馮禹昊： 一篇論文發(fā)頂刊讓全世界都應用

2022年5月，國際頂級學術期刊Science上刊發(fā)了一篇解答植樹造林生產實踐中種種疑問的生態(tài)學論文，Science同期還專門配發(fā)了同行專家的評述文章。文章認為，該研究系統(tǒng)論證了混交林的增產效應，并闡明了這一效應的生物學機制及其影響因素。文章指出，該研究不但平息了長期以來有關純林和混交林孰優(yōu)孰劣的爭論，而且揭示什么樣的物種組成、林齡和種植密度是最適宜的，這為全球森林恢復和管理提供了重要參考。

這篇論文的第一作者是一名博士生——來自北京大學城市與環(huán)境學院的馮禹昊。

純林vs混交林

如果把馮禹昊論文的學術語言翻譯成平常的話，講述的就是一個生態(tài)學的選擇：純林還是混交林？

植樹造林是實現碳中和的一個關鍵途徑，為力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和的目標，我們該在何種環(huán)境條件下，采取怎樣的樹種組合以提高固碳效率？也就是說，怎樣植樹更合理呢？馮禹昊的論文回答了此問題。

混交林指的是由兩個以上的樹種組成的林子，自然生長的樹林都是混交林，林子中各種物種的分布是雜亂無章的。人工造林時，人們采取的策略往往相反。比如，為了獲得某種實用木材，人們會故意種植某一種樹木，造一些純林。這樣一來，問題便產生了：自然界遍布混交林，到底是因為物種的擴散很隨機，還是因為混交確實能夠帶來一些生態(tài)影響或者更多的生態(tài)效益？人們是否需要仿照自然群落造一些混交林，它能不能更高效地固碳，或者提供更多木材？

馮禹昊通過研究發(fā)現，不同的物種組成會對樹林的木材產量產生很大影響。比如闊葉物種跟針葉物種混交，要比闊葉跟闊葉或者針葉跟針葉混交效果更好，產量增加更多。這是為什么呢？其實直觀就可理解，闊葉樹一般樹冠都很大，但是針葉樹通常是塔形的，上面比較尖，底部比較寬，就像圣誕樹的形態(tài)，如果這兩類樹錯落生長，就剛好把空間充分高效地利用，光和水都可截獲更多。

同時，研究還發(fā)現，常綠跟落葉植物的配合也會產生類似效果，因為不同樹種落葉時間并不同步，一些落葉樹種的葉子掉落之后，空隙里會傳進更多光，常綠樹種反而被更好地激活了，這也使得整個林子的木材產量有所提升。

此外，不同林齡的森林，生產效果也不同。分析發(fā)現，同樣一個混交林，增產效果會隨著樹齡越來越老，呈現先增加后減少的趨勢。這樣的結論意味著什么？拿一個大家比較關注的點來舉例子，我們現在為了實現碳中和要種很多樹，我們到底吃的是這些樹快速生長期的紅利，還是說它逐漸成熟以至老了之后，還能夠保持這么高的碳吸收，固碳效果是否會打折、減退、消失？馮禹昊的研究提示大家，在實現碳中和的征途中，也要警惕由此產生的相關問題。

這篇論文不但發(fā)現了混交增產效應普遍存在，而且提供了能夠更好服務于林業(yè)生產，以及國家的碳中和戰(zhàn)略的森林恢復和管理方案。

別怕“不一樣”

在馮禹昊看來，真正的學者都有一個共同的特點——擁有獨立的思維、獨立的研究觀點、獨立設計實驗以及深入科研的能力。這也是他一直努力學習和刻意練習的技能。

自從開始創(chuàng)作這篇論文，馮禹昊好幾次都干到崩潰。之前有研究發(fā)現，隨著降水的增加，混交效應下降。這就像在干旱的環(huán)境中，大家相濡以沫、互幫互助，當水分變多了，大家都富裕了，彼此就不再依賴，開始互不理睬，互補效益就下降了。但馮禹昊的分析結果卻顯示，隨著降水增加，混交效應并未出現明顯變化，這與前人的研究結論大相徑庭！

數據怎么也算不出預想的結果，一時間馮禹昊的腦子亂作一團，盡是些“抓馬”的數據和混亂的方法：“我們在研究氣候對于增產效應影響的時候，氣候劃分到底是怎樣的？采取哪種分區(qū)？比如分干旱區(qū)、非干旱區(qū)、濕潤區(qū)，然后比較不同組之間的差異？還是采用連續(xù)性的變量，比如降水100毫米、200毫米，然后做散點圖、回歸關系？”不知所措的馮禹昊不得不跑到未名湖邊去放空。

“這看似是個技術上的細節(jié)問題，但實際上選擇不同，就走上了兩條道，后面所有的思維、思路、實驗設計都據此展開，并要投入很大成本，一旦錯了，可能之前的一切努力都打水漂。”此時，巨大的壓力造成思緒翻涌。

