【优先发布】加拿大自然资源调查领域动态及对我国的启示

文摘   2024-10-25 09:00   四川  


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刘文浩, 郑军卫, 杨宗喜, 刘学, 王立伟. 加拿大自然资源调查领域动态及对我国的启示[J]. 世界科技研究与发展, doi: 10.16507/j.issn.1006-6055.2024.07.011.
刘文浩1,2,3 郑军卫1,2,3 杨宗喜4 刘学1,2 王立伟1,2
(1.中国科学院西北生态环境资源研究院,兰州 730000;2.甘肃省知识计算与决策智能重点实验室,兰州 730000;3.中国科学院大学经济与管理学院信息资源管理系,北京 100190;4.中国地质调查局发展研究中心,北京 100034)

摘要:开展系统的自然资源调查对于准确认识资源状况、科学研判人地关系、探究资源演变机理、指导合理开发利用等目标具有重要意义。加拿大在自然资源调查方面经验丰富,值得借鉴。本文基于系统调研,梳理出了加拿大典型自然资源调查领域的战略部署与规划,总结了其在地下空间、森林、水资源、矿产资源和土地资源等典型领域的举措和经验,包括:重视地下空间资源的高效利用、构建了完备的森林监测体系、建立了可持续性的水资源管理体系、多举措保障矿产资源强国的竞争力、执行严格土地资源管理和核算制度、制定了国家湿地名录等。最后,结合相关经验,从加强资源调查综合性、突出不同资源特殊性、提升调查技术革新力,以及加大资源调查设施建设等方面为我国相关工作提出建议。
关键词:自然资源;综合调查;可持续发展;监测系统;战略规划;加拿大


当前,学术界对自然资源的定义仍然不统一,一般而言,多指自然环境中存在的那些具有使用价值,并且在一定程度上能够提高人类福祉的各种物质和能量要素,其可以是广义上的宇宙空间内的任何自然环境因素,也可以是狭义上的地球系统中的特定空间、物质和能量要素及其组合。自然资源的管理和调查监测主要关注可以实际观察、测量和管理的以物质形式存在的自然资源要素。自然资源调查是一项系统性工作,关键目标是掌握自然资源的“家底”,理清各类资源(如土地、矿产、森林、草原、水域、湿地、海洋、地下空间等)之间的相互关系及演替规律。准确的自然资源调查结果对于认识资源状况、科学研判人地系统关系、探知资源演变机理、指导合理开发利用、支撑国土空间规划、辅助资源资产核算和生态保护修复等诸多方面具有重要意义。然而,长期以来我国自然资源分属不同部门管理,导致我国自然资源综合调查存在分类标准不一致、组织实施不统一、技术方法标准不一致、组织机制不灵活、部门间沟通不通畅、分类评价体系推进缓慢、数据要素标准化重视不够等不足等问题,不能有效服务于自然资源的合理开发与科学保护,难以满足国家治理体系和治理能力现代化的新要求,限制了自然资源调查整体工作的顺利实施,阻碍了相关资源的开发利用和可持续保护。

加拿大自然资源丰富,拥有世界上最大的森林面积,同时也是全球矿产资源生产大国之一。此外,其还拥有世界上最大的淡水湖泊系统以及广阔的耕地和牧场,是世界上主要的农业生产国之一。坐拥如此丰富的自然资源,使得加拿大十分关注自然资源的综合调查与管理工作,并在多个领域积累了丰富的经验,值得借鉴。因此,本研究基于文献调研和综述的方法对加拿大典型领域自然资源调查工作的相关战略规划、具体领域动态进展、相关经验与特点进行系统调研和梳理,以期为我国相关工作提供参考和支撑。


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典型领域调查的战略与规划

近年来,加拿大面向自然资源调查领域先后发布了多轮详细的战略规划、布局了系列重大项目,推动了自然资源调查理论、方法、技术、装备和设施的持续更新与创新,以及相关领域的快速发展。代表性战略规划包括以下4个方面。

