冯禹昊： 一篇论文发顶刊让全世界都应用

2022年5月，国际顶级学术期刊Science上刊发了一篇解答植树造林生产实践中种种疑问的生态学论文，Science同期还专门配发了同行专家的评述文章。文章认为，该研究系统论证了混交林的增产效应，并阐明了这一效应的生物学机制及其影响因素。文章指出，该研究不但平息了长期以来有关纯林和混交林孰优孰劣的争论，而且揭示什么样的物种组成、林龄和种植密度是最适宜的，这为全球森林恢复和管理提供了重要参考。

这篇论文的第一作者是一名博士生——来自北京大学城市与环境学院的冯禹昊。

纯林vs混交林

如果把冯禹昊论文的学术语言翻译成平常的话，讲述的就是一个生态学的选择：纯林还是混交林？

植树造林是实现碳中和的一个关键途径，为力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的目标，我们该在何种环境条件下，采取怎样的树种组合以提高固碳效率？也就是说，怎样植树更合理呢？冯禹昊的论文回答了此问题。

混交林指的是由两个以上的树种组成的林子，自然生长的树林都是混交林，林子中各种物种的分布是杂乱无章的。人工造林时，人们采取的策略往往相反。比如，为了获得某种实用木材，人们会故意种植某一种树木，造一些纯林。这样一来，问题便产生了：自然界遍布混交林，到底是因为物种的扩散很随机，还是因为混交确实能够带来一些生态影响或者更多的生态效益？人们是否需要仿照自然群落造一些混交林，它能不能更高效地固碳，或者提供更多木材？

冯禹昊通过研究发现，不同的物种组成会对树林的木材产量产生很大影响。比如阔叶物种跟针叶物种混交，要比阔叶跟阔叶或者针叶跟针叶混交效果更好，产量增加更多。这是为什么呢？其实直观就可理解，阔叶树一般树冠都很大，但是针叶树通常是塔形的，上面比较尖，底部比较宽，就像圣诞树的形态，如果这两类树错落生长，就刚好把空间充分高效地利用，光和水都可截获更多。

同时，研究还发现，常绿跟落叶植物的配合也会产生类似效果，因为不同树种落叶时间并不同步，一些落葉树种的叶子掉落之后，空隙里会传进更多光，常绿树种反而被更好地激活了，这也使得整个林子的木材产量有所提升。

此外，不同林龄的森林，生产效果也不同。分析发现，同样一个混交林，增产效果会随着树龄越来越老，呈现先增加后减少的趋势。这样的结论意味着什么？拿一个大家比较关注的点来举例子，我们现在为了实现碳中和要种很多树，我们到底吃的是这些树快速生长期的红利，还是说它逐渐成熟以至老了之后，还能够保持这么高的碳吸收，固碳效果是否会打折、减退、消失？冯禹昊的研究提示大家，在实现碳中和的征途中，也要警惕由此产生的相关问题。

这篇论文不但发现了混交增产效应普遍存在，而且提供了能够更好服务于林业生产，以及国家的碳中和战略的森林恢复和管理方案。

别怕“不一样”

在冯禹昊看来，真正的学者都有一个共同的特点——拥有独立的思维、独立的研究观点、独立设计实验以及深入科研的能力。这也是他一直努力学习和刻意练习的技能。

自从开始创作这篇论文，冯禹昊好几次都干到崩溃。之前有研究发现，随着降水的增加，混交效应下降。这就像在干旱的环境中，大家相濡以沫、互帮互助，当水分变多了，大家都富裕了，彼此就不再依赖，开始互不理睬，互补效益就下降了。但冯禹昊的分析结果却显示，随着降水增加，混交效应并未出现明显变化，这与前人的研究结论大相径庭！

数据怎么也算不出预想的结果，一时间冯禹昊的脑子乱作一团，尽是些“抓马”的数据和混乱的方法：“我们在研究气候对于增产效应影响的时候，气候划分到底是怎样的？采取哪种分区？比如分干旱区、非干旱区、湿润区，然后比较不同组之间的差异？还是采用连续性的变量，比如降水100毫米、200毫米，然后做散点图、回归关系？”不知所措的冯禹昊不得不跑到未名湖边去放空。

“这看似是个技术上的细节问题，但实际上选择不同，就走上了两条道，后面所有的思维、思路、实验设计都据此展开，并要投入很大成本，一旦错了，可能之前的一切努力都打水漂。”此时，巨大的压力造成思绪翻涌。

