推進以智慧林業為主導的林業創新

恭映璧

面對已經來臨的木材采伐高峰期以及人口減少、少子化和老齡化等問題，為破解林業所面臨的困境、提高生產效率、降低工傷事故率和改善野外作業的工作環境等，日本政府以問題為導向，推進以智慧林業為主導的林業創新，促進林業產業實現“砍伐→利用→造林”的良性循環發展。

日本林業面臨的問題與挑戰

日本森林面積的40%（約1020萬公頃）為人工林，多數為上世紀50～60年代營造，蓄積量達33億立方米。截至2017年3月，半數以上的人工林生長期超過50年，進入了主伐利用期。與歐美林業發達國家相比，受地形等多方面因素的影響，日本的林業勞動生產率仍處于較低水平;林業行業每千人死傷事故率遠高于日本全產業平均數;陡峭的地形不僅不利于機械化施工，而且作業的危險性高;人工造林費用高昂，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15.06萬元;采伐周期長，主伐期一般都在50年以上;林權結構規模小、零星分散，森林面積不滿10公頃的林家數量占到了9成，制定施工作業設計過程中為勘定林權所有者森林邊界需要花費大量人力和時間;等等。

林業創新的發展方向和進展

為了應對這些挑戰，日本政府在《經濟財政管理與改革基本方針2019》中提出了“推進智慧林業等林業創新，研究開發纖維素納米纖維，利用高精度資源信息進行森林管理，開發自動化機械設備，通過信息與通信技術（ICT）進行木材生產管理”等措施。同年12月，日本林野廳公布了促進智慧林業發展的《林業創新實施推進計劃》，該計劃將林業創新劃分為5大類17項技術，具體內容和進展如下：

一是森林資源和森林邊界的管理

利用激光測量掌握森林資源信息。飛機和地面等激光測量技術已經投入實際應用;為了預防和修復山地災害，對地面高程等地形信息的掌握正在推進之中。

共享激光測量的森林資源信息。分析激光測量數據，確定樹木頂點，推算立木數量、樹木高度和蓄積量的技術已經投入實際應用。

森林邊界數據的數字化。利用激光測量數據等對森林邊界的位置信息進行數字化處理的技術，以及利用所獲得的位置信息和激光測量數據等繪制邊界線等的軟件已經投入實際應用，還可以將數據加載到森林GIS等系統中。

使用激光測量數據高效率進行路網設計。利用激光測量數據，能自動輕易地進行林道初步設計（線形設計、橫斷面和縱斷面圖的繪制、土石方工程量的推算等）的軟件已經投入實際應用。

引進森林云管理系統。森林云系統標準化工作已經完成，已有8個縣引進了全國統一規范標準的森林云系統。

二是利用ICT進行生產管理

引進生產管理系統。該系統從木材生產的計劃制定、機械和人員的配置、現場的進展管理、出材量的掌握等工作全部利用ICT技術進行管理，而目前這些工作很大程度上還是憑經驗決策。

三是采伐和造林作業機械化

采伐作業的遠程化操作與自動化。2018年度開始開發可遠程操作的采伐作業車，實驗機可以在坡度30°的林內行走，能夠抓住樹木、砍伐樹木、歸集木材，采伐樹木直徑可達40厘米，將攝像機安裝在實驗作業車上，通過觀察實時影像可進行遠程操作。

集材作業的遠程化操作與自動化。2017年度開始開發電動抓斗，這種抓斗能夠安裝到架線集材用的搬運設備上，通過安裝在架線集材實驗機上的攝像機，可以在安全的地方通過影像來遠程控制裝載和卸載;除了裝載、卸載功能外，搬運設備還可自行移動。

運材作業自動化。2018年度，開發出了在感應電線上行駛的無人駕駛運材機;實驗機除了裝載功能以外，運輸木材和卸貨都實現了無人操作;工人操作一次，將速度等操作信息存儲在運材機中，然后機器可重復進行駕駛操作;使用QR碼，可以進行行駛位置的誤差修正和指示側翻位的卸貨位置等。

造林作業機械化、自動化，外骨骼助力套裝開發。2018年度，開發出用于海岸林造林的植樹機械和可以在斜坡上進行除草作業的駕駛型撫育機械，實驗機可以在坡度30°的林內行駛，撫育修剪灌木叢的同時，還可以粉碎妨礙行駛的樹樁;從2016年開始研發減輕造林作業勞動負擔的外骨骼助力套裝，穿戴實驗套裝在陡峭山坡、不平整的地方行走，可使造林作業的勞動強度減輕20%。

