中国林草生态数字化治理决策模式研究

闫瑞华，李明伟

（1.国家林业和草原局 信息中心，北京 100714；2.青岛大学 商学院，山东 青岛 266071）

自然、数字二元世界的高度融合引发了爆炸式的数据增长和复杂化的数据使用，大数据作为互联网、云计算、人工智能等技术变革之后重要变革力量，成为了与自然资源、人力资源一样重要的战略资源，体现一个国家数据主权[1]。2021年10月，习近平在第34 次政治局集体学习时强调“数字经济健康发展”，数字化加速向社会治理、生态治理等领域渗透，全面赋能治理模式创新和跃迁升级。当前，云计算、5G、移动互联网、大数据、空间信息技术等数字技术与林草生态保护及治理融合应用，数字赋能使能效应越发凸显。2020年，国家林业和草原局发布《中国智慧林业发展指导意见》，指出要实现信息化在林业中的应用从零散化到全面融合应用创新。以大数据技术为基础，对以国家公园为主体的自然保护地体系下的重要自然生态系统、自然遗迹、自然景观和生物多样性提供信息化支撑，推进解决系统建设简单功能重复、数据采集标准不统一、数据更新人工参与较多、林草信息处理集成应用较少等问题，实现在生态管理层纵向逐级渗透酝酿、在生态业务领域不断积累实践的动态过程。

数字技术为在促进林草行业治理模式和管理决策创新创造了重大机遇：一是数字技术与林草多元生态治理深度融合，衍生新型治理模式。空间信息技术、遥感技术等数字技术广泛应用于林草治理海量数据分析及生态环境监测等多领域。其中，基于空间信息技术的林草生态应用系统可实现以生态要素空间分布特征为依据，综合数据分析处理和地理系统（GIS）平台二次开发，展示生态数字产品落图并辅助生态管理者进行任务部署和制定决策[2]。在系统应用过程中产生的大量数据将在业务处理、监管监测及细分生态类型等方面发挥重要作用。遥感技术则提供了生态环境监测的新视角，由地表地面监测向“天地一体化”监测发展。我国自主研发的商用遥感卫星星座，已可为森林资源调查、森林防火预警及扑救、野生动物保护、荒漠化防治、湿地保护、有害生物监测防治等工作提供精准、时间与空间分辨率高、覆盖能力强、响应速度快的卫星数据服务[3]。数字技术在林草生态保护修复、综合治理等各方面发挥了不可取代的关键作用，呈现出场景式应用、沉浸式交互、跨界式整合等新特性，在林草管理决策思路、手段等方面创造出新的价值[4]。然而，依靠数字技术应用和数字化设备迭代推进管理创新并辅助管理决策仍需要进一步挖掘数字化环境下生态治理决策背后的逻辑关系和因果关系，更有效地挖掘生态数据资源，释放数据价值。二是大数据向林草管理渗透，精准契合管理者新诉求驱动的新型管理决策范式。从概念上来说，管理决策是为满足生产管理需要而设计并执行方案的过程，管理决策范式是某个领域中普遍认同并采用的理念和方法论[5]。在大数据环境下，管理决策正在从以业务流程为中心向以数据为中心转变，各方参与角色与重要度更趋于多元，决策范式在数字化情境、管理主体、展示方式、业务流程等方面发生了深刻改变[6-7]。

