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【科技改變林業】唐守正:林業界的統計學家

來源:院辦 時間:2018-10-18 15:07:00

中國綠色時報2018年10月18日專版


  作為一名數學博士,他長期躬耕踐行,上下求索,用數學方法解決林業難題,推動中國森林經理學科和林業統計學科發展,在森林經理、林業統計及計算機技術在林業中的應用等方面取得突出成就,為我國森林資源普查、森林經營水平提高、森林生態建設等作出了重要貢獻。


  他,就是從湖南邵東走出來的中國科學院院士,中國林業科學研究院首席科學家、研究員,我國著名森林經理學家、林業統計學家——唐守正。



  將數學方法應用于林業的初探


  “接觸林業,研究林業完全是出于當時的形勢所迫,源于當時特定的時代。”唐守正說。


  1959年,唐守正高中畢業。當時,針對“家庭出身有問題”的學生,國家有限制入學的政策,很多名校和專業不得招收。唐守正就是這“家庭出身有問題”中的一員。他酷愛數學,學習成績很好,當時報考的是北京大學,但因家庭出身問題無法實現心中的理想與愿望。


  當時的北京林學院,得知有許多像唐守正一樣的學生因政審“不合格”不能如愿踏進大學校門,專門請示教委,增加招生計劃,招收這些自身條件不錯而只是家族出身有問題的學生入學,以便培養更多的林業科學人才。請示獲得當時教委批準,不幸中的幸運,唐守正成為了北京林學院的大學生,由此,愛好數學并且數學成績特別好的他,改變了人生軌跡和發展方向。


  1963年,唐守正大學畢業,正處于國家如火如荼地開發大興安嶺,急需大量專業人才之時,唐守正響應國家號召,到艱苦的地方去,被分配至原林業部第二調查大隊,走進大興安嶺。


  當時的大興安嶺,尚處原始狀態,幾乎與世隔絕,荊棘叢生,沼澤遍地,沒有任何科研條件,大多時候是“滴水成冰,吐痰成釘”。為數不多的幾頂帳篷是唐守正等青年們的住所,因為無交通,生活物資全靠冬季大雪封路前提供,故缺衣少食為家常便飯。更為艱苦的是進行林業調查,腳,可說是他們唯一的交通工具,因此步行對他們來說是小菜一碟,翻山越嶺,跋山涉水,扛著帳篷,帶著鍋碗瓢盆,櫛風沐雨,披荊斬棘……走好幾百里進入林地,然后再走幾十里開展林業勘察。


  但這些難不倒唐守正,生來就愛琢磨的他,一邊工作一邊想,可不可以將數學用到林業勘測上。用現在的話來說,就是數學建模。唐守正想利用當時的航拍照片,加以數據分析建一模型用于森林資源調查,可惜研究尚未開始,“文革”到來,不得不停頓下來。


  但此時的唐守正,一點也沒有懈怠,他靜下心來潛心讀書。“那時有一點好處就是可以安心看書。我看了手頭留下的幾本書,還讓北京的同學捎去了幾本,也算是為以后的工作打下了一點基礎吧。”唐守正說。當時,研究雖然停滯,但是林業生產卻在熱火朝天地進行中。唐守正利用書本知識和親身實踐,開展了2項有影響力的研究。


  第一是利用航空照片進行森林蓄積量估計。在人工測量的年代,其大膽設想得到了當時領導的大力支持。為此,唐守正等人和當地林業局聯合開展實驗,用航空圖片和實地測量做數量化模型,發現估計的結果精度相當高,于是這種方法得到了生產部門的認可,并被運用到生產中。


  第二是經過理論推導和多方實驗,唐守正發現無論是用輪尺測量樹木還是用卷尺測量樹木,只要方法得當,測量結果相同,由此破除了當年普遍認為輪尺測量直徑小卷尺測量直徑大的觀點。


