《森林生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)體系及技術(shù)規(guī)范》（T-CSF 002-2021）

ICS65.020.20B05森林生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)體系及技術(shù)規(guī)范范圍本規(guī)范適用于森林生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)體系、監(jiān)測技術(shù)等要求。本文件適用于中華人民共和國森林生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測工作。規(guī)范性引用文件下列文件內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T33027森林生態(tài)系統(tǒng)長期定位觀測方法GB/T35377森林生態(tài)系統(tǒng)長期定位觀測指標(biāo)體系GB/T38582森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范GB/T38590森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)程LY/T2241森林生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性監(jiān)測與評估規(guī)范術(shù)語和定義GB/T20000.1界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。森林生態(tài)質(zhì)量forestecosystemquality一定時(shí)空范圍內(nèi)森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和抗干擾的綜合特征，具體表現(xiàn)為森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征的穩(wěn)定性、生產(chǎn)能力、提供服務(wù)功能的能力和抗干擾能力。群落結(jié)構(gòu)communitystructure群落的物種組成、每個(gè)物種的個(gè)體數(shù)目和空間分布和動態(tài)變化等屬性。天然更新等級naturalregenerationlevel用于評價(jià)更新效果，單位面積內(nèi)更新苗木的長勢和株數(shù)，主要根據(jù)幼苗各高度級的天然更新株數(shù)確定等級。植被覆蓋度fractionalvegetationcover植被(包括葉、莖、枝)在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計(jì)區(qū)總面積的百分比，主要表征了植被水平結(jié)構(gòu)狀況。歸一化植被指數(shù)normalizeddifferencevegetationindex根據(jù)植被光譜特性，基于衛(wèi)星可見光與紅外波段的波段歸一化差構(gòu)造的指數(shù)，可以反映植物群落地表覆蓋、綠度、健康與否等生長狀況。葉面積指數(shù)leafareaindex單位土地面積上植物葉片總面積與土地面積的比值，是反映植物群落冠層結(jié)構(gòu)的指標(biāo)。郁閉度

canopydensity森林中喬木樹冠的垂直投影面積與此林分總面積之比。多樣性指數(shù)diversityindex用來度量區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)組成豐富程度的指數(shù)，是判斷森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的指標(biāo)。森林蓄積年增長量annualgrowthofforeststock林木在整個(gè)年齡期間每年的蓄積平均生長量。凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力netecosystemproductivity單位時(shí)間、單位空間內(nèi)，土壤、調(diào)落物及植物量等整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)物或能量的變化，亦即生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力與異養(yǎng)呼吸（土壤有機(jī)質(zhì)及凋落物呼吸）之差。森林生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力resilienceofforestecosystem森林植被抵御病害、蟲害、森林火災(zāi)以及其它自然災(zāi)害的能力。土壤持水能力soilwaterholdingcapacity與土壤孔隙相對應(yīng)的毛管持水能力和非毛管持水能力，是評價(jià)森林土壤涵養(yǎng)水源及水文調(diào)節(jié)的重要指標(biāo)。