“萬物各得其和以生,各得其養以成。”地球是人類共同的家園,保護生物多樣性有助於維護地球家園,促進人類可持續發展。2025年國際生物多樣性日的主題是“萬物共生 和美永續”,呼籲以人與自然和諧共生之道,創和美永續之路,共同推進全球生物多樣性保護治理新進程。
面對日益嚴峻的環境挑戰,科技在生物多樣性保護中的作用日益凸顯,遙感技術憑藉“高精度、短週期、全方位”的獨特優勢,已成為生態環境監測與保護工作中不可或缺的重要工具,在推進全球生物多樣性保護治理新進程中將發揮不可替代的作用。《關於進一步加強生物多樣性保護的意見》《中國生物多樣性保護戰略與行動計劃(2023—2030年)》等政策文件均強調要加快衛星和無人機遙感技術應用,以科技創新助力生物多樣性保護監管和治理水準全面提升。
為深入貫徹習近平生態文明思想,推進生物多樣性保護工作,遙感“天眼”可充分發揮精準探測與智慧感知優勢,全方位助力生物多樣性調查、評估與監管,加速推進國家生態環境監測網路數智化轉型,為建設人與自然和諧共生的美麗中國築牢科技支撐,攜手共建地球生命共同體。
從生態系統精細化監測到物種智慧識別的體系化實踐,全方位助力生物多樣性保護
近年來,生態環境部衛星環境應用中心(以下簡稱衛星中心)充分利用多源衛星、無人機、鐳射雷達等遙感技術,與人工智慧深度融合,突破傳統人工觀測的局限性,在生態系統分類、精細化結構功能參數反演、物種棲息地監測、物種智慧識別等方面取得良好成效,初步建成全方位生物多樣性遙感監測體系。
衛星遙感為生態系統把脈。生態系統多樣性是生物多樣性本底調查的重要組成部分。2024年生態環境部發佈《生物多樣性(陸域生態系統)遙感調查技術指南》,該規範由衛星中心&&制定,統一規範了陸域生態系統的分類和遙感調查技術方法。目前,該指南已在多地開展應用,掌握了區域精細化的生態系統空間分佈與變化趨勢,為制定科學有效的生物多樣性保護措施提供依據。
生態系統結構功能參數可反映生態系統健康狀況。利用無人機載鐳射雷達、多光譜相機,可以快速獲取精細化的植被群落立體結構參數;利用長時序、高空間解析度的衛星數據可以生成時空一致的生態系統功能參數。2024年,衛星中心結合衛星數據與無人機載鐳射雷達數據,基於機器學習演算法構建了樹木數量、高度快速監測模型,實現了白馬雪山國家級自然保護區全域森林生態系統樹木數量、高度監測;開展了內蒙古呼倫貝爾、錫林郭勒等草原生態系統10m解析度植被覆蓋度、地上生物量快速遙感估算,掌握草地生態系統健康狀況;開展了黃河流域濕地生態系統狀況遙感監測,掌握1985年以來黃河重要濕地變化狀況,了解其變化趨勢和存在問題。
衛星遙感助力重要物種棲息地識別和監管。《關於進一步加強生物多樣性保護的意見》強調要建立重要保護物種棲息地生態破壞定期遙感監測機制。棲息地空間範圍確定是開展監測的基礎,通過衛星遙感數據獲取植被生長、生態系統分類、人類活動等空間數據,結合地面物種調查、氣候等數據,建立生境模擬模型就可以掌握更為準確的物種適宜生境範圍和狀況。以三江源為例,引入國産高分衛星提取的人類活動後,三江源雪豹適宜生境範圍較之前減少了2.8萬平方公里,佔雪豹自然棲息地的19%,這為雪豹地面調查、保護規劃制定提供了更為精準的空間數據支援。
高頻、持續的衛星數據是低成本發現棲息地破壞問題的利器,可以及時掌握棲息地內人類活動的變化狀況。道路建設、資源開發、城鎮擴張都可能侵佔物種棲息地,對生境品質産生影響。衛星中心構建了人類活動遙感監測業務體系,常態化對生態保護紅線、自然保護地等重要物種棲息地內人類活動進行遙感監測,還對生態重要區的典型重大建設工程進行全週期遙感監測,及時發現建設過程中生境破壞問題,為重要棲息地監管提供了有力支撐。
