。转入的基因可分为报告基因和目的基因，其中报告基因转化最为成功，目的基因转化并得到植株的报导较少，且主要局限于少数树种。抗虫基因工程：1991年Mcoown B.H等人利用电激法将抗虫Bt基因导入银白杨大齿杨和欧洲黑杨毛果杨杂种中，前者获得抗虫基因植株。美国威斯康星麦迪逊大学等单位合用，已成功地将抗虫Bt基因与蛋白酶抑制基因导入白云杉中，有效地防止了卷叶蛾的危害。抗病基因工程：目前所克隆的抗病基因主要分为两类，即抗病毒基因与抗真菌病基因。已克隆的抗病毒基因主要是RNA 病毒的外壳蛋白基因，如烟草花叶病毒、黄瓜花叶病毒等。引起林木病害的许多病毒基因尚未克隆出来，因而严重地限制了抗病基因的导入工作。抗真菌病基因的研究尚处于初级阶段。林木木材品质改良基因工程：控制木质素含量的基因转移技术已获得成功。Boudet等(1995)和Whette等(1995)克隆了控制木质素生物合成的具有代表性的酶的基因，使调节木材中木质素的含量和材质成为可能。通过控制木质素基因的转移，可获得低木质素含量的纸浆材新品种，提高造纸工业生产效率，保护生态环境。2. 细胞工程细胞培养在细胞培养方面多为筛选体细胞异体和突变体。1986年美国东北部林业试验站M.E.Ostry 教授从林木中筛选出杨树抗病毒新品系， 1987 年加拿大林业研究所的 W. M. Celiak和 K.Klimasiewska选出杨树抗除草剂植株。在胚状体研究上，由于胚状体再生植株的优点是分化效率高，繁殖系数大，根系发达、繁殖速率比其它途径快，对它的研究较活跃。目前已有100多种植物得到了再生植株， 其中包括一些重要的林业树种如桉树、杨树及一些针叶树种，但能进行工厂化快速育苗的种类则很少。原生质体培养和再生融合 原生质体培养是进行原生质体融合的前提。与草本植物相比，林木原生质体培养起步较晚。进入90年代，林木原生质体再生植株取得成功。这些树包括各类针叶树、杨树、枫香树等。3. 林木分子遗传标记技术林木分子遗传标记技术是基因工程育种的基础研究。(1)遗传图谱构建和数量性状基因定(QuanititativeTraitLocus，简称QTL)遗传图谱(Geneitic map)就是通过遗传重组所得的基因线性排列图。它包括将基因定位于一特定染色体上，以及测定基因在染色体上线性排列的顺序和距离。遗传图谱的构建，是遗传学研究中一个很重要的领域，是对基因组织进行系研究的基础，也是在分子遗传基础上强化动植物育种的依据。它可为林木基因组结构提供详细描述；可为群体遗传研究或检测林木育种活动获得大量的遗传标记；可辩别DNA转导后的插入位点； 可与其它技术结合分离单个基因及编码的数量性状位点染色体片段等。，它不仅是林木育种和基因转导的有利式具，同时，还为林木早期选择、提高选择效果和缩短选育周期提供可能。(2)分子标记辅助育种选择(Marter Aided Selection ， 简称MAS)根据连锁图将目标基因定位在某一染色体上，就可选择分散在染色体上不同位点的标记并逐渐逼近，这样很快便可找到该基因的分子标记。近年来，各主要农作物上均有许多重要的质量性状基因被标记。如水稻上的抗稻瘟病基因、光敏不育基因的矮杆基因等，小麦上的抗白粉病因、抗叶锈基因、春化反应基因及耐盐基因等。加拿大(Bousquit(1994) 等开始进行白云杉木材成熟试制图谱标记和识别，为白云杉木材成熟密度进行QTL和早期选择研究。 与此同时，人们也正在对MAS方法和策略进行研究。 由于现有大多数栽培木仍是野生种，因此，借助遗传图谱上的分子标记进行目的性状的早期选择潜力很大，林木育种无疑将获得巨大的增益。(3)DNA指纹图谱在林木遗传改良中的应用分子标记已广泛于林木育种，对植物材料的亲代子代进行鉴定和性别鉴别。Gerald A.Tuskan等以柳树为试验材料， 通过交配试验设计和模型分析，找到一个比例比1:1的与性别相关联的RAPD 标记，而且，这个560bp的DNA片段定位在距决定雌性基因的1.6cm处，证实了性别是由遗传控制的。4. 