兴安落叶松林火后植被恢复遥感评价技术导则编制说明

《兴安落叶松林火后植被恢复遥感评价技术导则》

编制说明一、工作简况1、任务来源2020年10月，内蒙古标准化协会下达“内蒙古标准化协会关于《兴安落叶松林火后植被恢复遥感评价技术导则》团体标准立项的公告''的通知，同意立项，起草单位按照要求开始起草标准。2、起草单位及协作单位、归口单位起草单位：内蒙古农业大学；协作单位：北京林业大学、内蒙古大兴安岭林业科学技术研究所、内蒙古自治区林业监测规划院；归口单位：内蒙古标准化协会。3、主要起草人本文件由内蒙古农业大学负责起草，成员有张秋良、黄华国、王冰、林思美、孟勤、王嘉夫、赵旭、弥宏卓。二、制定标准的必要性和意义为了加强对退化天然林的保护与管理，国家林业局在2010年制定了《天然林资源保护工程建设评价技术规程》，并分别在2012年与2016年发布了《西南山地退化天然林恢复规程》与《退化森林生态系统恢复与重建技术规程》，这一系列有关退化天然林恢复重建的标准出台，表明了我国对退化天然林恢复工程的重视。内蒙古大兴安岭林区作为我国重要的天然林森林生态功能区，同时也是我国主要的木材生产地之一。因气候、土壤环境等因素，在林火干扰后其森林自然恢复过程十分缓慢，导致该林区的火烧迹地出现了森林的退化现象。自国家“九五”计划以来，一批围绕天然林保护的国家级林业科技攻关项目、林业重大科技支撑计划、国家自然科学基金247火烧迹地植被恢复卫星遥感监测常用植被指数较多，是否补充NDVkNBR等指数。内蒙古林业科学研究院/郭永盛研究员基于卫星遥感数据植被指数监测的研究较多，但不同指数间的恢复信号特征类似，且根据已有研究发现EVI能够较好地指示火烧信号的恢复，因此补充其他指数从结论上来说没有太大影响。258专题图与评价报告应在附录中给出模板。GB/T202570引用有误。内蒙古林业科学研究院/郭永盛研究员部分采纳已改正标准引用。评价报告内容已描述较为完整，对于具体的格式排版并非该标准的刚需。26附录B表的名字不一致中国消防救援学院/殷继艳副教授采纳《兴安落叶松林火后植被恢复遥感评价技术导则》起草组2021年4月12日项目和林业行业专项等得到了国家及相关部门的持续资助，其中包括了退化天然林分类与评价技术的创新研究。而生态修复，生态文明标准化建设作为内蒙古自治区标准化体系建设发展规划的重点之一，对该地区的经济建设和社会发展具有重大意义，而目前在该区域还未有火后恢复遥感模型评价的相关的标准。因此，制定火后森林恢复遥感评价技术的标准，可以及时把握森林生态系统恢复的现状和程度，正确评估火后森林恢复过程中生态系统结构及功能的动态变化，找出影响森林恢复的关键因素，为调控恢复进程和预测恢复轨迹的发展等生态系统可持续管理实践提供理论基础。对退化的森林进行恢复评价是合理进行森林生态系统管理的基础，传统划分恢复阶段的评价方法主要是通过一系列生态指数，利用空间代替时间的方法从水源涵养与水土保持这两大关键生态系统服务功能方面进行统计分析、定量评价，能够从时间尺度上评价特定区域天然林整体自然恢复状态。然而林火后自然恢复状态会受到地形、气候条件的影响而产生空间分布上的差异，因此结合林分生理过程模型与遥感数据空间异质的特点，定量研究遥感信号与林分结构的关系，更能够准确的描述火后森林恢复演替阶段的时空变化特征，从而实现对不同迹地类型、恢复措施和气候条件下的森林恢复演替阶段预测评价，为该区域火后退森林植被的经营管理与恢复措施的实施提供一定的科学依据。三、主要起草过程1、前期准备为了满足研究的需要，研究小组前期做好了数据资料收集的准备工作。