用物联网技术,获取科学数据
三明野外研究站侧重研究原生性常绿阔叶天然林、次生林及典型人工林的结构、功能、过程及其对全球变化的响应与适应,从原位实验中获取森林中碳元素循环的过程数据。其中,模拟全球气候变化实验平台位于格氏栲国家森林公园附近,碳汇林经营平台位于陈大金丝湾森林公园。
为了参观用物联网技术武装下的样地实况,11月22日,记者随同杨智杰、陈仕东等科研人员一起上山。由于下雨,道路湿滑,大部分路段只能推车上山。下午到米槠天然林样地,汽车中途陷进泥沟进退两难,最后只能弃车徒步上山。
当大家登上杉木幼林土壤增温实验样地时,雨后的空气很清爽,记者不禁高呼:“风景太美了!”杨智杰博士说,来这里干活可不是一件美差,山高、坡陡、土薄、湿滑,科研人员滑倒甚至滚下山坡是经常发生的。
陈仕东博士介绍,三片森林土壤增温实验样地建设非常艰辛,由于坡度陡,操作时人很难站稳,劳动效率很低,仅仅布设加热电缆就花了近半年时间。投入使用后,发现传统的土壤增温控制系统在亚热带地区运行会造成严重的加热不均匀现象,后来经过长达半年的自主技术攻关与系统改进,目前应该是世界上加热最均匀的增温试验站。
在同一个样地上,记者看到“物候监测仪”,可实时监测植物在生长中随着季节变化而发生的萌芽、抽枝、展叶、开花、结果及落叶、休眠等规律性变化现象,为碳汇林的研究提供第一手资料。
在格氏栲天然林样地,记者看到林地上布设了包括两个配对碳汇监测腔室、一个小型气象站和一台控制主机的“四件套一组”的森林土壤碳汇监测设备,这是一个集环境要素及碳循环数据于一体的分布式“独立”观测系统。据介绍,这里原先是用进口设备,因为不兼容、易损坏等原因,从2012年开始,陈仕东博士对引进系统进行改进与创新,前前后后历经5个版本,材料从有机玻璃到不锈钢再到航空铝镁合金,越来越轻便和坚固,而且也越来越适用于山区的特定环境。经过不断的改进以及物联网技术的应用,现在自主研发的设备具有自动诊断报警功能且有很大的容错能力,保证了长期工作的稳定。
为了更好地监测森林生态系统,科研团队建立物联网、大数据与云计算平台,实现对碳排放动态变化的高频观测,以数字化的方式反映和还原植被生长的唯一和不可复制的真实过程。
搭建开放平台,助推成果转化
栉风沐雨,风餐露宿,科研团队在先进科技助力下,科研成果源源不断地呈现出来,其中杉木人工林碳吸存与碳计量技术获得省科技一等奖。近5年来,师大通过生态地理过程数字研究平台造就了一批高层次人才,获得省部级以上项目百余项,经费总额近2.1亿元。
根据5年多来积累的实验数据,科研团队发现一些很有价值的现象,并提出一些令人耳目一新的观点,部分观点甚至可能颠覆国际的传统理论。
在我省湿润的森林林下和树干上大多生长着许多不为人所关注的苔藓地衣等植物。经过多年的大数据高分辨率观测研究发现,这些植物虽然生物量小,但是对林冠下的二氧化碳能起到非常重要的吸收作用,平均可以减少大约20%的土壤碳排放,表明这些植物具有非常重要的碳汇能力。如果把这些植物也统计在碳汇中,将大大增加森林的碳汇量。
大数据高分辨率观测还发现,森林地下根系产生的二氧化碳可以通过蒸腾作用被携带到叶片进入大气中,而这个途径泄漏的二氧化碳将增加森林碳排放。高分辨率数据显示,在峰值时将增加大约50%的叶片碳排放,表明这是个非常严重的碳泄漏途径。
此外,大数据研究还发现,新增的碳汇林可以是一些原先人们以为没有经济价值的“杂木林”,这些本土的杂木林具有非常好的吸收大气二氧化碳的能力,虽然不能出产商业化的木材,但其生产速度更快、覆盖率更高,从碳汇角度来看其作用不逊于人工林。
通过大量连续的原位监测数据,师大掌握了人工造林从幼苗期到成熟期碳汇的变化。那么,这些实验数据与成果如何转化为可复制可推广的碳汇计量模型?
杨玉盛教授说,科研团队将研发基于大数据的高精度碳汇计量模型,建立林业碳汇的方法学,从而推进实验数据技术向普惠应用技术的转化。
为了进一步提升科研水平与推动科技成果转化,师大以“顶天立地”(即科学与社会经济发展)为导向开展科研工作,建成了从国家到地方、基础研究到应用转化的多层次的产学研一体化的科研平台,做强平台来扩大舞台,从实验性的基础数据向满足区域碳汇交易应用性数据转化,从单一的科研活动向碳汇方法学创建及仪器研发经营转化,为我国生态文明建设做贡献。