“基于土壤景觀理論和環(huán)境遙感大數(shù)據(jù),我們科研團(tuán)隊(duì)在浙江大學(xué)教授史舟的帶領(lǐng)下,于2019年開發(fā)出了我國(guó)首個(gè)90米空間分辨率土壤有機(jī)質(zhì)和酸堿度數(shù)字制圖產(chǎn)品?!闭憬髮W(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心青年科學(xué)家陳頌超于近日在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)介紹,“有了這個(gè)產(chǎn)品,我們就可以給土壤做‘CT’,幫助其更好地預(yù)防隱疾?!?/p>
據(jù)悉,這一產(chǎn)品集成了機(jī)器學(xué)習(xí)和土壤有機(jī)質(zhì)與酸堿度混合空間預(yù)測(cè)模型,已被用于評(píng)估國(guó)內(nèi)各個(gè)地區(qū)土壤質(zhì)量的變化趨勢(shì)。
不久前,陳頌超獲得第二屆“Dan Yaalon青年科學(xué)家獎(jiǎng)?wù)隆保蔀槿虻谌猾@得該獎(jiǎng)?wù)碌膶W(xué)者。該獎(jiǎng)?wù)率菄?guó)際土壤學(xué)聯(lián)合會(huì)唯一針對(duì)青年學(xué)者設(shè)置的獎(jiǎng)項(xiàng),每四年頒發(fā)一次,主要表彰在土壤地理等領(lǐng)域作出重要貢獻(xiàn)并具發(fā)展?jié)摿Φ那嗄陮W(xué)者。
研發(fā)土壤固碳潛力評(píng)估產(chǎn)品
“進(jìn)入大學(xué)后,我起初學(xué)習(xí)的專業(yè)是應(yīng)用生物科學(xué)(農(nóng)學(xué)大類)。但在經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)后,結(jié)合個(gè)人興趣,我選擇了農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境這一細(xì)分專業(yè)。”陳頌超回憶道。
轉(zhuǎn)入新專業(yè)后,陳頌超很快就發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題。“傳統(tǒng)的土壤調(diào)查和制圖技術(shù)往往依賴專業(yè)人士的經(jīng)驗(yàn)判斷,存在周期長(zhǎng)、精度低等問題,難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模土壤信息的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)和管理?!彼f。
為了更好地解決這一問題,陳頌超干脆將此作為自己的研究方向——通過數(shù)字土壤制圖技術(shù)來精準(zhǔn)表征土壤信息的時(shí)空分布,“類似于給土壤做精細(xì)的‘體檢’”。
2015年12月,第21屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)舉辦期間,作為大會(huì)東道主的法國(guó)農(nóng)業(yè)部提出了名為“千分之四計(jì)劃:服務(wù)于糧食安全和氣候的土壤”的國(guó)際動(dòng)議。該計(jì)劃旨在每年提升土壤中千分之四的有機(jī)碳含量,在增強(qiáng)糧食安全的同時(shí),通過土壤固碳以降低大氣中CO2的濃度,進(jìn)而減緩氣候變化。
考慮到土壤—?dú)夂蛱匦缘木薮蟛顒e,不同國(guó)家和地區(qū)的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量和CO2排放量均有差別,因此精準(zhǔn)估算土壤固碳潛力是科學(xué)評(píng)估不同地區(qū)是否能夠落實(shí)該計(jì)劃的關(guān)鍵。
基于這一背景,當(dāng)時(shí)正在法國(guó)攻讀博士學(xué)位的陳頌超,與法國(guó)科研團(tuán)隊(duì)通過數(shù)字土壤制圖技術(shù),研發(fā)出法國(guó)第一套90米空間分辨率土壤固碳潛力評(píng)估產(chǎn)品。
“空間分辨率是指遙感影像上能夠識(shí)別的兩個(gè)相鄰地物的最小距離。當(dāng)時(shí)團(tuán)隊(duì)主要繪制了理論條件下和當(dāng)前耕作技術(shù)下,農(nóng)田土壤固碳潛力的空間分布?!标愴灣榻B,這一土壤固碳潛力評(píng)估產(chǎn)品已被法國(guó)農(nóng)業(yè)部采用,相關(guān)數(shù)據(jù)被用于評(píng)估法國(guó)實(shí)現(xiàn)“千分之四計(jì)劃”的可行性。
搭建土壤大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)
繼開發(fā)土壤固碳潛力評(píng)估產(chǎn)品之后,在史舟的帶領(lǐng)下,陳頌超又首次完成我國(guó)90米空間分辨率土壤有機(jī)質(zhì)和酸堿度數(shù)字制圖,為摸清我國(guó)土壤資源情況、評(píng)估土壤質(zhì)量變化趨勢(shì)提供了參考數(shù)據(jù)。
據(jù)介紹,通過挖掘土壤采樣點(diǎn)信息與環(huán)境變量之間的相關(guān)性,實(shí)現(xiàn)土壤數(shù)據(jù)從點(diǎn)到面再到三維空間的精準(zhǔn)表征,可以實(shí)時(shí)、高效、精準(zhǔn)地智能分析土壤信息的空間分布格局,為國(guó)土資源調(diào)查、土壤質(zhì)量監(jiān)測(cè)和污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了有力的支撐。
“因?yàn)槲覈?guó)幅員遼闊,當(dāng)時(shí)開發(fā)的土壤有機(jī)質(zhì)和酸堿度數(shù)字制圖產(chǎn)品包含11億多個(gè)網(wǎng)格?!标愴灣嬖V記者,為了提高計(jì)算效率,團(tuán)隊(duì)提出了基于切片的多線程并行框架,將全國(guó)90米預(yù)測(cè)制圖所需時(shí)間從1至2天縮短到1小時(shí)。
回顧過往,陳頌超坦言,在法國(guó)求學(xué)期間,自己有過一段迷惘期?!爱?dāng)時(shí),總覺得自身研究方向偏重于基礎(chǔ)研究,研究成果和產(chǎn)業(yè)需求之間有一段距離。我總在想,如何才能更有效地參與到土壤污染防治市場(chǎng)化和產(chǎn)業(yè)化?”他回憶道。
近期,國(guó)務(wù)院決定開展第三次全國(guó)土壤普查,預(yù)計(jì)利用4年時(shí)間全面查清我國(guó)土壤資源數(shù)量和質(zhì)量的“家底”。陳頌超對(duì)此充滿期待。
“精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)是精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)治理的前提?!标愴灣硎?,早在今年年初,團(tuán)隊(duì)就開始搭建土壤大數(shù)據(jù)信息平臺(tái),旨在集成和開發(fā)我國(guó)高分辨率、高精度土壤屬性空間分布數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)土壤質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和預(yù)警“一張圖”,有利于推動(dòng)我國(guó)土壤資源數(shù)字化管理。
陳頌超表示,目前團(tuán)隊(duì)正在集成最新的土壤遙感大數(shù)據(jù)并進(jìn)一步升級(jí)人工智能算法,在提高土壤信息空間分辨率的同時(shí)提升產(chǎn)品精度,預(yù)計(jì)將在今年年底建成這一土壤大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)。