地球大数据支撑可持续发展目标报告（2022）-中国科学院.pdf

目录 前言 执行摘要 绪论 SDG 2 零饥饿 15 提高农业生产力 全球高分辨率复种格局与潜力评估 \15 东北黑土盐碱区盐碱地变化与驱动因素 \18 19 可持续粮食生产 全球变化下中国农田土壤碳汇潜力评估 \19 中国种植业碳排放时空变化 \20 SDG 6 清洁饮水和卫生设施 27 改善水环境 中国各省地下水水质变化评估 \27 28 提高用水效率 中国三大粮食作物水分利用效率变化评估 \28 20102020 年中国用水紧张程度变化及驱动 分析 \30 31 水资源综合管理 中国省级水资源综合管理数据支撑能力评估 \31 32 水生态系统变化 中国各省地表水 - 地下水水量变化评估 \32 34 综合评估 20152020 年中国 SDG 6 进展综合评估 \34 SDG 7 经济适用的清洁能源 41 电力获取 全球建筑通电状况 \41 44 可再生能源 中国可再生能源电力 \44 中国光伏电站建设 \45 47 国际能源合作 中国能源国际合作项目 \47 中国太阳能利用国际培训 \49 SDG 11 可持续城市和社区 57 城镇化进程监测与评估 20002020 年全球城市土地利用效率综合 评估 \57 58 世界遗产保护 世界遗产地土地覆盖变化监测与遗产保护 评估 \58 59 城市灾害与应对 20002021 年全球极端天气气候事件评估 \59 20102021 年中国地市级自然灾害 SDG 11.5 指标监测 \60 61 城市绿色空间 全球大城市绿度变化与受益人口 \61 64 社区尺度 SDG 11 指标综合监测 中国主要城市的社区可持续发展指标精细化 监测 \64 04 05 07 10 36 22 52SDG 13 气候行动 73 灾害监测与减灾行动 中国涝渍害时空分布及其对农作物的影响 \73 全球热浪变化及其影响分析 \74 气候行动目标下中国防灾减灾政策计量 评价 \75 76 气候变化长期预警 全球增暖下的海洋物理环境变化 \76 78 全球陆 / 洋碳汇估算 近 30 年来全球大洋碳收支变化趋势 \78 20002020 年全球陆地净生态系统生产力时空 变化分析 \79 82 气候变化教育 中国气候变化教育传播现状调查 \82 SDG 14 水下生物 89 减少海洋污染 中国近海营养盐变化与趋势分析 \89 中国近海绿潮生物量高精度遥感监测 \90 92 保护海洋生态系统 中国滨海滩涂的高精度动态监测 \92 中国近海湿地的台风防护减灾生态功能价值 评估 \93 中国- 东盟海域珊瑚礁白化热环境监测与 预警 \94 95 保护沿海区域 中国退围还海和退围还湿动态监测 \95 SDG 15 陆地生物 103 防治荒漠化与土地退化 全球沙丘（地）动态监测 \103 中国荒漠化治理碳汇效应 \105 东北黑土退化现状与风险评估 \106 地球大数据支持“非洲绿色长城”建设 \107 108 保护山区生态系统 中国山地生物多样性保护状况评估 \108 109 外来入侵物种防控管理 外来入侵物种风险评估与防控管理 \109 SDG 多指标交叉与综合 117 SDG 多指标交叉 中国 SDG 多指标间协同与权衡关系分析 \117 119 SDGs 综合评估 中国典型区域 SDGs 综合评估 \119 总结与展望 数据源 缩略词 主要参考文献 报告编写组 122 112 124 127 129 132 68 84 9804 地球大数据支撑可持续发展目标报告（2022） 前言 2030 年可持续发展议程从经济、社会和环境三个 维度描绘了全球可持续发展的宏伟蓝图。但数据缺失、 发展不均衡、目标间相互制约等问题也对可持续发展目 标（Sustainable Development Goals, SDGs）落实提出重 大挑战。同时，气候变化影响加剧，新冠肺炎疫情延宕 反复，地区紧张局势加剧，大幅增加了议程实施和实现 的难度。 2021 年，习近平主席在第 76 届联合国大会上 提出全球发展倡议，以加快落实 2030 年可持续发展议 程，推动实现更加强劲、绿色、健康的发展。 联合国2021 年可持续发展目标报告明确指出， 数据是重建和加快 SDGs 实现的资源，获取和掌握及时 和高质量的数据比以往任何时候都更加重要。