精選實(shí)驗(yàn)樣地，捕捉碳的蹤跡
從國際森林生態(tài)系統(tǒng)碳計(jì)量科技成果來看，溫帶的科研數(shù)據(jù)比較充分，但是熱帶、亞熱帶相關(guān)的數(shù)據(jù)非常稀缺。因此，師大科研人員一直致力于濕潤亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)研究，希望通過數(shù)據(jù)捕捉森林碳匯的真實(shí)蹤跡。
相對于天然林，我國人工林面積更大也更重要，這是我國森林生態(tài)系統(tǒng)異于其他國家的本質(zhì)特征，自然無法直接套用國外的技術(shù)方法。人工林生長迅速，碳匯潛力遠(yuǎn)大于天然林，但長期以來缺乏大量本土研究數(shù)據(jù)的支撐，這大大削弱了我國在國際氣候談判中的話語權(quán)。
福建師大副校長楊玉盛教授說，森林碳匯的精確計(jì)量，既是國際需要的重大科學(xué)研究課題，也是適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的科技應(yīng)用，又是我省實(shí)現(xiàn)生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值的現(xiàn)實(shí)需求，可謂“一舉三得”!
森林碳匯的計(jì)量主要有生物量清查法和微氣象原理技術(shù)法，這兩種方法均存在忽視土壤碳匯重要性的問題。事實(shí)上，西方國家的溫帶森林以天然林為主，其土壤碳含量通常變化不大且多年穩(wěn)定，所以西方國家的碳匯計(jì)量方式?jīng)]有考慮甚至忽視土壤碳匯的作用和計(jì)量。
在我國南方，人工林以杉木林為主，由于杉木從幼苗到成熟的生長過程不可逆，決定了杉木生長周期中的每個(gè)碳排放、碳吸收的增加或減少的波動(dòng)是無法還原的。此外，野外狀態(tài)下的臺風(fēng)擾動(dòng)、溫度變化、極端降雨甚至昆蟲活動(dòng)等，均會改變土壤碳排放的瞬時(shí)速率。因多方面受限，國內(nèi)外已經(jīng)開展的研究中，均難以及時(shí)捕捉這些變化，影響碳匯的估算精度。
為了捕捉碳的蹤跡與變化，楊玉盛教授說，要通過“三個(gè)轉(zhuǎn)變”才能夠?qū)崿F(xiàn)重大突破創(chuàng)新：計(jì)量對象從單一群落向區(qū)域尺度轉(zhuǎn)換、模型預(yù)測轉(zhuǎn)變；技術(shù)要求從傳統(tǒng)人力觀測到自動(dòng)化、無值守、高頻率、云平臺、大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變；市場需求從基礎(chǔ)研究向政府需要、企業(yè)需求、民眾期盼轉(zhuǎn)變。
“我最大的心愿就是建立野外實(shí)驗(yàn)平臺。”楊玉盛教授說，我省作為林業(yè)大省卻長期沒有森林生態(tài)系統(tǒng)的定位研究站，而建站是獲取長期定位觀測數(shù)據(jù)的唯一途徑。
他與研究團(tuán)隊(duì)踏遍我省的山山水水，最后選定三明的莘口鎮(zhèn)。那里是我國南方重要的商品林生產(chǎn)基地，擁有大面積從常綠闊葉天然林轉(zhuǎn)變而來的各種人工林。
2012年開始建站。在美國哈佛森林土壤增溫實(shí)驗(yàn)的首席設(shè)計(jì)師弗蘭克博士的指導(dǎo)下，福建三明森林生態(tài)系統(tǒng)與全球變化研究站（簡稱“三明野外研究站”）解決了實(shí)驗(yàn)中最關(guān)鍵的溫度控制技術(shù)問題，建成了全球最大、亞洲首個(gè)以土壤增溫為核心的全球變化多因子控制森林實(shí)驗(yàn)平臺，包括生態(tài)系統(tǒng)、土壤系統(tǒng)和中型實(shí)驗(yàn)生態(tài)系統(tǒng)三個(gè)尺度的實(shí)驗(yàn)，研究森林轉(zhuǎn)換、人工林碳匯經(jīng)營、森林水文、全球氣候變化等課題。
用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，獲取科學(xué)數(shù)據(jù)
三明野外研究站側(cè)重研究原生性常綠闊葉天然林、次生林及典型人工林的結(jié)構(gòu)、功能、過程及其對全球變化的響應(yīng)與適應(yīng)，從原位實(shí)驗(yàn)中獲取森林中碳元素循環(huán)的過程數(shù)據(jù)。其中，模擬全球氣候變化實(shí)驗(yàn)平臺位于格氏栲國家森林公園附近，碳匯林經(jīng)營平臺位于陳大金絲灣森林公園。
為了參觀用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)武裝下的樣地實(shí)況，11月22日，記者隨同楊智杰、陳仕東等科研人員一起上山。由于下雨，道路濕滑，大部分路段只能推車上山。下午到米櫧天然林樣地，汽車中途陷進(jìn)泥溝進(jìn)退兩難，最后只能棄車徒步上山。
當(dāng)大家登上杉木幼林土壤增溫實(shí)驗(yàn)樣地時(shí)，雨后的空氣很清爽，記者不禁高呼：“風(fēng)景太美了！”楊智杰博士說，來這里干活可不是一件美差，山高、坡陡、土薄、濕滑，科研人員滑倒甚至滾下山坡是經(jīng)常發(fā)生的。
陳仕東博士介紹，三片森林土壤增溫實(shí)驗(yàn)樣地建設(shè)非常艱辛，由于坡度陡，操作時(shí)人很難站穩(wěn)，勞動(dòng)效率很低，僅僅布設(shè)加熱電纜就花了近半年時(shí)間。投入使用后，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的土壤增溫控制系統(tǒng)在亞熱帶地區(qū)運(yùn)行會造成嚴(yán)重的加熱不均勻現(xiàn)象，后來經(jīng)過長達(dá)半年的自主技術(shù)攻關(guān)與系統(tǒng)改進(jìn)，目前應(yīng)該是世界上加熱最均勻的增溫試驗(yàn)站。
