TCSF 002-2021 森林生态质量监测指标体系及技术规范

ICS65.020.20B05CSF团体标准T/CSF002-2021森林生态质量监测指标体系及技术规范Monitoringindicatorsystemandtechnologicalspecificationofforestecologicalquality2021-06-16发布2021-06-16实施中国林学会发布T/CSF002-2021T/CSF002-2021I目  次前言...........................................................................................................................................Ⅱ1范围.................................................................................................................................................12规范性引用文件.............................................................................................................................13术语和定义.....................................................................................................................................14森林生态质量监测指标体系.........................................................................................................25森林生态质量监测技术规范.........................................................................................................36森林生态质量评价.........................................................................................................................6附录A（资料性）............................................................................................................................7附录B（资料性）............................................................................................................................9T/CSF002-2021II前言本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由中国林学会提出并归口。本文件起草单位：中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所。本文件主要起草人：牛香、王兵、宋庆丰、任军、管清成、李明文、徐丽娜、冯万富、刘斌、朱春雨、许庭毓。T/CSF002-20211森林生态质量监测指标体系及技术规范1范围本规范适用于森林生态质量监测指标体系、监测技术等要求。本文件适用于中华人民共和国森林生态质量监测工作。2规范性引用文件下列文件内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T33027森林生态系统长期定位观测方法GB/T35377森林生态系统长期定位观测指标体系GB/T38582森林生态系统服务功能评估规范GB/T38590森林资源连续清查技术规程LY/T2241森林生态系统生物多样性监测与评估规范3术语和定义GB/T20000.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1森林生态质量forestecosystemquality一定时空范围内森林生态系统结构、功能和抗干扰的综合特征，具体表现为森林生态系统结构特征的稳定性、生产能力、提供服务功能的能力和抗干扰能力。3.2群落结构communitystructure群落的物种组成、每个物种的个体数目和空间分布和动态变化等属性。3.3天然更新等级naturalregenerationlevel用于评价更新效果，单位面积内更新苗木的长势和株数，主要根据幼苗各高度级的天然更新株数确定等级。3.4植被覆盖度fractionalvegetationcover植被(包括叶、茎、枝)在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比，主要表征了植被水平结构状况。3.5归一化植被指数normalizeddifferencevegetationindex根据植被光谱特性，基于卫星可见光与红外波段的波段归一化差构造的指数，可以反映T/CSF002-20212植物群落地表覆盖、绿度、健康与否等生长状况。3.6叶面积指数leafareaindex单位土地面积上植物叶片总面积与土地面积的比值，是反映植物群落冠层结构的指标。3.7郁闭度canopydensity森林中乔木树冠的垂直投影面积与此林分总面积之比。