[发明专利]一种林草生态修复效果评价方法

权利要求书

1.一种林草生态修复效果评价方法，其特征在于：包括前期准备阶段、方案制定阶段、评价实施阶段以及编制生态修复效果评价报告，

前期准备阶段内容包括收集生态修复区域和生态修复项目资料，资料包括生态修复区域的自然和社会环境的历史和现状资料、生态修复项目实施方案、生态修复项目环境影响报告；对生态修复项目方案进行详细分析，包括生态修复实施的时限和空间范围、生态修复实施的措施、生态修复实施的环境影响；

方案制定阶段内容包括制定林草生态修复效果评价方案，结合林草类型选取相应的效果评价方法、评价指标，确定评价时间；并制定数据获取方案，包括数据获取内容、数据获取方法、数据获取时间；

评价实施阶段内容包括实施林草生态修复数据采集与处理，开展林草生态修复效果评价，根据指标表征，评价生态修复效果；根据评价结果提出生态修复适应性管理措施；

编制生态修复效果评价报告包括根据评价数据进行综合分析与评价，给出明确、可靠的评价结论，以及项目背景、项目概况、林草生态修复工程建设及实施概况、效果评价过程、效果评价结论与建议；

其中，评价指标见表1

表1林草生态修复效果综合评价指标体系

采集方案见表2

表2采集方案

数据处理方法如下，

森林覆盖率：

各类林地面积通过对遥感影像进行分类获取，通过公式1.1计算森林覆盖率；

草地盖度：

使用遥感影像获取草地垂直投影面积和土地总面积；

植被覆盖度：

使用遥感影像计算归一化植被指数NDVI，基于像元二分模型计算植被覆盖度，公式如下：

VFC＝(NDVI-NDVI_soil)/(NDVI_veg-NDVI_soil)     公式1.3

式中：VFC是植被覆盖度，NDVI_soil为裸土或没有植被覆盖的像元值，NDVI_veg为完全被植被覆盖的像元值；

按照表3开展植被覆盖度分级，并制作评价区域植被覆盖度栅格数据，

表3植被覆盖度等级划分方法

物种丰富度指数

式中：D是物种丰富度指数，S为物种数目，A为样方面积，

森林蓄积量：

根据实地调查数据，建立蓄积量与遥感影像信息之间的多元回归模型，遥感影像信息包括原始波段、纹理、归一化植被指数，使用遥感影像信息反演整个生态修复区的森林蓄积量，并制作生态修复区蓄积量栅格数据，

NPP：

使用CASA模型对林草生态修复区的NPP进行估算，模型所需数据包括NDVI、DEM、气象数据、太阳辐射、植被覆盖、年参考蒸散发ET0，CASA模型具体计算公式如下：

NPP(x，t)＝APAR(x，t)×ε(x，t)      公式1.5

APAR(x，t)＝SOL(x，t)×FPAR(x，t)×0.5      公式1.6

ε(x，t)＝ε_max×T_ε1(x，t)×T_ε2(x，t)×W_ε(x，t)      公式1.7

式中：NPP(x，t)是像元x在t月的净初级生产力；APAR(x，t)和ε(x，t)分别是吸收的光合有效辐射和实际光能利用效率；SOL(x，t)为太阳总辐射，FPAR(x，t)为植被入射的光合有效辐射的吸收比例；0.5是植被利用的太阳辐射与总辐射的比例；ε_max是理想条件下植被最大光能利用效率，其取值取决于植被类型；T_ε1(x，t)和T_ε2(x，t)表示环境温度对NPP积累的胁迫作用；W_ε(x，t)表示水分胁迫系数，

使用遥感影像信息反演整个林草生态修复区的NPP，并制作林草生态修复区NPP栅格数据，

生物量：

根据实地调查数据，建立生物量与遥感影像信息之间的多元回归模型，遥感影像信息包括原始波段、纹理、归一化植被指数，使用遥感影像信息分别反演森林整个林草生态修复区的生物量与草地生物量，并分别制作林草生态修复区森林生物量和草地生物量栅格数据，