包括收集现有的国内外免费公开的不同分辨率的遥感影像数据，并对其进行初步的影像预处理工作，形成标准编写的初步框架和基本思路。同时依据基本思路，设计外业调查方案，于2018年7月在内蒙古大兴安岭地区开展外业调查、数据采集工作，并对采集到的数据进行内业分析处理。2、组成标准起草小组，制定起草方案从2019年初开始，研究小组按照GBfT1.1—2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》的要求，由内蒙古农业大学林学院牵头会同北京林业大学林学院、内蒙古大兴安岭林业科学技术研究所、内蒙古自治区林业监测规划院的有关森林经营科技人员、生产技术人员等组成标准起草小组，进行本标准征求意见稿的起草工作。起草组明确了参编单位、参编人员的任务和职责，由内蒙古农业大学张秋良、北京林业大学黄华国等负责起草、编制标准，由内蒙古农业大学负责制定标准编制申报流程，由内蒙古农业大学、北京林业大学、内蒙古大兴安岭林业科学技术研究所、内蒙古自治区林业监测规划院负责技术内容指导，共同完成标准的起草和编制。3、完善标准内容，形成标准征求意见稿起草小组成立之后，查阅了大量相关的文献及国内外有关技术标准，结合十三五重点研发计划课题《火烧与采伐迹地植被恢复和功能提升关键技术研究》进行了实地调查、试验，在编写者积累的相关研究成果基础上进行了征求意见稿的起草工作，并按照新版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》的要求规范标准格式，经过多次修改，于2021年2月形成了工作组讨论稿。2021年3月邀请东北林业大学、中国消防救援学院、内蒙古林业科学研究院和内蒙古森工集团绰源林业局有限公司5位专家进行内部函审，根据专家的意见进行修改，经过反复研讨、修改和完善，形成征求意见稿上报。四、制定标准的原则和依据，与现行法律、法规、标准的依据1、编制原则本标准的编制根据遥感技术在火后植被恢复的大量应用的基础上遵循通用性、可操作性和先进性三个原则。(1)通用性以林火后植被恢复为目标，提出恢复评价标准和技术，制定的标准所适用的范围内蒙古大兴安岭林区位于大兴安岭的西北部，该区域兴安落叶松林占有绝对优势，本标准对于该区域的森林恢复定量评估具有通用性；本标准本着科学合理、技术成熟、有针对性的定量研究遥感信号与林分结构的关系，能够准确的描述火后森林恢复演替阶段的时空变化特征。从而实现对不同迹地类型、恢复措施和气候条件下的森林恢复演替阶段预测评价，为该区域火后森林植被的经营管理与恢复措施的实施提供一定的科学评价技术。(2)可操作性标准中所需要的调查数据包括样地基本结构参数均可按照林业调查技术规程测量获取。标准中制定的方法，符合火后植被生长特征,能定量化的对火后植被生长进行准确评估，方法所提出的评价参数具有计算简单、符合实际等特点。(3)先进性本标准应用遥感技术结合少量地面样地数据，可以对大面积的火烧迹地恢复情况进行定量评价，与传统的地面调查评估相比，节省了大量的人力、物力，具有先进性和科学性。2、编制依据该标准制定依托于十三五国家重点研发计划课题“火烧及采伐迹地森林生态系统恢复和功能提升关键技术(2017YFC0504003)”而开展，外业调查及内业分析所需的人力、物力，均得到了该科研项目经费支撑；标准所适用的林区设有多个生态监测站点，积累了大量的历史调查数据及气象观测数据，且生态站内设施齐全，站内人员具有丰富的调查经验，为科研工作者开展外业调查工作提供了方便；标准的内容与格式严格按照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》的要求进行编制。