3.8多样性指数diversityindex用来度量区域森林生态系统组成丰富程度的指数，是判断森林生态系统稳定性的指标。3.9森林蓄积年增长量annualgrowthofforeststock林木在整个年龄期间每年的蓄积平均生长量。3.10净生态系统生产力netecosystemproductivity单位时间、单位空间内，土壤、调落物及植物量等整个生态系统的有机物或能量的变化，亦即生态系统净初级生产力与异养呼吸（土壤有机质及凋落物呼吸）之差。3.11森林生态系统抗干扰能力resilienceofforestecosystem森林植被抵御病害、虫害、森林火灾以及其它自然灾害的能力。3.12土壤持水能力soilwaterholdingcapacity与土壤孔隙相对应的毛管持水能力和非毛管持水能力，是评价森林土壤涵养水源及水文调节的重要指标。4森林生态质量监测指标体系森林生态质量监测指标体系详见表1。表1森林生态质量监测指标体系一级指标二级指标三级指标指标获取方法状态特征森林结构树种组成地面调查龄组结构地面调查林层与群落结构地面调查平均胸径地面调查、激光雷达平均树高地面调查、激光雷达径级组地面调查、激光雷达天然更新等级地面调查植被覆盖度地面调查、遥感叶面积指数遥感郁闭度遥感多样性指标丰富度地面调查T/CSF002-20213ShannonWiener指数地面调查均匀度指数地面调查特有种指数地面调查濒危物种指数地面调查功能特征生产力森林蓄积量单位面积年均生长量地面调查、激光雷达净生态系统生产力遥感、地面调查服务功能空气负离子浓度地面传感器土壤持水能力地面传感器土壤有机质地面调查、模型模拟健康状态抗干扰力病虫害地面调查、遥感森林火灾地面调查、遥感气候灾害地面调查、遥感其它灾害地面调查、遥感5森林生态质量监测技术规范5.1树种组成通过地面调查获取森林生态系统中的树种类别，并确定优势种与伴生种的分布。5.2龄组结构通过地面调查获取不同龄组的分布结构。乔木林龄组根据优势树种（组）的平均年龄确定，速生丰产用材林、短轮伐期工业原料用材林龄组由各省（区、市）根据生物学特性和生长过程及经营目确定。5.3林层与群落结构通过地面调查获取林层和群落结构组成，参照GB/T38590。5.4平均胸径、平均树高采用激光雷达定期测定并提取树高、胸径等结构参数，与地面实测数据对比校正后，利用这些参数构建随机森林回归模型，并建立树高胸径曲线模型。5.5径级组依据平均胸径确定径级组，参照GB/T38590。5.6天然更新等级通过调查不同高度级的幼苗株数，进行天然更新等级确定，具体参照附表A.2。5.7植被覆盖度区域植被覆盖度信息可由实地测量和利用遥感图像进行反演估算两种方法获取。其中，遥感估算法分为植被指数法和混合像元分解法。众多植被指数中归一化植被指数（NDVI）被广泛运用与植被生长状况的监测，且与植被覆盖度具有很好的相关关系。采用ERDAS的ModelMaker模块将归一化植被指数代入计算，进行植被覆盖度的反演。T/CSF002-20214其中通过遥感影像红光波段和近红外波段计算归一化植被指数（NDVI），具体计算公式如下：0nirrednirredNDVI（1）式中，NDVI0——原始的NDVI值；ρnir——近红外波段的反射率；ρred——红光波段的反射率；同时，采用TIMESAT软件对原始NDVI数据进行平滑重构处理，得到重构后的NDVI。5.8叶面积指数运用四尺度几何光学模型和切比雪夫多项式，并考虑二向反射分布（BRDF）效应，明确在不同地表覆盖类型、反射率、方位角条件下LAI与SR以及RSR之间的关系，计算有效的叶面积指数。计算公式如下：_((,,))ELESRBRDFvsLfSRf（2）/REDNIRSR（3）/bLAILE（4）式中，LE——有效叶面积指数；fLE_SR——在特定视角和太阳高度角组合（θV，θS，ϕ）条件下，LE和LAI之间关系；SR——简单比值指数；ρRED——MODIS红波段；ρNIR——MODIS近红外波段；θS——太阳天顶角；θV——传感器天顶；ϕ——太阳和传感器之间的相对方位角；LAI——真实的叶面积指数；Ωb——植物群落b的植被冠层聚集度系数，禾草和禾谷类作物的植被冠层聚集度系数为0.74，热带落叶林为0.67，针叶林为0.67，混合林为0.69，灌木为0.71。5.9郁闭度地面调查方法应符合GB/T38590的规定，遥感方法需要根据归一化植被指数（NDVI），结合土地覆盖数据，计算森林郁闭度，公式如下：T/CSF002-20215noncrowncrownnoncrownNDVINDVIFCDNDVINDVI（5）式中，FCD——郁闭度；NDVI——森林的NDVI，计算公式见5.7；NDVInon-crown——非林冠覆盖地表的NDVI；NDVIcrown——全林冠覆盖地表的NDVI。5.10多样性指数采用地面调查的方法，基于样地调查数据进行计算，参照LY/T2241、GB/T38582。运用多样性指数表征生态系统类型的丰富程度，计算公式如下：DIN（6）式中，DI——多样性指数；N——评价单元内生态系统类型的数量。5.11森林蓄积量单位面积年均生长量地面调查法应符合GB/T38590的规定，基于地面调查和激光雷达相结合的方法，用材积差法计算林分蓄积生长量。用一元材积表按下式计算各径阶材积差△V：∆V=（7）式中：∆V——1cm材积差，m3·hm-2；V1——比该径阶小一个径阶的材积，m3·hm-2；V2——比该径阶大一个径阶的材积，m3·hm-2；c——径阶距。5.12净生态系统生产力监测技术方法应符合GB/T33027的规定，植被净初级生产力扣除土壤异养呼吸Rh后的剩余部分，其中土壤呼吸Rh的计算采用各土壤分碳库分解速率及在各碳库间的转移速率方程求解：Rh=j=9τjkjCj（8）NEP=NPPRh（9）式中，NPP——净初级生产力，gC/m2·yr；NEP——净生态系统生产力，gC/m2·yr；Rh——异养呼吸；τj——碳库j定义的呼吸系数；kj——碳库j的分解速率；T