为此，联 合国秘书长提出了数据战略，推动获得更为相关、 更好分类和更加及时的数据，以跟踪、预测和加速落实 可持续发展目标进展，使我们能够将数据和信息转化为 洞察力，转变和优化发展决策过程。 随着全球范围内数字化进程加快，数据的国际可比 性和可用性有所改善，但可持续发展目标数据的地理覆 盖面与及时性在各个领域仍然存在差距，亟需创新方法 来填补这些空白。集地球科学、信息科学和空间科技等 交叉融合的地球大数据技术， 具有宏观、 动态监测能力， 能大大提高数据获取能力， 为 SDGs 实现提供重要支撑。 2020 年 9 月 22 日，习近平主席在第 75 届联合国 大会宣布中国将设立可持续发展大数据国际研究中心 （CBAS）。2021 年 9 月 6 日，CBAS 正式成立，这是 全球首个以大数据服务联合国 2030 年可持续发展议程 的国际科研机构。成立一年来，中心通过研建可持续发 展大数据平台系统、发射并运行可持续发展科学卫星 （SDGSAT-1）、开展地球大数据服务可持续发展目标 的技术方法研究，面向全球提供服务 SDG 指标监测和 评估的数据、信息和服务，为联合国 2030 年议程的实 施作出积极贡献。 20192021 年，中国科学院连续三年牵头编制地 球大数据支撑可持续发展目标报告，累积贡献 64 个 监测评估与示范研究案例，包括 53 套数据产品、33 种 方法模型和 42 个决策支持，展示了中国利用地球大数 据技术支持全球和区域可持续发展议程的探索与实践。 2022 年度 地球大数据支撑可持续发展目标报告 继续围绕零饥饿、清洁饮水和卫生设施、可持续城市和 社区、气候行动、水下生物、陆地生物等六个可持续发 展目标和多指标间的相互关联、权衡协调作用深入开展 研究。同时，拓展经济适用的清洁能源（SDG 7）目标， 并针对不同区域类型特点，开展了 SDGs 区域综合示范 研究。在此基础上，持续关注中国生态环境变化，在四 年案例成果基础上集成创新，对 56 个环境类指标进行 综合评估，监测中国可持续发展目标进展。 本报告组织科研院所、高校等 40 多家单位 170 余 名科研人员进行撰写工作，汇聚了可持续发展大数据领 域的最新研究成果。中国科学院领导和机关给予了大力 支持，编写组同志们付出了艰辛劳动，在此一并表示衷 心感谢。 可持续发展大数据国际研究中心主任 联合国可持续发展目标技术促进机制 10 人组成员 （20182021）05 前言 执行摘要 本报告利用地球大数据的优势和特点，围绕 SDG 2 零饥饿、SDG 6 清洁饮水和卫生设施、SDG 7 经济适用 的清洁能源、SDG 11 可持续城市和社区、SDG 13 气候 行动、SDG 14 水下生物和 SDG 15 陆地生物七个可持续 发展目标的 25 个具体目标及 SDG 多指标交叉与综合， 形成 42 个研究案例，从数据产品、方法模型和决策支持 三方面，展示了全球、区域、国家和典型地区四个尺度 的 SDG 指标监测和评估成果， 为决策部门提供科学参考， 是大数据支撑 SDGs 落实的创新性实践。 在 SDG 2 零饥饿方面，聚焦提高农业生 产力和可持续粮食生产两个主题，在全 球尺度，研制了 2020 年全球 30 m 分辨 率耕地复种指数分布产品 ； 在中国尺度， 研制了中国农业耕层土壤碳密度时空变化和中国种植业 县域碳排放数据产品；在典型地区尺度，研发了盐碱地 识别算法与分级模型，实现了东北黑土盐碱地集中区近 35 年土壤盐渍化程度监测。基于以上数据分析发现， 2020 年全球约 85.2 的耕地为单季种植模式，如能将实 际复种水平提升到潜在水平有望增加 2.3 亿 t 粮食产量， 相当于当前全球粮食总产量的 6.4。中国东北黑土区西 部（世界三大苏打盐碱地之一）通过“盐碱地植被修复 工程”、“吉林西部重大工程”等系列工程，盐碱地面 积自 2000 年以来减少了 63.3，促进了粮食增产。2015 2020 年，中国农田耕层土壤有机碳增加了 3.4；近 10 年中国单位农业产值碳排放强度呈下降趋势， 江淮地区、 江汉平原和四川盆地单位面积碳排放量较高。 在 SDG 6 清洁饮水和卫生设施方面，围 绕改善水环境、提高用水效率、水资源 综合管理和水生态系统变化四个主题， 综合站点观测、统计调查和遥感监测等 多源数据，开展了中国省级尺度 SDG 6 目标进展监测与 评估，研究发现，中国地下水环境改善显著，农业用水 效率显著提高，总体用水紧张程度呈下降趋势，水资源 管理工具优化提升明显，水库水面积呈增加趋势，地下 水储量减少速率呈下降趋势。 