1.1 地球系统科学
2022年2月,加拿大自然资源部(Natural Resources Canada,NRCan)发布《泛加拿大地球科学战略:增强数据、知识及其获取能力,打造更强大的未来》,确定了加拿大未来地球科学发展的5个优先领域,旨在通过强大的科学研究和数据基础能力、培养熟练的科学家、增加勘探和合作,从而巩固和扩大加拿大在地球科学领域的影响。2023年12月,加拿大地质调查局(Geological Survey of Canada,GSC)发布《加拿大地质调查局战略计划(2023—2028年)》,表示将重点关注气候变化下加拿大北部矿产潜力和可持续发展,通过开发矿产潜力预测模型、改进相关分析技术,提高矿产勘探有效性,来应对日益增长的关键矿产供应需求。2024年2月,加拿大环境与气候变化部(Environment and Climate Change Canada,ECCC)发布《2024—2029年加拿大环境与气候变化部科学战略》,提出将采用综合和多尺度办法支持地球系统、天气、空气和水质的监测、模拟和预测,以及跨越时间、空间和环境领域的长期气候趋势。
1.2 矿产资源
2021年3月,NRCan公布了加拿大31种关键矿产资源清单,认为这些矿物对加拿大及其盟国的可持续经济的成功至关重要,同时,根据《加拿大矿产和金属计划》(Canadian Minerals and Metals Plan,CMMP)规定,加拿大被定位为主要采矿国。2021年6月,加拿大众议院自然资源常务委员会发布报告《从矿产勘探到先进制造业:发展加拿大关键矿产的价值链》,提出拟打造从矿产勘探到先进制造业的关键矿产价值链。2022年4月,加拿大政府发布2022年预算,其中包括在2022—2030年期间提供多达38亿加元的支持,以实施加拿大的首个关键矿产战略。
1.3 林草资源
2021年7月,ECCC宣布投资2500万加元,用于保护、恢复与治理大草原(Prairies)地区的湿地和草原,包括通过保护、恢复并加强大草原地区的草原与湿地的管理,从而保持和恢复碳储量;保护、恢复并加强受威胁的草原与湿地的管理,以储存碳。2022年9月,加拿大启动了一项新的五年新倡议,旨在促进加拿大草原地区自然基础设施建设,探索整个草原的自然基础设施和水资源管理的未来。该计划将扩大阿尔伯塔省、萨斯喀彻温省和曼尼托巴省的自然基础设施,以确保更清洁的水和具有复原力的社区。2024年1月,NRCan宣布资助1350万加元,用于推进不列颠哥伦比亚省的创新森林技术和清洁能源项目。
1.4 其他技术创新与平台建设
加拿大非常注重对地观测(Earth Observation,EO)技术对自然资源调查的重要贡献和关键作用。2022年1月,加拿大创新、科学与工业部(Innovation, Science and Economic Development Canada,ISDE)和NCRAN联合发布的《资源丰富、恢复力强、准备就绪:加拿大卫星对地观测战略》,明确了EO的愿景,将对最先进的对地观测技术、合作伙伴关系和技能开发的长期投资。2021年11月,加拿大数字技术超级创新集群宣布启动地球X射线低影响采矿项目,旨在提供一个新的发现平台,帮助矿业勘探公司精确定位地下矿床,从而降低勘探发现的成本,并增加清洁能源转型所需的关键矿产资源的可持续生产。2021年6月,GSC牵头发布新建的“关键矿产测绘倡议”(Critical Minerals Mapping Initiative,CMMI)在线门户网站,包括了来自60个国家的7000多个矿物样品中关键矿物的浓度。2024年5月,加拿大政府发布《气候科学2050:气候变化科学与知识的国家优先事项报告》,提出要建设有韧性的水生与陆地生态系统、可持续的自然资源,针对自然资源部门与社区制定并跟踪社会生态韧性指标,了解加拿大自然资源部门面临的新风险和脆弱性,掌握未来水资源的可持续性。