突然，电话铃响起，是方老师，冯禹昊被拉进了群聊，群里还有其他4位系里的老师。“没有PPT汇报没关系，你现在做出来啥结果说一下，我们直接帮你看。”原来，方老师从其他同学那里了解到冯禹昊遇到了问题。“就照你现在的做。”高效讨论过后，方老师直截了当地说：“别人的观点也可能是错的，很可能降水并不是这个地方的限制性因素，小冯不要纠结。什么样的数据做出来什么样的结果，我们就是会看到不一样的东西，这很正常。只要你数据没有问题，你的结果一定是合理的。”

“我非常相信我的导师。”导师一句话，冯禹昊忽然就“悟”了，他知道，导师在关键时刻拍板的底气和自信来自他多年的科研经验，以及学者宝贵的独立思考。

好苗子6000条

从武汉大学地理信息科学到北大生态学，冯禹昊是跨专业的直博生。本科所学让他具备了较强的技术能力，同时，他对探索未知也充满了兴趣，本科期间就成功发表了第一篇论文。老师看他热衷科研，也想留下这个好苗子。面对老师抛来的橄榄枝，冯禹昊却迟疑了，选择就在眼前，但自己究竟想在哪个领域继续深造，他心里一点方向都没有。后来，他抓紧时间向老师请教，知道了地理信息专业深造大致有地理学研究和生态学研究两个方向，随后，他开始“泡”图书馆、数据库，在地理和生态这两个“圈子”里游走，疯狂刷论文，努力去寻找和发现契合自己兴趣的内容。

这段时间里，他了解到生态学是研究有机体与其周围环境（包括非生物环境和生物环境）相互关系的科学，具体的研究方向有很多，比如生理生态、生态遥感、植被生态等。他对生态遥感尤其感兴趣，毛乌素沙漠是不是真的变绿了？地球上植被的密集程度到底是怎么样的？全球变暖会不会导致植物的开花时间提前？这又预警了什么问题？这些都可以通过生态遥感来评估。人们借助卫星这一特殊的“眼睛”，从卫星拍摄的影像中提取数据，通过一定的方式、算法进行分析，便能预测和推断出地球家园的情况，进而做一些有益于它的事。在这方面，自己本科所学的技能似乎也能派上用场。

本科老师虽然爱才，但看到他如此认真地对待自己的专业选择，便提示他去注意一下方精云院士。在老师的推荐下，冯禹昊开始有针对性地关注方老师的科研方向、研究成果、团队情况等方面的信息。

他了解到，方精云院士是国内最早的几位生态学院士之一，为推动和发展北大生态学教育和研究起到了非常重要的作用。他任教的北京大学也是全国最好的生态学教育和科研中心之一，那里的生态学专业基本覆盖了生态学的全部细分领域，在全球气候变化及其生态响应、生物多样性保护、植被生态学、植物生理生态学、地下生态学、景观生态与景观规划以及城市生态学等方面开展了系统性的研究。方老师领导的课题组常年保持二三十人，一般情况下，每年都会招收一个硕士和一个博士，这个机会让冯禹昊兴奋不已。

在大三结束的暑假，冯禹昊便与方老师取得了联系，通过面试后，他于大四下学期如愿进入到北大开展学习和科研工作，科研路上的挑战也由此开始。

学习中，同学们在学术期刊上读到一篇文章，作者基于控制实验发现了混交造林比纯种造林效果好这样一个情况，讨论时，大家对文章内容表达了质疑。一是因为作者的实验只做了七八年，这在生态学研究中实属比较短，二是作者所选择的实验物种也不是很多，不能被广泛参考。方老师提示大家，可以试着找一找文献中的数据，做一个系统回顾性研究，看看一直以来的观测数据是否支持作者的实验结论。

直博第二年，冯禹昊接下了这个有关“纯林与混交林”的课题。从拿到任务开始，他的生活里“周末”就几乎消失了，每天都会抽出时间看文献。他在数据库搜索关键词，一一打开查看，第一眼看摘要，再浏览图表，迅速根据项目需要判断文献价值，从而做出略读或精读的下一步策略，精读的内容还要从文章里抽取必要的数据并加以记录。