但从省级行政区域的角度， 受不同地区自然地理条件、资源禀赋、以及经济发展水 平的影响，各项指标的实现情况存在显著的空间差异。 经济发达地区多面临水环境和水生态方面的挑战，经济 欠发达地区的用水效率则普遍偏低。研究成果有助于摸 清中国各省级行政区落实 SDG 6 进程、明确问题与差距， 以及制定和改进实现 SDG 6 目标的加速策略。 在 SDG 7 经济适用的清洁能源方面，聚 焦电力供应、可再生能源和国际能源合 作三个主题，在全球尺度，研制了全球 建筑通电状况遥感监测数据产品；在中 国尺度，研制了中国光伏电站遥感监测数据集、中国能 源国际合作项目对发展中国家 SDG 7 影响数据集和中国 太阳能利用国际培训统计数据集，调查了中国可再生能 源发展现状，评估了中国在可再生能源和国际能源合作 等三个指标的进展。基于以上数据分析发现，2020 年全 球通电建筑面积较 2014 年增加显著，通电建筑面积占比 提高近 2 个百分点；中国绿色低碳能源转型进展显著， 2021 年，中国可再生能源装机和发电量分别是 2015 年 的 2.12 倍和 1.79 倍；中国能源国际合作帮助发展中国家 实现 SDG 7 目标，增加了 80 个国家的人均用电量，中 国太阳能国际培训受培训国家（地区）已达 133 个。 在 SDG 11 可持续城市和社区方面，聚 焦城镇化进程监测与评估、世界遗产保 护、城市灾害与应对、城市绿色空间以 及社区尺度 SDG 11 指标综合监测五个 主题，在中国尺度，研制了地级市 SDG 11.5 监测指标数 据集、中国社区功能分类数据产品，实现 SDG 11 四个 指标的计算和评估；在全球尺度，研制了全球典型城市 建成区数据集、世界遗产边界矢量数据、全球极端天气 气候灾害损失数据集、全球绿度变化趋势数据集。基于 以上数据分析发现，20002020 年全球城镇化协调发展 执行摘要06 地球大数据支撑可持续发展目标报告（2022） 总体向好；20152020 年，世界文化遗产地土地覆盖变 化普遍小于 1，保护态势总体良好；仙台框架的 实施在全球和中国均取得一定成效；中国以全球 19 的 城市建成区面积贡献了全球 28 的城市显著变绿区域， 中国城市增绿受益人口占全球受益总人口约 47；中国 SDG 11.1、SDG 11.2、SDG 11.3 实现情况在社区尺度上 总体向好。 在 SDG 13 气候行动方面，聚焦灾害监 测与减灾行动、气候变化长期预警、全 球陆 / 洋碳汇估算、气候变化教育四个 主题， 在中国尺度， 研制了土壤水分含量、 防灾减灾政策数据产品，调查了气候变化教育现状，实 现 SDG 13 气候行动四个指标的计算和评估 ； 在全球尺度， 研制了高温热浪分布、海洋热量 / 盐度数据集、全球陆 地 / 大洋碳汇系列数据产品。基于以上数据分析发现， 中国耕地在 2021 年夏秋季节遭受了较为严重的涝渍害， 但通过科学田间管理并未影响粮食产量；中国及其省级 政府通过颁布系列政策已经建立起较为完善的减灾体系 ； 中国气候变化教育体系相对完善，仍需加强课程设计与 实践活动。 全球陆地不断升温， 高温热浪频率和强度增加， 海洋热含量也在不断增加，盐度差异、垂向层结有加剧 分化的趋势；全球陆地、大洋的碳汇近 20 年来有明显增 加的趋势。 在 SDG 14 水下生物方面，聚焦减少海 洋污染 、保护海洋生态系统 、保护沿 海区域三个主题 ，在中国尺度 ，研制 了 19782019 年中国东部近海营养盐 浓度分布、2016 年和 2020 年中国滨海滩涂空间分布、 20102020 年中国近海湿地台风防护价值、20102020 年 中国沿海退围还海和退围还湿动态监测等数据产品，提 出了绿潮生物量多源遥感反演模型；在区域尺度，提出 了三维珊瑚礁白化热环境计算模型方法，研发了中国 - 东盟海域珊瑚礁白化热环境预警系统。基于以上产品、 模型和系统应用分析发现，近十余年中国近海营养盐浓 度显著降低，其中陆源氮、磷入海量的减少是中国近海 溶解无机氮和溶解无机磷浓度降低的主要原因；中国的 近海湿地在抵御台风减少灾害损失方面发挥了显著作用， 近海湿地所提供的台风防护总价值在不断上升；珊瑚礁 白化热环境预警系统可以为区域内国家及时了解珊瑚礁 所面临的白化环境、制定珊瑚礁保护措施提供有力科技 支撑；20102020 年中国沿海退围还海、退围还湿的速 度持续增加，围填海管控和治理取得了显著成效。 