GB/T 42340-2023 生态系统评估 生态系统格局与质量评价方法

　　ICS 13 . 020 . 10 CCS Z 00

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 42340—2023

　　生态系统评估

　　生态系统格局与质量评价方法

　　Ecosystem assessment—Methods for ecosystem pattern and

　　quality assessment

　　2023-03-17 发布 2023-07-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 42340—2023

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 评价内容和流程 2

　　5 评价指标体系 4

　　6 指标计算与评价方法 5

　　7 评价结果 11

　　附录 A (资料性) 生态系统分类体系 12

　　附录 B (资料性) 生物量计算方法 15

　　参考文献 16

　　I

　　GB/T 42340—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 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 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由 自然资源部提出 。

　　本文件由全国环境管理标准化技术委员会(SAC/TC207)和自然资源部共同归口 。

　　本文件起草单位:中国科学院生态环境研究中心 、生态环境部卫星环境应用中心 、中国标准化研究院 。

　　本文件主要起草人:欧阳志云 、王桥 、徐卫华 、林翎 、张路 、王磊 、郑华 、任玉芬 、侯鹏 、孔令桥 、王效科 、肖燚 、宋春玉 、侯慧峰 、翟俊 、逯非 、韩宝龙 、徐秉声 、张通嘉 、侯姗 、杨锋 、邢立强 。

　　Ⅲ

　　GB/T 42340—2023

　　生态系统评估

　　生态系统格局与质量评价方法

　　1 范围

　　本文件描述了陆地生态系统格局与质量评价的内容和流程 、评价指标体系 、指标计算 、评价方法与评价结果。

　　本文件适用于以生态系统空间分布数据为基础开展的区域生态系统格局和质量评价。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的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/T 25528 地理信息 数据产品规范

　　HJ

　　710 . 4 生物多样性观测技术导则

　　鸟类

　　HJ

　　710 . 5 生物多样性观测技术导则

　　爬行动物

　　HJ

　　710 . 6 生物多样性观测技术导则

　　两栖动物

　　HJ

　　710 . 7 生物多样性观测技术导则

　　内陆水域鱼类

　　HJ

　　710 . 8 生物多样性观测技术导则

　　淡水底栖大型无脊椎动物

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。 3.1

　　生态系统 ecosystem

　　一定空间范围内生物与其环境通过能流 、物流 、信息流形成的功能整体。 3.2

　　生态系统格局 ecosystem pattern

　　各类不同生态系统在空间上的排列和组合。

　　注 : 包括生态系统类型 、数目及空间分布与配置 , 是各种生态过程在不同尺度上作用的结果。 3.3

　　生态系统类型 ecosystem type

　　在特定尺度下 , 生物群落组成 、结构与功能过程 、演替特征 、群落外貌具有一致性的生态系统单元。 3.4

　　生态系统斑块 ecosystem patch

　　依赖于空间尺度的 , 与周围环境在性质上或者外观上不同的生态系统空间实体。 3.5

　　生态系统破碎化 ecosystem fragmentation

　　由于自然或人为因素的干扰 , 导致一类生态系统由均质和连续的整体趋向于异质和不连续的多类

　　1

　　GB/T 42340—2023

　　型斑块镶嵌体的过程 。

　　3.6

　　生态系统质量 ecosystem quality

　　生态系统森林 、灌丛 、草地 、湿地等的优劣程度的表征 。

　　注 : 反映生态系统的基本特征与健康状况 。

　　3.7

　　生物量 biomass

　　某一时刻单位面积内实存生活的有机物质(干重) 。

　　注 : 生物量表征生态系统结构和功能优劣 。

　　3.8

　　相对生物量密度 relative biomass density;RBD

　　某一类型生态系统生物量与该生态系统类型最大生物量的比值 。

　　3.9

　　植被覆盖度 vegetation coverage ratio

　　植被在单位面积内的垂直投影面积所占百分比 。

　　注 : 植被覆盖度反映地表植被生长状况 。

　　4 评价内容和流程

　　4 . 1 评价内容

　　4 . 1 . 1 生态系统格局

　　通过遥感 、地面调查以及生态系统研究网络多年观测等方式获取生态系统空间分布数据 , 评价生态系统类型(具体分类体系见附录 A) 、分布 、面积比例及空间格局 , 分析不同时期各类型生态系统相互转化特征 。评价范围可以是行政地域单元 , 如村 、乡 、县 、市或省;或者是功能相对完整的生态系统地域单元;或者是由不同生态系统类型组合而成的地域单元 。

