林业科学研究的发展趋势及取得的成绩

一 林业科学研究的重要性、特点及其发展趋势

（一）林业科学研究的重要性

林业是国民经济发展的基础，是人类社会实现可持续发展的根本。森林具有复杂的结构和功能，不仅为人类提供了大量的木质林产品和非木质林产品，并具有历史、文化、美学、休闲等方面的价值，而且在维持生物多样性、保护生态环境、减免自然灾害和调节全球碳平衡及生物地球化学循环等方面起着重要的和不可替代的作用。因此，林业可持续发展是当今全球共同关注的焦点。随着社会和经济的发展，对林业科学研究提出了更高和更迫切的要求，一方面，要求林业不断地向社会提供更多的木材及其他林产品；另一方面，森林是陆地生态系统中最主要的组成部分，森林在解决全球环境问题方面起着重要的作用。林业科学研究既有发展的机会，又面临着新的挑战。

（二）林业科学研究的特点

1．学科间不断地相互渗透与交叉，尤其是新兴技术与传统林学的融合，使林学在微观和宏观两个层次上向高度分化和高度综合的方向发展

跨国界的合作研究和跨学科的综合研究愈来愈广泛，研究的网络化正在形成，对森林的研究从静态到动态，从林分、生态系统层次扩展到景观层次。这一发展趋势拓宽了林学的研究范围，诞生了一些新学科，增加了研究深度，促进了林学的迅速进步。

2．重视森林可持续经营研究

现代森林经营的目的不单是为了取得木材，而且还包括所有森林产品和服务，林业的持续发展是从森林生态系统出发，将森林持续的物质产品生产和持续的环境服务放在统一位置上，在研究方面，测度方法、指标体系、森林生态系的结构功能以及林业经营与自然、社会、经济的相互关系等都是林学家关注的重点。

3．与环境、森林资源发展密切相关的科学领域是世界林业科学研究的热点

环境与发展是当今社会的重大问题。森林是实现环境与发展相统一的关键和纽带，林业肩负着优化环境、促进发展的双重使命，在实现可持续发展中具有不可替代的作用。

（三）林业科学研究的发展趋势

展望今后20年世界林业科学发展趋势，第一，林业可持续发展是世界林业科学研究的主题。第二，森林与全球及区域环境关系是今后林业科学研究的主要方向。森林在解决全球环境问题上起着主导作用，大气污染对森林影响的研究、全球气候变化与森林和树木的关系研究、保护野生濒危珍稀动植物物种研究、热带林作用研究等都是当今世界林学研究的重大课题，对森林实行生态系统管理是长期保持森林健康与生产力的主要方法，生态系统管理需要在景观水平上及多世代框架内进行。第三，高新技术应用得到进一步加强。主要包括两项技术：①生物工程技术。应用基因工程、细胞工程成功地培育出林木抗性新遗传材料；利用分子生物学方法，探索林木遗传变异规律，使一些用常规育种手段长期无法解决的问题，有望得到解决，特别在抗逆性与抗病虫育种上很有发展前景，将使传统林木育种产生深刻变化。②信息技术。利用遥感技术采集森林信息，已广泛应用于森林管理调查、森林灾害探测、森林生态环境研究；由于电子计算机技术的发展和应用，使森林资源管理、森林生态、林木培育等学科大大提高了探索、分析和处理实际问题的能力，推进这些学科在理论和实践上更快发展。

二 现代林业科学研究发展的前沿

前沿领域对林业科学研究的进步有重要影响，是林学家们共同关注的焦点。

（一）森林与全球及区域环境

研究人与森林的关系；大气污染对森林的影响；地球气候改变对森林的影响；森林的自然保护；森林的生物多样性；热带林的环保作用；环境状况调查、评价与预测等。

（二）森林生态系统管理

研究森林健康与森林生产力保持；经营活动对森林生态系统的影响；生态系统功能与森林资源多目标管理；人工林生态学观测；森林病虫发生机制与控制；提高森林生物生产力的机理；森林可持续经营的指标与评价体系；景观的结构、功能、动态与管理。

（三）森林遗传规律与生物技术应用

研究林木群体遗传组成及系统进化规律；林木重要性状遗传变异特点；林木细胞工程和基因工程；外源基因在树木中高效表达的新技术新方法；林木遗传图谱和数量性状基因定位；林木多世代遗传改良的理论与方法。

