陳頌超：用數(shù)字技術(shù)給土壤做“體檢”

洪恒飛 吳瑤瑤 江耘

“基于土壤景觀理論和環(huán)境遙感大數(shù)據(jù)，我們于2019年開發(fā)出了我國首個90米空間分辨率土壤有機質(zhì)和酸堿度數(shù)字制圖產(chǎn)品?！闭憬髮W(xué)杭州國際科創(chuàng)中心青年科學(xué)家陳頌超介紹，“有了這個產(chǎn)品，我們就可以給土壤做‘CT’，幫助其更好地預(yù)防隱疾?！边@一產(chǎn)品集成了機器學(xué)習(xí)和土壤有機質(zhì)與酸堿度混合空間預(yù)測模型，已被用于評估國內(nèi)各個地區(qū)土壤質(zhì)量的變化趨勢。

2022年初，陳頌超獲得第二屆“Dan Yaalon青年科學(xué)家獎?wù)隆保蔀槿虻谌猾@得該獎?wù)碌膶W(xué)者。該獎?wù)率菄H土壤學(xué)聯(lián)合會唯一針對青年學(xué)者設(shè)置的獎項，每四年頒發(fā)一次，主要表彰在土壤地理領(lǐng)域作出重要貢獻并具有發(fā)展?jié)摿Φ那嗄陮W(xué)者。

“進入大學(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)過一段時間的學(xué)習(xí)后，結(jié)合個人興趣，我選擇了農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境這一細分專業(yè)?！标愴灣貞浀?。

轉(zhuǎn)入新專業(yè)后，陳頌超很快就發(fā)現(xiàn)了一個問題，“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?！?/p>

為了更好地解決這一問題，陳頌超確定了自己的研究方向——通過數(shù)字土壤制圖技術(shù)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，在第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(nóng)業(yè)部提出了名為“千分之四計劃：服務(wù)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二氧化碳的濃度，進而減緩氣候變化。

不同國家和地區(qū)的土壤有機碳儲量和二氧化碳排放量均有差別，精準估算土壤固碳潛力是科學(xué)評估不同地區(qū)是否能夠落實該計劃的關(guān)鍵。

基于這一背景，當時正在法國攻讀博士學(xué)位的陳頌超與科研團隊通過數(shù)字土壤制圖技術(shù)，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(chǎn)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(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估產(chǎn)品已被法國農(nóng)業(yè)部采用，相關(guān)數(shù)據(jù)被用于評估法國實現(xiàn)“千分之四計劃”的可行性。

繼開發(fā)土壤固碳潛力評估產(chǎn)品之后，在浙江大學(xué)教授史舟的帶領(lǐng)下，陳頌超首次完成我國90米空間分辨率土壤有機質(zhì)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(zhì)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(guān)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(diào)查、土壤質(zhì)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(zhì)和酸堿度數(shù)字制圖產(chǎn)品包含11億多個網(wǎng)格?！标愴灣硎?。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(yù)測制圖所需時間從1～2天縮短到1小時。

回顧過往，陳頌超坦言，在法國求學(xué)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(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化和產(chǎn)業(yè)化當中?！彼貞浀馈?/p>

2022年初，國務(wù)院決定開展第三次全國土壤普查，預(yù)計利用4年時間全面查清我國土壤資源數(shù)量和質(zhì)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?！标愴灣硎?。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(zhì)量的監(jiān)測和預(yù)警“一張圖”，有利于推動我國土壤資源的數(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(chǎn)品精度，預(yù)計將在2022年底建成這一土壤大數(shù)據(jù)信息平臺。

陳頌超的家鄉(xiāng)是美麗的江南水鄉(xiāng)——浙江紹興。曾經(jīng)，飛速發(fā)展的工業(yè)為家鄉(xiāng)經(jīng)濟帶來了騰飛，但也帶來了污染。如今，由于對環(huán)保的高度重視，家鄉(xiāng)美景又煥發(fā)往日光彩，這讓他對土壤污染治理充滿了信心。

讓技術(shù)賦能生態(tài)文明建設(shè)，讓我們腳下的土地充滿芬芳，這就是陳頌超奮斗的初心。