在 SDG 15 陆地生物方面，聚焦防治荒 漠化与土地退化、保护山区生态系统及 外来入侵物种防控管理三个主题，在中 国尺度，开展了荒漠化治理碳汇效应评 估、东北黑土退化现状与风险评估、山地生物多样性保 护状况评估及外来入侵物种风险评估；在全球尺度，研 制了全球沙丘 （地） 空间分布产品， 开发了大数据支持 “非 洲绿色长城”建设在线工具。提供了覆盖 11 个泛非绿色 长城机构成员国高分辨率土地生产力动态产品和 26 项荒 漠化防治关键技术，为非洲绿色长城建设提供了重要支 持。基于以上数据与分析发现，中国土地退化治理成效 显著，荒漠化治理碳汇效应明显；中国山地生态系统受 保护比例较高，空间布局正在进一步优化；主要外来入 侵物种防控效果显著，并形成了具有推广价值的防控技 术体系。 在 SDG 多指标交叉与综合方面，聚焦 SDG 多指标交叉与 SDGs 区域综合评 估两个主题，在中国省级尺度，开展 了 SDG 多指标协同与权衡关系分析， 发现过去 20 年，中国省级行政区 SDG 多指标协同与 权衡关系具有显著的时空差异，大部分地区 SDG 6 和 SDG 15 更容易受到其他目标的权衡作用；中国各省份 有约 27 的权衡关系指标对转变为协同关系，另外有 约 18 的权衡关系指标对得到缓解。在中国典型省市 开展 SDGs 区域综合评估，发现 2015 年以来，海南省 生态文明建设取得较大进步，其中 SDG 15 得分较高， SDG 2 和 SDG 11 提升显著；云南省临沧市评价的 70 个 SDG 指标中有 81 已取得进展或有望实现目标；广 西壮族自治区桂林市的生态旅游资源可持续发展指数由 2010 年的 0.46 提高到 2020 年的 0.71；广东省深圳市陆 地生态系统总值年均增长率为 2.29。相关研究可为中 国不同特色区域科学确立优先发展目标、缓解发展中存 在的 SDG 指标权衡问题、优化可持续发展路径提供决 策参考。执行摘要 07 联合国 2030 年可持续发展议程中的 17 个可持续发 展目标 （Sustainable Development Goals, SDGs）构建 了实现全球可持续发展的框架体系，成为世界各国的战 略要务和行动目标。当前，2030 年议程进程近半，但 气候变化和新冠肺炎疫情等使各国落实议程受到巨大冲 击，个别目标的全球进展甚至面临倒退，需要加快实施 进程才能在 2030 年实现各目标。2021 年，全球约十分 之一人口受饥饿影响；由于缺乏有关河流、湖泊和地下 水的水质数据，全球超过 30 亿人处于疾病感染的风险 之中；全球仍有 7.33 亿人用不上电；城市成为了新冠 肺炎疫情的重灾区；全球温室气体浓度、海平面上升、 海洋热量和海洋酸化等四项关键气候变化指标在 2021 年创下新纪录；日益加剧的海洋酸化、富营养化和塑料 污染危及数十亿人的生计；全球持续森林砍伐、土地和 生态系统退化、生物多样性丧失对人类生存和可持续发 展构成重大威胁（UN, 2022; Sachs et al., 2022）。 科学、 技术和创新将为应对上述重大挑战作出贡献， 其中提高 SDG 监测与评估的数据能力，以支撑国家和 地方尺度的评估，并指导精准施策是重要途径之一。 联合国2022 年可持续发展目标报告指出，疫情推 迟了世界范围内新的国家统计计划的制定，全球指标 数据在地域覆盖、及时性等方面仍存在巨大差距（UN, 2022） 。 同时， 目前的指标数据多为粗粒度的统计数值， 时间分辨率多为“年”，空间分辨率多为“国家”，无 法根据地理位置、 人口分布、 环境差异等进行有效分解， 因此难以充分评估 SDG 进展区域差异并识别落后群体， 从而很难有效支撑各级地方政府决策。根据经济合作与 发展组织预测，若地方政府无法有效参与，169 个 SDG 具体目标中的 105 个将难以实现（OECD, 2020）。这 些具体目标中，更多的是对时空变化敏感的环境类具体 目标。 作为数字技术的核心组成，大数据已成为当今社会 数字化转型的重要引擎之一。地球大数据是大数据重要 组成部分，其以对地观测与地理空间数据为主体，具有 更易获取、更新更及时、结果更客观、分辨率更高等优 势，能够突破统计数据行政区域的约束，涵盖不同时空 尺度与地理位置信息，更精准评估 SDG 指标进展并及 时发现问题。