（四）森林资源管理及信息技术

研究信息库与地理信息系统；模型的模拟理论与技术；森林资源管理的优化与决策；森林多资源清查方法；森林灾害及生态环境监测；林业遥感图像处理及分析。

三 生物技术促进了林业科学研究的发展

农业是社会经济发展的基础，但其面临赖以存在的生态基础的破坏问题，如耕地、水、森林及生物多样性等。培育动植物新品种以提高生物资源的利用率，成为农业科学研究的重要目标和巨大动力。近20年生物科学的重大研究成果之一是生物技术的快速发展所带来的农作物增产，并显示出其应用的巨大潜力。20世纪80年代发展起来的植物基因工程技术已使成百上千种植物获得了来自其他生物的或人工合成的基因编码的性状，其中不少可促进植物的快速生长，增加对病虫害和逆境的抗性等。自90年代起各国都加大了在此方面的投资，如1992年加拿大生物技术公司投资就已达1.3亿美元，并逐年增加。美国单是Amgen公司投资就达2亿美元。美国Novartis公司在未来10年投资6亿美元专门从事植物基因组的基础及应用研究，在圣地亚哥建立了农业新发现研究所（Agri-cu1tura1 Discovery Institute），由50个实验室和180名研究人员组成，成为世界上最大的有关农业的研究所之一。随着分子生物学的发展，越来越多的具有重大经济价值的基因将被发现、引入包括农作物、林木在内的植物中，产生难以估量的经济效益。据统计，1997年仅抗虫作物种植面积在全球已达1000万英亩，所带来的经济效益为30亿美元。目前应用于农业的几百种转基因植物已在实验室中完成了基因鉴定，正进行不同规模的田间试验，部分已经商品化。

林木作为生态环境的主体，为农业的可持续发展提供了必备的条件。在保护天然林的同时，满足经济建设和生态建设对林木的需求，像我国这样森林资源缺乏的国家，不可避免地要营造大量高产、优质、抗逆的人工林。常规育种手段由于林木的生物学特性如生长周期长、性状分析难度大等特点，育种周期相应延长，成为林木遗传改良的最大障碍。利用现代生物技术，通过目的性非常强的基因操作改良林木性状来实现其优质、高产，可加速优良新品种的培育。林木转基因研究起步于20世纪80年代末，开始主要是利用一些标记基因研究树木的转化即探索将外源基因引入林木基因组中的技术、基因表达情况和经组织培养再生为完整植株的方法。进入90年代，具有经济价值的基因如抗虫、抗除草剂基因等被导入一些组培和转化都已成熟的双子叶林木中。其中杨树抗虫，果树如苹果、梨、葡萄等抗除草剂和病虫害，木瓜抗病毒等的转基因植株已陆续进入田间试验阶段。

1989年中国林业科学研究院林业研究所就与中国农业科学院合作开始了杨树转基因研究，获得了转化再生植株。1990年又与中国科学院微生物研究所合作，构建了含有苏云金芽孢杆菌内毒素基因、增强型植物表达载体，建立了欧洲黑杨由叶盘、茎段的DNA转化、转化子的抗生素筛选和再生系统，转化的杨树植株经分子生物学和生物测定，证明了内毒素基因在转基因植株中的稳定存在和表达。室内生物测定杀虫率高达100%。克服了内毒素基因在植物中表达较弱的缺陷，大幅度提高杀虫活性。1993年在新疆玛纳斯林场通过扦插营造了试验林，进行了世界上首次大规模的田间试验。在1995～1997年杨尺蠖在该地区严重发生时，转基因植株表现了明显的抗虫性。当未转基因欧洲黑杨林遭受叶片损失达80%情况下，转基因人工林叶片损失平均约10%。虫口密度也大幅度下降，蛹数由每平方米73个降至18个，达到有虫无灾。不仅如此，转基因林对周围非转基因林具有很强的保护作用。现在实验室又进行了花粉不育基因、其他杀虫基因如蛋白酶抑制剂等的基因工程研究。同时加强了对增加林木抗旱、耐盐，改良木材材性有关基因的分离和功能鉴定研究，受体也由欧洲黑杨扩大到其他杨树种，甚至落叶松。南京林业大学、河北农业大学、北京林业大学也进行了包括杨树、落叶松、杉木的抗虫转基因转化研究，据悉已获得了转基因植株，还没有进行田间试验。

国外的转基因林木也主要集中在杨树上，更多的是用来作为研究手段，阐明所研究基因的功能。例如瑞典农业大学的一个研究小组先后将来自农杆菌的生长素合成酶Ro1C基因等转入杨树中，改变了植株的激素水平，导致解剖学上的改变，木材材性也发生了变化，为利用激素调控来改良木材品质奠定了基础。具有应用价值如抗除草剂、抗病虫害的工程树木（包括杨树、云杉、苹果等）也已获得，部分已进入田间试验阶段，但其规模与国内相比还较小。值得一提的是，几个实验室已连续报道了利用基因工程手段获得了通过表达反义DNA抑制木质素合成酶的杨树植株，为人为改良木材材性提供了一条有效途径。在欧洲，已有几个实验室开展了难度较大的针叶树种的基因转化，经优化转化条件和筛选适宜细胞系，获得了云杉、落叶松的转基因植株。可以预见，鉴于针叶树种的重要性，其转基因研究会成为一大热点。