景观丰富度；

采用香农多样性指数来表示景观丰富度，公式如下：

式中：SHDI是景观丰富度，z是斑块类型，g是斑块类型总数，P_z为z斑类型斑块出现的概率，

通过输入土地类型图，选择香农多样性指数，使用移动窗口法计算获取各年份评价区域景观丰富度栅格数据，

景观破碎度：

景观破碎度用来描述整个景观的异质性，反映生态系统的稳定性，公式如下：

式中：LFI是景观破碎度，NP是单位面积中的斑块数，S是单位面积，

计算获取各年份评价区域景观丰富度栅格数据，

荒漠化指数：

使用“归一化植被指数NDVI——反照率特征空间”的方法来进行荒漠化信息的提取，模型可以用简单的二元线性多项式加以表达：

DDI＝a*NDVI-Albedo      公式1.10

式中：DDI是可以反映区域土地沙漠化的过程的沙漠化监测的差值指数，a由归一化植被指数和地表反照率的回归方程系数决定，NDVI为归一化植被指数，Albedo为地表反照率，

选取分布于不同荒漠化等级土地的随机点，应用遥感影像对Albedo和NDVI进行统计回归分析，建立回归方程，根据回归模型进行计算，最终得到出评价区域荒漠化指数栅格数据，

水土流失量：

Y＝11.8×(Q_surf×q_peak×A)^0.56×K×C×P×L×R   公式1.11

式中：Y为水土流失量的计算值，单位t；Q_surf为径流因子，单位mm，通过区域径流系数和降雨因子相乘得到；q_peak为暴雨因子，为最大30min暴雨值，从区域暴雨等值线图中获取，单位mm；A为水土流失面积，单位m²；K为土壤侵蚀因子，通过区域水土流失调查中得到；C为植被覆盖因子，与区域植被覆盖率相关，植被覆盖率不高于30％时，其植被覆盖因子取为0.6，植被覆盖率高于30％且不高于60％时，取为0.4，植被覆盖率高于60％时，取为0.2，植被覆盖率越高，值越小；P为水土保持措施因子，值与水土流失区坡度相关，坡度越高，值越低；L为地形坡度，值通过遥感影像数据进行获取；R为粗糙度因子，值与土壤物理性质相关，通过上述公式计算获得评价区域水土流失量分布栅格数据，

水源涵养量：

采用水量平衡法对水源涵养量进行估算，进而估算生态系统水源涵养量，其公式如下：

WC＝(P_雨-Runoff-ET)×A_生     公式1.12

式中：WC为水源涵养量，P_雨为降雨量，Runoff为径流量，ET为蒸散量，A_生为生态系统面积，

通过上述公式计算获得评价区域水源涵养量分布栅格数据，

土壤有机质含量：

借助采样点测得土壤有机质含量数据，与遥感影像相关波段建立回归方程，生成评价区域当年土壤有机质含量分布栅格数据，

土壤含水率：

借助采样点测得土壤含水率含量数据，与遥感影像相关波段建立回归方程，生成评价区域当年土壤含水率含量分布栅格数据，

AQI：

对照各项污染物的分级浓度限值，以细颗粒物PM2.5、可吸入颗粒物PM10、二氧化硫SO2、二氧化氮NO2、臭氧O3、一氧化碳CO各项污染物的实测浓度值，PM2.5、PM10为24小时平均浓度，分别计算得出空气质量分指数，空气质量分指数简称IAQI；从各项污染物的IAQI中选择最大值确定为AQI，即AQI就是各项污染物的空气质量分指数IAQI中的最大值，

