馬勇剛

新疆大學生態(tài)與環(huán)境學院教授、博士生導師，主要研究方向為植被物候與生態(tài)遙感，擔任新疆自然資源學會理事、新疆地理學會理事。

趙萌：歡迎馬老師做客我們的科普演播室。您是研究物候的專家。很多人看到這個詞，可能都覺得它跟氣候有關。物候到底是什么？它和氣候有什么關系呢？

馬勇剛：物候和氣候是兩種不同的概念。物候可以理解成是氣候變化的一種證據(jù)，我們有時候也把物候稱為氣候變化的指紋。物候能夠反映出氣候的變化，主要是包含一些植物的、動物的，還有一些非生物性這種周期性的變化現(xiàn)象?，F(xiàn)在，物候的概念可能拓寬得更多，不管是農(nóng)業(yè)還是牧業(yè)，例如有一些植物開花，或者是青草發(fā)芽，我們都認為算是物候的一種現(xiàn)象。

其實很多同學都知道我們國家的二十四節(jié)氣里每一個節(jié)氣含有三個候，全年有七十二候。七十二候就可以理解成我們古代傳統(tǒng)記錄的這種物候的現(xiàn)象。

趙萌：請您給我們舉例說一說。

馬勇剛：一年之計始于春，立春是二十四節(jié)氣中最早的一個。它含有三候，一候叫東風解凍，二候叫蟄蟲始振，三候叫魚陟負冰。第一個東風解凍，實際上就是東風來了，土壤從凍土變成可以耕種的狀態(tài)了。第二個蟄蟲始振，是指蟄伏在地下的蟲子開始慢慢蘇醒，慢慢爬上地面。第三個魚陟負冰，是指冰面開始融化，但是沒有化完，還有一層薄冰，魚想在這種狀態(tài)下跳出冰面，就好像是扛著冰塊在游走。

趙萌：古人非常有智慧，用形象又精辟的語言記錄了氣候的變化。

馬勇剛：其實物候歷的形成，是一個比較久遠的過程。在西周時期，就已經(jīng)有人開始記錄物候變化。到了漢代，二十四節(jié)氣完全確立下來。

趙萌：古人是經(jīng)過長時間的觀察與積累，最終總結出了這些現(xiàn)象。那么現(xiàn)在我們再研究物候，又用到了哪些科學方法呢？

馬勇剛：我們現(xiàn)在研究物候的方法，主要分三種。第一種同古人一樣，主要還是靠觀察。比如在新疆大學校園進行人工觀測，每天我去看這棵榆樹是不是發(fā)芽了，如果哪天發(fā)現(xiàn)它發(fā)芽了，我記錄下“× 月× 日× 編號的榆樹發(fā)芽了”。這種記錄就是一種簡單的人工觀測的方法，但是它觀測的面太窄。

趙萌：日常我大概只能觀察到方圓一千米之內(nèi)的事物。

馬勇剛：對，那就已經(jīng)很大了。一個人把自己家門口附近的10 棵樹仔細觀察一遍，可能也得花上一二十分鐘。個人想要把一個非常大的區(qū)域觀察完是很難做到的，所以現(xiàn)在我們做研究工作主要是采用第二種方法，就是以遙感技術把物候信息提取出來。

趙萌：我們經(jīng)常會聽到遙感衛(wèi)星這個詞。用遙感技術來進行物候觀察，它究竟是一種怎樣的技術？

馬勇剛：我們先來看一下這個視頻。每天、每三天或者是每周用遙感衛(wèi)星觀測我們的地球，每次拍一張地球的照片，那么一年下來，我們就會形成一套有時間序列的遙感影像數(shù)據(jù)。

