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中新網遼寧清原8月5日電 (記者 孫自法)被譽為“地球之肺”的森林，作為陸地生態系統的重要組成部分，是具有全球重要意義和深遠影響的“碳庫”資源。在全球氣候變化和“雙碳”(碳達峰、碳中和)目標背景下，如何利用先進科技手段守護好、利用好森林資源，一直以來廣受關注。
記者最近探訪依托中國科學院沈陽應用生態研究所(沈陽生態所)建設和運行的遼寧清原森林生態系統國家野外科學觀測研究站/中國科學院清原森林生態系統觀測研究站(清原森林站)獲悉，這座深藏于東北深山之中的“森林碳庫守護者”建站以來“20多年磨一劍”，以信息技術手段致力于形成全覆蓋、大融合的林業大數據網絡，已打造出多要素、多尺度、多過程一體化的“智慧森林管理平臺”，為“智慧守護”“地球之肺”等探索出森林生態系統科研新范式。
為什么要建設清原森林站？
中國科學院沈陽生態所所長、清原森林站站長朱教君研究員作為該站的創立者，見證清原森林站從無到有、從小到大、由弱漸強和從傳統管理逐步實現智慧運行的全過程，說起建站緣由及意義，他如數家珍娓娓道來……
東北是中國天然林最集中分布區，東北森林面積占全國林地面積約1/3。由于長期高強度人為干擾，東北森林資源銳減、質量/功能嚴重下降。如何提高東北次生林生態系統的生產、生態功能(提質)，有效破解森林生態保護、恢復與林區經濟發展之間的矛盾(增效)，是實現東北森林特別是次生林生態系統可持續發展面臨的巨大挑戰。
基于此，中國科學院沈陽生態所2002年選址中國溫帶(東北)次生林生態系統典型分布區和重要水源涵養林區建設清原森林站，旨在建成集觀測、研究、試驗、示范、教學和科普于一體的綜合野外支撐平臺，通過開展長期、系統、深入研究與監測，實現森林生態保護與林區經濟發展雙贏，助力東北全面振興，助推國家和區域生態文明建設。
朱教君指出，建設清原森林站的目的與意義，概括起來主要包括三個方面：一是完善中國重要地帶性森林生態系統國家野外觀測站布局，豐富森林生態系統的觀測、研究與示范，填補溫帶次生林生態系統觀測、研究空白；二是提升溫帶次生林生態系統原創性研究(聯網研究)能力，回答重大林業科學問題，促進森林生態學等應用生態學學科發展與進步；三是利用沈陽生態所已有國際合作基礎，提高溫帶次生林生態系統觀測、研究水平，提升中國森林科學的國際影響力，為國家或地區的宏觀決策提供科學依據和決策支撐。
如何打造“智慧”野外臺站？
歷經20年努力建設，清原森林站2012年成為中國科學院“院級站”，并于2014年列入中國生態系統研究網絡(CERN)，2020年躋身國家野外科學觀測研究站行列。
朱教君表示，近年來，清原森林站持續推進信息化建設，積極利用先進科技手段打造“智慧”野外臺站。截至目前，圍繞次生林生態系統開展相關觀測、研究工作，清原森林站已建有科研樣地群、塔群監測平臺、野外增溫試驗平臺、水文觀測平臺、多功能數據中心和物聯網平臺等六大信息化平臺設施。
這個過程中，清原森林站已搭建鏈接103套設備、321個傳感器設備物聯網系統，實現4G/5G覆蓋、無線網絡傳輸、萬兆光纖有線傳輸，并通過2臺機架式高性能服務器建立起多功能數據中心，提高森林結構-功能信息自動獲取和分析效率，大幅提升野外站觀測/研究信息化水平。
在六大信息化平臺當中，最重要的森林“智慧守護”者——次生林生態系統塔群監測平臺(科爾塔群)包括天然闊葉混交林、天然蒙古櫟林、落葉松人工林3座觀測塔，它們集多類科研設施于一體，可高質量獲取森林生態系統的全息三維結構與動態、通量監測數據和生態水文數據。
朱教君透露，“三足鼎立”的塔群監測平臺還增設土壤溫度傳感器、林內光量子矩陣傳感器和魚眼相機，對塔群固定樣地群進行補充調查，年均獲得監測數據約410GB，既為在清原森林站開展工作的科研機構人員提供數據服務，也為國家重大科技項目提供基礎數據支持。
