郭庆华走进过很多不同的森林，从南海之滨到雪域高原。而唯有在藏东南的土地上，郁郁葱葱的原始森林和直插云霄宛如通天塔般的参天巨树能带给他久久不能褪去的震撼感。
不久前，一项关于“中国有多少棵树”的研究成果也带给公众同样的震撼。这一成果正是由北京大学郭庆华团队联合中国科学院等科研机构所发布的我国首张“树密度地图”。
作为一项覆盖全国范围的基础性科学调查与研究工作，“树密度地图”首次系统性地揭示了中国森林树木的总数及其分布特征，并为我国森林资源管理与生态修复提供了详细的空间分布数据，为森林资源调查提供了全新视角。
这张信息量巨大的“树密度地图”究竟是如何画出来的？或者说全国总树木数量约为1426亿棵树，这一结果是如何得出的。
郭庆华心中自有答案。
郭庆华在野外开展调查工作
平均每位中国人拥有100棵树
树密度，即每公顷树木的棵数，在生态学中既是森林健康和稳定的度量指标，也是影响林分动态、物种多样性和生态系统功能发挥的重要因素。
一份详实的“树密度地图”对科学研究与森林管理均有深远意义。它不仅能帮助评估森林健康状况，同时具有重要的生态保护和物种保护价值。通过这些基础数据，研究人员能更好地识别生态敏感区与物种栖息地，为保护生物多样性提供科学依据。
此外，随着全球气候变化问题日益严峻，碳汇作为应对气候变化的重要手段，树木的数量与分布直接影响碳储量的估算和碳汇政策的制定。“树密度地图”也能为我国碳汇评估提供重要的数据支持，为造林规划提供更加精准的指导。
用郭庆华的话说，这张“树密度地图”的发布标志着我国森林资源调查和生态保护进入全新阶段。
“树密度地图”本身包含了哪些具体内容？
根据“树密度地图”显示，截至2020年，中国森林平均树木密度为每公顷689±17株，全国树木总数为1426±3.5亿棵，相当于平均每位中国人拥有100棵树。
此外，研究还发现，我国不同地域，树密度各异，东北、西南和华南地区的树木数量相对集中；西北和华北地区则因自然条件相对严酷，林木较为稀疏。其中，西南地区以约360亿棵树居全国之首，华南（328亿棵）与华东（259亿棵）紧随其后。从植被类型上看，寒温带针叶林密度最高，亚热带常绿阔叶林与热带雨林单位面积的树木数量也相对偏多，而温带草原与荒漠区的树木则呈零星分布。
中国流域尺度分析显示，长江流域以约496亿棵树的绝对优势位居首位，同时，东南诸河流域、西南诸河流域、珠江流域、松辽河流域的数量均超过100亿。然而，树密度的分布特征与树的总株数分布特征并不总是一致。这些差异反映了不同流域的森林管理、生态保护和可持续发展策略之间的差异。例如，西南诸河流域和长江流域强调生态保护和天然林的恢复，以保护独特的当地生态系统和生物多样性，而海河流域和黄河流域的重点是人工造林，以应对土地退化和土壤侵蚀等环境挑战。
从不同行政区来看，树木数量分布在240±50 万到126±11亿之间。四川、黑龙江、云南、广西等省的树木数量均超过100亿，占中国树木总量的32%。台湾、江苏和安徽三个省份的树木密度最大，超过800棵/公顷。而在人均树木数量方面，西藏以1982±121棵/人遥遥领先。这一指标从另一个角度展示了树木分布与人口分布之间的不平衡性，为资源管理与生态政策提供了重要依据。
郭庆华在野外开展调查工作
技术突破一点，数据精准一点
1426亿棵树，站立于我国960万平方千米的土地上，也把脚下的这片热土，装点成一个绿色中国。
每当郭庆华在野外开展调查时，他看见眼前的一片片森林，汇聚成莽莽苍苍的林海。又由一片片林海，汇聚成森林点云数据。一片森林，成为一组数据，2008年至今，北京大学团队共搜集、处理了超400TB无人机激光雷达数据。
面对不同地域、不同类型的森林系统，激光雷达技术的具体使用并无明显差异。当来到一片森林，科研人员根据对数据精度需求的不同，使用无人机、背包、手持或车载激光雷达系统扫描样方地获得点云密度数据（激光雷达通过发射激光脉冲并测量其从传感器到物体表面再反射回来的时间，结合激光束的发射角度，计算出每个点的三维位置。大量这样的点汇聚在一起，就形成了点云。点云数据可能表现为树干、树叶和地面的离散点集合，每个点云带有坐标和反射强度信息。通过算法处理这些点云，可以重建树的3D模型。）
不难看出，从树到数的转变，科研人员离不开高精度的无人机激光雷达（LiDAR）与人工智能（AI模型）技术的加持。
