中新網(wǎng)遼寧清原8月5日電 (記者 孫自法)被譽(yù)為“地球之肺”的森林，作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是具有全球重要意義和深遠(yuǎn)影響的“碳庫”資源。在全球氣候變化和“雙碳”(碳達(dá)峰、碳中和)目標(biāo)背景下，如何利用先進(jìn)科技手段守護(hù)好、利用好森林資源，一直以來廣受關(guān)注。
(資料圖)
記者最近探訪依托中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所(沈陽生態(tài)所)建設(shè)和運行的遼寧清原森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站/中國科學(xué)院清原森林生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站(清原森林站)獲悉，這座深藏于東北深山之中的“森林碳庫守護(hù)者”建站以來“20多年磨一劍”，以信息技術(shù)手段致力于形成全覆蓋、大融合的林業(yè)大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，已打造出多要素、多尺度、多過程一體化的“智慧森林管理平臺”，為“智慧守護(hù)”“地球之肺”等探索出森林生態(tài)系統(tǒng)科研新范式。
為什么要建設(shè)清原森林站？
中國科學(xué)院沈陽生態(tài)所所長、清原森林站站長朱教君研究員作為該站的創(chuàng)立者，見證清原森林站從無到有、從小到大、由弱漸強(qiáng)和從傳統(tǒng)管理逐步實現(xiàn)智慧運行的全過程，說起建站緣由及意義，他如數(shù)家珍娓娓道來……
東北是中國天然林最集中分布區(qū)，東北森林面積占全國林地面積約1/3。由于長期高強(qiáng)度人為干擾，東北森林資源銳減、質(zhì)量/功能嚴(yán)重下降。如何提高東北次生林生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)、生態(tài)功能(提質(zhì))，有效破解森林生態(tài)保護(hù)、恢復(fù)與林區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾(增效)，是實現(xiàn)東北森林特別是次生林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)。
基于此，中國科學(xué)院沈陽生態(tài)所2002年選址中國溫帶(東北)次生林生態(tài)系統(tǒng)典型分布區(qū)和重要水源涵養(yǎng)林區(qū)建設(shè)清原森林站，旨在建成集觀測、研究、試驗、示范、教學(xué)和科普于一體的綜合野外支撐平臺，通過開展長期、系統(tǒng)、深入研究與監(jiān)測，實現(xiàn)森林生態(tài)保護(hù)與林區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展雙贏，助力東北全面振興，助推國家和區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)。
朱教君指出，建設(shè)清原森林站的目的與意義，概括起來主要包括三個方面：一是完善中國重要地帶性森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外觀測站布局，豐富森林生態(tài)系統(tǒng)的觀測、研究與示范，填補(bǔ)溫帶次生林生態(tài)系統(tǒng)觀測、研究空白；二是提升溫帶次生林生態(tài)系統(tǒng)原創(chuàng)性研究(聯(lián)網(wǎng)研究)能力，回答重大林業(yè)科學(xué)問題，促進(jìn)森林生態(tài)學(xué)等應(yīng)用生態(tài)學(xué)學(xué)科發(fā)展與進(jìn)步；三是利用沈陽生態(tài)所已有國際合作基礎(chǔ)，提高溫帶次生林生態(tài)系統(tǒng)觀測、研究水平，提升中國森林科學(xué)的國際影響力，為國家或地區(qū)的宏觀決策提供科學(xué)依據(jù)和決策支撐。
如何打造“智慧”野外臺站？
歷經(jīng)20年努力建設(shè)，清原森林站2012年成為中國科學(xué)院“院級站”，并于2014年列入中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(CERN)，2020年躋身國家野外科學(xué)觀測研究站行列。