林草生态治理是以保护和改善陆地生态环境为目标，以规范和管理人类对“山水林田湖草沙”各类生态的开发利用活动为基础，通过保护、经营、抚育、治理等系列措施，优化生态系统结构，增强生态功能，改善生态环境，实现人类与自然和谐发展的活动[8-9]。基于大数据环境，林草生态治理决策将生态数据资源转化为实现生态价值的生产力，不但将先进的数字化分析技术和可视化工具运用到管理创新实践当中，更是创新生态治理模式，调和各级各方生态管理者的责任义务，赋能生态数据资源价值，逐步由被动决策向主动决策、由完全理性决策向有限理性决策、由独立生态决策向多元生态决策演变，林草治理决策开启数字化决策创新范式[10]。林草生态数字化决策范式是为了实现林草综合治理目标，通过林草生态网络感知而制定设计计划方案的过程，一般包含数字化情景、决策主体、假设条件、业务流程等要素[11-13]。本研究围绕林草生态数字化治理及管理决策创新，从生态治理时代特征、数字化赋能、数字化使能三个维度，剖析数字化环境下林草治理决策的时代特征，分析生态治理环境变化特征以及生态治理逻辑思路变化特征；进而探讨数字化赋能林草治理与管理，促进生态状况监测、全要素数字表达及业务流程呈现等过程创新的实现机制。本研究为构建林草治理决策范式创新的理论框架，提高数字化环境下林草生态保护及管理效能提供理论依据。

一、“林草之治”数字时代新特征

数字化赋予林草治理生态新内涵和新属性，形成以林草自然生态和数字技术创新应用生态相互叠加为基石的林草治理“数字生态”。在数字化环境下，受到数字技术驱动，林草生态治理活动主题的行为特征、监测手段以及治理过程等都发生了巨大变化，最重要的特征就是林草生态治理、管理转向高质量发展，其内在属性、发展要求、核心动力等主要特征都发生了关键性的转换和转变。

（一）“数字生态”成为“林草之治”的新属性

自然生态群落分布特征和结构关系直接影响林草治理“数字生态”系统属性。处理好“自然生态”与“数字生态”之间相互依存和紧密联系，需充分把握“林草之治”新属性即“数字生态性”特征。传统模式下林草生态治理依赖于自然生态环境，并涉及到的空间、技术等要素相对稳定性和独立性。生态管理者主要是通过特定的管理流程和监测方式，为特定群众提供特定的自然生态服务。随着数字技术不断嵌入，以空间要素和技术要素联动为主线，林草生态治理中的“数字生态”特征越发凸显，自然生态与数字生态、技术实体与虚拟生态融合叠加，构建起“林草之治”的数字创新生态架构，产生林草治理“生态属性”变化（表1）。

表1 林草治理“生态属性”变化

林草治理“数字生态”的时空迁移。自然生态数字化是将“山水林田湖草沙”全部生态种类作为一个统一的“自然体”，按照多元生态的整体性、系统性及其内在规律，融合数据要素和数字技术，将森林资源群落演进、草原牧畜量平衡、湿地资源演变、干旱地区绿洲化荒漠化动态关系、生态效益外溢等自然生态变化迁移到虚拟数字空间，所展示的生态状况不再受到物理时空的限制，可以对林草多元生态进行全过程、全要素、全周期的数字化管理。

林草治理“数字生态”的技术赋能。数字技术应用及创新生态旨在建立一个林草生态网络感知体系，构建成为集合各类先进技术、标准管理制度、多种信息资源于一体的结合体；兼容“数字生态”区域分布广、时空变化快、监测标准多等信息化特点，融入生态工程信息、技术、组织机构等信息生态元素，利用遥感卫星、无人机航拍、移动网络等传输媒介，形成高精度、立体化、全覆盖的生态监测网络。同时，围绕关键技术“生态物种”，实现数据资源互联互通和深层次开发利用，促进信息技术与生态业务逻辑深度融合。在此过程中，林草自然生态和数字生态中的空间、技术等要素都发生了巨大变化，两种生态相互依存、相辅相成。“数字生态”的出现，扩展了自然生态管理范围，变革了生态治理模式，激活了生态资源价值。

（二）“系统协调”成为林草生态治理的新要求

分布式、模块化治理单元构成了林草生态多元治理的基础。生态信息监测、数据分析、效益评价等均要求生态管理者需及时处置生态、环境、技术、经济、社会等多种可控或不可控因素产生复杂影响，并将生态因素和保护治理目标统一在林草数字化治理这一多维空间当中，实现信息系统、数据资源等要素的协调平衡，体现出数字化治理的“系统协调”要求（表2）。

