衛星遙感監測服務中國紅樹林生態系統保護與修復

文|張濤 何蕓 尤淑撐 羅建軍 陳華萍 孫錄平 牟興林 羅征宇 劉愛霞 甘宇航

1.自然資源部國土衛星遙感應用中心

2.北京國測星繪信息技術有限公司

一、引言

紅樹林是在熱帶亞熱帶地區、海岸潮間帶灘涂上生長的木本植物群落，是兼具陸地和海洋特性的復雜生態系統。紅樹林在防浪護堤、海灣改善、污染凈化和濕地多樣性保護等方面發揮著不可替代的作用，具備重要的生態系統服務功能以及社會經濟價值[1]。紅樹林生態系統具有開放性、脆弱性和復雜性等特點，因其位于人為干擾強度大的沿海地區，人類活動對其分布產生直接影響。據聯合國糧農組織（FAO）調查，全球紅樹林生態系統仍處于高度受威脅狀態，針對紅樹林生態系統開展長期監測具有重要意義。

隨著中國經濟發展，中國沿海的養殖圍塘、港口開發、道路建設等人類活動均在一定程度上直接占用了紅樹林生長區域，導致紅樹林面積減少。在不同歷史時期，國內不同單位和機構對中國紅樹林面積開展了一些調查[2-4]，得到不同時期的統計數據，但是，不同時期對紅樹林面積的調查方法、手段、標準不同，遙感數據分析與實地考察結合不夠緊密，往往導致不同時期的調查數據難以直接比較。

2018 年以來，自然資源部國土衛星遙感應用中心紅樹林遙感監測團隊，按照統一的技術標準與技術方法，采用國產高分辨率衛星遙感影像（1m/2m）為主，結合歷史時期多源衛星遙感影像數據，開展了全國紅樹林資源遙感監測工作，獲取了1978 年以來多期次高精度的全國紅樹林分布數據[5-7]，構建了精細尺度的全國紅樹林衛星遙感監測本底庫，為后續開展紅樹林資源持續監測提供數據基礎，服務于我國紅樹林生態系統保護與修復。

二、中國紅樹林遙感監測數據

中國紅樹林長時序衛星遙感監測的年份節點包括1978 年、1990 年、2000 年、2013 年 和2018 年五個時期，其中2018 年和2013 年采用國產高分一號、高分二號和資源三號衛星遙感影像數據，2000年、1990 年和1978 年采用其他衛星影像數據。國土衛星遙感應用中心后續對中國紅樹林長時序監測數據進行持續更新。

紅樹林高精度遙感制圖的難點在于如何有效區分紅樹林植被和其他灘涂植被類型，以及小面積紅樹林圖斑有效提取。本研究充分利用國產高空間分辨率衛星遙感數據，發展機器學習、專家解譯結合外業核查的綜合方法，制作完成國內首份精細尺度紅樹林分布現狀數據。

中國紅樹林現狀調查采用當期最新的遙感影像為底圖（圖1），衛星來源包括高分一號、資源三號、高分二號，空間分辨率為1m/2m。項目采用專家解譯方式開展紅樹林分布矢量圖斑遙感解譯，并對紅樹林分布現狀開展了外業調查與核實，獲取了尺度精細且準確度高的中國紅樹林2018年現狀數據集，稱為Mangrove China 2018（MC2018）[8]。通過可解譯性評價、解譯確定性分級、外業核查驗證和多重質量檢驗等方式，經過多次修正得到最終版紅樹林分布現狀數據MC2018。使用外業采集參考驗證點開展精度評價結果顯示，MC2018 數據集總體精度達到98%。與國內外發布的中國紅樹林分布數據對比，本數據集的精細程度、圖斑質量和數據精度均處于優勢地位[9]。

歷史時期紅樹林分布數據以精細尺度紅樹林現狀數據回溯的方式開展調查解譯，以準確度最高的2018 年紅樹林現狀調查數據為基礎本底數據，結合解譯時期和本底時期兩期遙感影像，分別解譯得到2013 年、2000 年、1990 年和1978 年的對應紅樹林分布圖斑數據。在數據生產過程中，我們發展了多潮位淹沒信息結合的紅樹林綜合判定、基于植被物候信息的紅樹林輔助識別、歷史高分影像協同解譯等多種策略，保證紅樹林歷史分布解譯數據的準確性。經過人工質量檢查和精度評價，不同期次的中國紅樹林數據精度均在92%～99%之間，數據集的總體精度較高[6]。圖2 為中國紅樹林典型案例遙感影像。

