“今天我要向傅老師交個(gè)‘作業(yè)’。”中國科學(xué)院大學(xué)（以下簡稱國科大）教授王艷芬望向坐在臺下的傅伯杰。
臺下，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員、中國科學(xué)院院士傅伯杰微笑著點(diǎn)頭回應(yīng)。
一切源于近10年前的一句話。2016年9月21日，國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“典型高寒生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律及機(jī)制”項(xiàng)目召開啟動會，王艷芬是項(xiàng)目的總負(fù)責(zé)人。會上，作為論證專家組成員的傅伯杰語重心長地說：“希望你們能做出一件別人短期內(nèi)不必重復(fù)做的工作。”
王艷芬把這句話記在了心里。今年6月17日，她帶著團(tuán)隊(duì)交出答卷——《青藏高原草地植被群系圖（1︰500000）》（以下簡稱青藏高原草地植被圖）。這張圖首次在區(qū)域尺度厘清了基于群系的草地植物群落結(jié)構(gòu)空間分布特征，精細(xì)刻畫了65種植物群系空間分布格局，為青藏高原變暖變濕的環(huán)境變化趨勢提供了植被地理學(xué)證據(jù)。
“如果一項(xiàng)工作做完了，短期內(nèi)別人不用再去重復(fù)做，那這類工作就是做到了極致?！备挡苷f，“這幅圖既刻畫了近40年來青藏高原變暖變濕的環(huán)境變化特征，也在群落結(jié)構(gòu)上反映了種群之間的相互關(guān)系，是到目前為止精度最高的青藏高原草地植被圖，具有里程碑式的意義。”
《青藏高原草地植被群系圖（1：500000）》。國科大供圖
什么是“短期內(nèi)不必重復(fù)做的工作”？
王艷芬琢磨了很久，什么樣的工作是“短期內(nèi)不必重復(fù)做的工作”。
她想到了很多值得研究的科學(xué)問題，比方說生態(tài)系統(tǒng)的格局過程、生態(tài)修復(fù)研究等等。思考了很多，她鎖定了三個(gè)字——“植被圖”，因?yàn)樗銐蚧A(chǔ)也足夠重要。
1993年起，王艷芬曾在中國科學(xué)院植物研究所工作過8年。當(dāng)時(shí)，所里經(jīng)常討論的話題就是怎么編制好中國植被圖。2002年起，她加入中國科學(xué)院研究生院（后更名為中國科學(xué)院大學(xué)）。給學(xué)生們講課時(shí)，她講的最基礎(chǔ)的內(nèi)容就是植被的分類體系與植被空間分布。
“植被圖是植物學(xué)領(lǐng)域最基礎(chǔ)性的工作，如果這個(gè)不清晰，我們就不知道自己是在什么上面‘建大廈’?！蓖跗G芬說。
此時(shí)，有兩個(gè)聲音在她的頭腦里糾纏。一個(gè)聲音告訴她，最重要的工作是做一張青藏高原草地植被圖。另一個(gè)聲音告訴她，這件事很難。
青藏高原上的很多問題等待著一張植被圖給出答案。作為我國重要的生態(tài)安全屏障，青藏高原生態(tài)系統(tǒng)以草地為主體，近40年來，人們直觀地感覺到那里在變暖變濕變綠，但還沒有足夠的數(shù)據(jù)用來解釋它為什么變綠，哪里在變綠，變綠的是優(yōu)質(zhì)牧草還是毒雜草，該怎么管理。
當(dāng)時(shí)，國內(nèi)已經(jīng)出版的植被圖大多是基于上世紀(jì)90年代以前的數(shù)據(jù)制成?！皩?shí)際上，90年代后就幾乎沒人再做植被圖了。”王艷芬告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“過去的數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確反映當(dāng)前植物群落結(jié)構(gòu)與生態(tài)系統(tǒng)功能?！?span style="display:none">8hL速刷資訊——每天刷點(diǎn)最新資訊，了解這個(gè)世界多一點(diǎn)SUSHUAPOS.COM
