作者｜何新月 魏晞
編輯｜秦珍子
中國有多少棵樹？幾個月前，一篇發表在國際期刊的論文給出了答案：截至2020年，中國共有1426億棵樹，平均每公頃森林有689棵樹，相當於14億人每人“擁有”100棵樹。
這篇論文繪製出中國首張100米解析度的樹密度地圖。從這張圖上可以解讀出不少資訊：純粹看數量，四川的樹最多，西藏的樹最少；把人口當分母，西藏的人均樹木擁有量最高，達到近2000棵，天津、上海人均1棵。
變換一下觀察尺度，能看到更多有趣的發現，比如長江流域約有496億棵樹，是全國流域之冠；西南地區擁有最多樹木，西北最少；全國61.6%的樹木長在寒溫帶針葉林植被區，而暖溫帶落葉闊葉林區的樹木密度最高，每公頃的森林約有989棵樹。
北京大學地球與空間科學學院教授郭慶華主持了這項研究。10年來，他和學生們用雷射雷達掃描中國的森林，1公頃作為一個“樣本”，一共掃了7萬多個，積攢了400TB的資料（TB，太位元組，資料儲存容量單位，1TB=1024GB）。論文的第一作者程凱，當時還是郭慶華課題組的博士後，他帶著課題組的成員用這些資料拼出中國森林的“三維地圖”。
2025年6月，郭慶華（右三）帶領課題組成員進行野外資料採集。
數清中國的樹是“不可能完成的任務”嗎
在這份“樹密度地圖”上，中國大多數省份的樹木超過了1億棵，四川、黑龍江、雲南和廣西四地的樹木數量共佔中國總樹木數量的32%；寧夏、上海、天津僅佔全國樹木總數0.04%；臺灣、江蘇、安徽的樹木密度超每公頃800棵樹。
胡煥庸線——從黑龍江黑河橫貫到雲南騰衝，與中國400毫米等降水量線高度重合。胡煥庸線以東的區域雨水足、土壤肥，天然林和人工林能紮根成林；胡煥庸線以西的區域乾旱貧瘠，開展人工造林，但“樹密度地圖”顯示，人工林存活率低，樹密度也低。
程凱如今是北京大學遙感與地理資訊研究所特聘副研究員，他告訴中青報·中青網記者，研究還發現中國“綠得更快了”。過去30年，全球的森林在減少，而中國的人工林面積幾乎翻了一倍。這些人工林像張開的綠色巨網，透過光合作用將二氧化碳轉化為有機碳，儲存在枝幹、葉片和土壤中，它們把地上的碳庫從675億噸提升到1873億噸，平均每年固碳約40億噸。這一數字相當於全中國2.8億輛私家車（年均碳排放2噸/輛）停駛7年減少的排放量。
2021年，接到“中國有多少棵樹”的研究課題時，剛進組的程凱認為這是“不可能完成的任務”。中國森林面積約2.47億公頃，涵蓋熱帶、亞熱帶、暖溫帶、寒溫帶等多個型別。他當時心想，別說數中國有多少棵樹，“就連數清楚北大有多少棵樹都很難”。
“數清中國的樹”，是程凱的合作導師郭慶華惦記了快10年的研究課題。2015年，《自然》雜誌刊發的一篇論文曾結合大規模的實地測量、遙感資料和統計建模的方法，總結全球約有3.04萬億棵樹。那時，郭慶華已經帶著課題組成員，在中國的森林裡積累了3年資料，中國科學院植物研究所副研究員胡天宇參與其中。
胡天宇告訴記者，《自然》刊登的論文中有關中國森林的資料不足。他還記得，郭慶華看到論文很受觸動。“郭老師說，數樹是雷射雷達的強項，他們能做，我們也能做，而且做得肯定比他們更準。”
給森林拍“CT”片
郭慶華提到的雷射雷達技術，如今廣泛應用於森林測繪工作。他告訴中青報·中青網記者，傳統的爬樹測樹的方法，靠人力逐棵測量樹的胸徑、樹高，但沒法取得樹冠層次、空間分佈等森林結構的資訊；有些樹長在斜坡上，樹幹還是彎彎曲曲的，就算爬上去也測不準。他記得，2005年，自己還在美國做研究，認識的一位美國學者要去測一棵巨樹的高度，爬到樹腰時天色已晚，只得在樹上紮營，後來風雨驟降，這位學者險些遇難。
那一年，郭慶華第一次用雷射雷達掃描整片森林。裝置發射脈衝，碰到樹冠上的樹葉、樹幹會反射回來，被儀器捕捉記錄。雷射脈衝的“折返跑”就像沿著物體輪廓勾勒的畫筆一樣，能描述一棵樹的高度、形狀和它在森林裡的具體位置。