森林生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)體系森林生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)體系詳見表1。表1森林生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)體系一級指標(biāo)二級指標(biāo)三級指標(biāo)指標(biāo)獲取方法狀態(tài)特征森林結(jié)構(gòu)樹種組成地面調(diào)查齡組結(jié)構(gòu)地面調(diào)查林層與群落結(jié)構(gòu)地面調(diào)查平均胸徑地面調(diào)查、激光雷達(dá)平均樹高地面調(diào)查、激光雷達(dá)徑級組地面調(diào)查、激光雷達(dá)天然更新等級地面調(diào)查植被覆蓋度地面調(diào)查、遙感葉面積指數(shù)遙感郁閉度遙感多樣性指標(biāo)豐富度地面調(diào)查ShannonWiener指數(shù)地面調(diào)查均勻度指數(shù)地面調(diào)查特有種指數(shù)地面調(diào)查瀕危物種指數(shù)地面調(diào)查功能特征生產(chǎn)力森林蓄積量單位面積年均生長量地面調(diào)查、激光雷達(dá)凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力遙感、地面調(diào)查服務(wù)功能空氣負(fù)離子濃度地面?zhèn)鞲衅魍寥莱炙芰Φ孛鎮(zhèn)鞲衅魍寥烙袡C(jī)質(zhì)地面調(diào)查、模型模擬健康狀態(tài)抗干擾力病蟲害地面調(diào)查、遙感森林火災(zāi)地面調(diào)查、遙感氣候?yàn)?zāi)害地面調(diào)查、遙感其它災(zāi)害地面調(diào)查、遙感森林生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范樹種組成通過地面調(diào)查獲取森林生態(tài)系統(tǒng)中的樹種類別，并確定優(yōu)勢種與伴生種的分布。齡組結(jié)構(gòu)通過地面調(diào)查獲取不同齡組的分布結(jié)構(gòu)。喬木林齡組根據(jù)優(yōu)勢樹種（組）的平均年齡確定，速生豐產(chǎn)用材林、短輪伐期工業(yè)原料用材林齡組由各?。▍^(qū)、市）根據(jù)生物學(xué)特性和生長過程及經(jīng)營目確定。林層與群落結(jié)構(gòu)通過地面調(diào)查獲取林層和群落結(jié)構(gòu)組成，參照GB/T38590。平均胸徑、平均樹高采用激光雷達(dá)定期測定并提取樹高、胸徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)，與地面實(shí)測數(shù)據(jù)對比校正后，利用這些參數(shù)構(gòu)建隨機(jī)森林回歸模型，并建立樹高胸徑曲線模型。徑級組依據(jù)平均胸徑確定徑級組，參照GB/T38590。天然更新等級通過調(diào)查不同高度級的幼苗株數(shù)，進(jìn)行天然更新等級確定，具體參照附表A.2。植被覆蓋度區(qū)域植被覆蓋度信息可由實(shí)地測量和利用遙感圖像進(jìn)行反演估算兩種方法獲取。其中，遙感估算法分為植被指數(shù)法和混合像元分解法。眾多植被指數(shù)中歸一化植被指數(shù)（NDVI）被廣泛運(yùn)用與植被生長狀況的監(jiān)測，且與植被覆蓋度具有很好的相關(guān)關(guān)系。采用ERDAS的ModelMaker模塊將歸一化植被指數(shù)代入計(jì)算，進(jìn)行植被覆蓋度的反演。其中通過遙感影像紅光波段和近紅外波段計(jì)算歸一化植被指數(shù)（NDVI），具體計(jì)算公式如下：（1）式中，NDVI0——原始的NDVI值；ρnir——近紅外波段的反射率；ρred——紅光波段的反射率；同時(shí)，采用TIMESAT軟件對原始NDVI數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑重構(gòu)處理，得到重構(gòu)后的NDVI。葉面積指數(shù)運(yùn)用四尺度幾何光學(xué)模型和切比雪夫多項(xiàng)式，并考慮二向反射分布（BRDF）效應(yīng)，明確在不同地表覆蓋類型、反射率、方位角條件下LAI與SR以及RSR之間的關(guān)系，計(jì)算有效的葉面積指數(shù)。計(jì)算公式如下：（2）（3）（4）式中，LE——有效葉面積指數(shù)；fLE_SR——在特定視角和太陽高度角組合（θV，θS，?）條件下，LE和LAI之間關(guān)系；SR——簡單比值指數(shù)；ρRED——MODIS紅波段；ρNIR——MODIS近紅外波段；θS——太陽天頂角；θV——傳感器天頂；?——太陽和傳感器之間的相對方位角；LAI——真實(shí)的葉面積指數(shù)；Ωb——植物群落b的植被冠層聚集度系數(shù)，禾草和禾谷類作物的植被冠層聚集度系數(shù)為0.74，熱帶落葉林為0.67，針葉林為0.67，混合林為0.69，灌木為0.71。