卫星遥感监测服务中国红树林生态系统保护与修复

文|张涛 何芸 尤淑撑 罗建军 陈华萍 孙录平 牟兴林 罗征宇 刘爱霞 甘宇航

1.自然资源部国土卫星遥感应用中心

2.北京国测星绘信息技术有限公司

一、引言

红树林是在热带亚热带地区、海岸潮间带滩涂上生长的木本植物群落，是兼具陆地和海洋特性的复杂生态系统。红树林在防浪护堤、海湾改善、污染净化和湿地多样性保护等方面发挥着不可替代的作用，具备重要的生态系统服务功能以及社会经济价值[1]。红树林生态系统具有开放性、脆弱性和复杂性等特点，因其位于人为干扰强度大的沿海地区，人类活动对其分布产生直接影响。据联合国粮农组织（FAO）调查，全球红树林生态系统仍处于高度受威胁状态，针对红树林生态系统开展长期监测具有重要意义。

随着中国经济发展，中国沿海的养殖围塘、港口开发、道路建设等人类活动均在一定程度上直接占用了红树林生长区域，导致红树林面积减少。在不同历史时期，国内不同单位和机构对中国红树林面积开展了一些调查[2-4]，得到不同时期的统计数据，但是，不同时期对红树林面积的调查方法、手段、标准不同，遥感数据分析与实地考察结合不够紧密，往往导致不同时期的调查数据难以直接比较。

2018 年以来，自然资源部国土卫星遥感应用中心红树林遥感监测团队，按照统一的技术标准与技术方法，采用国产高分辨率卫星遥感影像（1m/2m）为主，结合历史时期多源卫星遥感影像数据，开展了全国红树林资源遥感监测工作，获取了1978 年以来多期次高精度的全国红树林分布数据[5-7]，构建了精细尺度的全国红树林卫星遥感监测本底库，为后续开展红树林资源持续监测提供数据基础，服务于我国红树林生态系统保护与修复。

二、中国红树林遥感监测数据

中国红树林长时序卫星遥感监测的年份节点包括1978 年、1990 年、2000 年、2013 年 和2018 年五个时期，其中2018 年和2013 年采用国产高分一号、高分二号和资源三号卫星遥感影像数据，2000年、1990 年和1978 年采用其他卫星影像数据。国土卫星遥感应用中心后续对中国红树林长时序监测数据进行持续更新。

红树林高精度遥感制图的难点在于如何有效区分红树林植被和其他滩涂植被类型，以及小面积红树林图斑有效提取。本研究充分利用国产高空间分辨率卫星遥感数据，发展机器学习、专家解译结合外业核查的综合方法，制作完成国内首份精细尺度红树林分布现状数据。

中国红树林现状调查采用当期最新的遥感影像为底图（图1），卫星来源包括高分一号、资源三号、高分二号，空间分辨率为1m/2m。项目采用专家解译方式开展红树林分布矢量图斑遥感解译，并对红树林分布现状开展了外业调查与核实，获取了尺度精细且准确度高的中国红树林2018年现状数据集，称为Mangrove China 2018（MC2018）[8]。通过可解译性评价、解译确定性分级、外业核查验证和多重质量检验等方式，经过多次修正得到最终版红树林分布现状数据MC2018。使用外业采集参考验证点开展精度评价结果显示，MC2018 数据集总体精度达到98%。与国内外发布的中国红树林分布数据对比，本数据集的精细程度、图斑质量和数据精度均处于优势地位[9]。

历史时期红树林分布数据以精细尺度红树林现状数据回溯的方式开展调查解译，以准确度最高的2018 年红树林现状调查数据为基础本底数据，结合解译时期和本底时期两期遥感影像，分别解译得到2013 年、2000 年、1990 年和1978 年的对应红树林分布图斑数据。在数据生产过程中，我们发展了多潮位淹没信息结合的红树林综合判定、基于植被物候信息的红树林辅助识别、历史高分影像协同解译等多种策略，保证红树林历史分布解译数据的准确性。经过人工质量检查和精度评价，不同期次的中国红树林数据精度均在92%～99%之间，数据集的总体精度较高[6]。图2 为中国红树林典型案例遥感影像。

