“基于土壤景觀理論和環(huán)境遙感大數(shù)據(jù),我們科研團隊在浙江大學教授史舟的帶領下,于2019年開發(fā)出了我國首個90米空間分辨率土壤有機質和酸堿度數(shù)字制圖產品。”浙江大學杭州國際科創(chuàng)中心青年科學家陳頌超于近日在接受科技日報記者采訪時介紹,“有了這個產品,我們就可以給土壤做‘CT’,幫助其更好地預防隱疾?!?/p>
據(jù)悉,這一產品集成了機器學習和土壤有機質與酸堿度混合空間預測模型,已被用于評估國內各個地區(qū)土壤質量的變化趨勢。
不久前,陳頌超獲得第二屆“Dan Yaalon青年科學家獎章”,成為全球第三位獲得該獎章的學者。該獎章是國際土壤學聯(lián)合會唯一針對青年學者設置的獎項,每四年頒發(fā)一次,主要表彰在土壤地理等領域作出重要貢獻并具發(fā)展?jié)摿Φ那嗄陮W者。
研發(fā)土壤固碳潛力評估產品
“進入大學后,我起初學習的專業(yè)是應用生物科學(農學大類)。但在經(jīng)過一段時間的學習后,結合個人興趣,我選擇了農業(yè)資源與環(huán)境這一細分專業(yè)?!标愴灣貞浀?。
轉入新專業(yè)后,陳頌超很快就發(fā)現(xiàn)了一個問題?!皞鹘y(tǒng)的土壤調查和制圖技術往往依賴專業(yè)人士的經(jīng)驗判斷,存在周期長、精度低等問題,難以實現(xiàn)大規(guī)模土壤信息的精準監(jiān)測和管理?!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)字土壤制圖技術來精準表征土壤信息的時空分布,“類似于給土壤做精細的‘體檢’”。
2015年12月,第21屆聯(lián)合國氣候變化大會舉辦期間,作為大會東道主的法國農業(yè)部提出了名為“千分之四計劃:服務于糧食安全和氣候的土壤”的國際動議。該計劃旨在每年提升土壤中千分之四的有機碳含量,在增強糧食安全的同時,通過土壤固碳以降低大氣中CO2的濃度,進而減緩氣候變化。
考慮到土壤—氣候特性的巨大差別,不同國家和地區(qū)的土壤有機碳儲量和CO2排放量均有差別,因此精準估算土壤固碳潛力是科學評估不同地區(qū)是否能夠落實該計劃的關鍵。
基于這一背景,當時正在法國攻讀博士學位的陳頌超,與法國科研團隊通過數(shù)字土壤制圖技術,研發(fā)出法國第一套90米空間分辨率土壤固碳潛力評估產品。
“空間分辨率是指遙感影像上能夠識別的兩個相鄰地物的最小距離。當時團隊主要繪制了理論條件下和當前耕作技術下,農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估產品已被法國農業(yè)部采用,相關數(shù)據(jù)被用于評估法國實現(xiàn)“千分之四計劃”的可行性。
搭建土壤大數(shù)據(jù)信息平臺
繼開發(fā)土壤固碳潛力評估產品之后,在史舟的帶領下,陳頌超又首次完成我國90米空間分辨率土壤有機質和酸堿度數(shù)字制圖,為摸清我國土壤資源情況、評估土壤質量變化趨勢提供了參考數(shù)據(jù)。
據(jù)介紹,通過挖掘土壤采樣點信息與環(huán)境變量之間的相關性,實現(xiàn)土壤數(shù)據(jù)從點到面再到三維空間的精準表征,可以實時、高效、精準地智能分析土壤信息的空間分布格局,為國土資源調查、土壤質量監(jiān)測和污染風險評估提供了有力的支撐。
“因為我國幅員遼闊,當時開發(fā)的土壤有機質和酸堿度數(shù)字制圖產品包含11億多個網(wǎng)格?!标愴灣嬖V記者,為了提高計算效率,團隊提出了基于切片的多線程并行框架,將全國90米預測制圖所需時間從1至2天縮短到1小時。
回顧過往,陳頌超坦言,在法國求學期間,自己有過一段迷惘期?!爱敃r,總覺得自身研究方向偏重于基礎研究,研究成果和產業(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化和產業(yè)化?”他回憶道。
近期,國務院決定開展第三次全國土壤普查,預計利用4年時間全面查清我國土壤資源數(shù)量和質量的“家底”。陳頌超對此充滿期待。
“精準監(jiān)測是精準、動態(tài)治理的前提。”陳頌超表示,早在今年年初,團隊就開始搭建土壤大數(shù)據(jù)信息平臺,旨在集成和開發(fā)我國高分辨率、高精度土壤屬性空間分布數(shù)據(jù),實現(xiàn)土壤質量的監(jiān)測和預警“一張圖”,有利于推動我國土壤資源數(shù)字化管理。
陳頌超表示,目前團隊正在集成最新的土壤遙感大數(shù)據(jù)并進一步升級人工智能算法,在提高土壤信息空間分辨率的同時提升產品精度,預計將在今年年底建成這一土壤大數(shù)據(jù)信息平臺。