推进以智慧林业为主导的林业创新

恭映璧

面对已经来临的木材采伐高峰期以及人口减少、少子化和老龄化等问题，为破解林业所面临的困境、提高生产效率、降低工伤事故率和改善野外作业的工作环境等，日本政府以问题为导向，推进以智慧林业为主导的林业创新，促进林业产业实现“砍伐→利用→造林”的良性循环发展。

日本林业面临的问题与挑战

日本森林面积的40%（约1020万公顷）为人工林，多数为上世纪50～60年代营造，蓄積量达33亿立方米。截至2017年3月，半数以上的人工林生长期超过50年，进入了主伐利用期。与欧美林业发达国家相比，受地形等多方面因素的影响，日本的林业劳动生产率仍处于较低水平;林业行业每千人死伤事故率远高于日本全产业平均数;陡峭的地形不仅不利于机械化施工，而且作业的危险性高;人工造林费用高昂，从造林整地到抚育间伐直至最后采伐，每公顷人工林培育的成本约15.06万元;采伐周期长，主伐期一般都在50年以上;林权结构规模小、零星分散，森林面积不满10公顷的林家数量占到了9成，制定施工作业设计过程中为勘定林权所有者森林边界需要花费大量人力和时间;等等。

林业创新的发展方向和进展

为了应对这些挑战，日本政府在《经济财政管理与改革基本方针2019》中提出了“推进智慧林业等林业创新，研究开发纤维素纳米纤维，利用高精度资源信息进行森林管理，开发自动化机械设备，通过信息与通信技术（ICT）进行木材生产管理”等措施。同年12月，日本林野厅公布了促进智慧林业发展的《林业创新实施推进计划》，该计划将林业创新划分为5大类17项技术，具体内容和进展如下：

一是森林资源和森林边界的管理

利用激光测量掌握森林资源信息。飞机和地面等激光测量技术已经投入实际应用;为了预防和修复山地灾害，对地面高程等地形信息的掌握正在推进之中。

共享激光测量的森林资源信息。分析激光测量数据，确定树木顶点，推算立木数量、树木高度和蓄积量的技术已经投入实际应用。

森林边界数据的数字化。利用激光测量数据等对森林边界的位置信息进行数字化处理的技术，以及利用所获得的位置信息和激光测量数据等绘制边界线等的软件已经投入实际应用，还可以将数据加载到森林GIS等系统中。

使用激光测量数据高效率进行路网设计。利用激光测量数据，能自动轻易地进行林道初步设计（线形设计、横断面和纵断面图的绘制、土石方工程量的推算等）的软件已经投入实际应用。

引进森林云管理系统。森林云系统标准化工作已经完成，已有8个县引进了全国统一规范标准的森林云系统。

二是利用ICT进行生产管理

引进生产管理系统。该系统从木材生产的计划制定、机械和人员的配置、现场的进展管理、出材量的掌握等工作全部利用ICT技术进行管理，而目前这些工作很大程度上还是凭经验决策。

三是采伐和造林作业机械化

采伐作业的远程化操作与自动化。2018年度开始开发可远程操作的采伐作业车，实验机可以在坡度30°的林内行走，能够抓住树木、砍伐树木、归集木材，采伐树木直径可达40厘米，将摄像机安装在实验作业车上，通过观察实时影像可进行远程操作。

集材作业的远程化操作与自动化。2017年度开始开发电动抓斗，这种抓斗能够安装到架线集材用的搬运设备上，通过安装在架线集材实验机上的摄像机，可以在安全的地方通过影像来远程控制装载和卸载;除了装载、卸载功能外，搬运设备还可自行移动。

运材作业自动化。2018年度，开发出了在感应电线上行驶的无人驾驶运材机;实验机除了装载功能以外，运输木材和卸货都实现了无人操作;工人操作一次，将速度等操作信息存储在运材机中，然后机器可重复进行驾驶操作;使用QR码，可以进行行驶位置的误差修正和指示侧翻位的卸货位置等。

造林作业机械化、自动化，外骨骼助力套装开发。2018年度，开发出用于海岸林造林的植树机械和可以在斜坡上进行除草作业的驾驶型抚育机械，实验机可以在坡度30°的林内行驶，抚育修剪灌木丛的同时，还可以粉碎妨碍行驶的树桩;从2016年开始研发减轻造林作业劳动负担的外骨骼助力套装，穿戴实验套装在陡峭山坡、不平整的地方行走，可使造林作业的劳动强度减轻20%。

