森林生态系统可持续管理和碳储存

120,000
100,000
0
50
100 Year
150
Land Classification
200
0 0-10 10-20 20-30 30-40 Block Size (ha) >40 100%
80% 60% 40% 20% 0% 0
Patch Size
>250 ha 80-250 ha 40-80 ha 0-40 ha
林份数据
Priority Weightings 经济效益及社会稳定... FSOS 模拟 或 优化
空间报告
采伐方案 三维森林结构
Volume Flow
Volume (m/yr)
3
非空间报告
二维森林结构
160,000
Block Size
50 40 % of Area 30 20 10
140,000
1st 2nd 3rd 4th
森林生态系统可持续管理和碳储存
Sustainable forest ecosystem management and carbon storage
Guoliang Liu (刘国良), Ph.D.,森林管理学博士 Forest Ecosystem Solutions Ltd., North Vancouver, BC, Canada gliu@forestecosystem.ca
Spatial Data Overlay
16
Landscape Unit coverage AT ESSF ICH ICH Biogeoclimatic Zones coverage
17
OUT
IN
OUT
Wildlife Habitat
Resultant coverage numerous polygons with unique attributes
ESAs Riparian Roads THLB
Patch Class
NP/NF
50
100
150
200
Year
森林管理包括:
林份部分 森林宏观部分
森林生态系统管理的基础是各种树份在不同的生长立 地条件下的自然生长动态变化和对人为的干预的反应 。这是很重要的森林管理部分. Stand level knowledge
1 6 11 16 21 26 31 36
Period (5 year period)
Period (5 year period)
ＦＳＯＳ
技术在加拿大的应用
各林业局, 林场每年采伐量的分析确定; 国家森林政策的评估; 木材生产分析和二十年采伐规划; 生物多样性分析规划; 森林游憩分析规划; 宏观营林分析规划; 动物生境分析规划;和 碳量的储存和循环分析．
加拿大Prince George 地区 包括林产品中的碳
报告第二部分：
• 森林生态系统优化模型FSOS介绍
森林生态系统的功能与价值 The values of forest ecosystems
木材产品
Volume Flow
160,000
就业
Block Size
50 40 % of Area 30 20 10
这个森林是碳汇，那个森林是碳源 我们常听到人们说这个森林是碳汇，那个森林是碳源。这误导了人 们。因为这些说法忽略了时间。世界上没有任何永久的碳汇也没有 永远的碳源。 人们把精力集中在这个森林是碳汇，那个森林是碳源， 碳循环过程 中的一个瞬间（20年）使森林碳储存问题复杂化。如果我们花一点 精力管理我们每一个林业局的碳储量，森林什么时候是碳汇什么时 候是碳源就很清楚了。今年碳储量增多了今年就是碳汇， 反之减少 了就是碳源。并且通过模型的模拟经营就可知道在不同的经营方案 情况下，整个林业局未来几百年每年的碳储量。也就知道整个林业 局未来几百年哪年是碳汇哪年是碳源。模型还可以帮助规划使森林 中的可持续碳储量提高。如果每个林业局的森林都能维持在较高的 碳储量状态，整个省，国家及世界的森林可持续碳储量就会提高， 空气中的二氧化碳量就会降低。更重要的是模型用人机智能优化方 法帮助平衡协调生态系统的多种功能如碳储存，氧气制造，水源涵 养，木材生产，经济效益，动物生境等。这样碳储量和森林其它指 标一样就容易衡量和监督。
早期间伐
V o lu m e (m 3 /h a )
1400 1200 1000 800 600 400 200 0
施肥 间伐和打枝 商业性间伐 皆伐
10
30
50
70
90
0
0
0
15
0 17
11
Stand Age (years)
13
19
0
模拟退火法的优化过程
2.5 2 Value / Initial Value Timber P_Size C_Size S_Stage V_Flow
报告分四个部分：
• 森林与碳循环概况 • 森林生态系统优化模型FSOS介绍 • 加拿大Prince George 森林地区案例分析 • 吉林白林业局案例分析
报告第一部分：
• 森林与碳循环概况
我国森林生态系统的管理现状
科学管理, 合理经营, 维持森林生态系统的健康和活力, 维护生物多元性. 满足社会经济发展的需求, 保证和促进社会,经济,资源,环境的持续协调发展.
% < 25 years
8 6 4 2 0 1 5 8 12 16 19 23 26 30 34 37
1
6
11
16
21
26
31
36
Achieved 8.1 5 3.7 5.1 4.6 4.6 4.6 4.3 4.3 4.6 3.8 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Target
Achieved 25.5 24.2 18 18.4 20.2 16.9 20.2 18.2 20 20 20 20 20 20 20 20 Target
GIS and FSOS
GIS:
GIS (地理信息系统) 已经得到了广泛的应用. 但主 要是用来存储数据和绘图.
FSOS (Forest Simulation Optimization System):
森林管理决策支持系统可利用GIS 数据对多种资源 目标同时进行优化.