圖2 中國紅樹林典型案例遙感影像

三、中國紅樹林分布格局與長時序變化

1978 年改革開放以來，在不同時間階段采用了不同的海岸帶開發策略，同時也導致了中國紅樹林資源空間分布產生較大變化。國產高分辨率衛星應用于紅樹林資源監測，獲取了中國紅樹林精細尺度的長時序監測數據集，支撐中國紅樹林分布格局與動態變化特征綜合分析，取得良好的應用效果。

1.中國紅樹林資源現狀分布特征

紅樹林長時序衛星遙感監測結果顯示，中國紅樹林資源分布面積約2.6 萬公頃（2018 年），主要分布于廣東、廣西、海南、福建、臺灣、浙江、香港和澳門（圖3）。其中廣東省紅樹林分布面積最大，占中國紅樹林總面積的40.22%；其次為廣西壯族自治區，紅樹林面積占比為32.90%；浙江省是紅

圖3 中國紅樹林資源現狀分布圖（審圖號GS（2019）5809）

樹林天然分布的最北端，紅樹林分布面積很小，占比0.19%。

中國紅樹林分布于108°E ～122°E 之間，絕大部分紅樹林分布于珠江口以西（面積占約89%）。分布緯度間于18°N ～28.5°N 之間，呈現中間高兩頭低的特點，絕大部分紅樹林分布于19°N ～23°N 之間（面積占約83%）。

分析紅樹林與城市邊界距離發現，大約10%的紅樹林分布在城市邊界的1km 內，隨著距城市邊界的距離增加，紅樹林面積迅速增長。大約80%的紅樹林分布在距市區10km 的范圍內，距離市區15km 以內的紅樹林占95%。中國范圍紅樹林到市區的最遠距離為35km。

2.近40 年中國紅樹林變化特征

以2000 年為界，近40 年中國紅樹林總面積先減少后增加。1978 年至2000 年紅樹林總面積從約3 萬公頃下降到2 萬公頃，凈減少約1 萬公頃，平均每年凈減少450 公頃；2000 年至2018 年紅樹林總面積增加0.57 萬公頃，平均每年凈增加320 公頃。

1978 年至2018 年的不同階段，中國紅樹林資源一直處于局部縮減局部增長的動態變化過程。部分紅樹林生長區由于人類活動等原因被侵占導致紅樹林面積縮減，而部分紅樹林生長區由于自然恢復或者人為種植等因素導致紅樹林面積擴張。對于紅樹林生長區被侵占導致面積縮減的情況，從1978年以來紅樹林縮減面積逐年減小，減少速度也逐步下降。1978——1990 年紅樹林縮減面積最大，達9942 公頃，面積縮減速度也最快，為828 公頃/年；2013——2018 年，紅樹林縮減面積324 公頃，平均每年減少面積降為65 公頃。

對于紅樹林生長區面積擴張或新增的情況，紅樹林新增面積和新增速度先上升后下降。1978——1990年，紅樹林新增面積2723 公頃，平均每年新增紅樹林227 公頃；1990——2000 年，紅樹林新增面積4445 公頃，新增速度為每年445 公頃；2000——2013 年，紅樹林新增面積8194 公頃，新增速度達到階段峰值每年630 公頃；2013——2018 年，新增紅樹林面積1985 公頃，面積增長速度放緩，為每年397 公頃（圖4）。

圖4 中國紅樹林面積各階段變化柱狀圖

3.中國紅樹林變化的影響因素

紅樹林資源面積縮減受到養殖占用、耕地占用、建筑開發占用和自然減少等因素影響，不同階段的主導因素存在差異。1978——2013 年，養殖占用一直是紅樹林面積減少的最主要原因；其中1990——2000年，養殖占用面積達到峰值，合計6125 公頃，占該階段減少面積的89%；2013 年后，養殖占用面積迅速減少，5 年間占用面積僅為65 公頃。1978——1990 年，自然減少及耕地占用導致的資源減少面積也較大，分別為2609 公頃及1528 公頃，面積占比為26%及15%；1990 年之后這兩種類型逐步得到控制并呈下降趨勢，2000 年后再無耕地占用紅樹林發生。

紅樹林面積擴張的影響因素主要有自然恢復和人工種植兩種類型，不同階段的主導因素也存在差異。早期（1978——2000 年）自然恢復和人工種植因素導致的紅樹林擴張面積相對均衡，中期（2000——2013 年）以人工種植新增面積為主，后期（2013——2018 年）人工種植新增比例下降而自然恢復比例上升。由于近年來紅樹林種植力度較大，紅樹林宜林灘涂已不多，導致依靠人工種植為主的紅樹林面積增長速度下降。

