科爾沁沙地作為中國北方重要的生態屏障，不僅是“三北”防護林體系的關鍵組成部分，而且在調節氣候、保持水土、保護生物多樣性、維護農牧業生産等方面發揮著不可替代的作用，對於維護區域生態安全、防止沙漠化擴張具有舉足輕重的意義。科爾沁沙地的治理與保護，直接關係到東北、華北乃至整個北方地區生態平衡和可持續發展，是中國生態文明建設的重要組成部分。
作為新時代“三北”工程三大標誌性戰役之一，科爾沁沙地南緣區域植被修復是殲滅戰的主戰場之一。近年來，該區域面臨現有人工植被分佈不合理，防護林退化、斷帶，沙地底數不清、沙地治理區缺乏成效監測等嚴峻問題。
針對這一現狀，“科爾沁沙地南緣植被修復示範區”項目組在中國林科院資源資訊研究所所長王宏的帶領下，開展深入調研，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品質、防護功能、監測能力和資訊技術水準提升，開展植被修復成效評估、植被適宜性定量評價和沙化動態精準監測等科技高地建設，用科技力量全力打贏打好“三北”工程攻堅戰科爾沁沙地殲滅戰。
“三北”工程植被修復成效評估插上數字孿生的翅膀
內蒙古自治區通遼市科爾沁左翼後旗努古斯臺項目區，地處科爾沁沙地南緣，曾是全國土地沙化最嚴重、生態環境最脆弱的地區之一。自2014年以來，通過種植樟子松等適地樹種，顯著改善了當地生態環境，創造了從“黃沙漫天”到“萬樹成蔭”的治沙壯舉。隨著項目區植被綠化成林，如何科學評估植被修復成效和生態系統服務功能、提升森林品質成為當前亟需解決的問題。
中國林科院資源資訊研究所林草人工智慧與可視化創新團隊，在努古斯臺項目工程區，採用無人機航測與地面調查相結合的手段，通過AI智慧演算法，實現區域內林木位置、樹高、冠幅、胸徑、分枝結構等三維資訊的快速、精準獲取。利用高效三維重建技術，構建區域內植被高倣真三維模型，研發了植被精準監管與成效評估數字孿生系統。該系統實現了區域內林木的形態結構、地理坐標、空間關係等森林結構資訊精準三維重建。結合歷史遙感影像和資料，真實再現努古斯臺項目區造林前後、關鍵時間節點的植被修復過程，實現項目區植被修復的歷史回溯、動態模擬和未來預測。科學評估項目區森林碳匯、水源涵養、防沙固沙等植被修復成效和生態系統服務功能。結合植被生長模型，精準預測項目區植被未來發展變化趨勢，為防護林結構優化和品質提升提供智慧決策分析，確保植被修復工作的智慧、精準和高效。
數字孿生技術在努古斯臺項目區的應用，不僅為科爾沁沙地南緣地區植被修復成效的精準評估提供示範，也為“三北”工程建設中制定科學合理的防沙、治沙措施，促進森林品質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佈配置和經營修復模式，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核心區域，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。但在如此大規模的造林綠化背景下，現有植被是否適宜？如何修復？
針對科爾沁沙地南緣植被分佈合理性不明、適宜性評價缺乏等問題，中國林科院資源資訊研究所自然資源無人機監測技術創新團隊提出了一套綜合植被分佈和生長的植被適宜性定量評價方法，實現了小班水準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，以碳匯潛力和分佈概率作為判別適宜性的基本依據，客觀評價了喬木、灌木、草地全覆蓋的適宜性；定量化區域內現有喬木林的現實碳匯、潛在碳匯和提升空間；提出精細化修復調整技術方案。
依據該方法繪製的彰武縣現有植被適宜性分佈“一張圖”和植被修復技術分佈“一張圖”，精準評估了現有植被的現實碳匯、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範區”科技高地建設。
遙感助力“三北”工程科技高地沙化動態監測
“科爾沁沙地南緣植被修復示範區”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”生態草原綜合體已成彰武獨特風景。如何根據彰武縣近年來的沙地動態變化，準確掌握其沙化土地分佈現狀？
近年來，隨著遙感技術的快速發展，衛星平臺通過搭載感測器能夠獲得地球上指定區域的大範圍、高精度、高頻次圖像，為監測沙漠的動態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不清、沙地治理區缺乏精準監測等問題，中國林科院資源資訊研究所草原和荒漠化遙感創新團隊基於高解析度衛星遙感數據，採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，生成了示範區沙化土地類型分佈圖。
依據沙地類型分佈圖可以實時計算得到示範區當前流動沙地（丘）、半固定沙地（丘）、固定沙地（丘）和非沙地等的分佈面積，提升了示範區沙地類型及其程度識別的效率，為有效監測沙地動態變化、沙地治理區成效評估提供基礎數據支撐。（文：溫雅莉、宋平）