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典型领域调查的动态与进展
2.1 地下空间资源利用
加拿大重视地下空间规划与利用,并将其视作城市公共空间重要的组成部分之一。例如多伦多被命名为“通道”(PATH)的地下步行系统是多伦多乃至全世界最大的地下商城兼通道,实现了城市土地资源的集约化和可持续利用等多个方面的效益,值得我国超大型城市未来系统规划借鉴。在政府层面,还发布了私人投资的配套鼓励政策,如土地长期批租政策、免费的道路、广场、绿地的地下空间使用权政策、一加元年租政策等,促进了私人对于地下空间投资的积极性。此外,加政府十分重视地下空间利用的整体性效益和长远布局,并明确要求所有的地下空间利用规划必须充分考虑设施之间的连通性。
2.2 森林资源调查
1)坚持森林资源的可持续管理,建立国家森林清单
加拿大一直按照“可持续森林管理”的原则管理其森林资源。2000年,国家森林清单(National Forest Inventory,NFI)设立,旨在提供关于森林的泛加拿大科学信息,用于战略分析和决策。NFI是对省级森林清查计划的补充,这些计划旨在确保可持续的木材供应。通过NFI每年发布新的专题图,可为研究人员和森林从业者提供所需的数据,以更好地了解大范围的森林复原力和保护价值。
2)森林遥感调查和监测应用技术快速发展
2000年前后,加拿大通过从地面、飞机和太空收集了森林“基线”的测量值,使调查人员能够宏观掌握森林的规模特征。目前,新数据经过20多年的不断收集和分析,可供研究人员、政策制定者和公众使用,从而更好地指导可持续森林管理决策,并使调查人员能够在大范围内调查森林复原力、适应和保护问题。当前,加拿大森林资源调查采用的典型技术方法包括:(1)NRCan牵头开展了基于遥感技术的森林资源调查,利用卫星空间数据进行森林面积、健康状况、生物质等基本情况的多方位监测;(2)各省应用地理信息系统(Geographic Information System,GIS)技术数字化林相图,定期更新森林清查数据,林业部门利用GIS管理数据库,并基于陆地卫星(Landsat)更新地图来监测森林采伐和林火影响;(3)林区广泛利用无人机技术监测森林火灾和病虫害;(4)建立综合的森林资源监测体系来准确评估和监测森林的面积及可持续发展状况,并每隔5年汇总数据制作全国森林资源清查报告;(5)加拿大林务局(Canadian Forest Service,CFS)研发了加拿大野火信息系统(Canadian Wildland Fire Information System,CWFIS),在整个森林火灾季节(通常在5~9月之间)创建全年的每日火灾天气和火灾行为地图以及热点地图。
2.3 水资源调查评估
1)建立水源地评估体系,注重资源环境一体化整治与管理
加拿大建立的水源地评估体系充分考虑了高峰流量、水文恢复、沉积物来源等因素。连续发布的《水源地报告》提供了水资源发展计划建议,并充分考虑了水文风险、水源供应、水资源发展趋势等因素,确保水源地的可持续管理和生态保护。此外,加拿大还十分注重水资源管理中的“资源环境一体化”整治与管理,特别是在森林和水资源环境方面的综合治理,同时十分重视实时数据监测和水文风险防范,建立了有效的预防机制来应对外界自然环境变化和突发气候事件。
2)构建水生生物监测网络,关注水源可持续领域
ECCC建立了水生生物监测网络(Canadian Aquatic Biomonitoring Network,CABIN),是一个由ECCC管理的协作网络,用于使用标准化协议和网络可访问工具对淡水生态系统健康进行生物监测。CABIN提供了国家标准化的协议,通过对生活在水中的生物进行采样来监测水生生态系统的健康状况。CABIN还通过可通过网络访问的CABIN数据库促进网络参与者之间的数据共享。网络参与者可以共享生物监测数据,并对各地的水生生态系统健康状况进行可比评估。
3)完善水资源法律法规,布局水安全管理计划
GSC基于地下水地球科学计划(Groundwater Geoscience Program,GGP)、气候变化地球科学计划(Climate Change Geoscience Program,CCGP)、公共安全地球科学计划(Public Safety Geoscience Program,PSGP)和环境地球科学计划(Environmental Geoscience Program,EGP)四个项目来帮助更好地了解加拿大的地下水供应,以便各级政府的利益相关者可以采取措施保护含水层。此外,加拿大水务局(Canada Water Agency,CWA)正在领导推进《加拿大水法》的现代化,以反映加拿大的淡水现状。
4)搭建“地下水信息网络”,提升地下水调查管理能力
加拿大搭建的“地下水信息网络(Groundwater Information Network,GIN)”通过增加对标准化地下水信息的访问来提高对地下水系统的了解,并加强地下水管理。GIN连接了来自权威来源的各种地下水信息,包括水井数据库、水监测数据以及含水层和地质图等,可用于提高调查人员和公众对地下水系统的了解并加强地下水管理实践。
2.4 矿产资源调查
