森林科学技术发展
科学技术体系包括基础和战略研究，应用和适用
性研究，以及成果的采用。广义上说，林业技术一般有两个领域：
- 生产林产品和提供环境服务的森林和林木资源经营；
- 木质和非木质产品的采伐、运输和加工。
在这两个领域中，技术进步往往侧重于以下目标中的一个或多个：
- 降低成本，提高生产力；
- 开发新产品和服务；
- 保护资源，减少对环境的不良影响；
- 提高能源利用效率。
在实现上述目标的过程中，生物技术、纳米技术、信息和通信技术（插文45）等新兴技术都在发挥显著作用。
越来越多的研究领域都涉及到加强环境服务供给的科学基础研究，通常包括对生态系统作用及人类不同程度干预的影响等方面的研究。例如，减缓和适应气候变化将需要努力弄清不同土地利
用下的碳通量，以及生态系统和物种如何响应这些变化。
发达国家和发展中国家的科学技术发展能力有着明显差异，主要体现在对教育、培训和基础设施投资能力的不同上。尽管有些简单化，但国际森林研究组织联合会（IUFRO）成员国的地理分布就反映出了这种地区间研究能力的差异。
| 插文45：林业中的信息和通信技术 | |
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信息和通信技术（ICT）的发展对林业已经产生了重大的直接和间接影响，对于加快全球化进程也起着至关重要的作用。互联网和移动通信为那些传统上处于全球信息环路之外的企业，其中包括中小型企业，创造了前所未有的机会。信息和通信技术提高了劳动生产率，降低了成本，增加了收益。在线商店为木材产品和服务的供应商提供了市场机遇。 信息和通信技术也促进了林业的制度变革。信息共享和全球网络更加便利削弱了垂直结构组织的权力，促进了小组织的发展。信息和通信技术有助于以前所未有的规模提高透明度和加强责任制，因为几乎没有信息资料可以远离公众的查阅和监督。信息和通讯技术也有助于提高人们对森林相关问题的认识，如森林砍伐、生物多样性减少、森林火灾和本土社区的边缘化。 资料来源：Hetemäki和Nilsson，2005；Nyrud和Devine，2005。 |
目前，把科学知识转化为技术然后加以应用仍然是一个重大挑战，部分原因是由于制度安排不健全。技术的采用是有针对性的，通常，对于同一项任务而言，必须从宽泛的一系列可用技术中做出选择。
从历史上看，公共部门的林业机构领导着林业科学技术的发展；今天，则有更多的机构参与林业科学技术研究。总体上看，很多国家公共部门的作用已经减弱（表27），其研究能力也已明显下降。
若干领域的科学技术
森林管理
20世纪的大部分时期，天然林都是木材和其他产品的主要来源，森林研究也重点关注天然林的可持续经营方面。发展了各种森林作业法（例如择伐作业法和渐伐作业法），重点考虑了重要物种的密度，生长率，所需的光照和湿度条件，自然更新的能力，以及有销路和无销路树种间的竞争能力。采用了集约度低的采伐方式以避免破坏森林的环境服务功能。生态脆弱地区都被禁伐。
| 来自森林合作伙伴关系的观点：未来研究的挑战 | |
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国际森林研究组织联合会是全球森林研究者的重要网络组织。它有三个战略目标：
为给潜在的用户提供独立的科学建议和信息，国际森林研究组织联合会定期地提出新出现的重要问题，并对其重要性进行评估。 国际森林研究组织联合会确定未来要研究的森林问题包括：
来自社会的压力比以前更大了，科学家们需要向社会解释其所进行的研究，并要证明研究所产生的积极影响。此外，科学信息的使用者，包括政策制定者和实践者，也越来越多地要求参与到研究发展的议程上来。网络可以帮助科学界及其现有和潜在的受益者，以加强对研究的理解和提高研究的影响力。 资料来源：国际森林研究组织联合会（IUFRO） |