四是推广速生树种造林与减轻造林作业劳动强度

优良无性系品种和速生树种等选育、增产及造林实践。由于各地现有种子园的树龄已经老化，因此，有必要将种子园改造成速生的优良无性系等品种;目前，在一定程度上建立了一些速生树种的栽培模式，正在探索建立充分发挥其快速生长特性的低成本栽培模式。

生产成本低且质量稳定的容器苗生产，采伐与造林一体化作业。尽管容器苗的产量逐年增加，但生产成本高，质量性状不稳定。目前，采伐与造林一体化作业技术已经达到了实用化的阶段，国家正在推广这项技术，2017年，民有林实施这项技术占造林总面积的5%。

运用传感技术等开展低成本造林实践。尽管多数有助于高效率造林设计和施工管理的基本技术已处于实用阶段，但很少在造林实际中应用。目前，日本正在加大力度推广普及这项技术。

五是林业新材料开发

木质素改性技术的实际应用。到2018年止，在试验工厂利用试验设备确立了改性木质素制造的基本生产技术。2019年，为向实证阶段过渡，又推进利用副产品提高经济收益的技术（将木质素分离后的纸浆利用于碳素纳米纤维CNF的技术），开发了降低产品制造成本的技术以及生物可降解性评估等。

纤维素纳米纤维的实际应用。小规模、低环境负荷的CNF集成制造技术已基本确立。在2019年，作为制造技术的最后阶段的工作，推进了降低制造成本等验证工作，制定了制造手册和验证产品的耐久性工作等。

可替代塑料的新材料（PDC）技术开发和实际应用。作为替代塑料容器等塑料的新材料，有关PDC制造和利用的基础性开发工作已经完成。从2019年开始，进入应用研究阶段，提高低分子木质素的回收率，开发粘合剂等用途并进行纤维素纳米纤维（CNF）制造。

树木酿酒技术的商品化。无需对木材进行细微粉碎和化学处理，通过酶糖化制造树木酒的基础技术已基本确立。用杉树、樱花树、白桦树成功地制造了酒精。2019年已进入实证阶段，明确了以柳杉为原料的制造条件和品质，以及与生产效率之间的关系，分析了水溶性成分，确认了作为食品的安全性，并分析了香味成分。

林业创新的实施推进和措施

为了推进林业新技术的实施，《林业创新实施推进计划》提出了5项措施：

知曉林业新技术。首先是创建一个就业前可以学习的环境，对于包括林业职高毕业生在内希望从事林业工作的人员，可以利用林业ICT学习智慧林业和最新林业机械操作等知识。其次是创建一个可以随时随地获得林业创新最新信息的环境，在日本林业厅的官网上开设林业新技术信息的网页，发布实施林业新技术的举措等最新信息。

试用林业新技术。创建一个可以立即了解新技术的环境。将林业新技术不断在各地实践应用，包括运用ICT和遥感等技术实施的低成本造林等;在国有林区，验证运用ICT等技术实现林业施工作业高效化、自动化的实际效果;通过报告会等活动，将这些先进技术的实践成果普及到都道府县，利用林业推广项目向林业工作者普及。

导入林业新技术。创建一个充分利用林业新技术的环境，将实用化的森林信息系统、软件、林业机械引入到各地的林业生产实际中，包括高精度森林资源信息的有效利用，利用 ICT技术进行生产管理和使用无人机等。

完善林业新技术。推进新技术实施的基础建设，完善作为智慧林业基础的信息和数据系统建设，在森林资源与林地边界信息数字化以及广泛利用ICT生产管理系统的同时，制定必要的规范标准和信息基础架构。

开发林业新技术。产学研联合开发和改进新技术，由企业、大学、研究机构等组成团队共同开发和改进林业新技术;通过促进科技人才和资本的有机结合来加速尖端技术的研究，应对技术发展所带来的系统性变革和挑战。