在同一個(gè)樣地上，記者看到“物候監(jiān)測儀”，可實(shí)時(shí)監(jiān)測植物在生長中隨著季節(jié)變化而發(fā)生的萌芽、抽枝、展葉、開花、結(jié)果及落葉、休眠等規(guī)律性變化現(xiàn)象，為碳匯林的研究提供第一手資料。
在格氏栲天然林樣地，記者看到林地上布設(shè)了包括兩個(gè)配對碳匯監(jiān)測腔室、一個(gè)小型氣象站和一臺控制主機(jī)的“四件套一組”的森林土壤碳匯監(jiān)測設(shè)備，這是一個(gè)集環(huán)境要素及碳循環(huán)數(shù)據(jù)于一體的分布式“獨(dú)立”觀測系統(tǒng)。據(jù)介紹，這里原先是用進(jìn)口設(shè)備，因?yàn)椴患嫒荨⒁讚p壞等原因，從2012年開始，陳仕東博士對引進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，前前后后歷經(jīng)5個(gè)版本，材料從有機(jī)玻璃到不銹鋼再到航空鋁鎂合金，越來越輕便和堅(jiān)固，而且也越來越適用于山區(qū)的特定環(huán)境。經(jīng)過不斷的改進(jìn)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)在自主研發(fā)的設(shè)備具有自動(dòng)診斷報(bào)警功能且有很大的容錯(cuò)能力，保證了長期工作的穩(wěn)定。
為了更好地監(jiān)測森林生態(tài)系統(tǒng)，科研團(tuán)隊(duì)建立物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算平臺，實(shí)現(xiàn)對碳排放動(dòng)態(tài)變化的高頻觀測，以數(shù)字化的方式反映和還原植被生長的唯一和不可復(fù)制的真實(shí)過程。
搭建開放平臺，助推成果轉(zhuǎn)化
櫛風(fēng)沐雨，風(fēng)餐露宿，科研團(tuán)隊(duì)在先進(jìn)科技助力下，科研成果源源不斷地呈現(xiàn)出來，其中杉木人工林碳吸存與碳計(jì)量技術(shù)獲得省科技一等獎(jiǎng)。近5年來，師大通過生態(tài)地理過程數(shù)字研究平臺造就了一批高層次人才，獲得省部級以上項(xiàng)目百余項(xiàng)，經(jīng)費(fèi)總額近2.1億元。
根據(jù)5年多來積累的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一些很有價(jià)值的現(xiàn)象，并提出一些令人耳目一新的觀點(diǎn)，部分觀點(diǎn)甚至可能顛覆國際的傳統(tǒng)理論。
在我省濕潤的森林林下和樹干上大多生長著許多不為人所關(guān)注的苔蘚地衣等植物。經(jīng)過多年的大數(shù)據(jù)高分辨率觀測研究發(fā)現(xiàn)，這些植物雖然生物量小，但是對林冠下的二氧化碳能起到非常重要的吸收作用，平均可以減少大約20％的土壤碳排放，表明這些植物具有非常重要的碳匯能力。如果把這些植物也統(tǒng)計(jì)在碳匯中，將大大增加森林的碳匯量。
大數(shù)據(jù)高分辨率觀測還發(fā)現(xiàn)，森林地下根系產(chǎn)生的二氧化碳可以通過蒸騰作用被攜帶到葉片進(jìn)入大氣中，而這個(gè)途徑泄漏的二氧化碳將增加森林碳排放。高分辨率數(shù)據(jù)顯示，在峰值時(shí)將增加大約50％的葉片碳排放，表明這是個(gè)非常嚴(yán)重的碳泄漏途徑。
此外，大數(shù)據(jù)研究還發(fā)現(xiàn)，新增的碳匯林可以是一些原先人們以為沒有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的“雜木林”，這些本土的雜木林具有非常好的吸收大氣二氧化碳的能力，雖然不能出產(chǎn)商業(yè)化的木材，但其生產(chǎn)速度更快、覆蓋率更高，從碳匯角度來看其作用不遜于人工林。
通過大量連續(xù)的原位監(jiān)測數(shù)據(jù)，師大掌握了人工造林從幼苗期到成熟期碳匯的變化。那么，這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與成果如何轉(zhuǎn)化為可復(fù)制可推廣的碳匯計(jì)量模型？
楊玉盛教授說，科研團(tuán)隊(duì)將研發(fā)基于大數(shù)據(jù)的高精度碳匯計(jì)量模型，建立林業(yè)碳匯的方法學(xué)，從而推進(jìn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)技術(shù)向普惠應(yīng)用技術(shù)的轉(zhuǎn)化。
為了進(jìn)一步提升科研水平與推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化，師大以“頂天立地”（即科學(xué)與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展）為導(dǎo)向開展科研工作，建成了從國家到地方、基礎(chǔ)研究到應(yīng)用轉(zhuǎn)化的多層次的產(chǎn)學(xué)研一體化的科研平臺，做強(qiáng)平臺來擴(kuò)大舞臺，從實(shí)驗(yàn)性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)向滿足區(qū)域碳匯交易應(yīng)用性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，從單一的科研活動(dòng)向碳匯方法學(xué)創(chuàng)建及儀器研發(fā)經(jīng)營轉(zhuǎn)化，為我國生態(tài)文明建設(shè)做貢獻(xiàn)。