尽管林木基因工程还处于起始阶段，但转基因植株的成功例子，特别是如上所述获得的木材性质改变，以及最近报道的杨树转入了植物色素A基因后改变了其生长所需的光照周期和对寒冷的适应性，这些使利用基因工程技术为人工林建设培育所需的造林树种，实现林木的速生、优质、高产成为可能。正是这种希望不但促使各国科学家相继投入到林木转基因研究之中，而且推动了林木的分子生物学研究的深入开展。在深入认识林木形成的分子基础上，能够帮助更有目的地进行基因操作，培育出符合经济和生态环境建设需要的林木新品种。因此可预见未来几年，转基因林木的树种范围会扩大，来自林木本身、更适合林业应用特点的外源基因会更多地分离和鉴定出来，将会改变目前用于林木基因工程的外源基因几乎无一例外地从作物的分子生物学和基因工程研究与应用中“借来”的现状。这些无疑会促进转基因林木新品种的产生，充分发挥应用生物技术所带来的巨大经济效益，为森林建设服务。

四 我国林业对科学技术的需求与发展现状

新中国成立以来，我国的林业从发展速度、规模、技术和管理水平上均取得了可喜的成绩，森林覆盖率从过去的12%上升为现在的13.98%。目前，全国森林总面积为13370万公顷，其中天然林面积8726.54万公顷，约占全国森林面积的65%。“三北”防护林、长江中上游防护林、沿海防护林、太行山绿化和治沙等工程的实施，使我国的生态环境有所改善。林业产业结构从单纯的培育森林、生产木材的单纯经济目标开始向森林的多资源利用目标发展，林业发挥了较大的生态效益和社会效益。

但是，在林业发展的同时也出现了不少严峻的问题。目前，我国的森林资源不论从数量上还是质量上都已经陷入极其严重的危机，用材林成过熟林的蓄积年消耗量超过成过熟林的生长量与每年由近熟林进入成熟林的生长量之和，年均赤字大约为1.7亿立方米，照此下去，现有的可开采的森林资源最多能维持8～9年。全国沙漠化、风沙化土地面积超过全国耕地面积总和；全国水土流失面积相当国土面积的38%，水旱灾害严重。然而，要解决这些问题，必须依靠科学技术。

综上所述，我国生态环境的恶化严重制约了国民经济和社会的可持续发展，已经危及中华民族的生存与发展，保护及持续利用森林资源是当今林业面临的严峻挑战。林业发展必须依靠科技进步，以改善生态环境和实现可持续发展为目标，加强生物技术、信息技术等高新技术在林业中的应用，开发林木新品种等育种技术和木材加工利用技术；开展经济林、花卉组织培养快繁和工厂化生产，尽快突破抗病虫、抗旱、抗盐等基因工程的研究，应用基因重组技术在林木育种、研制微生物杀虫剂和木质降解酶方面的研究等；建立低耗、高效、集约化经营的森林培育业；对我国大江大河进行改善生态环境为主的林业生态工程综合治理；保护和恢复天然林资源，对天然林实施生态系统经营，提高生态系统的稳定性和生态防护功能；加强荒漠化防治技术、节水技术和不同区域优化防治模式的研究，兼顾荒漠化防治和沙产业的综合开发。

五 科研工作的成就及实用科技成果

1978年以来我国陆续开展了以治理生态环境为目的的生态林业工程技术与开发项目的研究，主要包括“三北”防护林体系、长江上中游防护林体系、沿海防护林体系、太行山绿化工程、平原绿化工程、黄河中游防护林体系、淮河及太湖流域防护林体系、珠江流域防护林体系、辽河流域防护林体系、全国防治荒漠化等生态林业工程建设技术的研究，并在生产技术及基础理论等方面取得了重要进展，获得一批有实用价值的成果，促进了防护林体系建设和生态环境的治理。

开展了以加速培育优质工业用材林、提高木材综合利用率为目的优质工业用材林培育和高效利用技术研究，主要包括纸浆材、单板材、建筑材及病虫害防治、加工利用技术研究。通过多年的努力，分别在应用研究和基础研究领域取得了一定的进展，同时也获得了一批有实用价值的成果，在生产上推广应用。