实际上，新中国成立以来，我国逐步建立起较为完善的森林资源清查体系，主要依赖地面人工勘测。然而，面对广袤的国土面积、复杂的立地条件，传统方式耗时长、成本高，且难以实现高频次、大范围的实时监测。20世纪末，卫星遥感技术的兴起带来了变革，其高效性显著提升了数据采集能力。但光学遥感受限于冠层穿透力不足，反演的森林参数如生物量、蓄积量常出现饱和效应（可以理解为当森林覆盖度太高，光学遥感会失灵），尤其难以满足单木尺度的精细化需求。
与全国范围内的森林覆盖相比，有限的人力与物力宛如蚍蜉撼树。森林的浩渺与人类的局限等待着科技的再次创新打破僵局。
激光雷达技术的出现，为这一难题提供了解决方案。凭借激光脉冲穿透冠层的能力，它能精确获取森林的三维结构信息，成为森林资源调查的“利器”。郭庆华团队自2008年起，以激光雷达为核心，结合无人机等新兴平台，开启了技术研发与应用的探索之旅。经过十余年的努力，从最初的设备研发，到算法优化，再到跨尺度监测体系的建立，逐步攻克了森林资源调查中的诸多难题。
在森林生态系统中，激光雷达能够精确测量树木的高度、冠层结构和生物量，从而为森林健康状况和生物多样性的评估提供关键数据支持。通过分析森林激光雷达数据，研究人员可以区分不同的植物群落，有助于识别不同的植被类型和物种多样性。
历经十余年的迭代发展，激光雷达技术从解决基础数据采集难题，到实现大范围、高精度的动态监测，逐步推动了中国森林资源调查从传统人工测量向现代化、智能化的跨越。
能见证、参与这样的跨越，郭庆华得偿所愿：为祖国的科研和人类文明的进步做一点贡献，在有限的人生里做一点有意义的事。
激光雷达点云单木分割结果
中国巨树逐步被发现
森林资源调查中最大的惊喜莫过于发现巨树。在参天巨树密布的藏东南，郭庆华感受到了原始森林的无穷魅力。寻找最高树，便更有使命感。
在人迹罕至的森林腹地，无人机激光雷达与背包激光雷达相互配合，对潜在巨树分布区域进行详细的数据采集与分析，获取完整的三维点云模型，对巨树所在的森林进行林分尺度与个体尺度结构参数信息（树高、胸径、冠幅等）的快速准确获取。
郭庆华把激光雷达形容为“对物理现实世界的数字复制技术”。通俗点说，当人们仰望一棵巨树，惊叹于它的雄奇与伟岸时，激光雷达则是用准确的数据还原巨树身上所蕴含的所有信息。
于是，中国大陆的最高树纪录接连被打破。2022年，首先是西藏墨脱县76.8米的不丹松，10天后，西藏察隅82.6米的新“树王”被发现。过了不到一年时间，“中国最高树”的王座又更换了新的树种。2023年5月，位于雅鲁藏布大峡谷国家级自然保护区的林芝市波密县通麦镇境内，一棵高达102.3米（历史高度）的藏南柏木被发现了，这是目前已知的亚洲最高树、全球第二高树种。
“以前开展森林调查，一个样方可能要好几个小时，有了激光雷达设备，现在能缩短到几分钟。经过电脑自动处理，可以很快获得相关数据。”郭庆华解释，这也是为何新“树王”频繁被取代的原因所在。激光雷达系统让“寻找最高树”变成了一个可重复的科学工作。
不仅如此，植物学家也可以在相关数据基础上进行更多深入研究，研究为什么树能长这么高，它的限制因子是什么，对理解整个生态的机理有一定帮助。
所有的研究是为了被看见。
曾经的郭庆华更愿意埋头做科研，而现在他逐渐愿意面对公众，讲述最高树的发现和“树密度地图”的成果。“一棵大树的长成往往需要百年甚至千年，具有极高的生态和保护价值。它们为附生植物、昆虫和小型哺乳动物提供了丰富的生境，对维护生物多样性至关重要。但砍伐只需一瞬。通过激光雷达技术寻找中国最高树，将它呈现给公众，能够唤起更多人对森林和地球生态系统的好奇与热爱。”
数据无法还原每一片森林的盎然生机，走进它才能更了解它。了解一片森林，需要掌握它的特点，再根据特点提出科学、合理的意见进行有效管理。也就是回答“在何处种多少棵树才最合适”的重要命题，进而帮助相关部门更加科学地规划造林区域，提升碳汇效益，推动“双碳”目标的实现。
在南方的一些区域，郭庆华看到过很多茂密的森林“密不透风”。他会敏锐地发现问题所在，“从提升碳汇的角度而言，种树并不是越多越好，如果一片林子密度过高，将会影响树木的发育和成长。”一些研究数据显示，高60米以上的大树，其碳储存量往往相当于数百棵一般高度（约20米）的树木的碳储存量。未来，根据“树密度地图”所提供的信息，森林的科学管理与规划也将变得可能。
从一棵树到一片森林，再到全国森林生态系统，改变将是宏大的。通过基础研究发现问题的刹那却并非灵光一现，那颗砸出万有引力定律的苹果，在郭庆华看来是一直思考，并一直积累，等待爆发的契机。未来还将有怎样的突破，何不拭目以待。