此外，多功能數據中心、物聯網平臺也是清原森林站“智慧”運行管理的核心支撐。多功能數據中心配置有計算儲存平臺和虛擬化平臺，實現對水、土、氣、生觀測數據的存儲、分析與管理，滿足科研人員對各類大數據的計算分析需求。清原森林站物聯網平臺則基于已有網絡覆蓋的基礎，通過建設4G/5G基站實現觀測樣地的網絡覆蓋，通過鋪設光纖方式把數據有線傳輸回該站多功能數據中心和CERN數據中心，實現野外復雜環境下數據穩定可靠接入和采集。
科研新范式建設有何成效？
作為“森林碳庫守護者”，清原森林站建設“智慧守護”信息化平臺、打造出野外臺站科研新范式以來，能為科研機構和科研人員提供怎樣的高效服務？實際應用效果如何？
朱教君表示，清原森林站持續探索科研新范式，積極布局六大信息化平臺建設，目前已收獲一系列重要成效：
一是實現多尺度、多要素、多過程碳通量監測數據集成，精準核算森林碳匯。針對當前森林碳匯核算存在估算不確定性大、森林三維結構不清、碳匯驅動機制不明等問題，清原森林站依托信息化平臺建設，融合物聯網、人工智能和大數據等先進的信息化技術，打造數據獲取、自動傳輸、智能分析、管理決策和可視化的全鏈條信息化平臺，實現森林生態系統多尺度、多要素、多過程長期碳通量觀測數據的聯網獲取與存儲、計算與分析、質控與共享、展示與應用，全面提升森林碳匯研究的信息化能力，探索碳中和目標下生態學研究的科研范式變革與實現途徑。在此基礎上，促進生態系統生態學、林學等學科知識創新，為森林結構優化與增匯管理提供決策支撐。
二是創新建成以科爾塔群為紐帶的“天-空-塔-地”一體化綜合評估技術體系，科學評估重大生態工程建設成效，首次對三北工程建設做出科學、客觀的歷史性評價，支撐國家出臺《天然林保護修復制度方案》；在中國北方生態安全屏障建設成效評估研究方面，針對“北方生態安全屏障”近10年(2012-2022)建設情況進行綜合評估，并與前30年(1978-2012)進行全面對比，并提出新的對策和建議。
三是集成森林生態系統結構與功能一體化綜合研究平臺，為區域生態文明建設提供科技支撐，包括打造跨尺度森林水文過程研究平臺，服務區域生態水安全；開發森林生物資源從監測到識別的全鏈智能化系統，科技支撐森林生物多樣性維持與改善。
怎樣規劃未來進一步發展？
朱教君指出，目前，全世界正處于一個次生森林植被的時代，次生林占全球森林資源近60%。雖然次生林存在質量降低、功能低下等問題，但次生林生態系統在維系區域生態安全、滿足木材生產需求等方面仍發揮舉足輕重的作用。清原森林站在探索科研新范式、打造“森林碳庫智慧守護者”基礎上，已經未雨綢繆，著手謀劃未來進一步發展。
他透露，清原森林站將立足東北、面向全國、走向世界，建設成為集觀測、研究、試驗、示范、教學、科普和開發于一體，以森林生態系統為主體，兼顧“山水林田湖草沙”多系統，具有國際影響力的世界一流野外綜合“超級站”；成為溫帶(東北)次生林生態系統資源、環境、生態功能等要素長期、系統觀測基地，建成森林生態學、森林培育學、地球科學等領域創新研究基地，生態學領域高端人才培養和科普教育基地，區域可持續發展技術研發、集成與示范推廣基地，中外學術交流與合作研究基地，大數據網絡信息示范基地。
同時，清原森林站將牽頭東北森林野外站聯盟，為保障國家生態安全、實現“綠水青山就是金山銀山”、實現碳達峰碳中和、加強黑土地保護等生態文明建設目標提供科技支撐。
至于清原森林站作為“智慧”野外臺站的后續發展方向，該站副站長于立忠認為，結合“智慧”野外臺站運行管理、科學研究需要，未來進一步結合應用大數據、人工智能等前沿技術，推出類似ChatGPT的服務模式及產品，也是發展方向與目標之一。
朱教君表示，清原森林站未來還將推動觀測數據開放共享和加強國際交流合作，面向全球性重大科學問題和重大國家需求，與國際長期生態學研究網絡(ILTER)、國際通量網(FLUXNET)等國際知名研究(試驗)網絡密切開展交流合作，提升國際影響力。(完)