朱教君表示，近年來，清原森林站持續(xù)推進(jìn)信息化建設(shè)，積極利用先進(jìn)科技手段打造“智慧”野外臺站。截至目前，圍繞次生林生態(tài)系統(tǒng)開展相關(guān)觀測、研究工作，清原森林站已建有科研樣地群、塔群監(jiān)測平臺、野外增溫試驗平臺、水文觀測平臺、多功能數(shù)據(jù)中心和物聯(lián)網(wǎng)平臺等六大信息化平臺設(shè)施。
這個過程中，清原森林站已搭建鏈接103套設(shè)備、321個傳感器設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)4G/5G覆蓋、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、萬兆光纖有線傳輸，并通過2臺機(jī)架式高性能服務(wù)器建立起多功能數(shù)據(jù)中心，提高森林結(jié)構(gòu)-功能信息自動獲取和分析效率，大幅提升野外站觀測/研究信息化水平。
在六大信息化平臺當(dāng)中，最重要的森林“智慧守護(hù)”者——次生林生態(tài)系統(tǒng)塔群監(jiān)測平臺(科爾塔群)包括天然闊葉混交林、天然蒙古櫟林、落葉松人工林3座觀測塔，它們集多類科研設(shè)施于一體，可高質(zhì)量獲取森林生態(tài)系統(tǒng)的全息三維結(jié)構(gòu)與動態(tài)、通量監(jiān)測數(shù)據(jù)和生態(tài)水文數(shù)據(jù)。
朱教君透露，“三足鼎立”的塔群監(jiān)測平臺還增設(shè)土壤溫度傳感器、林內(nèi)光量子矩陣傳感器和魚眼相機(jī)，對塔群固定樣地群進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)查，年均獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)約410GB，既為在清原森林站開展工作的科研機(jī)構(gòu)人員提供數(shù)據(jù)服務(wù)，也為國家重大科技項目提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。
此外，多功能數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)平臺也是清原森林站“智慧”運行管理的核心支撐。多功能數(shù)據(jù)中心配置有計算儲存平臺和虛擬化平臺，實現(xiàn)對水、土、氣、生觀測數(shù)據(jù)的存儲、分析與管理，滿足科研人員對各類大數(shù)據(jù)的計算分析需求。清原森林站物聯(lián)網(wǎng)平臺則基于已有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的基礎(chǔ)，通過建設(shè)4G/5G基站實現(xiàn)觀測樣地的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，通過鋪設(shè)光纖方式把數(shù)據(jù)有線傳輸回該站多功能數(shù)據(jù)中心和CERN數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)野外復(fù)雜環(huán)境下數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠接入和采集。
科研新范式建設(shè)有何成效？
作為“森林碳庫守護(hù)者”，清原森林站建設(shè)“智慧守護(hù)”信息化平臺、打造出野外臺站科研新范式以來，能為科研機(jī)構(gòu)和科研人員提供怎樣的高效服務(wù)？實際應(yīng)用效果如何？
朱教君表示，清原森林站持續(xù)探索科研新范式，積極布局六大信息化平臺建設(shè)，目前已收獲一系列重要成效：
一是實現(xiàn)多尺度、多要素、多過程碳通量監(jiān)測數(shù)據(jù)集成，精準(zhǔn)核算森林碳匯。針對當(dāng)前森林碳匯核算存在估算不確定性大、森林三維結(jié)構(gòu)不清、碳匯驅(qū)動機(jī)制不明等問題，清原森林站依托信息化平臺建設(shè)，融合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)等先進(jìn)的信息化技術(shù)，打造數(shù)據(jù)獲取、自動傳輸、智能分析、管理決策和可視化的全鏈條信息化平臺，實現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)多尺度、多要素、多過程長期碳通量觀測數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)獲取與存儲、計算與分析、質(zhì)控與共享、展示與應(yīng)用，全面提升森林碳匯研究的信息化能力，探索碳中和目標(biāo)下生態(tài)學(xué)研究的科研范式變革與實現(xiàn)途徑。在此基礎(chǔ)上，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)、林學(xué)等學(xué)科知識創(chuàng)新，為森林結(jié)構(gòu)優(yōu)化與增匯管理提供決策支撐。