随着向人工林作为木材来源的转变，大面积的天然林不再用于生产木材，这些集约度低的经营作业法在很多国家都已经停止使用。技术的发展使得木材加工无需考虑其自然属性和尺寸，这也成为这些集约度低的经营作业法不受重视的原因。
根据森林可持续管理原则，目前有关天然林研究更侧重于环境、社会和经济目标的一体化。许多国家、区域和国际行动计划都关注着标准和指标的发展；这些标准和指标用以衡量森林可持续管理的进展，概要给出了所采用技术的本质特征。森林可持续管理的实施需要不断加强科学和技术基础研究。总之，更多的研究重点应放在生态系统的结构和功能，生态系统构成与进程之间的时间和空间联系，以及它们与当前大的社会和经济背景之间的关系等方面。然而，进行这样的研究目前仍是一个挑战（国际林业研究中心，2004），尤其在发展中国家。
| 插文46：遥感在林业中的应用 | |
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遥感技术（包括航空摄影和卫星图像）已经成功用于森林测绘和监测，并使连续而又经济地覆盖大范围的监测成为可能。新技术解决了诸如高度、结构、密度和森林构成可能变化的技术难题。机载激光探测和测距技术可以提供对林木覆盖和高度非常精准的估计，甚至可以评估出个别树木的形态。星载雷达（无线电探测和测距）是一种可获得蓄积量和生物量估算值的很有应用前景的新方法，它可以穿透云层，克服卫星光学传感器的一些限制。新的光谱遥感系统可以测出各种土地和植被特征，能够评估反映出森林的一系列属性，这有助于提高森林病虫害的勘测•水平。 资料来源：R.•Keenan，个人通信，2008。 |
技术正在使一些国家的森林管理发生根本性的改变；这些技术可以提高大量空间和时间数据综合分析的速度，且有望继续得到发展。卫星影像分辨率的提高和认知软件的发展将有助于实时监测森林采伐、病虫害、火灾和其他可能发生的灾害事件。地理信息系统（GIS）和全球卫星导航系统为森林管理提供了有关森林资源类型和状况方面越来越精确的信息，这些信息的加工和传输都很快（插文46）。这种信息对于公众咨询、合法性核查及第三方认证也具有重要价值。
新建的模拟模型和把地理信息系统及遥感相结合的可视化软件，可为未来森林状况提供高质量的数字仿真，以揭示可能产生于自然过程（如气候变化），或人类干预（如植树、间伐和采伐）所造成的变化。此类仿真模拟有助于促进社区参与森林管理决策（Sheppard和Meitner，2005）。
森林对气候变化的适应性是目前一个十分紧迫的研究领域。例如，目前正在研究的树木生长和健康的基因变异和环境变化，可以预测气候变化对生态系统和物种变化范围的潜在影响，也可以预测树木种群对气候的适应性反应，从而可以制定新的策略来帮助森林树木适应不断变化的气候（Wang等人，2008）。
人工林和木材生产
人工林既获得了大部分的林业投资，也占有了林业技术研发方面的大部分投资。研究的主要目的是通过加快生长速度来提高生产力，以及改善木材质量和提高森林抵御不利环境状况的能力，如病虫害和其他危害等。
由于采用了桉树、热带松和杨树等速生、短轮伐期的树种，生产力得到了显著提高，例如巴西桉树人工林生产力水平已超过每公顷50立方米。生产力的提高主要是树种改良、育苗措施、适地适树及强化现场管理等综合作用的结果。目前在提高管理质量方面也已投入了大量的努力，例如通过虫害综合管理方式等。
| 插文47：转基因树木：是福音还是诅咒？ | |
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转基因技术和林木基因组学的发展正在为转基因树木提供新的发展途径。判别基因转变的特征包括除草剂的耐性、减少开花或不育、抗虫性、木材化学（特别是降低木质素含量）和纤维质量，这些因素都可以提高经济潜力。纤维素生物燃料重要性的不断提高，使得对转基因，尤其是降低木材的木质素含量更加重视。不过，转基因树木的研究和应用，包括试验都还是一个有争议的问题。人们更多地关注转基因树木对生态系统的影响（特别是潜在的影响），以及对生物多样性和基因转移到其他生物体的影响。 资料来源：Evans和Turnbull，2004；粮农组织，2006。 |