表2 林草治理“系统协调”变化

从信息系统角度来看，传统模式下信息化技术应用主要聚焦于单一、独立“小而美”的功能应用，从而实现应用系统的适用性最大化，而在数字化环境下，信息系统和数字技术以林草多元生态综合治理为最终目标，破除各个信息系统之间壁垒屏障，发展“系统耦合+数据共享”的生态协作关系，保障信息系统的内部资源、组织关系、数据循环的稳定有序，保证数字技术与林草治理之间的“供需”平衡。

从数据资源应用角度来看，随着数字化不断演化发展，生态资源数据有助于更好地刻画林草各类生态的实际状态，是生态管理者制定正确治理、管理决策的数据保障。数字化环境下，林草生态数字生态将逐步与外部社会、经济、政策等环境因素相协调，在社会层面实现信息资源共享，使生态效益得到最大程度的发挥和利用。

（三）“数字价值”成为林草生态资源价值创新的核心动力

数字生态是自然生态的资源载体，显现和传播生态价值，同时也是一种林草生态治理、管理的价值再造过程，可创造新的生态价值，体现了林草生态资源的“数字价值”变化（表3）。

表3 林草资源“数字价值”变化

在资金技术的供应、造林绿化的生产、信息传输和数据监测的服务、防风固沙和水土保持的产出等价值链中，林草治理实现自主的生态演进和价值增值：一方面，历经多年的林草信息化建设，管理部门已积累丰富信息及数据资源。以管理部门及相关生态管理者多元业务数字化需求为驱动，引入遥感卫星、传感器、处理器、互联网及智能终端应用，实现对生态资源数据价值和规律的获取及挖掘，用于分析生态状况并实现自主学习，提高生态信息资源的价值覆盖度、提升系统间活动的功能耦合度，实现林草生态的数字化价值。另一方面，借助广泛互联的数字空间不断加强与实体物质、能量、信息等连接、交换，推进“万物互联”，聚焦业务需求，设计服务产品，提供数字化服务，提升信息资源交换频率和速率，优化数字资源配置，压缩生态治理成本，延长生态收益链条，延伸林草生态价值链的生命周期，实现生态信息资源无障碍传递和生态价值链的增值，创造生态价值。

二、数字化赋能林草治理决策

数字技术发展对林草行业治理方式、治理结构带来了深刻影响，并深入推进了组织变革。当前，林草生态治理已进入全域网络感知阶段，治理决策模式逐步呈现出数字化治理的结构性特征。面向多边决策主体，林草生态治理决策不再是单一生态单元或者独立部门的事情，而是必须从多元生态综合保护视角做出更为完备的权衡，从而实现自然保护地、陆生野生动植物、重大生态工程等自然生态领域的业务管理工作和生态状况监测、全要素数字表达、业务流程呈现等数字化赋能手段之间的双向驱动，如图1所示，进而推动解决林草生态资源治理精准感知和即时决策中的“痛点”问题。

图1 数字化赋能林草治理决策

（一）以生态状况动态监测与感知反映多元生态演进规律

生态运行监测是林草生态治理决策的关键节点。数字化环境下，林草生态综合治理决策需求较传统模式更加强调实时、准确和全面。以现有林草行业监测网络架构利用为基础，围绕森林、湿地、荒漠及草原等生态系统和病虫害等重大生态问题，汇聚分布在各生态系统的定位观测研究站数据、全国范围内多期地面调查数据以及一线生态管护员、护理员的实时监测情报，实现了生态状况的精准监测，为提高生态治理决策水平打下了良好基础。