对各监测站点数据进行分析，采取克里金插值方法，生成评价区域各期AQI栅格数据，

干旱指数：

采用TVDI干旱指数公式1.13：

式中：LSTmax和LSTmin表示当NDVI等于某一定值时地表温度的最大值和最小值，

LST_min＝a₁+b₁NDVI

LST_max＝a₂+b₂NDVI

式中：a1、b1、a2、b2是干边、湿边拟合系数；LSTi表示任一像元地表温度，

通过上述公式计算获得评价区域TVDI分布栅格数据，

林业工程措施完成率：

式中：F是林业工程措施综合完成率，P_e是e工程措施的完成率，h是工程措施的种类，C_e是e工程措施的实际完成数量，S_e是e工程措施的任务数量，

此项指标仅作为林业工程修复效果的硬性指标，不参与权重计算，当P_e或F＜95％，即表示林业工程生态修复工程不合格，

草原工程措施完成率：

式中：G是草原工程措施综合完成率，Q_e是e工程措施的完成率，m是工程措施的种类，C_e是e工程措施的实际完成数量，S_e是e工程措施的任务数量，

此项指标仅作为草原工程修复效果的硬性指标，不参与权重计算，当Q_e或G＜95％，即表示草原工程生态修复工程不合格，

评价方法和结果：

1)采用熵值法计算各评价指标权重，选取n个样本点，m项指标，则x_ij表示第j项指标下第i个样本点的数值，

11)首先对各项指标输出的影像成果进行重采样，统一其空间分辨率，然后对数据进行标准化处理，以消除量纲影响，对于正负指标用不同的算法进行数据标准化处理，具体方法如下：

正向指标：

负向指标:

式中：x′_ij表示第j项指标下第i个样本点的归一化值，i＝1,2…,n；j＝1,2,…,m，

12)计算第j项指标下第i个样本点的贡献度

式中：p_ij表示第j项指标下第i个样本点的贡献度，

13)第j项指标的熵值

式中：k0，式中常数k与样本点数量n有关，令常数k＝1/ln(n)，满足0≤e_j≤1，

14)信息熵冗余度

对于第j项指标，指标值x_ij的差异越大，对方案评价的作用越大，熵值越小，

d_j＝1-e_j      公式2.5

式中：d_j表示第j项指标的差异系数，

2)各项指标权重

式中：w_j表示第j项指标的权重值，

3)评价方法

采用综合评价法模型公式2.7计算评价区域某一年的生态状况得分，

式中：Q为综合得分，w_j为第j项指标的权重值，x′_ij表示第j项指标下第i个样本点的归一化值，

根据自然间断点分级法将生态状况综合得分分为五级，如表4所示：

表4生态状况综合评分等级划分方法

4)修复效果评级

采用时间序列对比法评价修复效果，即以生态修复项目实施前修复区为参照系，进而计算评价区域内指标的恢复率，计算公式如下：

P_t＝(Q_t-Q)*100％/Q      公式2.8

式中：P_t为生态修复后第t年的生态修复率，Q为生态修复项目实施前的综合得分，Q_t为生态修复后第t年的综合得分，t为评价年，

根据修复率P_t的大小，将林草生态修复趋势划分为六个等级：Ⅰ级，显著改善；Ⅱ级，明显改善；III级，一般改善；IV级，轻微改善；V级，基本无变化；VI级，退化，如表5，

表5林草生态修复效果评价标准

5)修复效果分析

根据上述生态修复效果评级结果，及时发现生态保护修复过程中新产生的生态问题及潜在生态风险，针对保护修复措施和技术的调整修正提出合理化建议；

6)根据修复评价结果，对照林草生态保护修复目标，监测评价生态修复工程措施、技术手段的效果，及时发现生态修复过程中新产生的生态问题及潜在生态风险，经评估，在结果和风险可控的原则下，借鉴已有经验做法，对会导致偏离生态保护修复目标或者对生态系统造成新的破坏的修复措施和技术、子项目的空间布局和时序安排按规定程序报批后进行相应调整修正；

7)评价结果和评价报告

数据成果包括原始数据和评价指标数据，评价报告编制内容包括：项目背景、项目概况、林草生态修复工程建设及实施概况、效果评价过程、效果评价结论与建议。