我國自然資源、自然資源資產監測發展現狀及問題分析

葉遠智，張朝忙，鄧 軼，張 瑜，王建邦，張 劍

(1.浙江省自然資源監測中心，浙江 杭州 311100；2.華中農業大學園藝林學學院，湖北 武漢 430070)

自然資源是在一定歷史條件下能夠被人類開發利用以提高自己福利水平或生存能力的、具有某種稀缺性的、受社會約束的各種環境因素和條件的綜合，社會化的效用性和相對于人類的稀缺性是自然資源的根本屬性[1-7]。自然資源不僅是一個自然科學概念，也是一個經濟學概念，其內涵和范疇隨著人類認識、技術水平等發展而不斷變化，總體上呈現不斷拓展的態勢。自然資源資產是指產權主體明確、產權邊界清晰、可給人類帶來福利、以自然資源形式存在的稀缺性物質資產[8-11]。自然資源與自然資源資產既有區別也有聯系，只有既稀缺又具有明確所有者的自然資源才可能轉化為自然資源資產，自然資源的資產化管理已經成為化解自然資源保護和開發矛盾的重要手段。隨著國家自然資源統一管理體制的構建，自然資源監測作為其基礎性工作，除了要摸清自然資源的空間布局、質量狀況，還需要在自然資源價值評估、自然資源資產產權制度等領域中發揮作用，滿足自然資源治理體系和治理能力的現代化需求，提高國家自然資源資產管理能力和資源環境經濟運行效率。

1 概念及現狀

1.1 概 念

監測，是對事物不斷變化的情況進行連續不斷地觀測和記錄，總結變化規律，預測發展趨勢。相對于調查而言，監測具有持續性的含義，監測的基礎性工作是調查。

自然資源監測是對自然資源稟賦的認知，是在一定時間和空間范圍內,利用各種信息采集和處理方法,對自然資源狀態進行系統的觀察、測定、記錄、分析和評價,以揭示區域自然資源變動過程中各種因素的關系和變化的內在規律，展現資源演變軌跡和變化趨勢，其目的是為各級資源主管部門和政府提供宏觀和微觀的資源現狀數據和動態變化數據。在具體落實上，一是形成自然資源統一管理的時空本底數據，二是建立自然資源評價體系，三是形成自然資源變化監測體系，并最終通過國土空間開發格局優化、生態修復等具體手段，提升國家自然資源稟賦，為科學規劃、有效保護和永續利用自然資源提供信息基礎、監測預警和決策支持[1,2,6]。

自然資源資產監測是摸清自然資源資產的數量、類別、性質、空間分布情況，并對資產日常變化情況進行定期甚至動態跟蹤，其目的是支撐自然資源資產價值準確核算及自然資源資產負債表編制工作，健全自然資源資產產權制度和用途管制制度，服務生態文明建設[10-12]。

1.2 現 狀

目前，多數研究集中在自然資源監測的手段應用上，特別是空天遙感技術的應用上取得了豐富的理論成果[5,13-26]，而對自然資源資產價值核算[3,8-12]、監測網絡構建[27-31]、監測基礎設施建設[5，8]等方面的研究還不充分，除在專項監測中已有所涉及。

1.2.1 監測體系現狀

截至目前，我國尚未開展全國范圍、成體系、類別齊全的自然資源及自然資源資產監測工作。從20世紀70年代開始，我國陸續開展了全國范圍部分主要自然資源的專項調查、普查、清查工作，這些工作為國家層面自然資源監測體系的構建提供了一定參考，見表1。