图2 中国红树林典型案例遥感影像

三、中国红树林分布格局与长时序变化

1978 年改革开放以来，在不同时间阶段采用了不同的海岸带开发策略，同时也导致了中国红树林资源空间分布产生较大变化。国产高分辨率卫星应用于红树林资源监测，获取了中国红树林精细尺度的长时序监测数据集，支撑中国红树林分布格局与动态变化特征综合分析，取得良好的应用效果。

1.中国红树林资源现状分布特征

红树林长时序卫星遥感监测结果显示，中国红树林资源分布面积约2.6 万公顷（2018 年），主要分布于广东、广西、海南、福建、台湾、浙江、香港和澳门（图3）。其中广东省红树林分布面积最大，占中国红树林总面积的40.22%；其次为广西壮族自治区，红树林面积占比为32.90%；浙江省是红

图3 中国红树林资源现状分布图（审图号GS（2019）5809）

树林天然分布的最北端，红树林分布面积很小，占比0.19%。

中国红树林分布于108°E ～122°E 之间，绝大部分红树林分布于珠江口以西（面积占约89%）。分布纬度间于18°N ～28.5°N 之间，呈现中间高两头低的特点，绝大部分红树林分布于19°N ～23°N 之间（面积占约83%）。

分析红树林与城市边界距离发现，大约10%的红树林分布在城市边界的1km 内，随着距城市边界的距离增加，红树林面积迅速增长。大约80%的红树林分布在距市区10km 的范围内，距离市区15km 以内的红树林占95%。中国范围红树林到市区的最远距离为35km。

2.近40 年中国红树林变化特征

以2000 年为界，近40 年中国红树林总面积先减少后增加。1978 年至2000 年红树林总面积从约3 万公顷下降到2 万公顷，净减少约1 万公顷，平均每年净减少450 公顷；2000 年至2018 年红树林总面积增加0.57 万公顷，平均每年净增加320 公顷。

1978 年至2018 年的不同阶段，中国红树林资源一直处于局部缩减局部增长的动态变化过程。部分红树林生长区由于人类活动等原因被侵占导致红树林面积缩减，而部分红树林生长区由于自然恢复或者人为种植等因素导致红树林面积扩张。对于红树林生长区被侵占导致面积缩减的情况，从1978年以来红树林缩减面积逐年减小，减少速度也逐步下降。1978——1990 年红树林缩减面积最大，达9942 公顷，面积缩减速度也最快，为828 公顷/年；2013——2018 年，红树林缩减面积324 公顷，平均每年减少面积降为65 公顷。

对于红树林生长区面积扩张或新增的情况，红树林新增面积和新增速度先上升后下降。1978——1990年，红树林新增面积2723 公顷，平均每年新增红树林227 公顷；1990——2000 年，红树林新增面积4445 公顷，新增速度为每年445 公顷；2000——2013 年，红树林新增面积8194 公顷，新增速度达到阶段峰值每年630 公顷；2013——2018 年，新增红树林面积1985 公顷，面积增长速度放缓，为每年397 公顷（图4）。

图4 中国红树林面积各阶段变化柱状图

3.中国红树林变化的影响因素

红树林资源面积缩减受到养殖占用、耕地占用、建筑开发占用和自然减少等因素影响，不同阶段的主导因素存在差异。1978——2013 年，养殖占用一直是红树林面积减少的最主要原因；其中1990——2000年，养殖占用面积达到峰值，合计6125 公顷，占该阶段减少面积的89%；2013 年后，养殖占用面积迅速减少，5 年间占用面积仅为65 公顷。1978——1990 年，自然减少及耕地占用导致的资源减少面积也较大，分别为2609 公顷及1528 公顷，面积占比为26%及15%；1990 年之后这两种类型逐步得到控制并呈下降趋势，2000 年后再无耕地占用红树林发生。

红树林面积扩张的影响因素主要有自然恢复和人工种植两种类型，不同阶段的主导因素也存在差异。早期（1978——2000 年）自然恢复和人工种植因素导致的红树林扩张面积相对均衡，中期（2000——2013 年）以人工种植新增面积为主，后期（2013——2018 年）人工种植新增比例下降而自然恢复比例上升。由于近年来红树林种植力度较大，红树林宜林滩涂已不多，导致依靠人工种植为主的红树林面积增长速度下降。

