《林木材质的快速预测与评价新技术》

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“林木材质的快速预测与评价新技术”属于林业工程学科领域。木材资源是全球性的战略资源,在全球经济发展和森林可持续经营中具有重要作用。随着人类对木材资源需求的增加和人工林面积的扩大,在森林资源培育过程中提高木材的质量、评价资源的价值,已是全球关注的科学问题。然而,世界上树种繁多,木材结构复杂、变异性大,虽然前人的研究取得了丰硕成果、积累了大量经验,但传统测试技术需要采伐大量样木,而且测试时间长,需要消耗大量人力、物力,难以对大面积森林资源的木材性质和质量进行动态、长期、快速监测评估,不能满足现代林业发展需要。在国家“973”计划、国家自然科学基金等项目资助下,国际竹藤中心和中国林业科学研究院研究团队,经过十几年的联合攻关,在森林资源术材质量和品质的快速预测、精确评价方面取得重大突破,从单株活立术到大面积林分,从单一力学性质到综合品质的多尺度木材性质,构建了快速预测与评价方法和微观,常规和宏观不同尺度的材质评价体系,研究成果对森林可持续经营和木材增值利用有重大指导意义。项目从木材微观结构和化学组成出发,构建包含木材宏微观结构和化学信息、可准确预测木材纵向弹性模量的半理论半经验模型。与X射线测量技术相结合,实现活立木力学性质的快速、准确预测,为树木材质早期预测及快速评估人工林木材用途提供新的方法。应用近红外光谱结合化学计量学建模技术,以中国主要人工林树种为对象,攻克了近红外光谱预测模型精度受生物材料变异性影响的难题,开发出基于近红外光谱,可同时对木材解剖、物理、力学和化学等多种性质进行准确预测的成套技术,总体预测精度达到92%以上,显著高于国际预测精度85%的水平,突破常规方法难以同时、快速获得木材多种性质的局限性。首次将近红外光谱技术应用于木材的快速识别、早期腐朽的快速检测、竹纤维种类的快速鉴别领域,总体准确率85%以上,为竹木制品的质量评价与种类鉴别提供新的手段。解决大面积林木的资源价值难以动态监测和评价的难题,利用卫星遥感技术,以高空间分辨率卫星影像为数据源,获取人工林树冠参数、木材材质和林分蓄积量,建立树冠特征参数与林木材积、材质以及术单板出材量的关系模型。准确测算大面积林分木材材质和利用价值。利用X射线技术快速测试木材密度,首创术材密度估算单株和林分尺度碳储量的方法,快速、准确测算大面积林分木材碳储量,拓宽了遥感技术在林业的应用领域。项目获得国家授权专利8项,其中发明专利6项;修订国家标准1项、制订林业行业标准2项;在国内外学术刊物上发表论文63篇。项目成果在全国10多个省(市)的林业局和木材加工企业得到推广应用,3年来,共创造直接经济效益2.8亿元,间接经济效益4.0亿元。项目先后主办了“首届生物质产品科学与技术国际学术研讨会”和“美国木材科学与技术学会年会”,产生了广泛的国际影响:先后派出3个月以上的国际合作专家22人,培养研究生30人,形成一支高水平、稳定的科研创新团队,走出一条产、学、研相结合的成功之路。

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