表1 我國主要自然資源專項調查統計

這些調查、普查、清查工作采取的技術手段相近，使用的原始資料(如遙感影像等)相似，調查內容既有重疊又各有側重，客觀上為自然資源監測工作的全面實施提供了數據基礎、技術準備和人才儲備。國外已開展的監測工作為我國的監測工作開展提供了借鑒。全球層面已建立了全球環境監測系統(GEMS)、全球陸地觀測系統(GTOS)、全球氣候觀測系統(GCOS)、國際長期生態研究網絡(ILTER)、通量觀測網絡(FLUXNET)和綜合全球觀測戰略(IGOS)，它們構成了全球尺度和區域尺度能源、資源、環境的監測網絡和監測體系。國家層面，美國實施了“地理分析和動態監測計劃”，自然資源監測體系已逐步形成。上述監測體系建立過程中采用了較為統一的技術標準，得以讓不同來源和類型的數據用于綜合評價和分析，同時大量采用了新技術，如建立新一代對地觀測系統、應用衛星定位和航空航天遙感技術等，提高了監測的精度[17-18]。國內學者從自然科學、經濟、行政管理等不同角度考量，對我國自然資源監測體系的構建提出了設想，但都集中在技術手段應用和數據體系建設上[10,16,20-24,28]，整體規劃與實施層面的研究較少。文獻[22]較早提出和建設了資源環境數據庫，對后續我國土地資源與生態環境的定期動態監測工作有重要參考價值。文獻[24]提出了融合衛星遙感、航空遙感、地面調查、抽樣調查在內的綜合方法，通過整體布局、合理配置形成有機的監測體系。文獻[10]認為土地調查、地理國情數據內容與自然資源資產審計范圍高度重合，可作為數據基礎,開展自然資源資產監測工作。文獻[28]提出了自然資源一體化監測調查體系，但缺乏土地資源以外其他自然資源監測業務層面的具體分析，有待實踐的驗證。2018年，新組建的自然資源部在第三次全國土地調查工作通氣會上宣布我國將構建“統一組織開展、統一法規依據、統一調查體系、統一分類標準、統一技術規范、統一數據平臺”的“六統一”自然資源調查監測體系，試圖徹底解決各類自然資源調查數出多門的問題，全面查清各類自然資源的分布狀況，形成一套全面、完善、權威的自然資源管理基礎數據，并構建4個類型的監測體系，即宏觀監測、常規監測、精細監測和應急監測[16]，為我國后續自然資源及自然資源資產監測工作明晰了思路。

1.2.2 監測方法與手段

廣義上的自然資源包含一國主權范圍內自然形成的所有空間資源、物質資源和能量資源，因此自然資源監測涉及的方法和手段也非常豐富[2,21]。本文借鑒圈層分類思想將監測方法和手段劃分為行政監測、航天監測、航空監測、地表監測、地下礦產監測、水資源監測、海洋監測進行綜述，其內容均包括了自然資源資產監測的方法和手段。

行政監測即從統計的角度通過行政手段逐級上報達到監測目的，是應用最為廣泛、技術要求最低、在監測體系構建上最基本的一種監測方法。

航天監測是通過航天器上的監測設備達到監測目的，從20世紀70年代開始，我國就在國土資源領域開始了航天遙感信息的應用[21,32]。目前，學者普遍認為航天遙感技術能夠支撐自然資源監測數據采集工作，特別是針對大尺度、大區域監測需求，能夠取得較好的應用效果[14,19,22-39]。目前，航天遙感技術針對自然資源監測的原理主要是基于各類資源的物理特征和化學組分決定的波譜特性、自然資源的空間特性(幾何機理和模型)，以及通過連續進行遙感監測得到的波譜特性和空間特性隨時間變化的規律進行分析，國內外一系列對地觀測計劃的實施使監測可用波段從可見光、近紅外、短波紅外、熱紅外擴展至微波,同時，成像雷達遙感技術的發展也提高了監測信息的覆蓋頻率，解決了全天候監測問題，從而從根本上保障了自然資源動態監測能力[21，23]。文獻[22]證明了利用遙感和地理信息技術進行國家資源環境調查和動態監測的優越性[22]。文獻[14，33—36]基于多源遙感數據提出了一套基于變異特征的自然資源動態變化信息的監測方法，通過信息融合初步解決了單一監測設備無法滿足復雜自然資源監測的問題，這一方法也成為航天監測數據挖掘的主要思路。文獻[37—38]則著眼于數據精度進一步豐富了混合動態監測理論。

航空監測是從飛機、氣球、飛艇等空中平臺對地面標志資源進行的遠程監測。嚴格意義上的航空范圍為600～25 000 m，大量小型無人機開展監測業務工作的飛行高度并不需要達到600 m以上，但文獻[31]從平臺和技術角度考量，仍將無人機監測歸納為航空監測，本文沿用該觀點。航空監測研究大體分為兩個方向，一是獲取創新性監測評價指標，如通過搭載高光譜儀等設備，對植物病蟲害指數等進行空間填圖[40-42]；二是通過圖像分析和深度學習等手段，進行精準地物判別或建模探索替代地表人工調查的可能，如通過無人機航片獲取作物出苗數、構建高精度DSM進行礦區沉陷量監測、利用可見光譜進行的耕地精準分類方法研究等[43-45]。學者普遍認為航空監測繼承了航天監測的優勢，并在監測數據獲取上更為及時[23,31,39]。文獻[23]認為航空監測定量、定位、準確、及時的特點為監測工作提供了較航天監測更為先進的探測與研究手段。文獻[31]認為航天監測應與其他監測聯合開展，以實現自然資源監測信息一體化的采集和快速更新、信息自動化挖掘、定量化分析、實時發布與交互式服務。