对短轮伐期、速生树种的重视与加工业（生产纸浆和纸张以及再生纤维板）的需求直接相关。企业已成为推动木材生产技术创新的主要驱动力之一。这些新技术发展成果主要被企业部门所采用；然而，2005年，企业部门只占世界人工林生产的18%左右。因此，政府和小企业（分别占人工林的50%和32%）仍未采用一些改良技术，这表明全球范围内提高生产力的空间还相当大。
树木改良项目旨在加快良种的扩大和大量繁育。分子生物技术使得树木、昆虫、土壤和植物微生物遗传多样性成为可能。尽管传统的改良技术仍依赖于自然遗传变异，但转基因林木发展也在不断加快，即使还存在争议（插文47）。
已经完成的毛果杨基因组图谱增强了人们对树木遗传功能的了解。最近启动的巨桉基因组图谱绘制工作（国际桉树基因组网络，2007）将进一步增强人们对树木遗传功能的认识能力。森林生物技术还可以提高对细胞功能相关知识的认识，从而加深对进程的了解，例如木材的构成、压力极限、碳固定及碳封存等。
水土流失和生物多样性下降是人工林发展过程中遇到的负面问题。粮农组织关于人工林可持续经营自愿性指南（粮农组织，2006f）提出了充分重视经济、社会和环境三方面问题的综合性措施。
混农林业
混农林业主要是综合经营农作物、牲畜和树木的各种实践活动，其研究旨在利用各立地等级土壤变化、地形以及光照和水分利用的可能性，优化其系统构成以满足社区和农户对经济、社会、文化和环境的需求。
混农林业技术通常都具有生态和文化上的地域特质性。这些技术传统上都是通过“代代相传”的方式传承下来并得到发展。成功的农林复合系统和实践活动包括：作物间作，林草型人工草地，防风林，植物篱农作，稀树草原，家庭菜园和作物轮种等。其中一些已存在数百年，并因农田内外的需求和制约因素而不断得到发展。正规的混农林业研究应用了现代的科学手段和技术，以帮助改善传统的经营实践，并使其应用更加广泛。由于经济效益和其他效益的评估要考虑到不同组成部分之间的联系，因此混农林业技术通常需要有整体观。
混农林业目前正面临着新的市场发展机遇。在很多国家，为森林工业提供木材的农田植树已明显增加。因此，新的研究问题已经出现，如树木与粮食作物之间的相互影响，长期可持续生产的同时土地生产力的保持和提高等。
采伐与木材产品加工
提高经济效率、减少环境破坏一直是采伐技术创新的首要目标。劳动力短缺和成本的不断增加有效地推动了采伐运输的机械化。非常先进的采伐、加工和运输技术已在很多国家得到了应用，尤其在工业人工林中。
由于对天然林木材生产长期可持续性的关注，减少对环境影响的采伐方式得以发展，主要包括减少对现有植被的破坏，并在采伐后迅速更新恢复等措施。粮农组织已制定了全球和区域性森林可持续采伐规范，并帮助各国制定本国的规范和指南。尽管减少对环境影响的采伐方式的重要性已得到理解，其长期商业化的可行性也已得到证明，但是否采用该采伐方式则取决于资源所有者或采伐特许权拥有者的经营目标，以及他们遵从市场和非市场信号的意愿和能力。
采用标签、涂料和可由检测仪器识别的化学混合物等方式分辨出木材来源的新技术，已经得到了应用。使用新一代无线电频率识别标签和条形码可以很容易地追踪木材从森林到市场的行踪，有助于识别木材来源是否合法。
木材加工技术的发展主要集中在：
- 经济竞争力，重点在降低成本、提高质量和开发新产品；
- 木材加工过程中的能源利用效率和能源生产；
- 遵守环境标准，例如在纸浆和造纸工业中，减少污水排放，通过“闭环处理”实现中水回用（加拿大自然资源部，2008b）。
由于木材加工接近林产品价值链的末端，更靠近消费者，所以很多的技术进步都是由消费者推动的，因而也迫切需要适应需求的不断变化。此外，激烈的竞争也促进了技术创新。