無人機遙感賦能物種智慧識別。在物種調查方面,相較傳統的地面調查,無人機遙感具有獨特的優勢。一方面可以擴大監測覆蓋範圍,利用無人機可進行大範圍(數平方公里)草地物種影像採集,獲取更大範圍內的物種資訊,更能代表區域物種狀況;同時,無人機低空飛行獲取的高解析度(毫米級)物種影像數據,結合人工智慧技術可實現物種自動識別,有效降低調查人員的專業門檻,也有助於數據採集的規範化和高效率。目前,衛星中心在內蒙古通過布設無人機場,實現了自動化採集草地物種數據,實時傳回物種高清影像,並通過標注形成的海量樣本庫與物種識別模型實現物種的自動鑒定。目前物種識別模型可識別22科54屬70種內蒙古草地植物,總識別準確率達88.6%。
針對退化指示物種、入侵物種通過單獨訓練識別模型,可提高其監測精度,更好支撐管理。在內蒙古,衛星中心通過無人機監測到樣區內小葉錦雞兒、冷蒿、銀灰旋花等草地退化指示物種的空間分佈範圍,有效支撐了草原退化狀況評估。在廣西,通過國産衛星實現了廣西北海市互花米草入侵範圍、群落髮展趨勢的監測,為入侵物種早期監測預警提供了支撐。
遙感數智賦能生物多樣性監測評估,開啟全球生物多樣性治理新範式
隨著現代科技的迅猛發展,生物多樣性現代化治理需要新質生産力的支撐。未來,遙感技術要進一步與地面數據結合,共建生物多樣性大數據平臺,定期對生物多樣性重要區域開展遙感監測評估,積極助力應對新形勢、新問題,加強交叉、融合與合作,服務“昆蒙框架”執行進展評估和生物多樣性保護工作,為共建地球生命共同體貢獻遙感數智創新力量。
積極開展全球生物多樣性遙感監測,在國際履約中掌握話語權。結合《生物多樣性公約》第十六次締約方大會(COP16)續會通過的“昆蒙框架”監測框架,對生態系統完整性、退化生態系統修復等可直接用遙感監測的指標加強監測和評估。通過構建多源數據融合分析方法,形成一批具有自主智慧財産權的全球監測評估數據集和評估報告。同時,進一步加強全球生物多樣性熱點區域(如亞馬遜流域等)的監測,持續提升我國在全球生物多樣性治理中的影響力。
構建我國生物多樣性數據共用平臺。遙感正成為生物多樣性調查、評估與監管必不可少的技術手段。現代化生物多樣性監測體系的建立需要全面、立體的多層次數據,應將遙感數據切實納入生物多樣性大數據平臺,與地面觀測數據形成合力,促進監測網路數智化轉型。同時,需要建立數據庫共建共用機制,可參考“昆蒙框架”監測框架中制定的FAIR(可搜尋、可訪問、可互操作性、可重用)、CARE(集體受益、管理許可權、責任、倫理)等數據共用原則構建我國生物多樣性數據共用平臺。
開展我國生物多樣性保護優先區域定期監測評估。我國生物多樣性保護優先區域約佔陸地國土面積的28.8%,對於保護重要物種棲息地具有重要意義。可充分利用衛星遙感技術,定期開展全國生物多樣性保護優先區域生態系統狀況、生境品質狀況和棲息地破壞問題遙感監測,評估生物多樣性保護成效,編制生態系統紅色名錄,掌握重要物種棲息地的破壞和退化狀況。
在生物多樣性治理新問題應對中充分發揮遙感力量。當前,生物多樣性治理面臨全球氣候變化影響加劇、人獸衝突等新問題,遙感技術可為應對新問題提供新的思路和方法。比如,在野生動物致害方面,可充分利用高解析度衛星、無人機、定位攝像頭等設備,構建立體監測預警體系,結合AI物種識別技術,及時預警並採取措施,避免野生動物對人類造成傷害,降低人獸衝突損失。
(作者:生態環境部衛星環境應用中心 周海麗)