地球大数据分析自然与人类社会系统间复 杂的交互作用和协同演进发展过程，将有助于 SDGs 的 整体理解和全面实现。 中国科学院基于地球大数据科学与技术，充分发挥 多学科优势，面向零饥饿、清洁饮水和卫生设施、经济 适用的清洁能源、可持续城市和社区、气候行动、水下 生物、陆地生物等与地表环境和人类活动密切相关的可 持续发展目标，汇聚了卫星遥感影像、地理空间数据、 媒体网络数据、统计信息等地球大数据，研发了大数据 处理与分析关键技术及方法，并在云计算环境下实现了 全球公共数据产品的研制和多尺度 SDG 指标的监测与 评估，以及多指标权衡 - 协同效应分析等创新工作，形 成了诸多亮点成果，为 SDG 进展评估、SDG 多学科研 究以及多层级 SDG 决策提供了数据支持、方法借鉴和 科学参考（图 1-1）。 自 2019 年起连续三年发布的地球大数据支撑可 持续发展目标报告（以下简称报告），在数据产 品方面，一方面为直接填补 SDG 指标监测数据缺失提 供了高质量数据产品，如中国 5 岁以下儿童生长迟缓率 变化数据集等；同时，也为更深入理解指标进展和驱动 因素提供了补充性背景与分析数据，如全球土地利用分 类长时间序列数据产品等。 在方法模型方面， 为更及时、 更精细评估与预测 SDG 指标提供了新方法，如全球耕 地种植强度高精度反演模型、全球城市不透水面快速提 取方法等。在决策支持方面，为提升指标的全球协同与 可比性、应对跨国界可持续发展问题提供了科学实证， 如中国土地退化零增长跟踪评估及其全球贡献、国际重 要湿地水体动态变化评估等。2022 年，在气候变化背 景下，报告增加了地球大数据对“SDG 7经济适 用的清洁能源”的分析与评估，同时，探索性开展了气 候变化与粮食生产交互作用、荒漠化治理的碳汇效应、 全球变暖下的海洋物理环境变化等特色专题研究。 基于 20192022 年报告数据集，以联合国可 绪 论 绪论地球大数据支撑可持续发展目标报告（2022） 08 图 1-1. 地球大数据支撑 SDGs 科学流程 持续发展目标官方描述、联合国机构及相关国际组织 设定的 2030 年量化目标等作为参考标准，报告评 估了 20102021 年中国在 56 个环境类可持续发展指标 （UNEP, 2021a）进展情况（图 1-2）。研究形成的关 于中国可持续发展目标落实进展的部分定量结论，是基 于大数据处理与分析关键技术及创新方法应用的探索性 成果。结果显示，20102015 年间，不断改善的指标有 38 个，恶化的指标有 5 个。而在 20162021 年间，不 断改善的指标有 42 个。在 2015 年，已接近或实现 2030 目标的指标有 10 个 ，到 2021 年， 这一数字上升到 26 个。 在所有评估的指标中，中国在防灾减灾、饮用水安全、 可再生能源、道路交通、森林保护方面表现突出，在温 室气体排放、生物多样性保护方面还有待加强。 综上所述，截止到 2021 年，中国环境类指标相比 于 2015 年（议程起始年）整体大幅改善，在 2030 年议 程实施接近中期之际，在评估的中国 56 个指标中，已 有近一半的环境类指标提前实现目标，为 2030 年整体 实现可持续发展目标奠定了良好的基础。 中国高度重视可持续发展理念与经验分享，致力推 动平衡、协调、开放、包容的全球发展新阶段。2021 年 9 月，中国国家主席习近平提出全球发展倡议，呼吁 围绕落实 2030 年议程，全面推进减贫、粮食安全、气 候变化和绿色发展、数字互联互通等领域合作，与世界 各国一起，努力实现不让任何一个人掉队的目标。2022 年 6 月，全球发展高层对话会发表主席声明，就支持全 球发展发布了成果清单，包括“开展可持续发展卫星星 座计划，研制并分享可持续发展目标监测数据与信息” 等，这将为推动全球 SDG 协同观测、数据共享与应用 合作、加快落实 2030 年议程作出重要贡献。 同时，随着 2030 年议程中期评估临近，联合国将 开启 SDG 全球指标框架全面审查与调整，在当前指标 监测数据缺失仍未彻底解决的情况下， 适当增加易获取、 全球可比的大数据指标，将有效改善 SDG 监测与评估 现状，切实支撑全球可持续发展决策。绪论 09 图 1-2. 