數(shù)字高地如何賦能科爾沁沙地殲滅戰(zhàn)？

——科爾沁沙地殲滅戰(zhàn)植被修復(fù)科技高地建設(shè)紀(jì)實(shí)

科爾沁沙地作為中國(guó)北方重要的生態(tài)屏障，不僅是“三北”防護(hù)林體系的關(guān)鍵組成部分，而且在調(diào)節(jié)氣候、保持水土、保護(hù)生物多樣性、維護(hù)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)等方面發(fā)揮著不可替代的作用，對(duì)于維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全、防止沙漠化擴(kuò)張具有舉足輕重的意義。科爾沁沙地的治理與保護(hù)，直接關(guān)系到東北、華北乃至整個(gè)北方地區(qū)生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展，是中國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分。

作為新時(shí)代“三北”工程三大標(biāo)志性戰(zhàn)役之一，科爾沁沙地南緣區(qū)域植被修復(fù)是殲滅戰(zhàn)的主戰(zhàn)場(chǎng)之一。近年來，該區(qū)域面臨現(xiàn)有人工植被分布不合理，防護(hù)林退化、斷帶，沙地底數(shù)不清、沙地治理區(qū)缺乏成效監(jiān)測(cè)等嚴(yán)峻問題。

針對(duì)這一現(xiàn)狀，“科爾沁沙地南緣植被修復(fù)示范區(qū)”項(xiàng)目組在中國(guó)林科院資源信息研究所所長(zhǎng)王宏的帶領(lǐng)下，開展深入調(diào)研，制定科技攻關(guān)方案。項(xiàng)目專家圍繞科技支撐科爾沁沙地南緣森林質(zhì)量、防護(hù)功能、監(jiān)測(cè)能力和信息技術(shù)水平提升，開展植被修復(fù)成效評(píng)估、植被適宜性定量評(píng)價(jià)和沙化動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)等科技高地建設(shè)，用科技力量全力打贏打好“三北”工程攻堅(jiān)戰(zhàn)科爾沁沙地殲滅戰(zhàn)。

“三北”工程植被修復(fù)成效評(píng)估插上數(shù)字孿生的翅膀

內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科爾沁左翼后旗努古斯臺(tái)項(xiàng)目區(qū)，地處科爾沁沙地南緣，曾是全國(guó)土地沙化最嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)之一。自2014年以來，通過種植樟子松等適地樹種，顯著改善了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，創(chuàng)造了從“黃沙漫天”到“萬樹成蔭”的治沙壯舉。隨著項(xiàng)目區(qū)植被綠化成林，如何科學(xué)評(píng)估植被修復(fù)成效和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、提升森林質(zhì)量成為當(dāng)前亟需解決的問題。

中國(guó)林科院資源信息研究所林草人工智能與可視化創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在努古斯臺(tái)項(xiàng)目工程區(qū)，采用無人機(jī)航測(cè)與地面調(diào)查相結(jié)合的手段，通過AI智能算法，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)林木位置、樹高、冠幅、胸徑、分枝結(jié)構(gòu)等三維信息的快速、精準(zhǔn)獲取。利用高效三維重建技術(shù)，構(gòu)建區(qū)域內(nèi)植被高仿真三維模型，研發(fā)了植被精準(zhǔn)監(jiān)管與成效評(píng)估數(shù)字孿生系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)林木的形態(tài)結(jié)構(gòu)、地理坐標(biāo)、空間關(guān)系等森林結(jié)構(gòu)信息精準(zhǔn)三維重建。結(jié)合歷史遙感影像和資料，真實(shí)再現(xiàn)努古斯臺(tái)項(xiàng)目區(qū)造林前后、關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)的植被修復(fù)過程，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)植被修復(fù)的歷史回溯、動(dòng)態(tài)模擬和未來預(yù)測(cè)?？茖W(xué)評(píng)估項(xiàng)目區(qū)森林碳匯、水源涵養(yǎng)、防沙固沙等植被修復(fù)成效和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。結(jié)合植被生長(zhǎng)模型，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)項(xiàng)目區(qū)植被未來發(fā)展變化趨勢(shì)，為防護(hù)林結(jié)構(gòu)優(yōu)化和質(zhì)量提升提供智能決策分析，確保植被修復(fù)工作的智能、精準(zhǔn)和高效。