问题与展望林木工程育种大大落后于农业，最突出的表现是第一代工程品种没有完全形成，特别是缺乏构建安全可靠、适宜改良林木某个性状的嵌合基因；急需确切、特异地表达调控能力；加强转化、选择、再生的常规有效性及工程后代的遗传稳定性，控制安全性的检测技术等。可以相信，生物技术对林木育种有着巨大的潜力，而无性系林业发展更突出生物技术在遗传中的作用，其重点就是利用基因重组的遗传操作技术培育出速生、优质(材性改良)、抗逆(抗寒、抗盐碱、抗干旱)、抗病虫害林木新品种，为林木工业用材林及生态工程林实现“种”的革命。三、信息技术：林业科学新的生长点现代信息技术导致了林业科学技术发展的倍增效应，日益重视信息占有和利用现代信息技术武装自己，成为当代世界林业科学发展的又一重要趋势。信息技术的渗透和多技术融合的加速，使高新技术在林业发展中的介入层次不断加深，介入的层面不断拓宽，从宏观到微观都呈现出旺盛的发展势头。各种监测系统，在进一步提高精度和准确度的同时，将向应用“”技术、多媒体技术和虚拟技术的方向发展，使宏观资源管理及监测系统的发展跃上一个新台阶。计算机技术的广泛应用，将进一步提高林业科学各专业的综合分析和资料处理能力，为多学科协同解决重大林业科学技术问题提供保障。通过网络技术可以及时查阅多方面信息，对各类森林利用的社会、经济、政治及生物等进行有机综合研究，为决策机构提供强有力服务。下面对计算机技术在林业中应用现状及发展趋势作一简介：自本世纪50年代美国率先将计算机引入林业以来，经过近半个世纪，它从最初的科学运算工具已经发展到现在的综合的信息管理和决策系统，促使林业的管理技术和研究手段发生了很大的变化，特别是近几年，计算机和数据通信技术的发展，为计算机的应用提供了强大的物质基础，极大地推动了计算机在林业上的应用向层发展，现在，计算机已成为林业科研和生产各个领域的最新有力的手段及必备工具。1. 信息采集和处理(1)野外数据采集技术林业上以往传统的野外调查，都以纸为记录的媒介，它的缺点是易脏、易受损，数据核查困难。近年来，随着微电子技术的发展，一些发达国家的市场上出现一种野外电子数据装置(简称EDRs)。这种装置以直流电池为电源，微处理器控制，液晶屏幕显示，具有携带方便易操作的特点。利用EDRs，在野外调查的同时即可将数据输入临时存贮器，回来后，只需通过一根信号线就可将数据输入中心计算机的数据库中心。若适当编程，EDRs还可在野外进行数据检查和预处理。(2)数据管理技术收集到的数据，需要一定的格式存放，才能方便管理和使用。因此，随着计算机技术发展起来的数据库技术，一出现就受到了林业工作者的青睐。世界各国利用此技术研建了各种各样的林业数据库管理系统(FRDMS)。美国的东部森林清查数据库EWDB和西部森林清查数据库WWDB，不但包括了森林资源连续清查数据，而且还包括了统计分析，如各种森林类型的面积，各个州的地理分布，木材计划和消耗情况等。能满足各个层次人员的需要。(3)数据统计分析数据统计分析(DSA)是计算机在林业中应用最早， 也是最普遍的领域。借助计算机，结合数学统计方法，可以迅速地完成原始数据统计分析，如分布特征、回归估计、差异显著性分析和相关分析等。据资料显示，目前世界上发布的统计分析软件大约有70多种。国外在林业上应用最多的有两种，即SAS和Mathematica。2. 决策支持系统技术决策支持系统技术(DSS) 是多种新技术和方法高度集成化的软件包。它将计算机技术和各种决策方法(如线性规则、动态规划和系统工程等)相结合，针对实际问题，建立决策模型， 进行多方案的决策优化。目前，国外林业支持系统的研究和应用十分活跃，在苗圃管理、造林规划、天然更新、树木引种、间伐和采伐决策、木材采运和加工等方面，都有成果涌现。美国林业局的FORPLAN是针对国有林设计的， 采用大型线性规划模型，以提高净现值和木材产量为目标。用于森林资源的优化配置决策中。TEMS是一个商业集成软件包，包括地理信息，多资源模拟模型、经济分析、优化模型和图形输出等构件，用于森林多种资源综合管理中。INVESTV是一个林业投资项目的经济分析软件，它采用的评价指标有：成本收益率、净现值、平均值和土地收益率。在一定的贴现率和内部收益率限制下，进行敏感行分析和机会成本分析等。