传统的木材利用大部分是基于其物理特性，尤其是强度、耐久性、可加工性和外观。木材加工技术已经改善了其机械和化学性能，扩展了其用途，并使曾被认为用途不大的树种得到了利用，例如将橡胶木（三叶橡胶）用于生产家具和中密度纤维板。木制品行业中的生物技术也具有改善木材防腐性能的潜力。
激光、X射线扫描仪等具有高处理能力的新锯木技术，可以扫描和存储原木直径、长度和形状等信息，还可以对每根原木设计出最优的锯切方式以使锯材出材最大化（Bowe等人，2002）。用以测定锯木外观特征（如树节和颜色）的图片分析技术也已使锯材的分类和分级水平得到了提高。在控制木材干燥过程、测量物理强度和发现可能存在的缺陷等方面，已经引进了一些新的方法（Baudin等人，2005）。
木材加工其他方面的技术进步包括：
| 插文48：生物提炼和新一代生物材料的生产 | |
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在欧洲和北美洲，目前主张将纸浆和纸张生产企业转变成生物炼制的综合性企业，它可以从木材加工剩余物中生产出乙醇、淀粉、有机酸、聚合物、油脂化学品、生物塑料和一些粮食和饲料原料。利用包括新型酶、生物催化剂和微生物相结合的技术可以改变生物能成分。生物提炼可以成为“绿色经济”的重要基础，大大减少对矿物燃料的依赖。有些产品，如生物塑料和热固性树脂，在产品寿命到期时，很容易被降解和循环利用。 资料来源：美国能源部，2006；van•Ree和Annevelink，2007。• |
- 锯材出材率的提高和小径材的利用，主要通过改进锯木加工技术，生产刨切单板和再生板等；
- 再生利用，如对回收纸的利用；
- 在造纸工业中利用微生物漂白纸浆、处理污水，以降低成本，减少环境污染；
- 通过生物提炼技术可以全面利用木材来生产一系列的生物材料和能源（插文48）。
纳米技术，是对测量长度小于100纳米（1纳米等于十亿分之一米）材料的处理技术，有望使从原材料生产到复合材料和纸制品所有生产和加工环节都发生根本性的变化，使能源和原料利用效率明显提高（Roughley，2005；Reitzer；2007）。大部分主要木材产品生产国正致力于纳米技术的应用。其潜在用途（Beecher，2007）包括：
- 用纳米纤维制成质量更轻而结实的产品；
- 改善表面质量的涂层；
- 使用较少原材料或能源的产品；
- 带有纳米传感器的“智能”产品，用来测量受力、负荷、湿度和温度等。
非木质林产品
非木质林产品种类繁多，用于其生产和加工的技术也各不相同。尽管大多数非木质林产品都用于生活自给，从野外采集后，经过最低限度的处理就在当地消费；但还有一些经过驯化和栽培，利用非常先进的技术进行加工以满足全球市场的需求。这些非木质林产品的科技开发主要集中于更加有组织的生产系统，而用于生活自给的产品还几乎完全依靠本土知识。
自然资源的退化，以及需求的不断增加，一直是有组织地栽培多种高产非木质林产品的主要决定因素，就像很多木材生产已从天然林转移到人工林一样。野生产品管理的复杂性和不确定性也促进了对驯化和栽培问题的研究。许多产品，如天然橡胶、藤条、竹子和一些药用植物和香料植物，有组织的生产和化学制品对自然成分的替代，几乎已经取代了野生产品的采集，但供应于专供市场且售价昂贵的产品除外。
科学研究的重点是：
- 弄清不同产品的组成成份、性质及其潜在用途；
- 对适于销售的成份进行分离和提取的低成本技术，或增加良好特性的低成本技术（例如以方便储存和运输）；
- 改进加工技术和开发新产品，例如以植物为原料的药品和保健美容新产品（大部分技术进步出现在该领域）。
技术的进步，如生物技术方面的进步，给许多非木质林产品带来了新的发展机遇和挑战。尽管新的用途和市场已经出现，但替代产品也已出现，并削弱了其现有的市场。用于加工玻璃制品和金属制品的石化产品及新技术已经使一些以植物为原料的产品市场发生了明显的变化。终端用途有限的非木质林产品尤其容易受到这种发展的影响。与此相反，竹子已被开发出多种最终用途，并成为一个广为应用的原材料和重要的收入来源（粮农组织，2007g）。
能源木材