做植被圖的“難”也是眾所周知的，不僅需要大團(tuán)隊(duì)做野外調(diào)查、反復(fù)驗(yàn)證，還需要綜合考慮科學(xué)性、技術(shù)性、藝術(shù)性，短期內(nèi)難見成果，在評價(jià)考核時(shí)也難有顯示度。做一張小范圍的植被圖尚屬不易，更何況是要做一張區(qū)域分布如此之廣、海拔如此之高的青藏高原草地植被圖。
但王艷芬想，“我現(xiàn)在做了，不僅將來別人短期內(nèi)不必重復(fù)投入精力做，而且能夠解開當(dāng)前青藏高原植被空間分布格局生態(tài)研究、百姓生產(chǎn)生活、政府決策管理面臨的數(shù)據(jù)困局”。
王艷芬。國科大供圖
從方法上找突破點(diǎn)：深度應(yīng)用人工智能技術(shù)
擺在王艷芬面前的現(xiàn)實(shí)難題是顯而易見的——沒有專門用于制圖的經(jīng)費(fèi)，也沒有專職制圖的人。
“要不先從方法上探討一下吧，如果能有突破，可能會事半功倍?！蓖跗G芬想。
植被圖依賴于數(shù)據(jù)。過去，傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)調(diào)查靠的是樣方調(diào)查和定點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，雖然精細(xì)但成本高、空間覆蓋范圍小且不連續(xù)；衛(wèi)星遙感調(diào)查雖然效率高，但分辨力弱，顆粒度粗。如果一套高效又精準(zhǔn)的方法體系，制圖的可行性將大幅提升。
她的團(tuán)隊(duì)里正好有一批學(xué)科背景不同的年輕人。有些擅長生態(tài)學(xué)研究，有些擅長遙感技術(shù)，有些擅長地理信息系統(tǒng)研究，還有些擅長數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)。
大家坐在一起討論之后發(fā)現(xiàn)，人工智能的深度學(xué)習(xí)技術(shù)是個(gè)好幫手，不僅能夠幫他們把地面調(diào)查和衛(wèi)星遙感調(diào)查結(jié)合起來，還可以高效地分析植物群落屬性與所處生境屬性的內(nèi)在聯(lián)系，在區(qū)域尺度上展現(xiàn)基于群系的草地植物群落結(jié)構(gòu)的空間特征。
2017年，第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究（以下簡稱第二次青藏科考）正式啟動，為青藏高原草地植被圖的編制帶來了機(jī)會。
“有了方法，有了機(jī)會，我們嘗試著做一下吧？”王艷芬的提議得到了國科大教授薛凱、宋小寧，副教授胡容海以及當(dāng)時(shí)還是碩士研究生的丁柏陽等年輕人的響應(yīng)。
在第二次青藏科考項(xiàng)目的支持下，他們把青藏高原植被區(qū)劃成一個(gè)個(gè)小網(wǎng)格，沿著細(xì)致到鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路網(wǎng)開始，四人一隊(duì)做野外調(diào)查取樣，把網(wǎng)格一個(gè)個(gè)“填”上。最后一處被“填”上的地方是可可西里的無人區(qū)。
2019年，為了提高效率，大家設(shè)計(jì)出一款手機(jī)端的移動采集調(diào)查平臺，可以自動記錄地理信息，自動生成植物群落調(diào)查表，還能拍照上傳。之前4人一組的小分隊(duì)一天只能調(diào)查幾個(gè)點(diǎn)，移動平臺讓一支小分隊(duì)一天能調(diào)查一大片區(qū)域。