突然，電話鈴響起，是方老師，馮禹昊被拉進了群聊，群里還有其他4位系里的老師。“沒有PPT匯報沒關系，你現在做出來啥結果說一下，我們直接幫你看。”原來，方老師從其他同學那里了解到馮禹昊遇到了問題?！熬驼漳悻F在的做?！备咝в懻撨^后，方老師直截了當地說：“別人的觀點也可能是錯的，很可能降水并不是這個地方的限制性因素，小馮不要糾結。什么樣的數據做出來什么樣的結果，我們就是會看到不一樣的東西，這很正常。只要你數據沒有問題，你的結果一定是合理的?！?/p>

“我非常相信我的導師。”導師一句話，馮禹昊忽然就“悟”了，他知道，導師在關鍵時刻拍板的底氣和自信來自他多年的科研經驗，以及學者寶貴的獨立思考。

好苗子6000條

從武漢大學地理信息科學到北大生態(tài)學，馮禹昊是跨專業(yè)的直博生。本科所學讓他具備了較強的技術能力，同時，他對探索未知也充滿了興趣，本科期間就成功發(fā)表了第一篇論文。老師看他熱衷科研，也想留下這個好苗子。面對老師拋來的橄欖枝，馮禹昊卻遲疑了，選擇就在眼前，但自己究竟想在哪個領域繼續(xù)深造，他心里一點方向都沒有。后來，他抓緊時間向老師請教，知道了地理信息專業(yè)深造大致有地理學研究和生態(tài)學研究兩個方向，隨后，他開始“泡”圖書館、數據庫，在地理和生態(tài)這兩個“圈子”里游走，瘋狂刷論文，努力去尋找和發(fā)現契合自己興趣的內容。

這段時間里，他了解到生態(tài)學是研究有機體與其周圍環(huán)境（包括非生物環(huán)境和生物環(huán)境）相互關系的科學，具體的研究方向有很多，比如生理生態(tài)、生態(tài)遙感、植被生態(tài)等。他對生態(tài)遙感尤其感興趣，毛烏素沙漠是不是真的變綠了？地球上植被的密集程度到底是怎么樣的？全球變暖會不會導致植物的開花時間提前？這又預警了什么問題？這些都可以通過生態(tài)遙感來評估。人們借助衛(wèi)星這一特殊的“眼睛”，從衛(wèi)星拍攝的影像中提取數據，通過一定的方式、算法進行分析，便能預測和推斷出地球家園的情況，進而做一些有益于它的事。在這方面，自己本科所學的技能似乎也能派上用場。

本科老師雖然愛才，但看到他如此認真地對待自己的專業(yè)選擇，便提示他去注意一下方精云院士。在老師的推薦下，馮禹昊開始有針對性地關注方老師的科研方向、研究成果、團隊情況等方面的信息。

他了解到，方精云院士是國內最早的幾位生態(tài)學院士之一，為推動和發(fā)展北大生態(tài)學教育和研究起到了非常重要的作用。他任教的北京大學也是全國最好的生態(tài)學教育和科研中心之一，那里的生態(tài)學專業(yè)基本覆蓋了生態(tài)學的全部細分領域，在全球氣候變化及其生態(tài)響應、生物多樣性保護、植被生態(tài)學、植物生理生態(tài)學、地下生態(tài)學、景觀生態(tài)與景觀規(guī)劃以及城市生態(tài)學等方面開展了系統(tǒng)性的研究。方老師領導的課題組常年保持二三十人，一般情況下，每年都會招收一個碩士和一個博士，這個機會讓馮禹昊興奮不已。

在大三結束的暑假，馮禹昊便與方老師取得了聯系，通過面試后，他于大四下學期如愿進入到北大開展學習和科研工作，科研路上的挑戰(zhàn)也由此開始。

學習中，同學們在學術期刊上讀到一篇文章，作者基于控制實驗發(fā)現了混交造林比純種造林效果好這樣一個情況，討論時，大家對文章內容表達了質疑。一是因為作者的實驗只做了七八年，這在生態(tài)學研究中實屬比較短，二是作者所選擇的實驗物種也不是很多，不能被廣泛參考。方老師提示大家，可以試著找一找文獻中的數據，做一個系統(tǒng)回顧性研究，看看一直以來的觀測數據是否支持作者的實驗結論。

直博第二年，馮禹昊接下了這個有關“純林與混交林”的課題。從拿到任務開始，他的生活里“周末”就幾乎消失了，每天都會抽出時間看文獻。他在數據庫搜索關鍵詞，一一打開查看，第一眼看摘要，再瀏覽圖表，迅速根據項目需要判斷文獻價值，從而做出略讀或精讀的下一步策略，精讀的內容還要從文章里抽取必要的數據并加以記錄。