　　4 . 1 . 2 生态系统质量

　　以遥感反演参数为基础 , 综合地面调查数据 , 通过收集生态系统生物量 、植被覆盖度和水质等数据 ,评价森林 、灌丛 、草地和湿地生态系统质量等级和空间特征 , 综合各类生态系统质量评价结果 , 分析评价区内生态系统质量状况以及不同时期动态变化特征 。

　　4 . 2 评价流程

　　4 . 2 . 1 生态系统格局评价流程

　　生态系统格局评价流程见图 1 。在确定评价范围后 , 通过遥感解译 、历史分布图集数字化等手段收集评价区生态系统空间分布及植被结构数据 , 数据应符合 GB/T 25528 的相关要求 。

　　从生态系统构成及其变化 、生态系统格局特征及其变化 、生态系统总体变化特征 3 个方面提取相关指标 , 计算定量指标 , 评价生态系统格局 。

　　2

　　GB/T 42340—2023

　　图 1 生态系统格局评价流程

　　4 . 2 . 2 生态系统质量评价流程

　　生态系统质量评价的流程见图 2 , 主要包括数据准备 、参数提取以及模型运算 3 个部分 。

　　图 2 生态系统质量评价流程

　　3

　　GB/T 42340—2023

　　5 评价指标体系

　　评价指标体系包括生态系统格局评价指标和生态系统质量评价指标 2 部分 , 表 1 给出了生态系统格局评价指标 , 表 2 给出了生态系统质量评价指标 。

　　表 1 生态系统格局评价指标

　　一级指标

　　二级指标

　　指标说明

　　生 态 系 统 构成及其变化

　　各类生态系统面积比例

　　生态系统分类体系中 , 某类生态系统面积比例 , 代表了该生态系统类型在评价区内的组成比例现状 。该指标越大 , 该生态系统类型在评价区中的所占面积比例越高

　　生态系统类型面积变化率

　　评价区一定时间范围内某类生态系统的数量变化情况 , 代表了评价区内各类生态系统在一定时间的变化程度 。该指标越大 , 该生态系统类型在评价期内面积变化幅度越大

　　生 态 系 统 景观 格 局 特 征及其变化

　　斑块数量

　　评价区内各类生态系统斑块的数量 , 反映了某类生态系统在区域内分布的总体规模 。该指标越大 , 该生态系统类型越破碎

　　平均斑块面积

　　评价区内某类生态系统斑块面积的算术平均值 , 反映了该类生态系统斑块规模的平均水平 。该指标越大 , 该生态系统类型越完整

　　边界密度

　　评价区内某类生态系统边界长度与总面积的比例 , 从该类生态系统边界形状特征描述生态系统破碎化程度 。该指标越大 , 该生态系统类型距离边界较远的核心面积越小

　　聚集度

　　区域内所有类型生态系统斑块的相邻概率 , 反映了各类生态系统斑块的非随机性或聚集程度 。该指标越大 , 该区域各类生态系统聚集程度越高

　　生 态 系 统 类型 之 间 相 互转换特征

　　各 类 生 态 系统变化方向

　　借助生态系统类型转移矩阵a 分析区域内各类生态系统的变化方向 , 反映了评价期初各类生态系统的流失去向 , 以及评价期末各生态系统的来源与构成 。从评价期初到期末 , 每类生态系统之间相互转换的实际面积和每类生态系统变化占总变化的比例 。该指标越大 , 表示某两类生态系统之间在评价期内的转换面积越大

　　综 合 生 态 系统动态度

　　生态系统综合变化的参量 , 综合考虑了评价时段内生态系统类型间的转移 , 反映了评价区生态系统类型变化的剧烈程度 , 着眼于变化的过程而非结果 , 便于在不同空间尺度上找出生态系统类型变化的热点区域 。该指标越大 , 该区域各类生态系统在评价期内综合变化程度越高

　　a 生态系统类型转移矩阵是对两个时期生态系统类型之间相互转变的定量描述 。

　　表 2 生态系统质量评价指标

　　生态系统质量特征

　　指标说明

　　森林 、灌丛相对生物量密度

　　森林 、灌丛评价像元生物量与同一生态系统立地条件区划内高生物量 、高稳定性群落的生物量比值 , 反映森林 、灌丛生态系统质量

　　草地植被覆盖度

　　使用单位面积的平均覆盖度反映草地生态系统质量

　　湿地

　　湿地动物重要性评估适用于沼泽 、河流 、湖泊生态系统

　　水质等级评估适用于河流 、湖泊生态系统

　　4

　　GB/T 42340—2023

　　6 指标计算与评价方法

　　6 . 1 生态系统构成及其变化

　　6 . 1 . 1 生态系统面积比例

　　生态系统面积比例按式(1)计算:

　　pij …………………………( 1 )

　　式中:

　　pij — 第 i 类生态系统在第j 年的面积比例 ;