1)关注矿业竞争力,着力保障矿业强国地位
加拿大是全球矿业强国,但也面临着如竞争力下降、投资减少等诸多挑战。加拿大政府认识到矿业竞争力对国家综合实力的重要性,为此采取了多项战略调整措施。此外,加拿大政府敏锐觉察到全球矿产市场正在发生深刻变化,针对投资下降、勘探调查技术革新快速、劳动力成本上升等共同挑战,采取新的对策和手段,充分考虑矿业可持续发展的能力与未来走向,适应新形势和新情况,巩固和提高加拿大在全球矿业领域的竞争优势。
2)布局矿产资源勘探战略规划,力求矿业可持续发展
近年来,加拿大政府更加强调矿产资源开发中的经济、环境、社区和全球领导地位等多方面的平衡发展,并致力于矿产资源战略调整。例如,2019年发布《加拿大矿产和金属规划》,2022年发布《泛加拿大地球科学战略:增强数据、知识及其获取能力,打造更强大的未来》。2022年4月,加拿大政府发布2022年预算,拟在8年内提供多达38亿加元的支持,以实施加拿大的首个关键矿产战略。2022年6月,NRCan发布了《加拿大的关键矿产战略:讨论文件》,称加政府在2021—2022年期间部署了7920万加元经费,用于公共地球科学和勘探,以更好地评估和识别国内矿藏。此外,加拿大还设定了推进这些计划的详细目标和时间表,力求实现矿业的可持续发展和环保。
2.5 土地资源
1)支撑土地测绘事业发展,开发土地资源调查工具包
加拿大测绘和地球观测中心(Canada Centre for Mapping and Earth Observation,CCMEO)根据《加拿大土地调查法》开展土地资源的调查和管理。CCMEO的工具包和数据集可供土地测量师、土地管理员和其他利益相关者(包括土著土地使用者)使用。根据“加拿大土地测量系统”(Canada Lands Survey System,CLSS),CCMEO的测量师总处(Surveyor General Branch,SGB)负责定义、标记和描述土地的边界。此外,有两个项目支持CCMEO的任务:调查登记处和调查计划。测量登记处包括测量计划、实地记录、日记、报告和其他与土地测量有关的文件。CCMEO土地资源调查的职能包括:(1)获取土地调查工具和数据;(2)协调土著土地要求;(3)协调原住民土地管理(4)储备土地增加更新;(5)执行“条约土地权利”计划;(6)建设国家公园;(7)明确跨省和跨地区边界。CCMEO土地资源调查的工具包则包含调查计划、实地笔记、日记、报告和其他文件,以支持土地的财产权。此外,CCMEO提供用于GIS的宗地和边界数据集。政府开放数据门户网站也有与土地相关的产品,包括土著土地、国家公园和国家公园保护区的图层。
2)革新土地测绘新技术,执行严格管理核算
加拿大遥感中心(Canada Centre for Remote Sensing,CCRS)利用卫星收集的数据来生成准确、高效和具有成本效益的土地覆盖数据和图像。CCRS还使用高性能计算来识别图像中的土地覆被类型,并研发出一系列大陆、国家尺度和区域土地覆盖产品,涵盖不同的时段及不同的空间分辨率。此外,加拿大还对其土地资源实行严格管理与核算,将土地信息分为五个层次,分别为土地区位、土地覆被、土地用途、土地潜力和土地价值。
2.6 湿地资源
1)制定湿地开发前环评制度,创建湿地国家清单
加拿大政府十分重视湿地管理保护以及与之相关的环境评价工作在湿地保护与管理中的作用,并且重视环境影响评价。自1992年起实施了湿地保护政策,确保湿地不受损害。此外,加拿大还是《湿地公约》的缔约国,致力于湿地保护和合理利用。2003年举办的湿地管理全国会议创建了一份关于湿地类型、规模和功能的国家清单,以保护湿地资源。
2)重视EO对湿地监测应用,开发湿地指标更新湿地名录
长期以来,EO技术在湿地监测管理中受到了加拿大政府的特别重视。2022年1月20日,加拿大创新、科学与工业部(Innovation, Science and Economic Development Canada,ISED)和NRCan联合发布《资源丰富、恢复力强、准备就绪:加拿大卫星对地观测战略》,宣布向21个机构组织投资800万加元,以推动创新应用,重点关注地球观测挑战和可持续发展优先事项。此外,近年来加拿大湿地调查监测工作取得多项突破。如CCRS开发出使用卫星合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)绘制地表水范围的技术,以支持湿地和含水层的特征描述和监测,以及监测加拿大泥炭地的转变。NRCan和加拿大野生动物服务局(Canadian Wildlife Service,CWS)等机构合作,使用对地观测技术开发湿地指标,以改进湿地测绘和监测,提高资源管理和保护效率。湿地监测专门卫星RADARSAT-2的成功发射为湿地监测提供了极化和全天候数据,该卫星具有独特的极化和全天候能力,用于湿地表征和监测。此外,还开发了基于RADARSAT-2的新方法支持加拿大湿地名录(Canadian Wetland Inventory,CWI)的更新,并已经在RAMSAR湿地站点上取得了应用,该技术还可用于森林和公园监测。未来,NRCan还将与CWS合作,在多个RAMSAR湿地站点上验证新解释。