當雷射雷達掃描出的三維資料在電腦螢幕上展開時，每棵樹的高度、彎曲弧度都顯示出來。郭慶華對他的學生說：“以後不需要爬樹了，我們要用雷射雷達來測樹。”
2012年，郭慶華放棄美國加州大學終身教授職稱，全職回國。他去測繪培訓班講課，問有誰聽過雷射雷達技術，班裡幾百個人，舉手的不到5個。當時，郭慶華想用雷射雷達裝置在中國採集一片森林的資料，需要花費30萬-40萬元。這讓他下定決心，要推動研發出價效比更高的雷射雷達系統。
程凱解釋，森林測繪工作要“外頭跑”和“屋裡算”相結合——透過衛星遙感地圖選擇要測的森林樣本，把資料從野外帶回來，再透過計算機演算法建立三維模型，就像醫學領域拍“CT”片。
在西藏，郭慶華團隊掃描了墨脫、察隅和波密3個縣的典型原始森林——飛手操控搭載雷射雷達的無人機，飛到樹冠以上100多米的空中，掃描研究人員劃定了範圍的森林，有時還要和地面雷射雷達互相配合。
“掃描一片林子就十幾分鍾。”賴雲露幹了好幾年飛手，最初他只懂無人機、不懂樹，長期的野外工作讓他對樹產生了許多好奇，也總結出不少野外經驗。
他形容，測樹是一場“無風的約會”，在不下雨、不起霧的天氣，“早上8點到10點最適合作業”。賴雲露對中青報·中青網記者解釋，“中午11點左右會起風，峽谷地帶，陰天沒啥風，太陽天有風。起風就不好飛無人機了”。
除了飛手，熟悉地形的當地居民、有野外實地勘察經驗的研究人員也會充當嚮導，在茂密的森林深處為研究團隊指路。回國數年，郭慶華帶領課題組掃過北京房山區的森林，也掃過廣東湛江的紅樹林。他們去過黑龍江的大興安嶺、海南的尖峰嶺，也去過浙江古田山、吉林長白山、湖北神農架、河北五道溝等。
在西藏，西子江生態保育中心負責人李成和當地的藏民把郭慶華團隊引入波密，找到目前被認為是亞洲最高的、102.3米的西藏柏木。李成說，傳統的科研工作要求學者要把自己的領域做得很細很精，但生態學是個綜合學科，需要更宏觀的研究視角和不同專業的人。
真實的樹什麼樣，電腦裡的樹也要什麼樣
程凱曾在央企從事軟體設計研究工作，但心裡總惦記著自己的專業，“還是想回到林子裡，一直和大自然打交道”。他辭去穩定的工作、加入郭慶華團隊做博士後，接到的課題之一就是“數樹”——藉助計算機，不光要數出樹有多少，還得找出樹的特徵。
拿到郭慶華團隊積累多年的森林資料時，程凱感到驚訝，400TB相當於8萬部高畫質電影的資料量。
北京大學地球與空間科學學院博士生楊澤坤負責解析這些資料。在他計算機的顯示屏上，表示樹木的綠色點湊成一團。當時的技術難點是，如何把這一團資料還原成一片能看得清每棵樹的森林，給每棵樹都辦上“身份證”。郭慶華的要求是，要用AI演算法把圖做得跟人眼看到的一樣，“（野外）實地能看到真實的樹是怎麼樣的，在電腦上，樹也要有這些特徵和細節”。
AI演算法很難分清“誰是誰”——當兩棵樹樹冠交疊，或樹幹貼得極近時，傳統演算法會預設為它們是一棵樹。一旦演算法的精度不夠，最後數出的樹木數量也會有嚴重偏差。
楊澤坤花了兩年多去解決這個難題。他給AI演算法裝上了“三雙眼睛”：先在“三維資料集合”裡找樹幹，當樹幹被灌木等遮擋，就從高往低看，尋找樹冠；當樹冠形狀不均勻，或與鄰樹的樹冠重疊，就找樹枝；沿著枝條逐點追蹤，通過幾何模型判斷是否來自同一棵樹。
這是“單木分割”技術，相當於在樹木交疊的森林裡精準識別、“拆”出獨立的單棵樹。然後，楊澤坤根據點位還原樹的輪廓，找出一棵完整的樹，精確到樹高、冠長、冠幅等，甚至它在森林裡的準確位置——逐漸還原出一片“數字森林”。
無人機雷射雷達採集到的森林資料，被計算機處理後，呈現單木分隔結果。
在此基礎上，程凱以氣候、土壤、地形、植被和人為自變數，以實測樹密度為因變數，用AI學習模型推算“什麼樣的森林環境會長多少棵樹”。經過多次檢驗，AI推算精度能達到80%左右，最終繪製出全國的“樹密度地圖”。