我国已建立中国生态系统研究网络（CERN）、中国生态系统观测研究网络（CNERN）、国家林业和草原局监测网络（CFERN）和各级自然保护区监测网络等多类别系统监测或分析平台。上述各平台数据接入点已覆盖各级森林站、草原站、湿地站和荒漠站。从站级至系统平台需加快整合大量不同来源的异质异构数据，处理实时上报的紧急信息，提供可供各类用户浏览、查询、下载的共享数据[14]。通过建立“天空地”一体化监测体系框架，实现卫星定点时段全域监测、无人机重点时段动态监测、“瞭望塔+护林员+检查站+视频监控”全天候重点监测，感知自然生态系统保护修复、栖息地恢复修复、旗舰物种种群复壮、自然生态廊道建设等多元真实生态，建立国家公园与自然保护区之间、国家公园与自然公园之间、自然保护区与自然公园之间的泛在连接。针对不同的感知环节，主要生态保护区实现了野外管护巡护、天空地一体化监测管理、应急防灾救灾、疫源疫病防控和有害生物防治等保护管理等的分阶段感知、识别、管理和控制：预警环节，注重识别的简便、快速、微量、精准；处置环节，注重监测技术的区域集成和全景布设模式，重点保证生态监测技术与预警防控技术融合，使“数字生态”可以自我学习、智慧成长。

（二）以全要素数字表达实现自然生态与数字生态间的精准映射

数字技术能够更加贴合实际场景展示林草生态状况和发展演化进程，并设计更为符合生态治理规律的数字化产品。通过采集天空地不同层面不同区域和层级的数据，结合信息化管理平台、遥感图像解译模型和计算机软硬件的发展，建立以“山水林田湖草沙”多元生态业务数据为主干、以林业、草原、国家公园重点领域动态监测、智慧监管和灾害预警等为关注重点、以水土气象环境数据为补充的全空间、全要素、全过程、一体化的生态数据体系，形成符合生态实际状况的设计方案。

基于多时期、多类型的生态数据底板和生态环境时空数据构建多层级、多区域的生态时空数据融合框架，对多元生态进行全要素数字建模。基于数字模型，识别数据特征、匹配数据标准、分析问题数据，实现由粗到细、由宏观到微观、由个别到全局等不同颗粒度、不同精细化的生态状况数字还原，在不同参数、不同环境下模拟自然生态，培育“数字生态”的全要素数字化表达能力，通过自然生态与数字生态的一一映射，形成“山水林田湖草沙”多元生态数字化管理新模式。为了更好满足数字化时代生态环境保护日益凸显的战略位置，基于已有地理信息数据或者生态物理实体，针对不同的语境表达，最大限度上提供针对不同生态要素的数字化表达方式。立足“山水林田湖草沙”各类生态要素，进行精确标识，实现多元生态物种快速检索、定位及信息关联，构建多个生态图层，分层表达水土保持、水源涵养、防风固沙、生态固碳等多种生态需求；针对多样性程度较高的生物单体，进行实体对象精细建模，并在多尺度、多层次的生态场景中实现数字化呈现。

（三）以丰富业务流程呈现方式打通多元生态业务间的内在逻辑

生态管理者运用数字技术，可以制定更加优化的业务流程和治理决策。针对多元生态具体对象或业务场景，实现数字空间与现实生态之间实现双向互动，既能够在数字空间再现、影响、驱动现实中生态业务，也可以从生态业务逻辑中向数字空间输入数据、上报情况等，构建多元生态业务流程呈现能力。在历史生态数据和业务需求获取受限时，生态管理者可以通过实时影像数据进行动态决策，特别是非结构化数据成为生态治理决策重要依据后，遥感卫片、无人机光谱影像等数据产品可以提供生态治理成效和趋势发展的重要信息，从而更好地制定治理政策，提高生态保护管理效益。

基于数字生态三维空间展示模型，生态管理者可针对森林、草原、湿地、荒漠、动植物等不同的生态业务场景，进行生态空间的数据计算和分析，实现差异化管理决策。也可针对不同时期的生态因素，差异化构建不同因素影响下的生态场景数据模型。比如在防治有害生物蔓延过程中，围绕松材线虫“传入-定殖-扩散-暴发”的生态入侵过程，在早期预警与扩散阻截环节，注重早期识别数字技术的快速、灵敏和精准，特别是现地虫害应急处置时，突出生态数据传输的实时、高效；在大面积发生阶段，注重防控技术的区域集成创新和全程防控模式，重点研发基于植物多样性、种群时空结构及林分立地调控的生态阻抗与修复技术，基于新型生物制剂和天敌的绿色防控技术，构建森林生态屏障抵御与阻截体系。针对特定业务流程，提供“一物一系统”业务管理模式并推进业务流程可视化呈现。依托业务逻辑和工作经验积累，通过业务工作界面拆分和重塑业务流程进行：事前，各级用户界面的静态数据呈现；事中，对林草业务全过程留痕，提供事件处理预案模板；事后，回溯业务办理的产生、经过、结果全流程，对业务流程可视化闭环管理，实现多元生态业务流程全貌到具体处理细节，再到实时随机监控的多节点“打开”，展现生态业务流程的各个场景。