基于地球大数据的中国可持续发展目标进展评估（20102021 年）10 地球大数据支撑可持续发展目标报告（2022） SDG 2 SDG 211 SDG 2 零饥饿 SDG 2 零饥饿 SDG 2 背景介绍 13 主要贡献 14 主题研究 15 建议与展望 2112 地球大数据支撑可持续发展目标报告（2022） SDG 2 成果亮点 提高农业生产力 全球耕地复种指数仍有提升潜力 ，中国东北黑土区盐碱地治理已 显成效 。2020 年全球约 85.2 的耕地为单季种植模式 ，如能将实 际复种水平提升到潜在水平有望增加 2.3 亿 t 粮食产量 ，相当于当 前全球粮食总产量的 6.4 。中国东北黑土区西部 （世界三大苏打 盐碱地之一） 通过 “ 盐碱地植被修复工程 ” 、“ 吉林西部重大工程 ” 等系列工程 ，盐碱地面积自 2000 年以来减少了 63.3 ，促进了粮 食增产。 可持续粮食生产 中国种植业系统在 “ 碳减排 ” 和 “ 碳中和 ” 方面均具潜力 。 20152020 年 ，中国农田耕层土壤有机碳增加了 3.4 ；近 10 年中 国种植业单位产值碳排放强度呈下降趋势 ，江淮地区 、江汉平原 和四川盆地单位面积碳排放量较高。 ����年 全球单季种植的耕地约 ��.� ��������年 �.� 中国农田耕层土壤 有机碳增加了13 SDG 2 零饥饿 SDG 2 零饥饿目标是可持续发展的基础。当前，SDG 2 全 球进展已偏离原有轨道，离实现仍有差距。全球饥饿人 口比例在连续五年稳定之后，仅在 2020 年一年间，就由 8.4 增至 10.4（FAO, 2021）。各种形式的营养不良仍 是一个挑战，营养不良率从 2019 年的 8.0 升至 2021 年 的 9.8。而日益频繁的地区冲突、不断加剧的气候变化、 经济发展放缓作为三大驱动因素，仍在加速全球粮食不 安全性（FAO, et al., 2022）。此外，受大规模和高强度 的资源环境消耗与开发影响， 粮食系统正对全球水资源、 生物多样性、关键生态系统等造成威胁。 2021 年 9 月，联合国召开全球粮食系统峰会，目标 之一即为提升粮食系统转型重要性的全球共识，指出粮 食系统转型将促进人类健康、改善地球环境，进而帮助 实现全部 SDGs。联合国秘书长在峰会的致辞中表示，粮 食系统的转型将在促进全球从疫情中复苏起到关键作用。 转型的五个行动轨道被认为是确保所有人都能获得安全 而有营养的食品、转向可持续消费模式、促进对自然有 积极影响的生产、 促进公平生计， 以及培养抵抗脆弱性、 冲击和压力的韧性，而创新是贯穿所有行动轨道的重要 变革杠杆。提高农业生产力和可持续粮食生产作为重要 创新领域，是保障营养获取和促进人与自然协调的有效 方式， 对于降低饥饿风险、 实现全球粮食安全至关重要。 过去三年报告中，我们采用地球大数据技术，针对 儿童生长迟缓、耕地可持续集约化利用、粮食可持续生 产等方面从中国全国尺度进行了长时序时空解析及路径 分析。今年报告中，我们继续从提高农业生产力和可持 续粮食生产两个主题方向，围绕 SDG 2.3 和 SDG 2.4 两 个具体目标，构建影响农业生产力重要因素耕地复 种和土壤盐渍化的监测方法，并面向气候变化开展可持 续粮食生产专题分析，以期为发现粮食系统问题、促进 粮食系统转型提供数据产品、方法模型和决策支持。 背景介绍14 地球大数据支撑可持续发展目标报告（2022） SDG 2 本章通过四个案例评估了全球、 中国和典型地区 SDG2.3 和 SDG2.4 相关指标的进展情况， 主要贡献如下 （表 2-1）。 主要贡献 表 2-1 案例名称及其主要贡献 主 题 对应具体目标 案 例 贡 献 提高农业生产力 SDG 2.3 全球高分辨率 复种格局与潜 力评估 数据产品2020 年全球 30 m 分辨率复种指数 方法模型全球高分辨率复种指数遥感提取模型 决策支持 发现全球复种潜力区，为全球粮食增产提供科学决策支持 SDG 2.3 SDG 2.4 东北黑土盐碱 区盐碱地变化 与驱动因素 数据产品19852020 年东北黑土盐碱区土壤盐渍化程度数据集 方法模型集成分类算法及机器学习模型构建土壤电导率反演模型 决策支持 为盐碱地改良利用、复耕复垦提供数据支持，为农业生产 潜力开发与分级评估提供参考 可持续粮食生产 SDG 2.4 全球变化下中 国农田土壤碳 汇潜力评估 数据产品 2015 年和 2020 年中国农田耕层土壤碳密度及未来情景下 碳密度空间格局 方法模型空间大数据驱动 Agro-C 模型 