1．在新品种选育方面

（1）北方早实核桃16个新品种的选育。筛选出的16个结果期早、丰产、优质和适应性强的新品种，已在10省市试种。

（2）沙棘优良新品种选育。选育出经济型品种“乌兰沙林”、“橘黄大果”、“橘黄丰产”、“辽阜1号”、“辽阜2号”，果实产量超出天然种的10～20倍，每公顷产量可达15000公斤至22500公斤，且无刺、果大、柄长。牧用品种“草原新兵”无刺、萌蘖力强、生长势望。观赏兼经济型品种“红霞”、“乌兰蒙沙”，果色美观，赏果期长，株产果20公斤以上，较天然林提高10倍。

（3）杨树抗虫转基因植株培育技术。欧美杨和美洲杨是我国杨树的主要造林品种，广泛分布于黄河以南，长江和淮河流域。但食叶害虫危害严重，影响着林木的丰产。通过生物工程技术转基因获得的植株，其杀虫率在50%～70%。

（4）美洲黑杨南抗1号、2号新品种选育。该研究以美洲黑杨为母本与欧洲黑杨为父本进行杂交。通过抗虫和双指标筛选出南抗1号和2号三个无性系。利用分子生物学技术测定树木抗天牛的遗传基础。南抗1号和2号在不同立地条件下生长，明显表现出其速生性和抗虫性，在云斑天牛危害区深受群众欢迎。

（5）欧美杨胶合板材、纸浆材新品种选育和遗传规律研究。该成果选出9个工业用材新品种，其中2个品种为胶合板材，7个为纸浆材。新品种与过去选育出的品种比较，材积生长提高19.96%～1266%。胶合板材品种不感染云斑天牛，胶合板力学性质达到国家标准，旋切性能良好（不起毛）；纸浆材新品种制浆得率可提高8.1%，干物质重量可提高69.2%，综合效益可提高50%以上。

（6）南方19个油茶高产新品种的选育。油菜是我国南方主要木本食用油料树种，但其繁殖结果迟、产量低。选出的19个油茶高产新品种较一般品种增产200%～500%，且抗病性强、适应性广。

2．在林产品加工利用方面

（1）五倍子资源综合开发利用的研究。五倍子是中国的特产，利用其富含单宁可生产单宁酸、没食子酸、甲氧苄啶等系列精细化工及医药产品，经济价值很高，市场紧俏。研究成果主要包括：单宁酸生产新工艺；没食子酸生产新工艺；甲氧苄啶中间体制备新工艺；以五倍子单宁及其衍生物为原料的新产品开发研究。取得显著的经济效益和社会效益，产品出口创汇。

（2）林业浅色松香松节油增黏树脂系列产品开发研究利用。我国丰富的松脂资源制成的松香和松节油为原料，开发出10多种浅色松香松节油增黏树脂系列产品，具有广泛用途。在胶黏剂工业可以改进胶黏剂色泽，提高产品质量；在电子工业可以提高助焊剂可焊性，增加安全性，不需清洗，保持板面干净。为我国松香松节油再加工产品系列化发展创立样板。产品质量达到国外同类产品先进指标。

（3）氢化松香脂类系列产品研制和应用研究。氢化松香及其酯类产品是松香主要改性产品之一，可以广泛应用于胶黏剂、食品、电子、涂料等方面。新型酯化设备将氢化松香与不同酯类酯化，得到系列产品，产品质量达到国外同类产品先进水平；新型制备工艺和设备，其卫生指标（砷、铅等重金属含量）优于国外同类研究；利用副产品经过精制、氢化、脱色等深加工，得到显微镜浸油产品。该成果在4家工厂推广，年产值约1000万元，利税270万元，创汇100万美元，取得显著经济效益和社会效益。

（4）余甘子加工利用技术研究。利用我国南方山区、半山区广泛分布的野生林果资源余甘子进行深加工利用研究。主要包括：余甘子加工工艺的研究，果实最适加工期及其有效成分变化的研究，产后剩余物利用研究，余甘子防癌作用的研究，余甘果抗衰老物质活性测定及临床试验等。研制、开发出8种产品，其中5种己投入生产。在余甘子产区建立了余甘果汁工厂、饮料厂、浓缩厂、果脯厂及余甘粉加工厂。

（5）竹林综合利用技术。开发研制出以外销清水罐头笋为龙头的竹笋系列产品，以火车车厢竹胶板为龙头的竹材系列产品。见效快，经济效益高。这些应用技术对我国山区、农村的经济发展，贫困地区人口的稳定脱贫有着特别重要的意义。