四是推廣速生樹種造林與減輕造林作業勞動強度

優良無性系品種和速生樹種等選育、增產及造林實踐。由于各地現有種子園的樹齡已經老化，因此，有必要將種子園改造成速生的優良無性系等品種;目前，在一定程度上建立了一些速生樹種的栽培模式，正在探索建立充分發揮其快速生長特性的低成本栽培模式。

生產成本低且質量穩定的容器苗生產，采伐與造林一體化作業。盡管容器苗的產量逐年增加，但生產成本高，質量性狀不穩定。目前，采伐與造林一體化作業技術已經達到了實用化的階段，國家正在推廣這項技術，2017年，民有林實施這項技術占造林總面積的5%。

運用傳感技術等開展低成本造林實踐。盡管多數有助于高效率造林設計和施工管理的基本技術已處于實用階段，但很少在造林實際中應用。目前，日本正在加大力度推廣普及這項技術。

五是林業新材料開發

木質素改性技術的實際應用。到2018年止，在試驗工廠利用試驗設備確立了改性木質素制造的基本生產技術。2019年，為向實證階段過渡，又推進利用副產品提高經濟收益的技術（將木質素分離后的紙漿利用于碳素納米纖維CNF的技術），開發了降低產品制造成本的技術以及生物可降解性評估等。

纖維素納米纖維的實際應用。小規模、低環境負荷的CNF集成制造技術已基本確立。在2019年，作為制造技術的最后階段的工作，推進了降低制造成本等驗證工作，制定了制造手冊和驗證產品的耐久性工作等。

可替代塑料的新材料（PDC）技術開發和實際應用。作為替代塑料容器等塑料的新材料，有關PDC制造和利用的基礎性開發工作已經完成。從2019年開始，進入應用研究階段，提高低分子木質素的回收率，開發粘合劑等用途并進行纖維素納米纖維（CNF）制造。

樹木釀酒技術的商品化。無需對木材進行細微粉碎和化學處理，通過酶糖化制造樹木酒的基礎技術已基本確立。用杉樹、櫻花樹、白樺樹成功地制造了酒精。2019年已進入實證階段，明確了以柳杉為原料的制造條件和品質，以及與生產效率之間的關系，分析了水溶性成分，確認了作為食品的安全性，并分析了香味成分。

林業創新的實施推進和措施

為了推進林業新技術的實施，《林業創新實施推進計劃》提出了5項措施：

知曉林業新技術。首先是創建一個就業前可以學習的環境，對于包括林業職高畢業生在內希望從事林業工作的人員，可以利用林業ICT學習智慧林業和最新林業機械操作等知識。其次是創建一個可以隨時隨地獲得林業創新最新信息的環境，在日本林業廳的官網上開設林業新技術信息的網頁，發布實施林業新技術的舉措等最新信息。

試用林業新技術。創建一個可以立即了解新技術的環境。將林業新技術不斷在各地實踐應用，包括運用ICT和遙感等技術實施的低成本造林等;在國有林區，驗證運用ICT等技術實現林業施工作業高效化、自動化的實際效果;通過報告會等活動，將這些先進技術的實踐成果普及到都道府縣，利用林業推廣項目向林業工作者普及。

導入林業新技術。創建一個充分利用林業新技術的環境，將實用化的森林信息系統、軟件、林業機械引入到各地的林業生產實際中，包括高精度森林資源信息的有效利用，利用 ICT技術進行生產管理和使用無人機等。

完善林業新技術。推進新技術實施的基礎建設，完善作為智慧林業基礎的信息和數據系統建設，在森林資源與林地邊界信息數字化以及廣泛利用ICT生產管理系統的同時，制定必要的規范標準和信息基礎架構。

開發林業新技術。產學研聯合開發和改進新技術，由企業、大學、研究機構等組成團隊共同開發和改進林業新技術;通過促進科技人才和資本的有機結合來加速尖端技術的研究，應對技術發展所帶來的系統性變革和挑戰。