目前，决策支持系统技术的发展已经有了新的动向，群体DSS、智能DSS、分布式的DSS已经出现，相信未来的决策支持系统将是一门高度综合的应用技术，将向着集成化、智能化的方向迈进，也将会给林业工作者带来更大的福音。3. 人工智能技术人中智能(AI)是处理知识的表达、自动获取及运用的一门新兴科学，它试图通过模仿诸如演绎、推理、语言和视觉辩别等人脑的行为，来使计算机变得更为有用。AI有很多分支，在林业上应用最多的专家系统(ES)就是其中之一。(1)林火管理专家系统加拿大Petawawa国家林研所开发了一套大型专家系统，用来预测和预报日常发生的由人为或闪电引起的森林火灾，系统综合了地理信息、模糊聚类理论和人类有关火灾成因的知识，运行在 AMIGA工作站上。(2)昆虫及野生动植物管理专家系统(3)森林经营规划专家系统(4)遥感专家系统4. 技术是指遥感技术()、地理信息系统()和全球定位系统()。它们随着电子、通信和计算机等尖端学科的发展而迅速崛起的一批高新技术，三者有着紧密的联系，在林业上应用广泛。遥感是通过航空或航天传感器来获取信息的技术手段。利用遥感可以快迅、廉价地得到地面物体的空间位置和属性数据。在林业中，遥感技术被用于土地利用和植被分类、森林面积估计、土地沙化和侵蚀监测、森林病虫害和火灾监测等。地理信息系统是以地理坐标为控制点，对空间数据和属性数据进行管理和分析的技术工具。林业中地理信息系统能够提供各种基础信息(地形、河流、道路等)和专业信息的空间分布，是安排各种森林作业如采伐、抚育、更新造林等有力的决策工具。全球定位系统是利用地球通信卫星进行空中或地面的导航定位。它具有实时、全天候等特点，能及时准确地提供地面或空中目标的位置坐标，定位精度可达100米至毫米。 林业中全球定位系统可用于遥感地面控制、伐区边界量测、森林调查样点的导航和定位、森林灾害的评估等诸多方面。遥感、地理信息系统与全球定位系统各有侧重，互为补充。RS是GIS重要的数据源和数据更新手段，而GIS则是RS数据分析评价的有力工具；GPS为RS提供地面或空中控制， 它的结果又可直接作为GIS的数据源。因此，3S已经发展为一门综合的技术， 世界上许多国家在森林调查、规划、资源动态监测、森林灾害监测的损失估计、森林生态效益评价等诸多方面应用了3S技术，已经形成一套成熟的技术体系。目前，3S技术的研究十分活跃，它的应用已产生非常显著的效益，显示了巨大的发展潜力。随着计算机软件技术水平的不断提高，3S技术将不断完善，并与决策支持系统、人工智能技术、多媒体等技术相结合，成为一门高度集成的综合技术，开辟更广阔的应用领域。5. 网络技术计算机网络是计算机技术与通信技术两者结合的产物，它区别于其他计算机系统的两大特征是分布式处理和资源共享。它不但改变了人们进行信息交流的方式，实现了资源共享，而且使计算机的应用进入了新阶段。全球计算机网络中，影响最大的当属Internet国际互联网。Internet提供了多种实现信息交换的手段，如电子信箱(email)实现了多用户同时通信，方便、快捷、 而且价格低廉；WWW(World Wide Wed)使得流览和截取网上信息变得随心所欲。不仅如此，Internet在某些领域的应用，还引起了工作体制和方式上的转变。远距离教育：Internet的网上“学校”，解除了人们奔波求学之苦，不管你在何地，都可在网上注册你想要的学校，与你的导师和同学商讨课程，交流学习经验。获取文献信息：Internet可以直接查阅一些大型的文献数据库，如FAO的AGRIS和CARIS、英联邦的CAB文摘等，还可进入世界上一些大的图书馆，如英国国家图书馆、美国国家农业图书馆等。这一切使得研究人员能及时掌握科技动态和最新研究趋势。对于林业工作者，Internet所带来的好处不仅限于此，它给大面积森林的管理和保护带来希望。美国明尼大学自然资源学院开发了基于Internet的森林火灾信息系统，该系统包括地理信息系统、决策支持系统的内容及功能，实际上是一个网上防火决策支持系统，可完成对全州的火源管理、火险区划、气候资料、水源、防火设施及人员调度等任务。网上出现的改