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)植被修復科技高地建設紀實

科爾沁沙地作為中國北方重要的生態(tài)屏障，不僅是“三北”防護林體系的關鍵組成部分，而且在調(diào)節(jié)氣候、保持水土、保護生物多樣性、維護農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)等方面發(fā)揮著不可替代的作用，對于維護區(qū)域生態(tài)安全、防止沙漠化擴張具有舉足輕重的意義?？茽柷呱车氐闹卫砼c保護，直接關系到東北、華北乃至整個北方地區(qū)生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展，是中國生態(tài)文明建設的重要組成部分。

作為新時代“三北”工程三大標志性戰(zhàn)役之一，科爾沁沙地南緣區(qū)域植被修復是殲滅戰(zhàn)的主戰(zhàn)場之一。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)測等嚴峻問題。

針對這一現(xiàn)狀，“科爾沁沙地南緣植被修復示范區(qū)”項目組在中國林科院資源信息研究所所長王宏的帶領下，開展深入調(diào)研，制定科技攻關方案。項目專家圍繞科技支撐科爾沁沙地南緣森林質(zhì)量、防護功能、監(jiān)測能力和信息技術水平提升，開展植被修復成效評估、植被適宜性定量評價和沙化動態(tài)精準監(jiān)測等科技高地建設，用科技力量全力打贏打好“三北”工程攻堅戰(zhàn)科爾沁沙地殲滅戰(zhàn)。

“三北”工程植被修復成效評估插上數(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項目區(qū)，地處科爾沁沙地南緣，曾是全國土地沙化最嚴重、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?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。隨著項目區(qū)植被綠化成林，如何科學評估植被修復成效和生態(tài)系統(tǒng)服務功能、提升森林質(zhì)量成為當前亟需解決的問題。

中國林科院資源信息研究所林草人工智能與可視化創(chuàng)新團隊，在努古斯臺項目工程區(qū)，采用無人機航測與地面調(diào)查相結合的手段，通過AI智能算法，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)林木位置、樹高、冠幅、胸徑、分枝結構等三維信息的快速、精準獲取。利用高效三維重建技術，構建區(qū)域內(nèi)植被高仿真三維模型，研發(fā)了植被精準監(jiān)管與成效評估數(shù)字孿生系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)林木的形態(tài)結構、地理坐標、空間關系等森林結構信息精準三維重建。結合歷史遙感影像和資料，真實再現(xiàn)努古斯臺項目區(qū)造林前后、關鍵時間節(jié)點的植被修復過程，實現(xiàn)項目區(qū)植被修復的歷史回溯、動態(tài)模擬和未來預測?？茖W評估項目區(qū)森林碳匯、水源涵養(yǎng)、防沙固沙等植被修復成效和生態(tài)系統(tǒng)服務功能。結合植被生長模型，精準預測項目區(qū)植被未來發(fā)展變化趨勢，為防護林結構優(yōu)化和質(zhì)量提升提供智能決策分析，確保植被修復工作的智能、精準和高效。

數(shù)字孿生技術在努古斯臺項目區(qū)的應用，不僅為科爾沁沙地南緣地區(qū)植被修復成效的精準評估提供示范，也為“三北”工程建設中制定科學合理的防沙、治沙措施，促進森林質(zhì)量精準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

植被適宜性直接影響植被類型的分布配置和經(jīng)營修復模式，是踐行“以水定綠 以水定地”原則，打贏“三北”工程攻堅戰(zhàn)的前提。遼寧省彰武縣地處“三北”工程科爾沁、渾善達克沙地殲滅戰(zhàn)核心區(qū)域，截至2023年年底，造林面積達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？

針對科爾沁沙地南緣植被分布合理性不明、適宜性評價缺乏等問題，中國林科院資源信息研究所自然資源無人機監(jiān)測技術創(chuàng)新團隊提出了一套綜合植被分布和生長的植被適宜性定量評價方法，實現(xiàn)了小班水平的適宜性和修復措施精細化落圖。該方法以單位碳儲量為計量口徑，以碳匯潛力和分布概率作為判別適宜性的基本依據(jù)，客觀評價了喬木、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)實碳匯、潛在碳匯和提升空間；提出精細化修復調(diào)整技術方案。

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”和植被修復技術分布“一張圖”，精準評估了現(xiàn)有植被的現(xiàn)實碳匯、潛在碳匯、提升空間、適宜性和修復措施等，解決長期以來因地制宜國土綠化中的適樹、適灌、適草問題，服務“科爾沁沙地南緣植被修復示范區(qū)”科技高地建設。

遙感助力“三北”工程科技高地沙化動態(tài)監(jiān)測

“科爾沁沙地南緣植被修復示范區(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，彰武縣也被稱為新中國科學治沙的起點，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特風景。如何根據(jù)彰武縣近年來的沙地動態(tài)變化，準確掌握其沙化土地分布現(xiàn)狀？

近年來，隨著遙感技術的快速發(fā)展，衛(wèi)星平臺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)測沙漠的動態(tài)變化提供了強有力的技術支撐。

針對科爾沁沙地南緣沙地底數(shù)不清、沙地治理區(qū)缺乏精準監(jiān)測等問題，中國林科院資源信息研究所草原和荒漠化遙感創(chuàng)新團隊基于高分辨率衛(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時計算得到示范區(qū)當前流動沙地（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別的效率，為有效監(jiān)測沙地動態(tài)變化、沙地治理區(qū)成效評估提供基礎數(shù)據(jù)支撐。（溫雅莉 宋平）