我們現(xiàn)在看到的變綠的部分，代表這片植被的植物長勢是比較好的，如果顏色變黃，就代表植物長勢是比較弱的。

趙萌：那第三種方法又是什么呢？

馬勇剛：第三種方法產(chǎn)生的原因和第二種方法是有關系的。因為遙感是“遙遠的感知”，不是近距離的、很精確的，所以在遙感領域有一個很重要的詞叫作遙感驗證。也就是說，無論你用遙感數(shù)據(jù)做什么事情，都需要到實地去看一看，來確定遙感數(shù)據(jù)的精確性。后來我們就采用了一種叫作物候相機的方法，也就是把相機固定在每一個我們想要的位置上，來確認這里的遙感觀測數(shù)據(jù)是否精確。以新疆地區(qū)為例，新疆地大物博，很多高海拔山區(qū)是無人區(qū)，做遙感驗證的時候依靠它會大大提高工作效率。利用物候相機的數(shù)據(jù)，不僅能確定遙感數(shù)據(jù)提取的物候性是否準確，還能優(yōu)化遙感提取物候的方法和技術。

趙萌：將兩組數(shù)據(jù)進行對比，從而讓科學研究更具可操作性和準確性。目前您們在全疆各個地方放置了多少臺物候相機呢？

馬勇剛：現(xiàn)在有30 多臺了。

趙萌：把30 多臺物候相機放在無人區(qū)，每天用它們拍攝，然后定期搜集和整理里面的數(shù)據(jù)，您們開展這項工作的過程中有遇到什么困難嗎？

馬勇剛：我們確實遇到了瓶頸。新疆太大，我們放的物候相機在海拔三四千米的無人區(qū)，每年都需要定期去看一下數(shù)據(jù)采集的情況，進行一些數(shù)據(jù)回收或者是儀器保養(yǎng)的工作。

這些工作會耗費一個月，目前還沒有找到太好的辦法省下這個時間。

趙萌：在做這些工作的過程中，有沒有一些難忘的經(jīng)歷和我們分享？

馬勇剛：特別讓我記憶猶新的是一開始放物候相機的事。第一次放的時候，我們很開心地將一臺相機放到一個海拔四千多米的地方，然后高高興興地就回來了。等到第二年再上去的時候，當時課題組六個人，從海拔兩千米一直爬到海拔四千多米，非常辛苦，等爬到跟前把這臺相機打開，忽然發(fā)現(xiàn)里面的存儲卡損壞了。這等于說它一年沒有采集到任何數(shù)據(jù)。其中有兩位同事，當場就在海拔四千多米的地方號啕大哭。當然我們也從中吸取了很多經(jīng)驗，再遇到一些關于存儲卡、電源供應等方面的問題，無論事前事后，都能很好地進行處理，因此后面再也沒有出現(xiàn)這樣的問題。

馬勇剛：今天我也帶來了物候相機在巴音布魯克的勝利道班那個位置，采集了約兩年的數(shù)據(jù)，給大家展示一下。

趙萌：通過這樣的研究，能得出一些關于物候的什么結論？

馬勇剛：我們分析出，在整個巴音布魯克草原里，生長季開始提前的面積是非常大的，這就意味著巴音布魯克對全球變暖的響應是比較明顯的。通過我們制作的巴音布魯克觀測數(shù)據(jù)成果圖，大家可以看到紅色的都是植物生長期提前的區(qū)域。以前3 月10 號發(fā)芽，現(xiàn)在可能3 月1 號就開始發(fā)芽了，這是一個明顯的提前的信號。

趙萌：研究了巴音布魯克的物候特征，對我們的生活有哪些現(xiàn)實意義呢？

馬勇剛：準確提取出來巴音布魯克草原植物的發(fā)芽期和生長期的時間，有助于指導當?shù)氐牧謽I(yè)和草原管理部門或者牧民什么時候可以去哪些區(qū)域放牧。

我們在當?shù)氐恼{(diào)查工作中還發(fā)現(xiàn)，巴音布魯克草原最近這些年出現(xiàn)了毒害草的問題。但是毒害草具體的分布比較難追蹤，因為毒害草在幼苗期間和普通的牧草是很難區(qū)分的。現(xiàn)在，我們利用毒害草和牧草在發(fā)芽期特別是開花期的時間上的錯位信息，把毒害草的空間分布提取出來，這樣也為當?shù)氐牧謽I(yè)和草原管理部門進行毒害草防治和管理提供一些科學的依據(jù)和支撐。