4.中國紅樹林變化的驅動機制

中國紅樹林變化的外在驅動因素主要體現在三方面。一是政策因素：20 世紀80、90 年代，各地政府紛紛響應“圍海造田”號召，并在沿海地區陸續開展“開發區”建設，對紅樹林生態系統造成一定程度的破壞；進入21 世紀，國家逐漸重視生態保護，開展生態文明建設，生態保護與修復政策逐步實施，各級別保護區的建立及法律法規的不斷完善，促進了紅樹林濕地生態的修復。二是人口及經濟因素：20 世紀末至21 世紀初，中國城市化進程加快，經濟的發展及人口的增加對建設用地及農用地面積提出了較高要求，然而由于土地資源有限，濱海紅樹林灘涂被當作未利用地被開發占用。三是氣候因素：由于紅樹植物大多為嗜熱類植物，氣溫和海溫增加使紅樹林適宜生長區北移，對紅樹林種植分布擴展起到積極作用；同時全球氣候變化導致我國東南沿海地區降水增多，流域水土流失導致河口泥沙堆積并使灘涂面積擴大，有利于紅樹林植被生長。

四、中國紅樹林監測數據共享與推廣服務

紅樹林長時序衛星遙感監測成果數據直接發送自然資源部生態修復司和國家林業和草原局，服務于全國紅樹林生態系統保護與修復。本數據成果與中國科學院互通，服務于可持續發展目標報告（SDGs）編寫。另外，本數據成果作為基礎的本底數據，為中國紅樹林藍碳價值評估提供基礎支撐。未來將持續開展紅樹林動態監測工作，將進一步服務于紅樹林保護修復專項行動計劃等工作。

中國紅樹林長時序衛星遙感監測數據集通過科學數據銀行（www.scidb.cn）向全球開放共享，可供全球學者研究使用[8]。同時，數據集通過自然資源衛星遙感云服務平臺（www.sasclouds.com）發布，為關心關注中國紅樹林生態系統保護修復的社會公眾提供查詢服務。

高分專項系列衛星開啟了中國民用高分辨率對地觀測新時代，為紅樹林資源動態監測提供了重要的基礎數據資料，相比傳統采購國外影像數據，紅樹林資源監測效率大大提高，監測周期從十年一次提高到一年一次，每年節約監測成本約1000 萬元。

五、中國紅樹林保護與修復有關建議

我國紅樹林保護力度不斷加大，公眾對紅樹林保護觀念不斷增強，紅樹林數量得到恢復性增長，但紅樹林總體數量和質量仍然偏低，部分地區存在紅樹林占用和破壞等問題，需要加大紅樹林保護和加強紅樹林監測。

（1）加大紅樹林保護，加強紅樹林監測

統籌安排紅樹林恢復工程，通過退漁（塘）還林和嚴禁排污排廢等措施，不斷擴大紅樹林生長空間，逐步恢復紅樹林生存環境，促進紅樹林自然生態恢復；加強紅樹林生態保護補償，嚴格管控紅樹林保護區范圍內的圍填海及建設開發等活動，最大程度避免人為活動造成紅樹林減少。充分利用衛星遙感等新技術手段，加強紅樹林動態監管，建立全國紅樹林遙感監測本底數據庫，對全國紅樹林生長區開展動態監測，對核心重點區域開展精細化監測。同時，加強紅樹林恢復治理工程的遙感監測，定期對紅樹林恢復治理效果進行評估與評價。

（2）協調人地矛盾，開展人工造林

除了加強對現有紅樹林資源的保護外，還可通過人工造林方式不斷擴大紅樹林面積。因地制宜、科學、有序地開展紅樹林種植工作，引進先進品種和技術，加大資金投入，逐步修復紅樹林生態環境。另外充分發掘紅樹林生態系統的旅游開發潛力，可以將紅樹林濕地經濟效益融入到當地社會經濟發展中，通過修建觀景臺、游船碼頭等旅游設施，并結合當地風土人情，發展紅樹林生態旅游，協調紅樹林保護與經濟發展矛盾。

（3）完善法律法規，提升管理水平

改革開放初期，紅樹林資源受到嚴重破壞，一個重要原因就是缺乏完善的法律法規約束。部分省市及保護區在近年來制定了紅樹林保護法規，取得了較好成效。制定和完善相關法律法規，以立法形式約束相關部門和當地居民的行為，才能更好地保護紅樹林及周邊海洋生態環境。另外通過國內外交流與合作，提升保護區管理人員專業素質與業務水平，以更科學、先進的方式管理紅樹林。