三、数字化使能林草治理决策模式创新

林草行业由传统治理决策模式向数字化治理决策模式转变过程中，将数字化作为一个现代化生产要素或进步技术引入，同时也受到技术、经济、社会和自然条件相互促进、相互制约发展，基于林草生态网络感知体系研究进行了颠覆性、结构性的生态治理变革，形成林草生态数字化管理决策模式。作为林草生态治理决策的重要推动力，数字技术应用不仅可以提高治理决策效率，更能够创造新的治理模式、定义新的决策范式，进而高质量推动生态文明建设和绿色经济持续发展。图2从生态状况感知、生态资源服务、多元生态治理等方面展示了林草生态治理的数字化使能价值创新。

图2 数字化使能林草治理决策模式创新

（一）数字化使能生态状态“被动式感知”向“预测式感知”转变

林草生态状况感知是林草数字化治理决策化被动为主动、由事后回溯补救为事前预测防范的重要数字使能体现。在数字化环境下，生态数据资源储备量远较过去丰富完备，生态管理者可以从管理决策层面高度重视生态突发事件的预测和预防。

1.数字化使能的感知需求价值

林草生态资源面向生态管理者和大众展现潜在使用价值，破解数据“过载”且“更新缓慢”的问题。实践中，应用模型计算、图像数据、仪器测量等数字技术，基于夜空亮度测量重要参数，为暗夜公园建设提供数据支撑，制定夜空计划，根据夜空亮度阈值的高低制定管理目标和生态体验方案[15]。生态管理者根据所面临的生态问题，提炼出感知需求，模拟不同的决策情景，运行不同的大数据技术和理论，呈现出不同的生态状态感知“预测式”态势。

2.数字化使能的感知技术价值

从大数据集合中提炼具有生态价值的小集合，集中优势资源和靶向数据，将林草治理决策工作重点从“被动记录”向“主动创造”数据价值转变。实践中，国家公园自然保护地监测数据应用强化了典型生态系统、应急防灾救灾、生态廊道模型、科普宣教和生态体验等数据进行收集整理并进一步数据分析处理，可以初步评估生态治理状况和生态发展趋势，为提高生态治理水平打下坚实的基础[16]。通过建立不同面积的森林生态多样性监测样地和红外相机全域网格化布设，实现钱江源国家公园全域及毗邻合作保护区、重要生态系统及关键物种的动态监测，正对关键动物栖息地破碎化严重等问题，采取自然恢复和人工干预等手段，逐步恢复常绿阔叶林生境，改造和提升人工杉木林的物种多样性，促进斑块间种群基因交流[17-18]。

（二）数字化使能生态资源“单元生态治理”向“多元生态治理”转变

生态管理者构建数字模型，重点围绕栖息地恢复修复、旗舰物种种群复壮和自然生态廊道建设等重点业务需求，将过去“分而治之”的生态领域统筹起来，将各类生态数字产品或服务关联起来，形成数字化、网络化的生态群落，明确数字感知范围边界和实施方式，落实“生态优先，生产生态兼顾”原则，全面掌握我国林草生态健康、质量、功能状况及动态变化情况。