趙萌：除此之外，物候研究還應用于哪些領域呢？

馬勇剛：現(xiàn)在，物候?qū)W的應用領域是非常廣泛的。它在天文學、地理學、生物學、中醫(yī)藥學方面都有很多應用。

最有代表性的，是地理學和氣象學的老一輩科學家竺可楨先生研究的氣候變化。他利用物候的證據(jù)，很細致地描述了中國過去五千年氣候的變遷，并集結成物候?qū)W的經(jīng)典之作——《物候?qū)W》。

第二個，物候還能夠很好地應用于旅游業(yè)。比如說我們可以通過物候模型的方法，準確地預測出塔里木河下游那片胡楊林什么時候是最美的。對物候的預測，可以為文旅部門提供有力的信息支撐。

第三個比較突出的是在人體健康方面。通過研究物候，科學家發(fā)現(xiàn)植物的開花時間變長了。對于不少人來說，花粉的物候期延長，那么自身過敏的癥狀也會持續(xù)得越長，或是癥狀變得更嚴重。

第四個方面可能更多的是在我們科學的范疇里。在聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的全球三大環(huán)境問題中，物候不匹配占據(jù)了很重要的位置，它會對我們的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生比較大的影響。

趙萌：什么是物候不匹配？

馬勇剛：舉例來說，有一種鳥叫斑姬鹟，它每年會從非洲飛越幾千公里到歐洲去撫育它的小寶寶，會選在大約開春的時候飛到當?shù)兀簿褪菤W洲的冬蛾毛蟲剛剛出現(xiàn)的時候。冬蛾毛蟲大量繁殖，斑姬鹟利用這段時間捕捉它們來撫育小寶寶，以保證自己種群的穩(wěn)定?，F(xiàn)在由于氣候變化，冬蛾毛蟲出現(xiàn)的時間更早了，等到斑姬鹟回到歐洲把小寶寶孵化出來的時候，冬蛾毛蟲已經(jīng)不見了，所以造成了斑姬鹟的種群數(shù)量大幅減少。這就是物候不匹配，是指由于全球氣候變化，導致動植物的生長、繁殖等生命活動與季節(jié)變化之間的節(jié)奏不一致，從而破壞了物種間長期進化形成的種間關系，對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重影響的現(xiàn)象。

趙萌：通過您的介紹，我們發(fā)現(xiàn)物候的研究是非常重要的，它可以影響生物的食物鏈，從而對我們?nèi)祟惖纳a(chǎn)生活也產(chǎn)生一定影響。那么我們普通人能不能參與到物候的研究當中呢？

馬勇剛：當然可以。物候研究，在我們這個行當里稱之為平民科學，因為它大多數(shù)的工作都是靠觀測。我們現(xiàn)在特別希望有更多的民眾來參與物候觀測工作，大家提供的物候觀測數(shù)據(jù)能為我們的科學研究提供非常寶貴的數(shù)據(jù)支撐。

趙萌：那么我們平時在觀測物候的時候該怎么做記錄？有什么要求嗎？請您給大家做個提示。

馬勇剛：做物候觀測有幾件核心的事情：第一是一定要知道你觀測的動植物的名字；第二是你一定要記錄好觀測的地點，最好包含經(jīng)緯度這樣的信息；第三是最好找一到兩個小伙伴同時觀測，因為人為觀測的不確定性還是比較大的。我們現(xiàn)在已經(jīng)編制了一些人工觀測的指導手冊，下一步也會通過更多科普平臺，把這些手冊分發(fā)給公眾。

趙萌：感謝您！我們也會呼吁群眾多參與物候觀測工作，借助這些手冊，將這項工作持續(xù)做下去。