數(shù)字孿生技術(shù)在努古斯臺(tái)項(xiàng)目區(qū)的應(yīng)用，不僅為科爾沁沙地南緣地區(qū)植被修復(fù)成效的精準(zhǔn)評(píng)估提供示范，也為“三北”工程建設(shè)中制定科學(xué)合理的防沙、治沙措施，促進(jìn)森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升提供重要的科技支撐。

智繪彰武，助力“三北”工程科技高地建設(shè)

植被適宜性直接影響植被類型的分布配置和經(jīng)營(yíng)修復(fù)模式，是踐行“以水定綠 以水定地”原則，打贏“三北”工程攻堅(jiān)戰(zhàn)的前提。遼寧省彰武縣地處“三北”工程科爾沁、渾善達(dá)克沙地殲滅戰(zhàn)核心區(qū)域，截至2023年年底，造林面積達(dá)11.3萬畝，沙化林草地治理18.4萬畝，顯著提升了植被綜合蓋度。但在如此大規(guī)模的造林綠化背景下，現(xiàn)有植被是否適宜？如何修復(fù)？

針對(duì)科爾沁沙地南緣植被分布合理性不明、適宜性評(píng)價(jià)缺乏等問題，中國(guó)林科院資源信息研究所自然資源無人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)提出了一套綜合植被分布和生長(zhǎng)的植被適宜性定量評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)了小班水平的適宜性和修復(fù)措施精細(xì)化落圖。該方法以單位碳儲(chǔ)量為計(jì)量口徑，以碳匯潛力和分布概率作為判別適宜性的基本依據(jù)，客觀評(píng)價(jià)了喬木、灌木、草地全覆蓋的適宜性；定量化區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有喬木林的現(xiàn)實(shí)碳匯、潛在碳匯和提升空間；提出精細(xì)化修復(fù)調(diào)整技術(shù)方案。

依據(jù)該方法繪制的彰武縣現(xiàn)有植被適宜性分布“一張圖”和植被修復(fù)技術(shù)分布“一張圖”，精準(zhǔn)評(píng)估了現(xiàn)有植被的現(xiàn)實(shí)碳匯、潛在碳匯、提升空間、適宜性和修復(fù)措施等，解決長(zhǎng)期以來因地制宜國(guó)土綠化中的適樹、適灌、適草問題，服務(wù)“科爾沁沙地南緣植被修復(fù)示范區(qū)”科技高地建設(shè)。

遙感助力“三北”工程科技高地沙化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

“科爾沁沙地南緣植被修復(fù)示范區(qū)”所在的遼寧省阜新市彰武縣，曾有“遼寧沙窩子”之稱，全縣總面積的96%為沙化土地。同時(shí)，彰武縣也被稱為新中國(guó)科學(xué)治沙的起點(diǎn)，治沙七十載，“山水林田湖草沙”生態(tài)草原綜合體已成彰武獨(dú)特風(fēng)景。如何根據(jù)彰武縣近年來的沙地動(dòng)態(tài)變化，準(zhǔn)確掌握其沙化土地分布現(xiàn)狀？

近年來，隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星平臺(tái)通過搭載傳感器能夠獲得地球上指定區(qū)域的大范圍、高精度、高頻次圖像，為監(jiān)測(cè)沙漠的動(dòng)態(tài)變化提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

針對(duì)科爾沁沙地南緣沙地底數(shù)不清、沙地治理區(qū)缺乏精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)等問題，中國(guó)林科院資源信息研究所草原和荒漠化遙感創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)基于高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，采用人工目視解譯和遙感定量分析相結(jié)合的方式，提升了遙感圖像解譯效率，生成了示范區(qū)沙化土地類型分布圖。

依據(jù)沙地類型分布圖可以實(shí)時(shí)計(jì)算得到示范區(qū)當(dāng)前流動(dòng)沙地（丘）、半固定沙地（丘）、固定沙地（丘）和非沙地等的分布面積，提升了示范區(qū)沙地類型及其程度識(shí)別的效率，為有效監(jiān)測(cè)沙地動(dòng)態(tài)變化、沙地治理區(qū)成效評(píng)估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。（溫雅莉 宋平）