最后，研究團(tuán)隊(duì)深度應(yīng)用人工智能技術(shù)，有效挖掘并融合了上萬個(gè)野外調(diào)查樣點(diǎn)、上百個(gè)觀測和遙感圖層提供的多維信息。
“眾籌”的植被圖：野外調(diào)查樣點(diǎn)增加到了37000多個(gè)
2022年，初版的青藏高原草地植被圖出爐。王艷芬把圖打印出來，貼在墻上，邀請國內(nèi)專家來批評。沒成想，大家爭了起來。
“這里不對。”
“怎么不對了？”
“這個(gè)點(diǎn)我們是2020年做的，調(diào)查出的草地類型跟你們的不一致?！?span style="display:none">8hL速刷資訊——每天刷點(diǎn)最新資訊，了解這個(gè)世界多一點(diǎn)SUSHUAPOS.COM
這樣的爭論讓王艷芬重新檢視自己的數(shù)據(jù)，也讓她萌生出“打擂臺”的想法。
為了提高植被圖的質(zhì)量，王艷芬給國內(nèi)做相關(guān)研究的人發(fā)郵件，上百封地群發(fā)，呼吁大家把植被圖的數(shù)據(jù)與各自手里的數(shù)據(jù)對照，提出批評意見。
她也在各種學(xué)術(shù)會議上宣講做植被圖的想法，有人試探地問她，“王老師，我手上有10個(gè)小樣方的數(shù)據(jù)，您需要嗎？”王艷芬趕忙點(diǎn)頭，盡管一個(gè)小樣方只有1米乘1米的面積，但在王艷芬心里，“10個(gè)不少，100個(gè)不多，很可能那10個(gè)點(diǎn)恰恰是有代表性的”。
后來，團(tuán)隊(duì)干脆建了個(gè)網(wǎng)站，把青藏高原草地植被圖放上去，供大家免費(fèi)用，也請大家一起來“找茬”，“找到10個(gè)錯(cuò)誤，就能獲得相應(yīng)的獎勵(lì)”。
“來找我們領(lǐng)獎勵(lì)的人不多，反倒是大家主動把手里的數(shù)據(jù)分享出來，多的貢獻(xiàn)了上千個(gè)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，少的也有幾十個(gè)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。所以，青藏高原草地植被圖不應(yīng)該說是‘王艷芬團(tuán)隊(duì)的圖’，它最終成了一張‘眾籌的植被圖’?！蓖跗G芬笑著說。
歷時(shí)三年，以“打擂臺”和“眾籌”的方式，青藏高原草地植被圖的數(shù)據(jù)得以完善和修正，野外調(diào)查樣點(diǎn)增加到了37000多個(gè)。
6月17日，青藏高原草地植被圖正式發(fā)布時(shí)，曾經(jīng)在討論中嚴(yán)厲“批評”過植被圖的中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所研究員、中國科學(xué)院院士于貴瑞也在現(xiàn)場。“經(jīng)過優(yōu)化和完善，現(xiàn)在各種基礎(chǔ)性的工作都做得非常扎實(shí)了！”于貴瑞說。
用近10年時(shí)間給出答案：詳解青藏高原近40年植被結(jié)構(gòu)變化
青藏高原草地植被圖發(fā)布會上，望著在場的所有參與植被圖研制的年輕面孔，于貴瑞的心情有些激動。
“這么一群人，花了近10年時(shí)間，做出這么一張圖。它在評價(jià)體系里的‘性價(jià)比’看上去沒有在頂刊上發(fā)篇論文高，但它是更值得做的事、更基礎(chǔ)的事，這讓我非常感動。”他說。
曾經(jīng)，他在參加學(xué)術(shù)研討時(shí)，常聽人說起青藏高原發(fā)生了這樣或那樣的變化。他問對方“到底什么地方變了”，很少有人能答得清楚。
于貴瑞很著急：“大家在青藏高原上抓把土、采個(gè)樣、測個(gè)數(shù)，就說青藏高原生態(tài)變好了或是被破壞了。到底哪個(gè)地方變好了，哪個(gè)地方被破壞了？”