  唐守正說,在15年的野外調查研究中,發現許多技術問題可以用數學手段來解決,但感覺自己的數學知識尚不夠用。1978年,科技的春天到來,我國重新開始研究生招生,于是他先后考取了北京師范大學的數學碩士、概率論博士研究生,并獲得相應學位,開啟用“加減乘除”書寫綠色篇章的職業生涯。


 唐守正院士(右一)調研楸樹試驗林情況

森林生物量建模數據調查采集


  用數學思維解決林業實際問題


  唐守正表示,自己一直都對數學非常感興趣,想用數學思維解決林業實際問題。


  一次偶然的機會,唐守正獲得了去加拿大做博士后的機會,成為新中國第一個加拿大博士后。


  “到加拿大后才知道,用數學方法解決林業問題,在國外早已經形成了一個完整的學科,即林業數學或林業統計。”唐守正說,林業周期長,需要進行長期的觀測研究,離不開數學。森林有生長變化的規律,可以用數學方法來描述。


  回國后,他首次系統地把近代數量分析方法引入我國林業生產、科研和教學中,對林業的發展起到了很大的推動作用。


  “六五”期間,唐守正提出了廣林齡轉移矩陣模型,首次對我國用材林資源及發展趨勢進行了預測。該成果用于皆伐、擇伐、撫育伐以及造林更新經營措施綜合效果預估,豐富和發展了森林經理科學的內涵,為預測全國或地區的森林資源狀況開辟了新途徑,為林業部門制訂中長期計劃和發展規劃提供了科學依據,具有較高的實用價值和學術價值。


  “七五”期間,唐守正系統地將多元統計分析方法引入我國林業,其《多元統計分析方法》及為各種林業數值分析所編制的“IBM-PC系列程序集”在全國推廣應用,對林業生產、科研和教學產生了巨大的作用。如今,林學界已將“多元統計分析方法”列為正式的基礎學科,成為有關專業研究生的必修課。


  “八五”期間,在有關森林資源現代化管理及林分生長模型研究中,唐守正提出了森林資源管理“三個反饋環”模式,以及全林整體模型理論和經營措施效果定量分析方法,提高了我國人工林的經營水平。


  近年來,他主持開發的具有自主知識產權的林業統計分析軟件——統計之林,吸收了國內外統計軟件計算方法和在林學上應用的最新研究成果,在全國普遍應用,極大地帶動了國內外的林業統計應用。


唐守正院士的團隊


計模型及加權BEF法大區域森林生物量測算


  首次建立相容性生物量模型


  開展森林資源清查,及時掌握全國森林資源現狀和變化,是評價我國自然資源和生態狀況的主要依據之一,是國家宏觀決策的重要基礎。


  唐守正主持開展的與森林資源調查相結合的森林生物量測算技術研究,提出了非線性模型聯合估計方法,解決了生物量模型的相容性問題,研建的11個樹種(組)的生物量模型,是世界上第一次建立的相容性生物量模型;規范了森林生物量建模中的數據采集處理、模型研建和評價等方法。提出的基于連續清查樣地的加權BEF法,解決了與森林資源清查體系相結合的大區域森林生物量的估算問題。


  成果在國家森林資源連續清查和廣東、貴州省等省推廣應用,取得了良好的社會效益。首次成功運用生物量模型研究成果對全國森林生物量和碳儲量進行估算,估算結果顯示,在第七次全國森林資源清查期間,中國森林植被生物量總量為157.7億噸;森林植被碳儲量總量為78億噸。一些生態專家根據此數據,進一步推算出森林植被碳儲量,推算得出,相當于燃燒109億噸標準煤產生的碳排放量。中國森林生態系統在涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養物質、凈化大氣環境與生物多樣性保護6項服務功能總價值為每年10萬億元,相當于2009年我國GDP33.5萬億元的近1/3。


  這一成果已由國務院新聞辦公室對外發布。這不僅填補了我國在該研究領域的空白,而且為社會全面認識和客觀評價森林的地位和作用,健全生態效益補償機制,推進森林資源保育,促進區域可持續發展,以及客觀反映我國森林對全球碳循環,為減緩全球氣候變化所作貢獻,加快森林碳循環研究國際化進程,發揮了重要作用。