郁閉度地面調(diào)查方法應(yīng)符合GB/T38590的規(guī)定，遙感方法需要根據(jù)歸一化植被指數(shù)（NDVI），結(jié)合土地覆蓋數(shù)據(jù)，計(jì)算森林郁閉度，公式如下：（5）式中，F(xiàn)CD——郁閉度；NDVI——森林的NDVI，計(jì)算公式見5.7；NDVInon-crown——非林冠覆蓋地表的NDVI；NDVIcrown——全林冠覆蓋地表的NDVI。多樣性指數(shù)采用地面調(diào)查的方法，基于樣地調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，參照LY/T2241、GB/T38582。運(yùn)用多樣性指數(shù)表征生態(tài)系統(tǒng)類型的豐富程度，計(jì)算公式如下：（6）式中，DI——多樣性指數(shù)；N——評價(jià)單元內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)類型的數(shù)量。森林蓄積量單位面積年均生長量地面調(diào)查法應(yīng)符合GB/T38590的規(guī)定，基于地面調(diào)查和激光雷達(dá)相結(jié)合的方法，用材積差法計(jì)算林分蓄積生長量。用一元材積表按下式計(jì)算各徑階材積差△V：?V=12c式中：?V——1cm材積差，m3·hm-2；V1——比該徑階小一個(gè)徑階的材積，m3·hm-2；V2——比該徑階大一個(gè)徑階的材積，m3·hm-2；c——徑階距。凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力監(jiān)測技術(shù)方法應(yīng)符合GB/T33027的規(guī)定，植被凈初級生產(chǎn)力扣除土壤異養(yǎng)呼吸Rh后的剩余部分，其中土壤呼吸Rh的計(jì)算采用各土壤分碳庫分解速率及在各碳庫間的轉(zhuǎn)移速率方程求解：Rh=NEP=NPP?Rh式中，NPP——凈初級生產(chǎn)力，gC/m2·yr；NEP——凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，gC/m2·yr；Rh——異養(yǎng)呼吸；τjkjCjA——林分面積（m2）?？諝庳?fù)離子濃度在森林生態(tài)系統(tǒng)不同植被類型中設(shè)置監(jiān)測場，建設(shè)要求參照GB/T33027、GB/T35377。監(jiān)測方法如下：交通、電力等條件滿足的情況下，采用原位空氣負(fù)離子監(jiān)測儀，長期連續(xù)自動測量不同時(shí)間間隔的林分內(nèi)空氣負(fù)離子濃度值。2）不滿足1的情況或者加密測定應(yīng)采用便攜式手持設(shè)備。在同一監(jiān)測點(diǎn)相互垂直的4個(gè)方向，待儀器穩(wěn)定后每個(gè)方向連續(xù)記錄5個(gè)負(fù)離子濃度的峰值，4個(gè)方向共20組數(shù)據(jù)的平均值為此監(jiān)測點(diǎn)的林分內(nèi)空氣負(fù)離子濃度值。3）所有監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至指定服務(wù)器或者接收端。土壤持水能力采用環(huán)刀法測定土壤容重和毛管孔隙度，采用比重瓶法測定土粒密度，計(jì)算出總孔隙度、非毛管孔隙度，應(yīng)符合GB/T33027的規(guī)定。計(jì)算公式為：P總=P毛=1?式中，Dp、Dv——土壤容重、土粒密度（g·cm3）；P總、P毛、P非——總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度（%）。土壤有機(jī)質(zhì)參照GB/T33027、GB/T35377?？垢蓴_指標(biāo)通過線路踏查、標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查、標(biāo)本采集、拍照和遙感判讀相結(jié)合的方法了解森林受災(zāi)情況，查清森林災(zāi)害類型（病蟲害、森林火災(zāi)、自然災(zāi)害和其它災(zāi)害等）、危害面積（受害立木株數(shù)）及其受害程度。森林生態(tài)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)無量綱化處理采用相對標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)法來評價(jià)，即以全國該指標(biāo)的最佳值為標(biāo)準(zhǔn)，將其具有不同量綱的指標(biāo)轉(zhuǎn)變成無量綱的屬性數(shù)據(jù)。依據(jù)數(shù)量化理論Ⅰ（將反映生態(tài)質(zhì)量的各因子作為項(xiàng)目，其各自不同的分級作為相應(yīng)的類目）對每個(gè)評價(jià)指標(biāo)因子各等級進(jìn)行賦值，優(yōu)4分，良3分，中2分，差1分。Yi=式中，Yijk——maxYijkYi——森林生態(tài)質(zhì)量評價(jià)模型從森林結(jié)構(gòu)、多樣性指數(shù)、森林生產(chǎn)力、服務(wù)功能、抗干擾等方面，選取23個(gè)指標(biāo)。