FSOS是一种有时间概念的GIS; 是一种动态的GIS; 是一 种带有智能的GIS.
150
200（年）
FSOS 项目框架
管理目标 空间数据
动物生境层 积水区及水系层 景观,旅游层 生物多元化层 景观,旅游层 其它特殊要求层 道路系统 已批准的采伐林班 … 动物环境及生物多元性创造维持 景观, 旅游环境创造维持 理想集水区的创建与保持 生产林班的规划 木材的生产流量 碳量的储存与空气净化 现在的各林分状况 可能的树木生长曲线 可采伐性 营林方式 产品成本,价值 林份组成 碳含量
Economic
经济效益 环境效益
Environmental
社会效益
Social
优化算法
• 线性规划 • 随机算法
– – – – 人机智能 遗传算法 模拟退火法 踏步法
以理想结构为目标的森林生态系统 多种资源可持续规划管理技术(FSOS)
FSOS（Forest Simulation Optimization System) 使用人机智能算法可同时 进行多层资源持续性利用的规划．生态系统中的多曾资源包括： １） 木材产品的流量， ２） 碳量的储存和流动， ３） 动物生态环境的创造和维持， ４） 生物多元性的行成及维护, ５） 水资源的管理， ６） 森林景观的发展，和 ７） 其他可定义的森林生态资源． FSOS 具有一系列的功能, 从简单的森林采伐法规模拟到 复杂的优化, 使用者可做出选择. 即可根据当前的林业规则模拟森林动态, 评估现存 的策略, 又可以通过根据专家定义的目标或资源的理想状态, 制定出详 细的森林经营细则. 做出详细的各种资源的发展报告包阔表格, 曲线图 和地图.
0-40 ha -40% 40-80 ha -40% >80 ha -20%
资源层
121-250 yrs -40%
0-40 ha -30%
>250 yrs -20%
41-80 ha -30% >80 ha -40%
FSOS同时进行长中短期规划
长期宏观战略规划
中期经营规划
短期生产计划
0
5
20
50
100 Years
1.5
1
0.5
0 Iterations
二维, 三维显示
森林的变化
Current Condition +20 Years
+ 100 Years
+ 200 Years
环境目标的优化模拟
VQO Objectives - Retention
10
Watershed Management
30 % < 35 years 20 10 0
20
60
80
10
12
14
16
18
20
22
0 26
Year
24
28
0
加拿大Prince George 地区代表性林分 包括林产品中的碳
350 300 250 200 150 100 50 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3
传统方法
硬性规定: •绝对禁止采伐 •限制采伐 •商品林采伐 •不能…. 目标 采伐规章
Resultant Polygon
2000 2005 2010 2015 Forested
PATCH
Cutblock
验证?
加拿大80年代, 用模型模拟200, 现在用优化模拟模型
理想结构
班块分布目标 年龄结构目标 0-40 yrs -20% 41-120 yrs -20%
Patch Size
Patch Class
80% 60% 40% 20% 0% 0 50 100 150 200
>250 ha 80-250 ha 40-80 ha 0-40 ha
ESAs Riparian Roads THLB
?
Year
旅游 动物 水 生物多样性
优化,平衡和可持续利用多种森林资源 Optimize, sustain and balance objectives
经济
Volume (m /yr)
wenku.baidu.com
140,000
1st 2nd 3rd 4th
景观 空气(碳,氧)
3
120,000
100,000
0
50
100 Year
150
200
0 0-10 10-20 20-30 Block Size (ha) 30-40 >40
$
Land Classification
NP/NF
100%
Period (5 year period)
Period (5 year period)
Wildlife Corridor
100
Old Stand Patch Size Distribution
100% 80% 60% 40% 20%
Patch Size (Target)
>250 ha (>=0)
% >100 years
Spatial Resultant Polygon
Poly ID LU 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 16 16 16 16 16 17 17 17 17 17 17 Biogeo Connect AT ESSF AT ESSF ICH AT ESSF ICH AT ESSF ICH Out Out In In In In In In In Out Out
80 60 40 20 0 1 6 11 16 21 26 31 36
80-250 ha (>30%)
40-80 ha (35%) 0-40 ha (<35%)
0%
Achieved 49.2 56.2 70.6 72.8 82.6 81.2 79.1 78.3 70 70 70 70 70 70 70 70 Target
加拿大Prince George 地区 Forest level or landscape level
加拿大Prince George 地区代表性林份 不包括林产品中的碳
250 200 150 100 50 0 Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
40
面对不确定因素怎样做决定呢？ –是不是等到所有数据都准备好后在分析? –是不是能避免 缺少数据，不完善数据，不准确数据? –数据完善是不可能的 –收集数据和分析是同时发展的
报告第三部分：
• 加拿大Prince George 森林地区案例分析
6000000.00 5000000.00 4000000.00 3000000.00 2000000.00 1000000.00 0.00 1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 Period (5 years/period) 78 High Harvest Low Harvest No Harvest