地表監測是對地表空間、物質、能量的分布、質量、數量、物理性質、化學性質等進行監測，從類別上看包括土地利用監測、水土保持監測、土壤環境監測、耕地質量監測、森林資源監測等一大批監測方案。隨著空天監測的快速發展，大量原來基于人力的監測工作得以通過空天高新裝備開展，如水土保持監測、荒漠化監測等工作，已經大量地依托空天監測技術進行實施[46-49]。但地表監測是技術人員深度參與的一種方式，同時也是空天監測的重要驗證和補充，目前仍具有不可替代性，如崩崗監測等工作現有空天監測技術還無法完成[50]?？仗毂O測方法此節不再贅述?？紤]自然資源的規模、復雜性及人工調查的局限性，抽樣調查理論在地表監測各類工作中發揮著重要作用[51-53]，形成了利用固定樣地為主進行定期復查的自然資源調查方法，并衍生了監測點、監測站、監測區域的建設需要。具體方法上，參與式監測在國內的應用也越來越普遍。參與式監測是在傳統監測的基礎上,充分考慮監測工作相關團體的參與性、內容的有效性、過程的效率、基層的權力等各方面的內容,形成的一種定性描述和定量分析相結合的監測方法，該方法在森林資源調查、水土保持調查等工作上都取得了較好的應用效果[6,54-55]。此外，巡護監測在現階段也依然發揮著重要作用，巡護監測是自然資源資產監測和自然資源保護的重要方法，是通過巡視員軌跡、相片、記錄等多種方式，收集區域內各類信息，同時可通過在巡護樣線上布置紅外設備，達到全天候監測目的[56]。

地下礦產監測主要是對礦產規劃執行情況、礦產開發情況、礦山儲量、礦山地質環境進行監測。目前的研究相對較少[57-61]，主要依托的技術為空天監測技術，其技術原理是通過信息提取對開采圖斑的時空分布規律和動態變化特征進行分析同時輔之以實地調查,可為礦政管理、地質保護、國土空間用途管制工作提供可靠依據。

水資源監測是對地表江河湖泊，以及埋藏在土壤、巖石的孔隙、裂隙和溶隙中各種不同形式的水進行監測。涉及水資源的監測較多，包括并不限于水循環監測、水質監測、水功能區監測、飲用水源地監測、入河排污口監測、地下水監測、水生態監測等[62-67]。在水循環監測方面，我國從“十五”開始就加強了與水相關的氣象、水文觀測系統的建設，發展了大量的反演模型，尤其是在蒸散和土壤含水量遙感監測方面取得了一系列重要成果[63]。在水質監測方面，我國已經具備了組織機構網絡化和監測分析技術體系化的雛形，形成了以流域為單元、優化斷面為基礎、連續自動監測分析技術為先導，以手工采樣、實驗室分析技術為主體，以移動式現場快速應急監測技術為輔助手段的自動監測、常規監測與應急監測相結合的監測技術路線[64]。地下水監測方面目前建立的模型主要包括了數理統計模型、水質模型，以及與地理信息系統和遙感相結合的綜合模型。考慮污染物傳輸及動態影響的理論及模型還相對欠缺[66-67]，我國國家地下水監測工程建設已于2018年完成，能夠實現監測數據動態分析、水質水量綜合評價等功能，并建立了國家—省—市縣多級數據共享與異地聯動的工作模式，對自然資源國家監測體系的建設有積極的參考意義。

海洋監測是認知海洋的重要途徑,是海洋事業發展的基礎。我國已經建成了由航天遙感、航空遙感、海洋站、調查監測船、浮標、水下移動觀測平臺設備組成的立體監測網絡，但在傳感器、測量儀器裝備建設及監測數據集成水平上和國外還有所差距[68-69]?，F已建成的海洋生態環境監督管理系統和海域使用動態監視監測系統,能夠分別對我國海洋生態環境和海洋資源利用進行監測。目前的研究和實踐中，同時集成多種監測手段獲取海洋自然資源監測數據并實時進行分析和應用的系統建設逐漸增多[70-72]，海洋監測正逐步向岸基、船基、海基、空基、天基相結合的綜合監測方向發展。

