陳頌超：用數字技術給土壤做精細“體檢”

文／洪恒飛 吳瑤瑤 江 耘

“基于土壤景觀理論和環境遙感大數據，我們科研團隊在浙江大學教授史舟的帶領下，于2019年開發出了我國首個90米空間分辨率土壤有機質和酸堿度數字制圖產品。”浙江大學杭州國際科創中心青年科學家陳頌超于近日在接受記者采訪時介紹，“有了這個產品，我們就可以給土壤做‘CT’，幫助其更好地預防隱疾。”

據悉，這一產品集成了機器學習和土壤有機質與酸堿度混合空間預測模型，已被用于評估國內各個地區土壤質量的變化趨勢。

不久前，陳頌超獲得第二屆“Dan Yaalon青年科學家獎章”，成為全球第三位獲得該獎章的學者。該獎章是國際土壤學聯合會唯一針對青年學者設置的獎項，每四年頒發一次，主要表彰在土壤地理等領域作出重要貢獻并具發展潛力的青年學者。

研發土壤固碳潛力評估產品

“進入大學后，我起初學習的專業是應用生物科學（農學大類）。但在經過一段時間的學習后，結合個人興趣，我選擇了農業資源與環境這一細分專業。”陳頌超回憶道。

轉入新專業后，陳頌超很快就發現了一個問題。“傳統的土壤調查和制圖技術往往依賴專業人士的經驗判斷，存在周期長、精度低等問題，難以實現大規模土壤信息的精準監測和管理。”他說。

為了更好地解決這一問題，陳頌超干脆將此作為自己的研究方向——通過數字土壤制圖技術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，第21屆聯合國氣候變化大會舉辦期間，作為大會東道主的法國農業部提出了名為“千分之四計劃：服務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CO2的濃度，進而減緩氣候變化。

考慮到土壤—氣候特性的巨大差別，不同國家和地區的土壤有機碳儲量和CO2排放量均有差別，因此精準估算土壤固碳潛力是科學評估不同地區是否能夠落實該計劃的關鍵。

基于這一背景，當時正在法國攻讀博士學位的陳頌超，與法國科研團隊通過數字土壤制圖技術，研發出法國第一套90米空間分辨率土壤固碳潛力評估產品。

“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下，農田土壤固碳潛力的空間分布。”陳頌超介紹，這一土壤固碳潛力評估產品已被法國農業部采用，相關數據被用于評估法國實現“千分之四計劃”的可行性。

搭建土壤大數據信息平臺

繼開發土壤固碳潛力評估產品之后，在史舟的帶領下，陳頌超又首次完成我國90米空間分辨率土壤有機質和酸堿度數字制圖，為摸清我國土壤資源情況、評估土壤質量變化趨勢提供了參考數據。

據介紹，通過挖掘土壤采樣點信息與環境變量之間的相關性，實現土壤數據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，為國土資源調查、土壤質量監測和污染風險評估提供了有力的支撐。

“因為我國幅員遼闊，當時開發的土壤有機質和酸堿度數字制圖產品包含11億多個網格。”陳頌超告訴記者，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米預測制圖所需時間從1至2天縮短到1小時。

回顧過往，陳頌超坦言，在法國求學期間，自己有過一段迷惘期。“當時，總覺得自身研究方向偏重于基礎研究，研究成果和產業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業化？”他回憶道。

近期，國務院決定開展第三次全國土壤普查，預計利用4年時間全面查清我國土壤資源數量和質量的“家底”。陳頌超對此充滿期待。

“精準監測是精準、動態治理的前提。”陳頌超表示，早在今年年初，團隊就開始搭建土壤大數據信息平臺，旨在集成和開發我國高分辨率、高精度土壤屬性空間分布數據，實現土壤質量的監測和預警“一張圖”，有利于推動我國土壤資源數字化管理。

陳頌超表示，目前團隊正在集成最新的土壤遙感大數據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品精度，預計將在今年年底建成這一土壤大數據信息平臺。

（文章來源：《科技日報》）