4.中国红树林变化的驱动机制

中国红树林变化的外在驱动因素主要体现在三方面。一是政策因素：20 世纪80、90 年代，各地政府纷纷响应“围海造田”号召，并在沿海地区陆续开展“开发区”建设，对红树林生态系统造成一定程度的破坏；进入21 世纪，国家逐渐重视生态保护，开展生态文明建设，生态保护与修复政策逐步实施，各级别保护区的建立及法律法规的不断完善，促进了红树林湿地生态的修复。二是人口及经济因素：20 世纪末至21 世纪初，中国城市化进程加快，经济的发展及人口的增加对建设用地及农用地面积提出了较高要求，然而由于土地资源有限，滨海红树林滩涂被当作未利用地被开发占用。三是气候因素：由于红树植物大多为嗜热类植物，气温和海温增加使红树林适宜生长区北移，对红树林种植分布扩展起到积极作用；同时全球气候变化导致我国东南沿海地区降水增多，流域水土流失导致河口泥沙堆积并使滩涂面积扩大，有利于红树林植被生长。

四、中国红树林监测数据共享与推广服务

红树林长时序卫星遥感监测成果数据直接发送自然资源部生态修复司和国家林业和草原局，服务于全国红树林生态系统保护与修复。本数据成果与中国科学院互通，服务于可持续发展目标报告（SDGs）编写。另外，本数据成果作为基础的本底数据，为中国红树林蓝碳价值评估提供基础支撑。未来将持续开展红树林动态监测工作，将进一步服务于红树林保护修复专项行动计划等工作。

中国红树林长时序卫星遥感监测数据集通过科学数据银行（www.scidb.cn）向全球开放共享，可供全球学者研究使用[8]。同时，数据集通过自然资源卫星遥感云服务平台（www.sasclouds.com）发布，为关心关注中国红树林生态系统保护修复的社会公众提供查询服务。

高分专项系列卫星开启了中国民用高分辨率对地观测新时代，为红树林资源动态监测提供了重要的基础数据资料，相比传统采购国外影像数据，红树林资源监测效率大大提高，监测周期从十年一次提高到一年一次，每年节约监测成本约1000 万元。

五、中国红树林保护与修复有关建议

我国红树林保护力度不断加大，公众对红树林保护观念不断增强，红树林数量得到恢复性增长，但红树林总体数量和质量仍然偏低，部分地区存在红树林占用和破坏等问题，需要加大红树林保护和加强红树林监测。

（1）加大红树林保护，加强红树林监测

统筹安排红树林恢复工程，通过退渔（塘）还林和严禁排污排废等措施，不断扩大红树林生长空间，逐步恢复红树林生存环境，促进红树林自然生态恢复；加强红树林生态保护补偿，严格管控红树林保护区范围内的围填海及建设开发等活动，最大程度避免人为活动造成红树林减少。充分利用卫星遥感等新技术手段，加强红树林动态监管，建立全国红树林遥感监测本底数据库，对全国红树林生长区开展动态监测，对核心重点区域开展精细化监测。同时，加强红树林恢复治理工程的遥感监测，定期对红树林恢复治理效果进行评估与评价。

（2）协调人地矛盾，开展人工造林

除了加强对现有红树林资源的保护外，还可通过人工造林方式不断扩大红树林面积。因地制宜、科学、有序地开展红树林种植工作，引进先进品种和技术，加大资金投入，逐步修复红树林生态环境。另外充分发掘红树林生态系统的旅游开发潜力，可以将红树林湿地经济效益融入到当地社会经济发展中，通过修建观景台、游船码头等旅游设施，并结合当地风土人情，发展红树林生态旅游，协调红树林保护与经济发展矛盾。

（3）完善法律法规，提升管理水平

改革开放初期，红树林资源受到严重破坏，一个重要原因就是缺乏完善的法律法规约束。部分省市及保护区在近年来制定了红树林保护法规，取得了较好成效。制定和完善相关法律法规，以立法形式约束相关部门和当地居民的行为，才能更好地保护红树林及周边海洋生态环境。另外通过国内外交流与合作，提升保护区管理人员专业素质与业务水平，以更科学、先进的方式管理红树林。