高102.3米，體重183139.1kg，體內(nèi)碳儲量100365.6kg，年齡1841歲……如果樹木也有“簡歷”，“亞洲第一高樹”的“簡歷”里會列上這樣一組數(shù)據(jù)。

給“亞洲第一高樹”稱重的是由北京林業(yè)大學(xué)老師范光鵬，西藏農(nóng)牧學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院副院長閆飛副教授、張志偉等師生組成的“森林激光雷達遙感科研團隊”。如何給超過百米的古樹稱重？怎樣在不砍伐的情況測出樹的體重？為什么要給大樹稱重？帶著諸多疑問，新京報記者采訪了“森林激光雷達遙感科研團隊”負責(zé)人范光鵬。

森林激光雷達遙感科研團隊開展激光雷達掃描與測量工作。受訪者供圖

“幾十斤的設(shè)備，我們輪流接力運上山”

“這是我們第一次為超過100米的樹木稱重，我們也是目前唯一一個為‘亞洲第一高樹’稱重的團隊。”范光鵬說。

北京時間6月17日上午8點，森林激光雷達遙感科研團隊一行14人，在西藏林芝市林業(yè)局的帶領(lǐng)下，經(jīng)過六個小時的漫長路程，終于在當(dāng)天下午3點來到了“亞洲第一高樹”所在的山腳下。

汽車爆胎、高原反應(yīng)，帶著幾十斤的設(shè)備徒步爬山，范光鵬向新京報記者回憶當(dāng)時的情景，“海拔很高，隊員出現(xiàn)了一些高原反應(yīng)，路況也很復(fù)雜，高大的倒木和雜草灌木阻擋了道路，隊員們只能趴著前進。”為了保存體力，隊員們輪流將幾十斤的設(shè)備提上山。而且，為了保護原始森林環(huán)境，在爬山過程中他們沒有使用鐮刀，每名隊員都佩戴手套，通過攀附周圍的草木藤蔓前進。“山路泥濘濕滑，高大的樹木讓森林里的光線很暗。包括我在內(nèi)的很多隊員都摔倒了，一路下來衣服全濕透了，渾身都是汗。”

經(jīng)過6小時的艱難跋涉，他們終于看到了原始森林深處的藏南柏木——它高達102.3米，生長在坡度超過46度的險坡上，面朝帕隆藏布江的支流。“它在森林中具有顯眼的外觀，可以在遠處被發(fā)現(xiàn)和辨認出來”范光鵬說道。此外，這棵藏南柏木的主干異常粗壯，比周圍其他樹木更加堅固、結(jié)實。遒勁的枝干支撐起巨大樹體，樹身附著苔蘚，周圍滿布喬木、灌木、藤蔓植物。

范光鵬解釋，一棵樹能長多高受很多因素影響，“面向帕隆藏布江，空氣中的水分非常大，溫度也比較高，光照充足，海拔和緯度不高，這也是它能長這么高的重要原因之一。”

利用現(xiàn)代信息技術(shù)和生長方程為樹木稱重

給巨樹稱重，離不開現(xiàn)代化信息技術(shù)手段。本次測量，專家們利用AdQSM（激光雷達點云樹木結(jié)構(gòu)自動重建模型），針對“亞洲第一高樹”地上部分，對包括干、枝和葉的地上部位進行數(shù)據(jù)采集，在計算機中分部位進行數(shù)據(jù)重建，定量計算這些部位的詳細生長參數(shù)，從而計算出樹木地上部分的重量。再使用生長方程測量這棵高樹的地下生物量，兩者相加作為這棵樹的體重。

“我們使用模型測量樹木之前，對模型進行了精度驗證與分析。在模型計算穩(wěn)定的前提下，計算了亞洲第一高樹的體重，可以精確到0.1kg。”范光鵬說道。

森林激光雷達遙感科研團隊首先采集了亞洲第一高樹的激光雷達點云、無人機影像和林分（森林的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征）調(diào)查數(shù)據(jù)。為了獲取點云測量數(shù)據(jù)，他們設(shè)立了十個不同地點的掃描基站，360度掃描“亞洲第一高樹”。

“基站標靶應(yīng)該放在什么地方？”這是隊員們遇到的第一個問題，范光鵬讓隊員站在兩個相鄰或間隔一個基站的點位上，并通過確保彼此能看見對方的方式，確定基站位置。范光鵬介紹，“有些地方植被茂密不能落腳，我們就把標靶放在旁邊的植物或者樹上。盡可能保持看到對方就可以了。”

科研團隊成員在設(shè)立基站標靶。 受訪者供圖

因為樹木的數(shù)據(jù)模型是通用模型，需要對亞洲第一高樹多次建模以達到穩(wěn)定狀態(tài)。團隊不僅掃描了亞洲第一高樹，還掃描了周圍的樹木，“一是為了校準參數(shù)，因為樣本盡可能多的話會降低誤差，另外也是為了測量整個林分的生長狀況、林分結(jié)構(gòu)和碳儲量”范光鵬解釋道。與此同時，在植物學(xué)分類專家的指導(dǎo)下，隊員們還認識了甘肅莢蒾等生長在高樹周圍的樹種。

胸徑與樹高之間存在密切的相關(guān)生長關(guān)系 (又稱異速生長),反映樹木對水平生長和垂直生長的權(quán)衡。而“亞洲第一高樹”生長在險坡上，樹木胸徑超過了290cm，地勢不平，胸徑過大，如何測量胸徑是隊員們遇到的另一個問題。