 3 
典型领域调查的特点与经验

加拿大自然资源领域调查取得了许多成就,解决的相关问题与我国当前面临的问题相似,相关经验值得我国借鉴,具体包括在以下三个方面。

1)针对不同自然资源领域系统设计和制定了调查远景规划与行动路线图

从加拿大不同类型自然资源调查动态及举措可以发现,其最突出的特点是调查工作具有系统性和综合性。加拿大面向自然资源调查领域先后发布了多轮详细的战略规划、布局及重大项目资助,推动了自然资源调查理论、方法、技术、装备和设施的持续更新与创新,推动了相关领域的快速发展。例如,在地下空间资源规划和利用中,具有系统宏观的视野,对未来的规划也十分清晰。对于森林资源、水资源、矿产资源的调查工作均设计了合理的综合调查体制,保证了调查工作及相关成果管理、组织间合作等多个方面的高效与融洽。

2)强调自然资源调查工作的领域差异性和政策灵活性

加拿大政府清晰认识到了当前世界面临百年未有之变局,并综合考虑了气候变化带来的潜在影响,从而及时调整了对森林、水资源、土地资源、湿地资源为典型地表自然资源的调查工作的布局和实施举措,以保障不同领域在新阶段拥有各具特色的全新调查方案。此外,加拿大敏锐觉察到了全球矿业贸易新格局对其矿业大国地位的新挑战,并将关键矿产资源与新兴产业和未来产业发展密切关联起来,从而及时调整战略布局和行动举措,以确保其长期、绿色、可持续的矿产资源供应,以及其矿业大国的领导地位与资源优势。通过这些不断调整的灵活调查策略,加拿大不仅能够应对当前和未来的全新挑战,还能够实现自然资源的可持续利用,同时也使其自然资源调查工作与成果在全球范围内处于领先地位。