二是創(chuàng)新建成以科爾塔群為紐帶的“天-空-塔-地”一體化綜合評估技術(shù)體系，科學(xué)評估重大生態(tài)工程建設(shè)成效，首次對三北工程建設(shè)做出科學(xué)、客觀的歷史性評價，支撐國家出臺《天然林保護(hù)修復(fù)制度方案》；在中國北方生態(tài)安全屏障建設(shè)成效評估研究方面，針對“北方生態(tài)安全屏障”近10年(2012-2022)建設(shè)情況進(jìn)行綜合評估，并與前30年(1978-2012)進(jìn)行全面對比，并提出新的對策和建議。
三是集成森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能一體化綜合研究平臺，為區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)提供科技支撐，包括打造跨尺度森林水文過程研究平臺，服務(wù)區(qū)域生態(tài)水安全；開發(fā)森林生物資源從監(jiān)測到識別的全鏈智能化系統(tǒng)，科技支撐森林生物多樣性維持與改善。
怎樣規(guī)劃未來進(jìn)一步發(fā)展？
朱教君指出，目前，全世界正處于一個次生森林植被的時代，次生林占全球森林資源近60%。雖然次生林存在質(zhì)量降低、功能低下等問題，但次生林生態(tài)系統(tǒng)在維系區(qū)域生態(tài)安全、滿足木材生產(chǎn)需求等方面仍發(fā)揮舉足輕重的作用。清原森林站在探索科研新范式、打造“森林碳庫智慧守護(hù)者”基礎(chǔ)上，已經(jīng)未雨綢繆，著手謀劃未來進(jìn)一步發(fā)展。
他透露，清原森林站將立足東北、面向全國、走向世界，建設(shè)成為集觀測、研究、試驗、示范、教學(xué)、科普和開發(fā)于一體，以森林生態(tài)系統(tǒng)為主體，兼顧“山水林田湖草沙”多系統(tǒng)，具有國際影響力的世界一流野外綜合“超級站”；成為溫帶(東北)次生林生態(tài)系統(tǒng)資源、環(huán)境、生態(tài)功能等要素長期、系統(tǒng)觀測基地，建成森林生態(tài)學(xué)、森林培育學(xué)、地球科學(xué)等領(lǐng)域創(chuàng)新研究基地，生態(tài)學(xué)領(lǐng)域高端人才培養(yǎng)和科普教育基地，區(qū)域可持續(xù)發(fā)展技術(shù)研發(fā)、集成與示范推廣基地，中外學(xué)術(shù)交流與合作研究基地，大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息示范基地。
同時，清原森林站將牽頭東北森林野外站聯(lián)盟，為保障國家生態(tài)安全、實現(xiàn)“綠水青山就是金山銀山”、實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和、加強(qiáng)黑土地保護(hù)等生態(tài)文明建設(shè)目標(biāo)提供科技支撐。
至于清原森林站作為“智慧”野外臺站的后續(xù)發(fā)展方向，該站副站長于立忠認(rèn)為，結(jié)合“智慧”野外臺站運行管理、科學(xué)研究需要，未來進(jìn)一步結(jié)合應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)，推出類似ChatGPT的服務(wù)模式及產(chǎn)品，也是發(fā)展方向與目標(biāo)之一。
朱教君表示，清原森林站未來還將推動觀測數(shù)據(jù)開放共享和加強(qiáng)國際交流合作，面向全球性重大科學(xué)問題和重大國家需求，與國際長期生態(tài)學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)(ILTER)、國際通量網(wǎng)(FLUXNET)等國際知名研究(試驗)網(wǎng)絡(luò)密切開展交流合作，提升國際影響力。(完)
（原標(biāo)題：“地球之肺”如何“智慧守護(hù)”？中國科學(xué)院清原森林站探索科研新范式）
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