在大多数发展中国家，木质燃料是（很可能仍是）家庭用来做饭和取暖的主要能源来源。虽然收入增加和更方便的矿物燃料的使用减少了木材能源利用，但由于燃油价格高，依赖矿物燃料所存在的风险，以及人们越来越关注矿物燃料使用所产生的温室气体排放，这种木材能源利用减少的状况似乎有所改变（粮农组织，2008d）。
传统的木材能源系统使用的是成本低、且低收入消费者负担得起的技术。所使用的技术不同，成本、产量和转换效率也会各不相同。例如，木炭生产利用的是各种类型的窑炉，从传统的泥窑到金属窑。现代木材能源生产则利用混合燃烧（生物质与其他燃料一起燃烧，如煤）或木屑颗粒，投资相当高，但能源利用率也更高。
大量投资被用于开发并商业化生产纤维素生物燃料技术。纤维素生物燃料将如何发展取决于其与矿物燃料和其他替代品的成本竞争力。如果目前的能源价格持续走高，纤维素生物燃料生产预计将成为一个商业能源的主要来源。其对林业的影响仍然不明朗，特别是考虑到可以利用木材之外的其他生产力高的原料（如柳枝稷，Panicumvirgatum）。
提供环境服务
科学知识对及时恰当地做出决策、保证森林环境服务供给至关重要。由于这方面知识往往不够完善，因此要弥补这个不足，就需要优先对它进行研究。科学知识不完善的例子包括：关于生态系统服务变化引起的经济后果的信息资料有限；缺乏生态系统变化与环境服务之间关系的量化模型；对生态系统结构以及决定阈值和不可逆变化的生态系统动态缺乏了解。
气候变化的影响使得降雨量减少，加剧了旱地生态系统严重退化，将需要有突破性的研究来解决这个问题。许多受影响的国家没有能力进行这方面的科学研究，需要国际上的帮助与支持。
天然林和人工林具有巨大的温室气体减排潜力。然而，树木和森林生态系统在气候变化过程中起到什么作用，森林面积的变化给森林碳储量和温室气体的排放带来什么影响，对这些方面的认识还存在着很大的差距。
2004年12月东南亚发生海啸以来，加强了对沿海森林保护作用的研究，但还没有定论。海啸发生后的两年里，共进行了20多项研究。一些研究人员发现，沿海森林显著减少了不利因素的影响；而另一些研究人员发现，森林产出的废物会损害人类居住环境，从而成为一种负担（粮农组织，2007h）。
森林水文研究分析了土地利用与出水量之间的关系；在此关系方面，虚构和错误的看法往往占据了决策的主导地位。
由于涉及到非市场环境服务问题的复杂性和广泛性，科学家们难以影响气候变化的直接驱动因素，即政策制定者和发展参与者的决定和做法（也难以获得他们对研究活动的支持来获得相关的新知识）。然而，政府间气候变化工作组（IPCC）已经证明，全球范围内协调一致的整体的科学努力可以有效地提高人们的认识，增进对重要复杂问题的了解，确定需要减少不确定性的关键领域，并支持为实现这一目标所需要的研究活动。
本土知识
上文所述的现代科学和技术进步已对林业产生了重大影响。然而，广大民众仍无法使用这些技术。很多人继续依靠本土或传统知识管理森林和其他自然资源（Parrotta和Agnoletti，2007）。传统知识的定义是“经过世代的文化传承，并在适应过程中发展，关于众生（包括人类）彼此间以及同森林环境之间关系的知识、实践和信仰的累积体系”（联合国森林论坛，2004年）。正规森林科学出现之前，这类知识就经历了漫长的发展过程，是许多林业实践的依靠基础（亚洲森林网络，2008）。
| 来自森林合作伙伴关系的观点： 国际林业研究中心的新战略：重点研究气候变化 |
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国际林业研究中心在全球视野下认为，森林处于世界政治议程的首要地位，人民认识到森林所具有的维持生计和提供生态系统服务的真正价值。在这一视野下，有关森林的决策有着坚实的科学基础，并反映了发展中国家和靠森林为生的人民的观点和想法。 通过对国际林业研究中心2008-2018新战略利益相关者的评价调查发现，他们认为气候变化是今天与森林有关的环境与发展所面临的最大挑战，其次是森林管理、森林砍伐和经济快速发展对森林的影响（国际林业研究中心，2008b）。因此，国际林业研究中心的研究议程重点包括六个主要领域：