“樹木胸徑的測量一般在樹木的1.3米處。傳統(tǒng)的方法是一個人使用胸徑卷尺將樹木圍起來測量。但是測量‘亞洲第一高樹’我們不僅需要多個人圍起來，在有坡度的情況下，需要一部分人在下面，一部分人在上面，這樣大家才能合起來將它圍住測量。”范光鵬補充說，如果樹木長在非常險峻的坡上，且非常粗大，無法圍起來，可以橫著拿木棍來對比樹木胸徑進行測量。

收集好的數(shù)據(jù)會在國家林業(yè)和草原局林業(yè)智能信息處理工程技術(shù)研究中心進行匯總和處理，基于點云測量的數(shù)據(jù)和調(diào)查數(shù)據(jù)一一對應(yīng)，利用計算機建模技術(shù)重建它的三維模型。并通過模型中的指標：木材理化測定技術(shù)獲取相關(guān)指標（包括樹木的含水率、含碳率、鮮重、干重等），計算出來這棵高樹地上部分的生物量，再使用生長方程測量這棵高樹的地下生物量，兩者相加作為這棵樹的體重。

“據(jù)我們測量計算‘亞洲第一高樹’，高度超過100米。它在生長過程中干物質(zhì)量超過183噸，其中碳儲量超過了100噸。體重183139.1kg，體內(nèi)碳儲量100365.6kg，這棵樹地上部分的體重占總體重的91%以上。這棵樹樹齡1841年，現(xiàn)處于自然成熟階段。”森林激光雷達遙感科研團隊負責(zé)人范光鵬向記者介紹道。

經(jīng)歷多年探索為樹木建立模型

“為了建立模型，我們已經(jīng)做了三四年的探索。”從2019年起，范光鵬及其團隊就開始探索為樹木稱重的新辦法。傳統(tǒng)樹木稱重需要大量伐樹、砍樹實驗來建好數(shù)學(xué)模型，且數(shù)學(xué)模型僅適用如闊葉樹種，針葉樹種等某一類型或者地區(qū)的樹種。如果出現(xiàn)新樹種，則沒有專門的體重計算模型。“大量砍伐實驗非常具有破壞性，而且會消耗大量的人力、物力、財力。所以我們想探索不需要砍伐樹木的測量方法。”

范光鵬及其團隊便將林學(xué)、遙感科學(xué)與技術(shù)和計算機科學(xué)與技術(shù)相關(guān)知識交織，形成了交叉創(chuàng)新的學(xué)科，利用激光雷達遙感技術(shù)為樹木建立模型。相較于傳統(tǒng)測量，本次利用激光雷達遙感和攝影測量技術(shù)，構(gòu)建出的三維模型，計算樹木生物量更加智能化和信息化。

這一方法對于測量單株樹木的生物量、碳儲量也更加準確，并且是一種高精度的無損測量方式，不會對樹木有任何直接破壞。除此之外，大范圍測量還能了解整個林區(qū)的發(fā)展狀況、林分結(jié)構(gòu)、碳儲量、樹種組成等，從而更全面掌握“亞洲第一高樹”的生長狀況。

“為大樹稱重離不開各個學(xué)科專業(yè)知識的積累。前期我們做了大量的方法和模型的實驗，提高了技術(shù)的通用性，這次工作是相當(dāng)于將‘亞洲第一高樹’作為對象的應(yīng)用性研究”范光鵬說道。

給樹稱重有助于了解森林的固碳能力

“正如我們知道人有身高、體重、年齡，樹也有身高、體重、年齡。體重是最能直接反映樹木碳儲量的指標”，范光鵬說道，森林是錢庫、糧庫、水庫、碳庫。碳庫表明了森林具備的生態(tài)效益與功能。

樹木的成熟分為“自然成熟”和“碳儲量成熟”。自然成熟如同農(nóng)作物成熟，而碳儲量成熟則意味著固碳能力達到最大值。到達最大值后，碳儲量的增加速度隨著樹木年齡的增大而減小，吸收二氧化碳的能力慢慢變?nèi)酢７豆怡i表示，“不同林分結(jié)構(gòu)下森林碳儲量成熟的探索，也是我們當(dāng)前迫切需要研究的內(nèi)容，這樣才能更好地服務(wù)于林業(yè)碳匯。”

當(dāng)前，森林的固碳能力越來越受到了人們的重視，測量體重對于了解這片森林的固碳能力至關(guān)重要。樹木體內(nèi)碳儲量可以準確地了解它在生長過程中所積累的碳含量，這有利于增加科研工作者的理性認知，更加直觀了解到以亞洲第一高樹為代表性的這片森林的碳儲量是巨大的。此外，通過稱重的工作可以使科研人員更好了解森林過去的生長狀態(tài)，預(yù)測未來一段時間內(nèi)森林對氣候的影響，未來樹木的生長情況。“這也是我們?yōu)椤畞喼薜谝桓邩洹Q重的原因。”

“一棵樹、一片森林，同人的生長完全一樣，都要經(jīng)歷從小到大，然后逐漸衰老、枯萎死亡的過程。而這一過程又與它所處的環(huán)境條件有很大關(guān)系。通過這次給‘亞洲第一高樹’稱重，我們發(fā)現(xiàn)這片森林‘碳儲量成熟’了，我們更應(yīng)該保護好這片森林，防止它變成釋放二氧化碳的碳源”范光鵬說道。

后期，該團隊還會對“亞洲第一高樹”所在的雅魯藏布大峽谷國家級自然保護區(qū)中森林的發(fā)展狀況、林分結(jié)構(gòu)、碳儲量、樹種組成等進一步研究，“目前還在研究中，取得進一步結(jié)果將會跟大家分享。”范光鵬表示。