創新為日本林業展現的前景

采伐、集材與運材作業方面。利用激光測量等技術來掌握森林資源信息，并且通過數字化信息來明確林地邊界，可使伐前森林調查工作的成本下降3成;利用路網軟件進行林區道路設計，省去了現場調查等工作，可使林道初步設計的相關成本減少8成;到2022年，運用ICT技術的生產管理系統能夠根據市場需求，制定生產計劃，配備人員和機械，組織采伐和運輸，開展進度報送等，并將這些信息實施互聯網技術（IT）管理;通過使用自動采伐作業車、自動集材機械、自動行走運材機械等自動化技術，提高從采伐到運材作業的效率，到2025年木材生產力提高2倍以上;對于占林業行業死亡事故7成的采伐作業，通過引進自動化技術，到2025年可實現零工傷事故目標。通過自動化機械與技術的應用，將林業從三高（高危險、高強度和高成本）中解放出來，實現減輕勞動強度、節省人力的目標。

造林作業方面。利用種子自動篩選技術和環境控制技術可提高育苗效率;采用容器苗和利用采伐、造林一體化作業技術可減少造林成本2成以上;到2022年，通過無人機搬運樹苗，運苗的作業效率可提高8倍，同時縮短施工工期約3成左右;到2025年，通過使用外骨骼助力裝備以及機械化造林作業技術，除草撫育的作業效率將提高10倍以上;目前，已廣泛利用速生樹種和優良無性系品種造林，將大幅縮短從造林到采伐的生長期限（從50年縮短至30年）和林木的撫育期限。

林業新材料開發方面：到2025年，利用木質素改性技術，可開發出比傳統產品輕2成左右的工程塑料，而且隨著木質素改性產品的廣泛使用，屆時將開發出一個規模可達1000億日元的新材料市場;到2025年，開發的超級工程塑料，耐熱性達到150℃，可用于飛機、汽車等工業儀器零件的制造;開發的通用工程塑料，耐熱性達100℃～150℃，可用于工業用零件的制造;開發的通用塑料，耐熱性達到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）制造技術使得涂料既保持原生態自然美又不易老化變色，2022年CNF涂料商品將進入市場;到2022年，隨著世界首創的樹木釀酒產品推向市場，將開創出山村地區的一個新型產業。日本通過開發新的木質材料產品并使其商業化，將為全球解決塑料問題做出貢獻，同時通過開創新型產業增加林業產業的市場競爭力。

啟示

日本與我國相鄰，林木生長的自然條件相仿，分散的林權結構與我國南方集體林區相似，日本林業面臨的困境何嘗不是我國林業所遇到的難題，因而日本的經驗值得我國借鑒。

深化認識，抓住變革良機。智慧林業代表未來林業發展的前進方向。以智慧林業為主導的技術創新是一場林業技術革命，將極大地提高現有的林業生產力水平，改變現有的森林經營理念，變革林業生產方式與管理模式。這場變革在林業發達國家尚處于起步階段。因此，抓住機遇，大力發展以智慧林業為主導的林業創新是追趕林業先進發達國家的最優路徑，對于全面推進鄉村振興和加快林業林區現代化建設具有深遠的戰略意義。

協同推進，加強基礎建設。智慧林業所主導的林業創新是一項復雜的系統工程，需要建立以林業為主導的協調聯動機制，加強與資源、信息、科技等部門和科研院校以及相關企業等單位的協同合作;需要將森林資源數據與自然資源部門共建、共享，提升工作效率;需要將信息與通信技術（ICT）、機器人技術和人工智能技術（AI）、互聯網技術（IT）、材料科學等尖端技術引入林業產業;需要構建基礎性平臺系統，制定統一的規范化標準，等等。

把握重點，以問題為導向。以智慧林業為主導的林業創新涉及產業鏈上的每個環節，要以問題為導向，將技術創新與林業產業的發展實際緊密結合，以生產實踐中的難點、堵點作為林業創新的靶點、重點，以創新為實踐賦能，以實踐完善技術創新，找準發展方向，整合資源，集中發力，做到事半功倍，助力實現林業產業的轉型升級。

線上線下，強化普及應用。在推進林業創新的過程中，要強化推廣應用。一方面要通過開 設網頁等線上的各種新媒體形式，向業內人員和有志投身于林業事業的青年等介紹最新成果、實踐案例以及美好愿景，了解和學習智慧林業等林業新技術的信息知識;另一方面，要加大新技術在生產實踐中的應用，讓從業人員現場體驗和親身感受林業創新所帶來的高效率、高效益等實際效果，引導他們自覺參與實踐和應用，從而總體推進林業創新的實施。