创新为日本林业展现的前景

采伐、集材与运材作业方面。利用激光测量等技术来掌握森林资源信息，并且通过数字化信息来明确林地边界，可使伐前森林调查工作的成本下降3成;利用路网软件进行林区道路设计，省去了现场调查等工作，可使林道初步设计的相关成本减少8成;到2022年，运用ICT技术的生产管理系统能够根据市场需求，制定生产计划，配备人员和机械，组织采伐和运输，开展进度报送等，并将这些信息实施互联网技术（IT）管理;通过使用自动采伐作业车、自动集材机械、自动行走运材机械等自动化技术，提高从采伐到运材作业的效率，到2025年木材生产力提高2倍以上;对于占林业行业死亡事故7成的采伐作业，通过引进自动化技术，到2025年可实现零工伤事故目标。通过自动化机械与技术的应用，将林业从三高（高危险、高强度和高成本）中解放出来，实现减轻劳动强度、节省人力的目标。

造林作业方面。利用种子自动筛选技术和环境控制技术可提高育苗效率;采用容器苗和利用采伐、造林一体化作业技术可减少造林成本2成以上;到2022年，通过无人机搬运树苗，运苗的作业效率可提高8倍，同时缩短施工工期约3成左右;到2025年，通过使用外骨骼助力装备以及机械化造林作业技术，除草抚育的作业效率将提高10倍以上;目前，已广泛利用速生树种和优良无性系品种造林，将大幅缩短从造林到采伐的生长期限（从50年缩短至30年）和林木的抚育期限。

林业新材料开发方面：到2025年，利用木质素改性技术，可开发出比传统产品轻2成左右的工程塑料，而且随着木质素改性产品的广泛使用，届时将开发出一个规模可达1000亿日元的新材料市场;到2025年，开发的超级工程塑料，耐热性达到150℃，可用于飞机、汽车等工业仪器零件的制造;开发的通用工程塑料，耐热性达100℃～150℃，可用于工业用零件的制造;开发的通用塑料，耐热性达到100℃左右，可用于包装材料、瓶装容器等的制造;纤维素纳米纤维（CNF）制造技术使得涂料既保持原生态自然美又不易老化变色，2022年CNF涂料商品将进入市场;到2022年，随着世界首创的树木酿酒产品推向市场，将开创出山村地区的一个新型产业。日本通过开发新的木质材料产品并使其商业化，将为全球解决塑料问题做出贡献，同时通过开创新型产业增加林业产业的市场竞争力。

启示

日本与我国相邻，林木生长的自然条件相仿，分散的林权结构与我国南方集体林区相似，日本林业面临的困境何尝不是我国林业所遇到的难题，因而日本的经验值得我国借鉴。

深化认识，抓住变革良机。智慧林业代表未来林业发展的前进方向。以智慧林业为主导的技术创新是一场林业技术革命，将极大地提高现有的林业生产力水平，改变现有的森林经营理念，变革林业生产方式与管理模式。这场变革在林业发达国家尚处于起步阶段。因此，抓住机遇，大力发展以智慧林业为主导的林业创新是追赶林业先进发达国家的最优路径，对于全面推进乡村振兴和加快林业林区现代化建设具有深远的战略意义。

协同推进，加强基础建设。智慧林业所主导的林业创新是一项复杂的系统工程，需要建立以林业为主导的协调联动机制，加强与资源、信息、科技等部门和科研院校以及相关企业等单位的协同合作;需要将森林资源数据与自然资源部门共建、共享，提升工作效率;需要将信息与通信技术（ICT）、机器人技术和人工智能技术（AI）、互联网技术（IT）、材料科学等尖端技术引入林业产业;需要构建基础性平台系统，制定统一的规范化标准，等等。

把握重点，以问题为导向。以智慧林业为主导的林业创新涉及产业链上的每个环节，要以问题为导向，将技术创新与林业产业的发展实际紧密结合，以生产实践中的难点、堵点作为林业创新的靶点、重点，以创新为实践赋能，以实践完善技术创新，找准发展方向，整合资源，集中发力，做到事半功倍，助力实现林业产业的转型升级。

线上线下，强化普及应用。在推进林业创新的过程中，要强化推广应用。一方面要通过开 设网页等线上的各种新媒体形式，向业内人员和有志投身于林业事业的青年等介绍最新成果、实践案例以及美好愿景，了解和学习智慧林业等林业新技术的信息知识;另一方面，要加大新技术在生产实践中的应用，让从业人员现场体验和亲身感受林业创新所带来的高效率、高效益等实际效果，引导他们自觉参与实践和应用，从而总体推进林业创新的实施。