　　Sij — 第 i 类生态系统在第j 年的面积 , 单位为平方千米(km2 ) ;

　　TS— 评价区总面积 , 单位为平方千米(km2 ) 。

　　6 . 1 . 2 生态系统类型面积变化率

　　生态系统类型面积变化率按式(2)计算:

　　Ev …………………………( 2 )

　　式中:

　　Ev — 评价期内某一生态系统类型的变化率 ;

　　Eua — 评价期初某一类生态系统的面积 , 单位为平方千米(km2 ) ;

　　Eub — 评价期末某一类生态系统的面积 , 单位为平方千米(km2 ) 。

　　6 . 2 生态系统景观格局特征及其变化

　　6 . 2 . 1 斑块数量

　　斑块数量按照不同类型生态系统内的斑块个数之和进行计算 。

　　6 . 2 . 2 平均斑块面积

　　平均斑块面积按式(3)计算:

　　Aij …………………………( 3 )

　　式 中 :

　　Ai — 平均斑块面积 , 单位为平方千米(km2 ) ;

　　Ni — 第 i 类生态系统的斑块总数 ;

　　Aij — 第 i 类生态系统第j 个斑块的面积 , 单位为平方千米(km2 ) 。

　　6 . 2 . 3 边界密度

　　边界密度按式(4)计算:

　　EDi Lij …………………………( 4 )

　　式中:

　　EDi — 第 i 类生态系统边界密度 , 单位为千米每平方千米(km/km2 ) ;

　　Ai — 第 i 类生态系统的总面积 , 单位为平方千米(km2 ) ;

　　5

　　GB/T 42340—2023

　　Lij — 第 i 类生态系统斑块与相邻第j 类生态系统斑块间的边界长度,单位为千米(km) 。

　　6 . 2 . 4 聚集度

　　区域生态系统聚集度按式(5)计算 :

　　c =c max Gij ln …………………………( 5 )

　　式中 :

　　c — 区域生态系统聚集度,% ;

　　c max —Gij 参数的最大值 ;

　　Gij — 斑块类型 i 与j 相邻的概率,% ;

　　n — 各类生态系统斑块总数 。

　　注 : 生态系统聚集度指相同类型生态系统斑块在空间上呈现的紧密程度 。

　　6 . 3 生态系统类型之间相互转换特征

　　6 . 3 . 1 各类生态系统变化方向

　　各类生态系统变化方向按式(6)计算 :

　　…………………………( 6 )

　　式中 :

　　i — 评价初期生态系统类型 ;

　　j — 评价末期生态系统类型 ;

　　aij — 表示生态系统类型的面积,单位为平方千米(km2 ) ;

　　Nij — 评价初期第 i 种生态系统类型转变为评价末期第j 种生态系统类型的比例,% ;

　　Bij — 评价末期第 j 种生态系统类型中由评价初期的第i 种生态系统类型转变而来的比例,% 。

　　6 . 3 . 2 综合生态系统动态度

　　综合生态系统动态度按式(7)计算 :

　　Ec …………………………( 7 )

　　式中 :

　　Ec — 综合生态系统动态度 ;

　　ΔEco i — j — 监测时段内第 i 类生态系统类型转为非 i 类生态系统类型面积的绝对值,单位为平方千米(km2 ) ;

　　Eco i — 监测起始时间第 i 类生态系统类型面积,单位为平方千米(km2 ) 。

　　6

　　GB/T 42340—2023

　　6 . 4 生态系统质量空间分布评价

　　6 . 4 . 1 森林 、灌丛与草地生态系统质量空间特征评价

　　6 . 4 . 1 . 1 生态系统立地条件分区

　　综合考虑气温(如年均积温大于 10 ℃天数气温总和) 、降水(如年均降水量) 、土壤(如有机质含量) 、海拔等非生物因子进行生态系统立地条件分区 , 不同非生物因子的分类应按照表 3 的规定执行 。

　　表 3 不同非生物因子分类

　　气温

　　降水

　　土壤

　　地形

　　积温/℃

　　区域

　　年降水量/mm

　　区域

　　有机质含量/%

　　程度

　　海拔高度/m

　　区域

　　≤1 600

　　寒温带

　　≤200

　　干旱区

　　≤0 . 6

　　低

　　≤1 500

　　低海拔区

　　>1 600~3 400

　　中温带

　　>200~400

　　半干旱区

　　>0 . 6~1 . 0

　　较低

　　>1 500~3 500

　　高海拔区

　　>3 400~4 500

　　暖温带

　　>400~800

　　半湿润区

　　>1 . 0~2 . 0

　　中

　　>3 500~5 500

　　超高海拔区

　　>4 500~8 000

　　亚热带

　　>800

　　湿润区

　　>2 . 0

　　高

　　>5 500

　　极高海拔区

　　>8 000

　　热带

　　—

　　—

　　—

　　—

　　—

　　—

　　注 :“ —”表示无 。

　　6 . 4 . 1 . 2 生态系统质量评价参考系确定

　　以利用生态系统稳定性指数筛选的高生物量及高稳定性的植被群落作为参考群落 。将高自然度群落中地上生物量前 5% 、10% 、15% 、20% 、25% 、30%的群落作为高生物量群落 , 分别评估其生态系统稳定性指数 , 生态系统稳定性指数按式(8)计算 。