如今，這樣的問題有答案了。
在青藏高原草地植被圖編制過程中，團(tuán)隊(duì)共識別出了65種群系或群系組。他們發(fā)現(xiàn)，高山嵩草草甸、紫花針茅草原、矮生嵩草草甸、垂穗披堿草草甸和線葉嵩草草甸這5個(gè)群系分布最廣。
通過與之前出版的《中國植被圖（1：1000000）》相比較，團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)青藏高原近40年來植被結(jié)構(gòu)變化：近40年來，高寒草甸在草地中的占比從50%大幅上升到了69%；不同草地的變化原因各不相同，例如，紫花針茅草原的變化主要受氣候影響，而高山嵩草草甸的變化則可能更多與人類活動有關(guān)，同時(shí)，這兩種草地在各自區(qū)域內(nèi)的主導(dǎo)地位也顯著增強(qiáng)。
“以這張圖作為底層，如果做成動態(tài)更新的系統(tǒng)，將對政府未來規(guī)劃、科學(xué)研究、農(nóng)牧生產(chǎn)大有用處?！庇谫F瑞說。
在解決現(xiàn)實(shí)問題的同時(shí)，王艷芬及其團(tuán)隊(duì)也向同行們證明，做植被圖也可以是件“性價(jià)比高”的事。制圖過程中，盡管團(tuán)隊(duì)不以發(fā)論文為目標(biāo)，但野外科考的過程中卻總有一些有趣的新問題蹦出來，推動著團(tuán)隊(duì)成員不斷產(chǎn)出論文成果。
“這是一個(gè)自然而然的過程?！蓖跗G芬說，“生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，是多因素共同調(diào)控的，在野外觀測到現(xiàn)象之后，我們會想去解析機(jī)理，通過做控制實(shí)驗(yàn)去理解某一個(gè)因素與生態(tài)系統(tǒng)變化之間的因果關(guān)系。”
“作業(yè)”已交，“功課”繼續(xù)：“行動起來比什么都重要”
青藏高原草地植被圖發(fā)布當(dāng)天，一些國外同行有備而來，他們把自己團(tuán)隊(duì)研制的地區(qū)植被圖作為禮物送給了王艷芬。王艷芬背著的帆布包，被蒙古、西伯利亞、中亞地區(qū)的植被圖，塞得滿滿的。一些國內(nèi)外的合作者還跟她說“期待之后可以一起再做點(diǎn)別的圖”。
王艷芬也因此感受到做這件事的另一個(gè)收獲——很多人對做植被圖這件事的熱情被調(diào)動起來了?！耙郧?，大家缺少動力，擔(dān)心花了功夫卻沒有結(jié)果。我們的意義在于證明了用來編制青藏高原草地植被圖的方法體系是高效可行的?！蓖跗G芬說。
她鼓勵(lì)身邊有意向做植被圖制圖工作的年輕人：“嘗試一下，它可能沒有想象中那么難。即便不能做太大范圍的植被圖，也可以先試著做一個(gè)小流域的植被圖。”
“青藏高原草地植被圖的系統(tǒng)分類方法和制圖方法，將來可以拓展到在全國的草地植被圖乃至歐亞大陸草地植被圖的制圖工作中?！备挡苷f。
對于王艷芬來說，青藏高原草地植被圖的“作業(yè)”已經(jīng)交了，但“功課”還要繼續(xù)做。
他們已經(jīng)啟動了歐亞大陸草地植被圖的編制工作。不僅如此，她的團(tuán)隊(duì)還在和于貴瑞、比利時(shí)根特大學(xué)教授菲利普·德·馬耶爾（Philippe de Maeyer）等團(tuán)隊(duì)合作，謀劃一件更大的事——做一張全球草地植被圖，目標(biāo)是用青藏高原草地植被圖的編制方法，刻畫出覆蓋地球表面40%的草地生態(tài)系統(tǒng)。
至于全球草地植被圖的宏偉想法能不能變成現(xiàn)實(shí)，王艷芬沒有想太多。“去嘗試和探索，行動起來比什么都重要?！彼f。
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