决策支持为面向双碳目标的种植业可持续生产提供决策支持 中国种植业碳 排放时空变化 数据产品2010 年、2015 年、2020 年中国县域尺度种植业碳排放量 方法模型 融合多源数据与机器学习方法，实现中国县域尺度粮食生 产系统碳排放的定量估算 决策支持 为理解县域尺度农业碳排放现状及制定未来 “ 碳减排 ” 政 策提供科学依据15 SDG 2 零饥饿 SDG 2 主题研究 按全球农业生态分区确定复种指数监测的起始和截 止时间，利用各分区监测时段内 1030 m 分辨率海量多 源卫星遥感数据，采用数据合成、时空插补和时序平滑 算法，形成时空连续的归一化植被指数数据集，利用作 物播种生长成熟收获的全生育期信号判定方法（Liu et al., 2020；Zhang et al., 2021），实现 2020 年全球 30 m 分辨率耕地复种指数制图，分析其空间格局并与潜在复 种叠加，开展各国复种提升潜力分析。 2020 年全球约 85.2 耕地为单季种植模式，印度 河恒河平原、黄淮海平原、巴拉纳河流域、马托格罗索 高原和尼罗河三角洲是全球复种最为集中的区域。2020 年全球耕地平均复种指数为 115，单季种植模式耕地 占比约 85.2，双季种植模式耕地占比为 14.4，主要 分布在东亚、南亚、南美洲和尼罗河三角洲等地区（图 2-1），全球双季以上种植模式耕地占比仅为 0.4，零 散分布在热带和亚热带地区。印度河恒河平原、黄淮海 平原、巴拉纳河流域、马托格罗索高原和尼罗河三角洲 是全球复种最为集中的区域，复种指数高于同纬度其他 地区。 各大洲复种差异显著， 南美洲平均复种指数最高， 为 134；亚洲平均复种指数略低于南美洲，为 121； 其次是欧洲和非洲，平均复种指数均为 110；北美洲和 大洋洲的平均复种指数最低，分别为 105 和 103。 将实际复种水平提升到潜在水平有望增加 2.3 亿 t 粮食产量，相当于当前全球粮食总产量的 6.4。 中美洲、 东南亚和非洲赤道地区水热条件利于复种农业生产模式 的推行，耕地复种提升潜力超过其他区域，在充分利用 各区光照、温度、水条件下，区域多数国家平均复种提 升潜力大于 0.75 季作物。通过将实际复种水平提升到雨 养条件下的潜在水平，全球有望增加 2.3 亿 t 粮食产量， 相当于当前全球粮食总产量的 6.4。中国复种提升潜力 较大的地区主要分布在长江以南， 该地区经济快速发展、 劳动力由农村向城市转移更为显著，未来应统筹兼顾区 域经济与农业发展，通过创新科技投入提升南方农业生 产的集约化水平。 提高农业生产力是保障粮食安全最直接的路径，扩 大耕地面积、提高耕地种植强度和运用科技手段提升单 产是提高农业产出的三种方式。然而，全球众多地区后 备耕地资源开发潜力有限，有限的耕地资源又受到工业 化和城镇化发展带来的压力。在推广保护性耕作、培肥 地力等可持续农业技术基础上，通过科学复种、挖掘耕 地集约化利用潜力直接提升单位耕地面积的农业生产力， 是未来粮食增产的重要途径之一；与此同时，开展退化 土壤综合治理，开发耕地后备资源，是增加农业生产力 的又一重要路径。本主题聚焦耕地复种和盐碱地治理， 基于地球大数据开展全球大尺度耕地复种信息提取和关 键区长时序盐碱地变化监测，以期为改善农业生产力提 供技术支撑和决策辅助。 全球高分辨率复种格局与潜力评估 对应目标 2.3 到 2030 年 ，实现农业生产力翻倍和小规模粮食生产者 ，特别是妇女 、土著居民 、农户 、 牧民和渔民的收入翻番 ，具体做法包括确保平等获得土地 、其他生产资源和要素 、知识 、金 融服务、市场以及增值和非农就业机会 提高农业生产力16 地球大数据支撑可持续发展目标报告（2022） SDG 2 17 SDG 2 零饥饿 SDG 2 18 地球大数据支撑可持续发展目标报告（2022） SDG 2 东北黑土盐碱区盐碱地变化与驱动因素 东北黑土盐碱集中区吉林省西部是世界三大苏 打盐碱地分布区之一，占东北黑土区总面积的 19， 黑土区盐碱地面积的 80 以上，是黑土地保护的重点 区域。采用美国陆地卫星 5/7/8 系列数据，提出适用于 吉林省西部的长时序盐碱地变化遥感监测模型及方法， 通过多年野外调查数据，建立并验证了土壤盐渍化识 别及电导率反演模型，结合政府政策分析了土壤盐渍 化变化情况及驱动因素。 提出了区域盐碱地识别算法及分级模型，实现了 19852020 年吉林省西部土壤盐渍化程度监测。