陈颂超:用数字技术给土壤做精细“体检”
2022年05月16日 15时07分 信息来源:科技日报 分享到:

“基于土壤景观理论和环境遥感大数据,我们科研团队在浙江大学教授史舟的带领下,于2019年开发出了我国首个90米空间分辨率土壤有机质和酸碱度数字制图产品。”浙江大学杭州国际科创中心青年科学家陈颂超于近日在接受科技日报记者采访时介绍,“有了这个产品,我们就可以给土壤做‘CT’,帮助其更好地预防隐疾。”

据悉,这一产品集成了机器学习和土壤有机质与酸碱度混合空间预测模型,已被用于评估国内各个地区土壤质量的变化趋势。

不久前,陈颂超获得第二届“DanYaalon青年科学家奖章”,成为全球第三位获得该奖章的学者。该奖章是国际土壤学联合会唯一针对青年学者设置的奖项,每四年颁发一次,主要表彰在土壤地理等领域作出重要贡献并具发展潜力的青年学者。

研发土壤固碳潜力评估产品

“进入大学后,我起初学习的专业是应用生物科学(农学大类)。但在经过一段时间的学习后,结合个人兴趣,我选择了农业资源与环境这一细分专业。”陈颂超回忆道。

转入新专业后,陈颂超很快就发现了一个问题。“传统的土壤调查和制图技术往往依赖专业人士的经验判断,存在周期长、精度低等问题,难以实现大规模土壤信息的精准监测和管理。”他说。

为了更好地解决这一问题,陈颂超干脆将此作为自己的研究方向——通过数字土壤制图技术来精准表征土壤信息的时空分布,“类似于给土壤做精细的‘体检’”。

2015年12月,第21届联合国气候变化大会举办期间,作为大会东道主的法国农业部提出了名为“千分之四计划:服务于粮食安全和气候的土壤”的国际动议。该计划旨在每年提升土壤中千分之四的有机碳含量,在增强粮食安全的同时,通过土壤固碳以降低大气中CO2的浓度,进而减缓气候变化。

考虑到土壤—气候特性的巨大差别,不同国家和地区的土壤有机碳储量和CO2排放量均有差别,因此精准估算土壤固碳潜力是科学评估不同地区是否能够落实该计划的关键。

基于这一背景,当时正在法国攻读博士学位的陈颂超,与法国科研团队通过数字土壤制图技术,研发出法国第一套90米空间分辨率土壤固碳潜力评估产品。

“空间分辨率是指遥感影像上能够识别的两个相邻地物的最小距离。当时团队主要绘制了理论条件下和当前耕作技术下,农田土壤固碳潜力的空间分布。”陈颂超介绍,这一土壤固碳潜力评估产品已被法国农业部采用,相关数据被用于评估法国实现“千分之四计划”的可行性。

搭建土壤大数据信息平台

继开发土壤固碳潜力评估产品之后,在史舟的带领下,陈颂超又首次完成我国90米空间分辨率土壤有机质和酸碱度数字制图,为摸清我国土壤资源情况、评估土壤质量变化趋势提供了参考数据。

据介绍,通过挖掘土壤采样点信息与环境变量之间的相关性,实现土壤数据从点到面再到三维空间的精准表征,可以实时、高效、精准地智能分析土壤信息的空间分布格局,为国土资源调查、土壤质量监测和污染风险评估提供了有力的支撑。

“因为我国幅员辽阔,当时开发的土壤有机质和酸碱度数字制图产品包含11亿多个网格。”陈颂超告诉记者,为了提高计算效率,团队提出了基于切片的多线程并行框架,将全国90米预测制图所需时间从1至2天缩短到1小时。

回顾过往,陈颂超坦言,在法国求学期间,自己有过一段迷惘期。“当时,总觉得自身研究方向偏重于基础研究,研究成果和产业需求之间有一段距离。我总在想,如何才能更有效地参与到土壤污染防治市场化和产业化?”他回忆道。

近期,国务院决定开展第三次全国土壤普查,预计利用4年时间全面查清我国土壤资源数量和质量的“家底”。陈颂超对此充满期待。

“精准监测是精准、动态治理的前提。”陈颂超表示,早在今年年初,团队就开始搭建土壤大数据信息平台,旨在集成和开发我国高分辨率、高精度土壤属性空间分布数据,实现土壤质量的监测和预警“一张图”,有利于推动我国土壤资源数字化管理。

陈颂超表示,目前团队正在集成最新的土壤遥感大数据并进一步升级人工智能算法,在提高土壤信息空间分辨率的同时提升产品精度,预计将在今年年底建成这一土壤大数据信息平台。◎洪恒飞吴瑶瑶记者江耘

责任编辑:邱波
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