1.数字化使能的治理需求价值

以生态应用场景为需求导向，将历年治理成果和决策内容作为后续管理工作的重要支撑，在自然保护地、陆生野生动植物、重大生态工程等领域等需求之上搭建应用场景，从“单次线性治理”向“累进循环治理”转变。在林草生态数字化治理和服务模式创新中，对于如何充分调动生态群落中各类参与者的积极性，鼓励现有的参与者持续进行生态管理创新问题，打破传统生态治理模式统一生态管理标准，量化生态群落的开放程度，针对不同保护区内区域地质结构，提供建立一个排他的生态群落，或者推动多个生态群落互联互通互享等多种治理决策思路选项。

2.数字化使能的治理技术价值

基于多元生态综合治理模式，完善自然保护地体系，对生物种类和环境条件开展专项研究，制定生态治理决策的最优模式，促进林草生态保护治理和绿色利用之间的平衡，将“绿水青山就是金山银山”理念落实到具体规划建设上。在快速、大面积监测国家级自然保护区方面，应用遥感技术监测生态用地状况开展了很多深入研究，特别是高分卫星实现提供亚米级高分辨率对地观测技术后，根据高空间分辨率的遥感数据空间信息和纹理特征，利用面向对象的多尺度分割方法对遥感数据进行图像分割，实现遥感分类模型构建及自然保护区生态用地分类，可以帮助生态管理者解决区域生态用地低劣细小、破碎以及随机性强等问题，并在此基础上提供更具经济性和便捷性的准确有效数据源[19-21]。

（三）数字化使能生态价值从“定性治理评估”向“定量治理评估”转变

林草生态治理和数字化技术应用有机融合，将先治理后评价向全过程评价转变，建立符合具体地域生态治理管理需要的多维评价体系。

1.数字化使能的评价需求价值

在这数字量化治理评估模式下，生态管理者通过自然资源资产评估数据，定量掌控林草生态系统生产能力，发掘林草生态生产对经济社会发展的支撑作用，并以此来评估生态环境保护治理成效。例如，东北虎豹国家公园将土地资产（包括森林资产和湿地资产）、物质产品资产（包括立木资产和非木质产品资产）和生态资产（包括碳汇资产和土壤养分资产）等部分自然资源资产作为评估重要依据，把不同质量等级的自然资源资产提供的产品存量、流量和生态服务质量转化为货币计量，加总实现自然资源资产总价值，就涵养水源、保育土壤、固碳释氧等生态服务价值进行动态定价[22-23]。

2.数字化使能的评价技术价值

借助数字化及相关技术，生态管理者不仅仅是记录下林草生态环境要素指标变化，更是基于大数据、云计算等手段显化、量化林草自然资源资产，真实反映自然资源的稀缺性，提供以数据为支撑的生态资源服务，从而制定更加多元、优化的生态管理治理决策。如，北罗霄国家森林公园基于地理信息系统的数字技术应用，构建了公园保护新模式，从自然环境、景观条件、安全条件和基础设施等方面进行分析评价，提出开发的房车露营项目对北罗霄国家森林公园的自然生态产生了一定影响，并对山岳型景区帐篷营地空间适宜性进行快速定量评价，推动了森林风景资源的严格保护和科学合理利用[24-26]。

四、结论

数字化相关技术促进了林草生态治理决策逻辑变化和实践思路变革，提高生态管理者工作效率。本研究围绕生态状况监测、数字化表达、业务流程设计等方面梳理提炼出数字赋能规律，即以生态状况动态监测与感知反映多元生态演进规律、以全要素数字表达实现自然生态与数字生态间的精准映射、以丰富业务流程呈现方式打通多元生态业务间的内在逻辑，为数字经济时代的林草生态治理决策模式创新提供了新路径。按照数字化使能影响范围和程度，本研究分层次探讨了林草数字化的创新作用，总结了林草数字化积累的基本经验，提出林草生态治理基于“数字生态”新属性，提炼出数字化使能的需求价值和技术价值，聚焦生态感知、治理、评价创新阐释数字化赋能林草治理“数字范式”。但是，囿于林草行业数字化发展不均衡的现状，生态治理中的数字化基因尚未充分激活，需进一步考虑地域数字化水平的差异、管理模式的复杂度、技术创新的周期律等因素，加强林草生态业务和组织管理模式研究。