另一个相交叉的主题是要解决不断变化的林业社会需求与现行制度安排和机构能力之间的差距。 在问题研究和成果交流过程中，国际林业研究中心将考虑包括力量薄弱的利益相关者（如妇女、靠森林为生的社区，以及发展中国家）的观点和想法。 资料来源：国际林业研究中心（CIFOR） |
本土知识对于林业科学的重要性与日俱增，因为已充分认识到，本土资源管理体系能够有助于完善森林可持续管理框架。在能源供应不断减少和气候变化影响不断增加的背景下，低投入的传统土地利用实践尤其具有吸引力。传统知识为现代科学提供了其他可选择的方法，特别是在健康保健方面。例如，南亚的印度草医学和中国的中医学在世界各地的传播越来越广泛，并且用植物作为原料的制药业正在迅速发展。努力改善贫穷且被边缘化的土著居民的生计，就必须了解他们的传统知识，他们的价值观念、想法，了解其当地生态条件。随着社会、经济、政治和制度方面的变革，本土知识既带来了机遇，也面临挑战（插文49）。包括以下几个方面：
- 支配、边缘化和同化：尽管土著居民的权利不断得到承认，但在许多国家，他们还是被不断地边缘化了，包括通过所制定的详尽的重点发展计划。由于土著居民赖以生存的大片林地，被转为其他用途，以森林为基础的生计和相关知识很快就会丧失掉。
- 选择性的利用：为了挖掘传统知识的经济潜力（特别是在迅速扩大的药品及保健和美容市场），致使人们有计划地进行目标确认和商业化生产— 把知识从其社会和文化中提取出来，解决知识产权问题并给予知识持有者合理的补偿。
- 重新认识：高度重视保护土著居民的权利、文化和技术，就可以营造一个有利于传统知识自然发展的环境。国际政策制定方面，如通过的《联合国土著民族权利宣言》，特别认识到了尊重传统知识和实践的必要性。
| 插文49：传统森林知识存在的优势、劣势、机遇和威胁 | |
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优势
劣势
机遇
威胁
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本土知识和以社区为基础的创新是有活力的。行动措施包括：建立激励机制，以提高正式研究组织与当地和土著居民共同工作的能力；并鼓励在保护本土知识方面开展合作（国际农业科技发展评估，2008年）。
展望
在林业科学和技术迅速变化的背景下，很难预测其未来的发展状况。科技创新已经大大提高了林业满足不断变化的社会需求的能力，并将继续使这种能力得到提高。然而，许多发展中国家科研能力低，甚至没有可靠的科研能力，这阻碍了它们的长期发展潜力。即使在许多发达国家，林业科学和技术能力也已受到削弱。
受商业利益驱动的私营部门研究能力在提高，而公共部门的研究能力在下降，这带来了一系列问题。大多数私营部门的努力就是如何保持竞争力，因此，技术的获取往往受限，还可能忽视环境和社会问题，它也不倾向于提供更多资金用于无限度的上游基础研究。由于众多的人支付不起改良技术的费用，因而被排斥在私营部门研究成果的受益群体之外。这加剧了知识分享的不公平，其后果必然是造成收入和生活水平的更大差距。解决科技能力的不均衡与不足，需要共同付出更多的努力。政府面临的挑战包括：
- 减少技术在国家之间和国家内部的交流障碍；
- 确保把社会和环境问题摆在重要位置；
- 打破传统的部门界限，利用林业部门以外的科技发展成果；
- 制定一个清晰的政策框架，明确地说明林业科学技术发展的目标、优先次序和战略。
最后，虽然本章主要讨论了林业科学生物物理方面的内容，但人的行为研究（包括经济学和社会学）却同等重要。各国需要平衡对待这两个领域的研究。的确，在许多国家，社会科学方面的研究没有获得足够的重视，其中的原因之一也许就是没能把科学与政策联系在一起。