　　通过直方图分析 , 找到生态系统稳定性指数较高的群落 , 即将高生物量与高稳定性群落 , 选为参考群落 。根据生态系统立地条件区划 , 将每个区内参考群落表征的生态系统的质量均值 , 作为区域生态系统质量的参考值 , 用于生态系统质量评价 。

　　ESI i

　　式中:

　　ESI i — 单位栅格 i 内生态系统稳定性 , 主要反映群落多年生物量的变化 , 数值越大表示栅格内稳定性越高 ;

　　cvi — 单位栅格 i 内多年生物量变异系数 ;

　　cvmax — 区域多年生物量变异系数的上限 ;

　　cvmin — 区域多年生物量变异系数的下限 。

　　a — 常量 , 计算方法见式(9) ;

　　a …………………………( 9 )

　　6 . 4 . 1 . 3 森林 、灌丛生态系统质量

　　森林和灌丛生态系统质量采用基于像元的相对生物量密度进行评估 , 植被生物量的遥感监测主要

　　7

　　GB/T 42340—2023

　　采用植被指数-生物量法与净初级生产力(NPP)累积法 , 方法选取根据数据的可获取性与应用的具体目的确定(见附录 B) 。

　　基于像元的相对生物量密度按式(10) 、式(11)计算:

　　EQj …………………………( 10 )

　　RBDij …………………………( 11 )

　　式中:

　　EQj —j 类生态系统质量指数 ;

　　RBDij —j 类生态系统i 像元相对生物量密度 ;

　　Sp — 每个像元的面积 , 单位为平方千米(km2 ) ;

　　Sj — 评估区域内 j 类生态系统的总面积 , 单位为平方千米(km2 ) ;

　　EBij —j 类生态系统i 像元生物量 , 单位为吨每平方千米(t/km2 ) ;

　　CCBj —j 类生态系统顶级群落每像元的生物量 , 单位为平方千米(km2 ) 。

　　根据相对生物量密度的大小 , 将生态系统质量分为优 、良 、中 、低 、差 5 个等级 。 具体质量分级见表 4 。

　　表 4 基于生物量的生态系统质量分级

　　质量等级

　　相对生物量密度(RBD)

　　优

　　RBD≥85%

　　良

　　70% ≤RBD<85%

　　中

　　50% ≤RBD< 70%

　　低

　　25% ≤RBD< 50%

　　差

　　RBD<25%

　　6 . 4 . 1 . 4 草地生态系统质量

　　草地生态系统质量采用年最大的植被覆盖度进行评估 。根据草地植被覆盖度的大小 , 将草地生态系统质量分为优 、良 、中 、低 、差 5 个等级 。具体质量分级按照表 5 的规定执行 。

　　表 5 基于覆盖度的生态系统质量分级

　　质量等级

　　草地植被覆盖度(C)

　　优

　　C≥85%

　　良

　　70%≤C<85%

　　中

　　50%≤C< 70%

　　低

　　25%≤C< 50%

　　差

　　C<25%

　　8

　　GB/T 42340—2023

　　6 . 4 . 2 湿地生态系统质量评价

　　6 . 4 . 2 . 1 湿地生态系统质量评价方法

　　河流 、湖泊 、沼泽等湿地生态系统质量可采用基于水质的质量评价方法,也可采用基于湿地动物物种重要性指数评价方法。

　　6 . 4 . 2 . 2 基于水质的质量评价

　　6 . 4 . 2 . 2 . 1 水体富营养化状况指数

　　湖泊(水库)生态系统的质量可采用水体富营养化状况指数(TLI)进行评价。 影响 TLI 的参数包括叶绿素 a(chla) 、总磷(TP) 、总氮(TN) 、透明度(SD) 、高锰酸盐指数(CODMn )等。

　　TLI 按式(12)计算。

　　TLI w j × TLI j …………………………( 12 )

　　式中 :

　　TLI — 水体富营养化状况指数 ;

　　wj — 第 j 种参数的水体富营养化状况指数的相关权重 ;

　　m — 评价参数的个数 ;

　　TLI j — 第 j 种参数的水体富营养化状况指数。