對這些指標(biāo)數(shù)量化和等級劃分后，依據(jù)數(shù)量化理論Ⅰ對每個(gè)評價(jià)指標(biāo)因子各等級進(jìn)行賦值，采用層次分析法和專家咨詢法確定評價(jià)指標(biāo)因子的相對權(quán)重。根據(jù)每個(gè)評價(jià)指標(biāo)因子的權(quán)重值與等級分值進(jìn)行加權(quán)計(jì)算求和，得到森林生態(tài)質(zhì)量指數(shù)（FEQ，0-1），計(jì)算公式為：FEQ=Vi式中：FEQ——森林生態(tài)質(zhì)量指數(shù)；ViWi附錄A（資料性）森林生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)賦值標(biāo)準(zhǔn)與等級參考森林生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)賦值標(biāo)準(zhǔn)與等級見表A.1。表A.1森林生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測指標(biāo)賦值標(biāo)準(zhǔn)與等級類別賦值標(biāo)準(zhǔn)與等級Ⅰ（優(yōu)）Ⅱ（良）Ⅲ（中）Ⅳ（低）樹種組成優(yōu)勢樹種明顯、多個(gè)伴生樹種有優(yōu)勢種、少數(shù)伴生樹種一個(gè)優(yōu)勢樹種、一個(gè)伴生樹種無優(yōu)勢樹種或者單種齡組結(jié)構(gòu)成熟林近熟林中齡林過熟林、幼齡林林層與群落結(jié)構(gòu)具有喬木層、灌木層、草本層和地被物層等完整結(jié)構(gòu)具有喬木層和其它兩個(gè)下木層的較完整結(jié)構(gòu)具有喬木層和其它一個(gè)下木層的結(jié)構(gòu)只有一個(gè)喬木層簡單結(jié)構(gòu)平均胸徑（cm）≥29.017.0-28.95.0-16.9＜5.0平均樹高（m）≥1610.0-15.94.0-9.9＜4.0徑級組（cm）≥3826-3614-246-12天然更新等級見表A.2植被覆蓋度≥70%40%-69%20%-39%＜20%葉面積指數(shù)>5.03.0-5.02.0-2.9＜2.0郁閉度≥0.70.5-0.690.3-0.490.2-0.3ShannonWiener指數(shù)>5.03.1-5.01.0-3.0＜1.0均勻度指數(shù)≥0.800.70-0.790.50-0.69＜0.5特有種指數(shù)4321瀕危物種指數(shù)4321森林蓄積量單位面積年均生長量（m3/hm2）>148-142-7＜2凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(gC/m2/yr)>500350-500200-349＜200空氣負(fù)離子濃度（個(gè)/m3）>50001000-5000600-999＜600土壤持水能力>60%50%-60%40%-49%＜40%土壤肥力（g/kg）≥3429-3325-28＜25病害受害立木株數(shù)＜10%受害立木株數(shù)≥10%-29%受害立木株數(shù)≥30%-59%受害立木株數(shù)≥60%蟲害未成災(zāi)受害立木株數(shù)＜20%受害立木株數(shù)≥20%-49%受害立木株數(shù)≥50%森林火災(zāi)未成災(zāi)立木樹冠受害＜20%，受害株數(shù)＜20%，均能恢復(fù)生長，無死亡木立木樹冠受害≥20%-49%，受害株數(shù)≥20%-49%，生長明顯受到抑制，有少數(shù)死亡立木樹冠受害≥50%，受害株數(shù)≥50%，以瀕死木和死亡木為主其它自然災(zāi)害未成災(zāi)受害立木株數(shù)＜20%受害立木株數(shù)≥20%-49%受害立木株數(shù)≥50%表A.2天然更新等級劃分等級高度（cm）＜3030cm-49≥50Ⅰ（優(yōu)）≥5000≥3000≥2500Ⅱ（良）4000-49992000-29991500-2499Ⅲ（中）3000-39991000-1999500-1499Ⅳ（低）＜3000＜1000＜500注：天然更新等級根據(jù)幼苗各高度級的天然更新株數(shù)（株/hm2或株/畝）確定。附錄B（資料性）森林生態(tài)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)及權(quán)重參考森林生態(tài)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)及權(quán)重參考見表B.1。表B.1森林生態(tài)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)及權(quán)重目標(biāo)層約束層（權(quán)重）指標(biāo)層（權(quán)重）因子層（權(quán)重）森林生態(tài)質(zhì)量等級森林生長狀態(tài)（0.4742）森林結(jié)構(gòu)（0.3215）樹種組成（0.0412）齡組結(jié)構(gòu)（0.0363）林層與群落結(jié)構(gòu)（0.0331）平均胸徑（0.0122）平均樹高（0.0094）徑級組（0.0205）天然更新等級（0.0285）植被覆蓋度（0.0555）葉面積指數(shù)（0.0373）郁閉度（0.0475）多樣性指