读文献也不是读一遍就结束，反复几个来回是常事。“有时边收集数据边想后面做什么分析，怎么做，同时也要看其他研究者是怎么分析的，有无可借鉴之处。数据收集的规则、方法也可能随时发生变化，甚至连研究的目标也得适时更动。有时，还会发现有些数据不合理，那就要回头再找具体文献，仔细检查，计算、验证、核实、修改……”

历时5年，冯禹昊收集分析了全球255个站点、243个树种，近6000条造林数据，他感觉自己“终于冲过来了”。

接下来的数据分析阶段，冯禹昊本来充满了信心，绘图、数据处理、编程等有助于数据分析的技术都是他擅长的。可有一天，冯禹昊却卡壳了，软件计算出线性回归的数值，自己却解释不了。“当时我非常慌！”冯禹昊第一次觉得，自己会了那么多技术和方法，但连最基础的线性回归都做不好。后来通过“补课”，冯禹昊明白了，自己遇到的是“混合线性模型”，在线性回归不同散点时，数据的权重有所不同，这种不同权重的点拟合出来的线与正常的线性回归结果是不一样的。“原来，技术背后的机理我并没有搞清楚。”

“技术有助科研，但仅仅依赖技术带来的却并不全是正向的收益，也有可能一叶障目，不见十年”，在不断的尝试和摸索中，冯禹昊不再过分注重去用技术将某些数据的拟合优度提高并非必要的一点点，而是开始“用心关注和思考更多更广阔的问题”。

Science无疑是国际学术期刊中的顶流，每年只有大约800篇论文的容量，而全世界那么多科研人员和学生都在学术之路上打拼，可能毕其一生也不一定能获得机会，在读博士获此殊荣，“我觉得我是比较幸运的”，冯禹昊如是说。实际上，这篇论文的创作过程正记录了他在科研路上的跋涉与成长。

只遥不感不是“遥感”

都说生态学家是大自然的医生，冯禹昊这些年习得的“医”术不只有实验室中的“文”功，出野外的“武”功也在不断精进。

冯禹昊研究生态遥感，卫星拍摄的遥感图片只要从网上下载就行，所以数据收集相比其他生态学方向简单很多，没有太多出野外的任务。不过在同学都出差的假期，冯禹昊也被方老师“赶”出去了：“去帮师兄、师姐做点事！即便你做的是遥感，只遥不感那也不是遥感。”

走出实验室、走进大自然的冯禹昊果然感受到了更多做科研的乐趣。他发现学这个专业去很多景点考察都不收门票，他还看到了许多人难得一见的风景，比如在四川的森林里寻着粪便看到了野外生存的大熊猫，比如在距国境只有1公里的地方远望对面的哨塔，比如在实验样地75米高的塔里观察各式各样的鸟窝……

当然，出野外也有“苦”。“每次野外出差回来，都说这辈子再也不想出差了，太累了，但每一次出差都会有新奇的体验。”

冯禹昊收集数据的主要方法是背着激光雷达、三脚架去“扫”森林。激光雷达装备就像一个台式电脑主机机箱，背上身后仿佛身体后面长出个盒子，盒子上又伸出一个弓形的架子，顶端是激光头，随着人的行进，激光头不断地扫描周围的环境并记录下来，之后合成全景影像，科研人员可以观察拍摄到的任何一个精确坐标上的影像和数据。

去年夏天，冯禹昊开始为自己的毕业论文寻找素材，去了長白山“扫”森林。他工作时状态拉满，腰杆笔直，步伐稳健，通常情况下，前面还有帮手开路。

“真的不能摔呀！”冯禹昊说这副专业的姿态都来自曾经的历练。之前出野外采集数据，遇到了一个陡坡，他没在意，大步迈上去，不承想身子一滑，摔了个大马趴，费力爬起来之后发现，结实的牛仔裤都已经被刮坏了。短暂休息后，想想还有不少数据收集工作要做，他也就忍痛继续了。两个星期的工作即将结束准备回家时，冯禹昊查阅了一下采集到的内容。“天啊！完了！”他惊恐地发现，自己中途摔的那一跤导致数据接不上，完全不能用！他只得收起似箭的归心，从头来过。这一次，原本计划两周完成的任务，硬是干了一个月。

“痛”的领悟向来深刻，之后他每次出野外都分外小心。“可今后万一再摔了怎么办？”冯禹昊时常忍不住这样问自己，可细细一琢磨，“自己喜欢的科研工作不就是这样吗，万一‘摔’了，就爬起来，接着从头干呗！”

责任编辑：马春梅