讀文獻也不是讀一遍就結束，反復幾個來回是常事?！坝袝r邊收集數據邊想后面做什么分析，怎么做，同時也要看其他研究者是怎么分析的，有無可借鑒之處。數據收集的規(guī)則、方法也可能隨時發(fā)生變化，甚至連研究的目標也得適時更動。有時，還會發(fā)現有些數據不合理，那就要回頭再找具體文獻，仔細檢查，計算、驗證、核實、修改……”

歷時5年，馮禹昊收集分析了全球255個站點、243個樹種，近6000條造林數據，他感覺自己“終于沖過來了”。

接下來的數據分析階段，馮禹昊本來充滿了信心，繪圖、數據處理、編程等有助于數據分析的技術都是他擅長的?？捎幸惶?，馮禹昊卻卡殼了，軟件計算出線性回歸的數值，自己卻解釋不了。“當時我非?；?！”馮禹昊第一次覺得，自己會了那么多技術和方法，但連最基礎的線性回歸都做不好。后來通過“補課”，馮禹昊明白了，自己遇到的是“混合線性模型”，在線性回歸不同散點時，數據的權重有所不同，這種不同權重的點擬合出來的線與正常的線性回歸結果是不一樣的?！霸瓉?，技術背后的機理我并沒有搞清楚?！?/p>

“技術有助科研，但僅僅依賴技術帶來的卻并不全是正向的收益，也有可能一葉障目，不見十年”，在不斷的嘗試和摸索中，馮禹昊不再過分注重去用技術將某些數據的擬合優(yōu)度提高并非必要的一點點，而是開始“用心關注和思考更多更廣闊的問題”。

Science無疑是國際學術期刊中的頂流，每年只有大約800篇論文的容量，而全世界那么多科研人員和學生都在學術之路上打拼，可能畢其一生也不一定能獲得機會，在讀博士獲此殊榮，“我覺得我是比較幸運的”，馮禹昊如是說。實際上，這篇論文的創(chuàng)作過程正記錄了他在科研路上的跋涉與成長。

只遙不感不是“遙感”

都說生態(tài)學家是大自然的醫(yī)生，馮禹昊這些年習得的“醫(yī)”術不只有實驗室中的“文”功，出野外的“武”功也在不斷精進。

馮禹昊研究生態(tài)遙感，衛(wèi)星拍攝的遙感圖片只要從網上下載就行，所以數據收集相比其他生態(tài)學方向簡單很多，沒有太多出野外的任務。不過在同學都出差的假期，馮禹昊也被方老師“趕”出去了：“去幫師兄、師姐做點事！即便你做的是遙感，只遙不感那也不是遙感。”

走出實驗室、走進大自然的馮禹昊果然感受到了更多做科研的樂趣。他發(fā)現學這個專業(yè)去很多景點考察都不收門票，他還看到了許多人難得一見的風景，比如在四川的森林里尋著糞便看到了野外生存的大熊貓，比如在距國境只有1公里的地方遠望對面的哨塔，比如在實驗樣地75米高的塔里觀察各式各樣的鳥窩……

當然，出野外也有“苦”?！懊看我巴獬霾罨貋恚颊f這輩子再也不想出差了，太累了，但每一次出差都會有新奇的體驗。”

馮禹昊收集數據的主要方法是背著激光雷達、三腳架去“掃”森林。激光雷達裝備就像一個臺式電腦主機機箱，背上身后仿佛身體后面長出個盒子，盒子上又伸出一個弓形的架子，頂端是激光頭，隨著人的行進，激光頭不斷地掃描周圍的環(huán)境并記錄下來，之后合成全景影像，科研人員可以觀察拍攝到的任何一個精確坐標上的影像和數據。

去年夏天，馮禹昊開始為自己的畢業(yè)論文尋找素材，去了長白山“掃”森林。他工作時狀態(tài)拉滿，腰桿筆直，步伐穩(wěn)健，通常情況下，前面還有幫手開路。

“真的不能摔呀！”馮禹昊說這副專業(yè)的姿態(tài)都來自曾經的歷練。之前出野外采集數據，遇到了一個陡坡，他沒在意，大步邁上去，不承想身子一滑，摔了個大馬趴，費力爬起來之后發(fā)現，結實的牛仔褲都已經被刮壞了。短暫休息后，想想還有不少數據收集工作要做，他也就忍痛繼續(xù)了。兩個星期的工作即將結束準備回家時，馮禹昊查閱了一下采集到的內容?！疤彀?！完了！”他驚恐地發(fā)現，自己中途摔的那一跤導致數據接不上，完全不能用！他只得收起似箭的歸心，從頭來過。這一次，原本計劃兩周完成的任務，硬是干了一個月。

“痛”的領悟向來深刻，之后他每次出野外都分外小心。“可今后萬一再摔了怎么辦？”馮禹昊時常忍不住這樣問自己，可細細一琢磨，“自己喜歡的科研工作不就是這樣嗎，萬一‘摔’了，就爬起來，接著從頭干唄！”

責任編輯：馬春梅