3)新兴技术的研发与突破持续赋能自然资源调查开拓新局面

加拿大始终将技术革新作为保持其自然资源调查工作处于高水平的关键因素,不断引入多种新方法、新技术和新手段,并灵活运用于具体的调查工作中。此外,加拿大还不断提升专业卫星系统、传感器等基础设施的投资建设力度,提高了自然资源调查的“智慧化”能力和水平。例如,在森林资源调查中基于无人机和高分辨率卫星影像实现对森林火灾、病虫害和植被变化的实时监测,同时,采用先进的遥感技术和人工智能算法分析森林覆盖变化,推动森林保护和管理的科学化。土地资源调查基于高分辨率遥感影像和智能信息系统来实现土地资源的高精度调查与精细化管理。此外,许多新兴设备还被广泛应用于水资源实时监测、湿地资源动态变化监测、地下空间科学管理与规划等多个方面,使得加拿大自然资源多领域调查工作智能化水平显著提升,同时也提升了调查工作的效率和精度。总之,持续突破的新兴技术与智能设施装备正在全面支撑加拿大自然资源调查开拓出新局面。


 4 
对我国的启示与建议

1)加强自然资源调查的系统性和综合性

首先,建立更加系统和宏观的长远规划,明确未来方向,确保在自然资源规划和利用中具有清晰的发展蓝图。将国土调查与规划及相关的专项调查工作结合起来,进行全盘谋划,相互衔接,强调调查工作的统一性和整体性。其次,在森林资源、水资源、矿产资源等方面,建立合理完善的综合调查组织方式,确保调查工作的科学性和准确性。制定行业统一标准,协调各方调查工作执行及推行成果的规范化,提升数据要素的标准化和系统化。第三,加强各部门间的协调管理、拓宽组织间的合作,提高调查工作的高效性和融洽性。第四,探索推进“一查多用”分类体系、“空间—物质—能量”等多形式、多维度的“一体化”自然资源分类体系,兼顾不同自然资源要素的耦合过程与效应,构建以管理和利用为目标的自然资源分类体系框架。这些系统性和综合性的系统方式将有助于更好地推进自然资源类综合调查任务的高效协同开展。

2)自然资源调查不同领域的重点方向布局需结合我国自身特色

在自然资源调查中,应关注到气候变化与世界格局等多维度的变化,各个领域可以根据自身特点,结合地缘政治、国际形势、气候变化和其他多种复杂因素的影响,制定适用于不同领域的综合调查和发展的侧重要点。特别是在森林、水资源、土地资源、湿地资源等领域,更应该适时、适度、适量地考虑气候变化和人类活动等因素的影响,在调查中加入对多维度要素的综合考虑,并对这些外部影响因素及其未来发展进行预估和判断,从而更准确地了解资源整体状况、研判未来趋势、制定更科学的资源管理政策和应对措施。

3)自然资源调查应更注重技术革新与关键基础设施建设

结合我国实际,加大对技术创新和基础设施建设的投入,加快对地观测技术、高精度多源遥感技术、深地探测技术等更高精度调查技术手段的发展与多场景应用,提升多源监测调查数据的综合分析,充分挖掘和应用自然资源调查中大数据、人工智能、深度学习等数据处理的新方法和新技术的应用潜能,以地球系统科学的思维和视角理解和布局自然资源综合调查业务和布局,加快依托“透视地球”等新一代对地观测技术的自然资源调查方法群、技术群的布局与研发。此类关键技术及相关基础设施的建设将助力提升调查准确度和执行效率,保障更准确地了解自然资源基底状况,制定更科学的资源管理政策,推动自然资源的可持续调查与利用。








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