基于云 平台大数据及处理程序，集成分类算法及机器学习模 型，结合多年野外调查采样数据及多期卫星遥感影像 数据集，通过 Box-Cox 变换、光谱参数选择、机器学 习建模、精度验证，建立了长时序盐碱地土壤电导率 反演模型（Li et al., 2022），实现了 19852020 年吉 林省西部土壤盐渍化的识别及分级（图 2-2）。结果表 明，19852020 年吉林省西部盐碱地呈现面积先增后 减、盐渍化程度先恶化后减轻的趋势。 “盐碱地植被修复工程”、“吉林省西部重大工 程”等有效改善了土壤盐渍化，黑土盐碱地面积减少 63.3，促进了粮食增产。结合盐碱地面积和政府改良 工程实施年限， 将监测时期划分为自然状态期 （19852000 年）和改造状态期（20002020 年）。自然状态期盐碱 地总面积增加了 31.3，且盐碱化程度逐渐恶化；改造 状态期盐碱地面积减少了 63.3，且盐碱化程度降低（图 2-2）。自然状态期，盐碱地增加部分中 57 是由草地和 旱地转化来的， 这部分转化影响了畜牧业和农业的发展。 改造状态期，“盐碱地植被修复工程”、“吉林省西部 重大工程”等的实施，扭转了盐碱地面积扩大的趋势， 使得大面积盐碱地在人工干预下转化为旱地（55.6）和 草地（23.5），对粮食增产具有重要贡献。 图 2-2. 19852020 年吉林省西部土壤盐渍化时空格 局与面积变化 对应目标2.3 到 2030 年， 实现农业生产力翻倍和小规模粮食生产者， 特别是妇女、 土著居民、 农户、 牧 民和渔民的收入翻番 ，具体做法包括确保平等获得土地 、其他生产资源和要素 、知识 、金融服 务、市场以及增值和非农就业机会 2.4 到 2030 年，确保建立可持续粮食生产体系并执行具有抗灾能力的农作方法，以提高生产力 和产量 ，帮助维护生态系统 ，加强适应气候变化 、极端天气 、干旱 、洪涝和其他灾害的能力 ， 逐步改善土地和土壤质量19 SDG 2 零饥饿 SDG 2 Agro-C 模型是由中国自主研发的农田生态系统碳过 程模型。利用中国四种粮食作物（水稻、小麦、玉米和 大豆）产量统计数据对模型进行校正和验证后，模拟分 析了 2015 年和 2020 年四种粮食作物生产过程中土壤碳 密度的变化情况。同时，利用 FGOALS-g3（FGOALS-g3 Flexible Global Ocean-Atmosphere-Land System Model- Grid Point Version 3）气候模式的四个未来气候变化情景 数 据（SSP126、SSP245、SSP370、SSP585）评估了当 前到 2060 年在基线和优化农田管理情景下，中国粮食作 物生产的农田土壤碳汇的时空变化格局。 20152020 年中国农田耕层土壤有机碳增加 3.4。 基于自主研发的农田生态系统过程模型分析显示 ， 20152020 年，中国农田耕层土壤有机碳密度均值从 41.3 t C/ha 增加到 42.7 t C/ha，增加约 3.4。空间上总体 呈现东北地区最高，黄淮海地区稍高于四川盆地的基本 格局（图 2-3）。从时间变化来看，农田耕层土壤有机碳 变化主要表现为东北局部地区下降，黄淮海地区显著增 加的态势。其主要的原因在于黄淮海地区冬小麦和夏玉 米轮作单产较高，且冬小麦机收作业的大面积推广促进 了秸秆还田比例的提升。 未来情景显示中国农田土壤将持续体现为碳汇，但 碳汇强度趋于减弱。 针对未来气候变化和管理措施变化， 在秸秆还田比例、农田有机肥投入量和农田少免耕面积 保持 2020 年水平和持续改进两种情景下， 模型模拟显示， 未来 40 年中国农田土壤持续具备碳汇功能，但碳汇强度 趋于减弱。管理方式对农田土壤碳汇的影响大于气候变 化的影响。基线管理情景下，中国农田土壤碳汇在 15 Tg C/a 以上；优化农田管理情景下，中国农田土壤碳汇超过 20 Tg C/a。通过优化农田管理措施，增加了作物产量， 进而增加进入土壤的作物秸秆和根量，形成了中国农田 土壤碳汇的正反馈，减缓气候变暖对土壤碳储量的不利 影响。 可持续粮食生产是 SDG 2.4 目标的核心，同时也是 应对气候变化和土地退化等全球挑战的有效手段。可持 续粮食生产应当在适应气候变化的前提下，发展绿色低 碳生产模式，以减缓其对气候变化的影响。研究显示， 粮食生产系统贡献了全球近三分之一的温室气体排放， 但