  “經過數十年的發展,我國森林資源清查體系不僅在清查方法和技術手段等方面與國際接軌,而且在組織管理和系統運行方面也規范高效起來,尤其是樣地數量之大、復查次數之多,高新技術與地面調查結合,統計結果之豐富,都足以說明我國森林資源清查體系已居世界先進行列。但是從發展的角度看,我國森林資源連續清查自動化水平還有待提高,實現國家與地方森林資源監測一體化,提供更多內容和更精細的時間、空間分辨率的高質量數據,滿足經濟社會發展的需要,還需作出更多的探索和努力。”唐守正說。


  林業學界名副其實的常青樹


  唐守正回國后不久,中國林科院森林經理學科所在的森林調查及計算技術研究開發中心擴建為資源信息研究所,森林經理學科從此步入快速發展期。


  憑著執著與堅守、嚴謹與求實的科學精神,以及厚實的科學知識和科學實踐基礎,唐守正數十年如一日地在森林調查、森林經理、林業統計及計算機技術在林業中應用等方面,攻克了一個又一個科研難題。先后獲得重大科研成果9項,其中獲國家科技進步二等獎2項,國家科技進步三等獎1項,省部級科技進步一等獎2項,省部級科技進步二等獎3項,省部級科技進步三等獎2項。出版專著6部,譯著1部,主編文集5部,發表論文120余篇。作為博士生導師,先后培養博士、碩士以及博士后數十名。培養的學生現均已成為林業科研、教學等領域的骨干。


  由于成就顯著,1990年,唐守正被國際數學會列入世界數學家名錄;1991年被國家教委授予“有突出貢獻的博士學位獲得者”稱號;1994年被授予國家有突出貢獻中青年專家稱號;1995年當選為中國科學院院士;2000年被評為“全國農業科技先進工作者”;2004年被授予“全國歸僑僑眷先進個人”榮譽稱號,并獲國家林業局“林業重大貢獻獎”;1997年-2007年,當選為第九屆、第十屆全國政協委員;2006年被聘請為國務院參事,2013年獲“全國優秀科技工作者”稱號;2014年獲第五屆全國杰出專業技術人才榮譽稱號。  

  “我國有世界最大的造林面積,卻沒有最好的森林經營技術,沒有發揮最大的生態效益,森林經營是改善這一現狀的重要手段。”談及我國森林經營的未來,唐守正認為,森林經營是對森林的積極保護。禁止一切人為干預的保護只是眾多保護手段中的一種,是被動手段。變被動保護為主動經營,提高森林質量、培育森林資源,是更高層次上的保護。他說,天然林也要經營。我國天然林分為原始林、過伐林、次生林和退化林,其中原始林僅占5.8%。除了原始林可以維持原樣外,大部分天然次生林和過伐林都需要科學撫育和科學經營。


  投身林業近50年,唐守正的足跡遍布了我國南北山林。他常教導學生說:“大自然是科學之母,是一切科學問題的出發點及歸宿;千里之行始于足下,解決實際問題必須要有堅實的實踐基礎;他山之石可以攻玉,將其他學科的知識應用于林業,很可能為林業發展尋得新的生長點。”


  如今,年近八旬的唐守正依然堅守在林業科研第一線,筆耕不輟,傾力服務社會,配合地方,在河南、云南等省區建立了多個“唐守正院士專家工作站”,是我國林業學界名副其實的常青樹。


人物檔案


  唐守正,1941年生于湖南邵東。中國科學院院士、森林經理學家、林業統計學家,中國林業科學研究院首席科學家、研究員、博士生導師,第九屆、第十屆全國政協委員,曾任全國政協資源環境委員會委員、國務院參事。


  長期從事森林調查、森林經理、林業統計及計算機技術在林業中的應用研究,獲得重大科研成果9項。被國際數學會列入世界數學家名錄,曾獲得“全國農業科技先進工作者”“全國優秀科技工作者”“全國杰出專業技術人才”等榮譽。


  作者:溫雅莉 王建蘭 宋平 


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