2 主要問題分析與對策

2.1 科學界定內涵與分類及監測目錄

科學界定自然資源內涵并在此基礎上劃定監測目錄，有利于自然資源的調查、規劃、保護、確權、利用和監管。當前，學者對自然資源內涵認識上仍存在著不同理解。在分類研究上，1988年，國務院將地質礦產資源(礦產資源、地下水)、水利資源(水域空間、地表水、江河水能)、森林資源、草原資源、土地資源、海洋資源、氣象資源的社會行政管理職責分別賦予了7個部門，形成了以行政管理為依據的實用分類[2]。實用分類僅考慮了主要自然資源，并且分類要素內容存在交叉和重復等一系列問題。文獻[9]在此基礎上提出了自然資源系統分類框架初步構想，即將統一的自然資源分類因素(分類指標體系)放置不同的分類階層，形成多階層的自然資源系統，但未提出具體的分類成果。其他學者從科學角度提出了不同的分類方法，如按自然資源的增殖性能將自然資源劃分為可再生、可更新、不可再生資源；從數量變化的角度將自然資源劃分為耗竭性自然資源、穩定性自然資源、流動性自然資源(恒定流動、變動流動)等多種分類方法，這些方法都未能取代實用分類的主流地位。法律層面，我國《憲法》將國家所有自然資源類型的表述確定為“礦藏、水流、森林、山嶺、草原、荒地、灘涂等”。相關立法形式也分別明確了各類自然資源的權屬。目前，有明確規定的國有自然資源包括13種：礦藏、水資源、森林、山嶺、草原、荒地、灘涂、土地、野生動植物資源、無線電頻譜資源、海域、無居民海島和空域。長期以來，由于自然資源的內涵和分類沒有達成統一，各部門采用的分類體系、技術標準、調查方法、底圖精度、調查時點等各不相同，自然資源資產權屬不清晰、部門間自然資源數據庫不一致甚至相互矛盾等問題，尤其是在耕地、林地、草地、灘涂等數據上，交叉重疊問題比較突出，嚴重制約了“多規合一”和統一確權等工作的開展。亟待在“兩統一”背景下開展自然資源科學分類體系及監測目錄構建工作，同時也迫切需要自然資源部、農業農村部等部委和研究學者共同參與，在總結前人研究基礎上，結合行政管理的實際，綜合考慮來源、空間、物質、能量、自然信息等因素，構建不重不漏的自然資源監測分類體系，確定自然資源和自然資源資產的行政監測目錄。

2.2 國家自然資源監測網絡整合與建設

自然資源國家監測網絡的整合與建設是構建國家自然資源監測體系的基礎，有利于優化整合現有監測站點資源，統一監測規劃、統一監測標準規范、統一評價方法、統一信息發布，滿足國家生態文明建設對中自然資源數據、指標的各類需求。我國20世紀90年代編著的《中國21世紀議程》就曾提出過可整合衛星等相關資源，建立國家層面的自然資源監測網絡的構想。但由于自然資源的復雜性，我國目前還沒有建立起覆蓋所有自然資源類別、統一管理的全國自然資源監測網絡。以水資源監測網絡建設為例，雖然不少地方已經形成了一定規模的水資源監測網絡，但從國家角度來看，監測點主要集中在城市與大型供水水源周圍,國家級的監測網點數量不足,監測站點分布不均勻,監測指標不足，可共享的監測數據都非常有限，地方之間的監測標準也存在區別[63-65]。要建設國家級的監測網絡，需要在國家層次上，統一監測規劃和設計，將跨部門、跨行業、跨地域的監測研究基地資源、監測設備資源、監測數據及監測人力資源進行整合和規范化，有效地組織網絡的聯網監測與試驗，構建國家的自然資源監測與研究的野外基地平臺、數據共享平臺、項目合作平臺等，同時制定數據管理與共享辦法，保障數據采集層面的順暢。

2.3 自然資源監測時空框架構建

眾多學者都驗證了地理信息技術在自然資源監測工作中的優勢和基礎性作用。自然資源本身具有空間屬性，而監測不僅具有持續性的含義，相對探測和調查還包括了對監測對象的分析和評價任務，這就意味著監測數據不僅需要在時間上進行連續記錄，更需要實現在目標、指標、坐標3個層次上的管理。因此，自然資源監測工作的開展需要一個科學的監測時空框架的支撐。

目前，基于和服務于自然資源、自然資源資產管理和監測的數據體系建設還缺乏足夠的理論研究和實踐檢驗，全國統一的、權威的自然資源基礎數據平臺還有待建設。這方面，數字城市地理空間框架建設積累的理論和經驗能夠為自然資源時空框架建設提供積極的參考。自然資源監測時空框架建設應該能夠為全國的自然資源監測工作提供權威的監測目錄、監測指標和監測內容；提供統一并可定制化的數據工作底圖；能夠系統集成并可視化各類自然資源數據的分布格局、變化規律；能夠支撐大數據量的分析工作并集成一批演算模型、評價模型；能夠實現自然資源數據的分發、共享等，推動自然資源領域的研究工作。

3 展 望

自然資源、自然資源資產監測的理論、技術和方法將隨著傳感技術、通信技術、信息集成等技術的發展應用得到進一步的拓展和豐富；但同時，遙感技術、地理信息技術在自然資源監測工作中的決定性技術手段地位會受到一定程度的影響，面臨從自然資源現狀監測到預測預警的全面轉變。

當前，在自然資源管理機構改革的背景下，對自然資源監測研究的進一步深入將推動各級新成立的自然資源監測管理機構和實施機構開創自然資源監測的新局面，推動建立歸屬清晰、權責明確、監管有效的自然資源產權制度，為生態文明建設提供強有力的支撐。