3、与现行法律、法规、标准的关系本标准制定的内容符合国家相关法律、法规、政策的规定。本标准属于内蒙古地区首次提出制定，不存在与相关法律法规相抵触之处，也不与其他标准相冲突。五、主要条款的说明，主要技术指标、参数、试验验证的论述1、主要条款说明本技术导则共包括8章。第一章规定了本技术导则的适用范围；第二章规范性引用文件，通过对国内外相关标准的查阅，综合本技术导则的引用情况，罗列出5项相关标准作为本标准的规范性引用文件；第三章说明了术语何定义；第四章说明了评价流程；第五章说明了遥感数据源的选择与预处理；第六章说明了火烧迹地调查的目的、内容、要求和处理方法；第七章说明了评价方法；第八章说明了评价结果和报告。2、主要技术指标、参数、试验论证的论述本标准对内蒙古大兴安岭林区兴安落叶松林火烧迹地调查的内容、要求和处理方法，遥感数据源的选择与预处理，火后恢复阶段划分的标准、遥感评价指标体系及其评价流程、方法和成果等做了明确的规定，指标的来源及确定主要包括以下步骤：（1）基于现有的相关研究确定遥感评价指标广泛参考了国内外相近研究区的遥感恢复指数评价应用研究，主要的参考文献包括《大兴安岭植被指数变化趋势及影响因子分析》、《Post-FireVegetationSuccessionandSurfaceEnergyFluxesDerivedfromRemoteSensing》、《Post-firetreerecruitmentofaboreallarchforestinNortheastChina»等。文献研究结果表明遥感植被指数对大兴安岭地区火后植被恢复具有很强的响应；应用时间序列分析方法可以很好地监测火后植被恢复过程；通过与地面实测样点建立回归关系可以有效的对植被恢复进行定量评价。本标准采用遥感中常见的增强型植被指数（EW）,该指数可以减少大气和土壤噪音的影响，稳定反映植被状况；应用时间序列分析方法提出了相对增强植被指数（R/e#与相对恢复速率指数（R〃），通分别对恢复阶段与恢复速率进行评价，以上指数具体计算过程在标准中有详细描述。（2）进行现场样地调查相关文献《Remotesensingapproachtodetectpost-firevegetationregrowthinSiberianboreallarchforest》、《大兴安岭北坡火烧迹地森林景观恢复及其影响因子一一以郁闭度指标为例》的研究结果表明森林郁闭度是描述森林结构的一个重要指标，对大兴安岭地区火后森林恢复程度有着很好的指示作用。在本标准制定过程中，起草单位相关人员于2018年7月在内蒙古大兴安岭地区开展火烧迹地调查工作，对火烧迹地与其对照样地进行了郁闭度的测定。测定与计算均参考了相关标准：《森林资源数据采集技术规范第2部分：森力资源规划设计调查》。(3)分析验证指标适用性北京林业大学相关人员对样地数据与遥感数据进行联合分析，分别确定了恢复阶段与恢复速率指标的划分范围。利用遥感指标计算结果与对应的样地实际调查结果进行回归分析可以验证指标的适用性。其中，恢复程度遥感指标的阈值划分主要依据样地调查的实测值进行划分，相关文献《大兴安岭火烧迹地森林自然恢复过程的研究》研究结果提供基于样地调查的郁闭度变化划分不同恢复阶段相对郁闭度指数(RCI)阈值，并结合对应的遥感评价指数(RIevi)进行回归分析，给出遥感评价指标的阈值范围；恢复速率遥感指标的阈值划分主要参考《Post-fireresponseofNorthAmericanborealforestnetprimaryproductivityanalyzedwithsatelliteobservations》、《基于3PGS-MTCLIM模型模拟根河林区火后植被净初级生产力恢复及其影响因子》等相关文献，文献指出基于遥感指标的北方森林重度火烧迹地平均恢复周期约为8-10年，由于火后植被的恢复周期与火烧严重程度具有极强的负相关性，因此，本标准以火后第8年周期作为恢复慢速的阈值，而快速与中速的划分阈值则取0-8年的中值作为划分阈值，以用来评价火后恢复速率的快慢。