出去就要多看看，真正瞭解中國的情況
“樹密度地圖”對森林的定義是，樹冠覆蓋率大於30%的土地，包括天然林和人工林。程凱介紹，城市和農田邊上的防護林，暫時沒有被納入這次的統計中。
摸底中國森林的工作始於20世紀六七十年代，國務院林業主管部門組織全國森林資源連續清查工作，第一次調查成果在1973年釋出，之後每隔5年進行一次清查工作。直至2018年，國家林草局共釋出了9次清查結果。
根據中國第九次全國森林資源清查，全國樹木密度報告為每公頃1052棵樹，顯著高於“樹密度地圖”估計的每公頃689棵樹。程凱解釋，雷射雷達掃描時的技術誤差和樹冠的遮擋，導致目前計算的數值比真實情況小。
胡天宇以一座城市為例解釋說：“森林清查能大致說明北京有多少棵樹，‘樹密度地圖’可以看到海淀區有多少棵樹，密雲區的某個山溝溝裡有多少。”
截至目前，“樹密度地圖”等相關的中國植被資料集已經在學術網站被下載引用超過一萬次，研究成果被國家林業和草原局等官方部門轉發。英國廣播公司（BBC）和科學新聞網站LiveScience稱這是一項開創性的研究。BBC在報道時指出，它為中國未來10年種植700億棵樹的計劃提供了關鍵工具。
“這項研究是中國第一次高解析度的樹木密度測繪。”郭慶華說，“最終有助於中國的可持續生態系統管理和恢復。”他下一步的計劃，是把“樹密度地圖”沒統計的城市樹木、農田邊的防護林等，納入研究。
程凱還想要給森林開“處方”，根據每個區域的氣候、土壤和樹種特性，找到最優樹木密度。“怎麼種，是否有必要種，要不要調整……不是樹種得越多越好、越密越好。”
胡天宇用“豆芽實驗”解釋：同樣大小的育苗盒，撒100顆豆子，豆芽細長；只撒10顆，豆芽粗壯；只撒1顆，浪費空間。“森林也一樣，過密導致樹長不大，都是‘小老頭樹’，抗風險能力差。一場災害來了，樹全死了，但是種得過疏則浪費土地。”
郭慶華說，綠化的原則應該是“宜林則林，宜灌則灌，宜草則草”。
例如，東部人工林“太密”需要間伐（在一定時期內，有計劃地砍伐部分樹木），西部部分林地“太疏”可以補植。“國家造林的土地資源有限，要用好每一塊土地。”程凱希望能在現有的林地面積上，做加減法，不需要佔用其他土地型別。
目前，已有地方林業部門計劃用“樹密度地圖”的資料開展試點工作，保證每棵樹種到合適的位置上。此外，第二次全國古樹名木資源普查結果顯示，中國普查範圍內現有古樹名木共計508.19萬株。但程凱初步估算，全國100歲以上的古樹可能遠超這個數字。“官方的資料只算城市和寺廟的古樹”，原始森林中一次就能發現一大片古樹。
上個月，郭慶華和團隊回到波密，重測那棵102.3米的西藏柏木，發現樹尖附近仍然在長新芽——樹木高度與水分的關係，出現了新的謎團。郭慶華還想去測馬來西亞和美國的最高樹，把巨樹的生長機理給弄明白。他希望國家能在藏東南地區建立國家森林公園，其他地方開放，把最高樹保護起來。大家能近距離觀察、感受巨樹，最高樹也能得到保護。
西藏柏木102.3米高樹點雲模型。
這個建議正在變成現實。北京大學遙感與地理資訊研究所特聘副研究員任淯說，國家相關部門已根據他們的資料，在雅魯藏布大峽谷區域設立專項保護專案，投入約800萬元用於巨樹群落保護。
任淯已經加入郭慶華課題組4年。她做巨樹、古樹研究，一年總要去幾次野外。七月上旬接受採訪時，任淯和程凱剛從西藏林芝回來。這位女士身上爬過螞蝗，遭遇過蜱蟲和毒蛇。她說，森林裡有危險，但大自然也總是給人力量。
程凱一直記得七八年前讀博時，老師曾說：“學地理的人，如果出去只是‘上車睡覺、下車拍照’，那就白學了。我們出去就要多看看，真正瞭解中國的情況。”辭職回到“森林”，他說是因為熱情和坐“冷板凳”的耐心。
“靜下心來很重要。”郭慶華也總說，“只管瘋狂往前跑。一樓滿是雜聲，到18樓，就聽不到這些聲音了。”
– END –
中國青年報·中國青年網出品