六、重大意见分歧的处理依据和结果本标准在编写过程中没有重大意见分歧。七、采用国际标准或国外先进标准的，说明采标程度，以及国内外同类标准水平的对比情况本标准未采用国际标准或国外先进标准。八、其他应说明的事项无。九、征求意见说明起草单位：内蒙古农业大学、北京林业大学、内蒙古大兴安岭林业科学技术研究所、内蒙古自治区林业监测规划院。起草人：张秋良、黄华国、王冰、林思美、孟劭、王嘉夫、赵旭、弥宏卓。联系电话:序号团体标准章条编号意见内容提出单位/专家是否采纳不采纳（说明原因）1英文标题应加注兴安落叶松的拉丁学名。内蒙古林业科学研究院/郭永盛研究员采纳2目次补充标准目次，方便查阅文件内容。内蒙古林业科学研究院/郭永盛研究员采纳31标准文件的范围与内容应有较强的对应关系，建议将遥感评价的技术流程，恢复阶段、恢复速率，专题图、评价报告模板和核心内容补充到范围第一段。内蒙古林业科学研究院/郭永盛研究员采纳41建议删掉内蒙古大兴安岭林区，删掉“了”中国消防救援学院/殷继艳副教授采纳53术语中兴安落叶松和火烧迹地与标准相关性不强，建议删除。内蒙古林业科学研究院/郭永盛研究员采纳63建议已经在专业书籍和各类标准出现过的名词和术语就不再解释说明，删掉“火烧迹地”、“植被恢复”和“郁闭度，等中国消防救援学院/殷继艳副教授采纳73兴安落叶松林、火烧迹、郁闭度地这两术语可以删除不用。内蒙古林业科学研究院/王小江研究员采纳83植被恢复术语解释中删除“它不同于次生演替的概念内蒙古林业科学研究院/王小江研究员采纳93“TIMESAT软件包”补充此术语解释。内蒙古林业科学研究院/王小江研究员采纳103植被恢复“…它不同于次生演替的概念，这里主要是指郁闭度的恢复。”表达不准确，建议采用脚注的方式。内蒙古林业科学研究院/郭永盛研究员采纳113兴安落叶松林火后除自然恢复外，本标准还应该考虑人工更新和人工促进天然更新这两种恢复措施。内蒙古森工集团绰源林业局有限公司/王耀国总经理采纳124—7优化章节结构，将评价流程、评价方法梳理清晰。5.2中补充DEM数据；公式（6）中各参数应有明确指代。内蒙古林业科学研究院/郭永盛研究员采纳134.1此部分按照评价流程可以融入后面的每个过程（步骤）中，以避免重复，且标准通常也是以工作流程或过程去制定的。内蒙古林业科学研究院/王小江研究员流程图可以更加直观了解标准工作内容。144流程图建议放附录里中国消防救援学院/殷继艳副教授多数遥感领域标准里的流程图是放在数据处理过程前，使读者在细化了解标准流程前先有宏观认识。15公式（1）是滤波，应给出ci值得确定方法；Yf是滤波结果，称为多项式拟合值是否合适？东北林业大学/范文义教授ci值是一个调整参数，是基于不同时序影像主观调整的。没有明确的确定方法。标准中所用到的S-G滤波算法本身就是一种多项式算法，也已在术语中说明，因此没有歧义。16遥感数据源的选择原则应该针对附录A,结合林火的空间范围给出具体的空间分辨率选择的对应原则，如林场范围的选择什么数据、东北林业大学/范文义教授采纳林业局范围的评价选择什么数据，地区范围的评价选择什么空间分辨率的数据。17坐标系应该根据所使用的地形图来确定，如