东北森林带作为国家主体生态区划“两屏三带”国家生态安全格局中的重要组成部分,在全球碳平衡中发挥着重要的碳汇作用.以东北森林带为研究区域,采用净生态系统生产力(NEP)评估其森林固碳服务,通过Anselin Local Moran's I算法识别固碳服务的“热点”、“冷点”和“异常点”,并分析探讨其空间格局与影响因素.结果表明:(1)东北森林带森林生态系统整体上是碳汇.2014年东北森林带森林固碳总量为36.41 Tg C/a,单位面积固碳量为89.57 gC m-2 a-1.(2)固碳服务的热点区主要分布在大兴安岭北部和长白山中北部,冷点区主要分布在大兴安岭东部、小兴安岭和长白山南部,固碳服务的高值异常区域主要分布在森林边缘的农林交错带,低值异常区域主要分布在人为干扰严重的城市蔓延区.(3)东北森林带森林生态系统整体上受人为因素的影响小,其固碳服务与NDVI显著正相关.(4)城市扩张等人为干扰是固碳服务异常降低的根本原因,植被本身生长状况不佳和较高的温度是导致固碳服务的异常降低的重要影响因素.

长白山区位于中国东北东部的山地森林区,地带性植被是阔叶红松林,是我国珍贵木材生产和东北森林带的重要载体,孕育着丰富的物种资源.短短120年来,长白山区广袤的原始森林几乎消失殆尽,被次生林、过伐林和人工林等替代.建国以来,东北的阔叶红松林经营理论与技术在红松更新规律、皆伐与择伐的争论中,在人们对阔叶红松林结构和功能认识不断深入的过程中逐渐完善.但目前红松更新问题依然存在,森林经营依然十分粗放.本文梳理了过去70年来阔叶红松林的经营历史及研究历程,分析当前森林资源类型和经营制度的形成过程,以期为该区天然林可持续经营和质量的精准提升等提供借鉴.

东北森林带是我国重要的生态屏障,生态系统服务权衡研究对协调该区生态环境保护和社会经济发展至关重要.本研究利用全局空间自相关分析、双变量空间相关分析、空间聚类分析等方法,探明了东北森林带水源涵养等6种生态系统服务的空间格局以及它们之间权衡、协同关系的作用机制和空间分异.结果 表明:研究所选取的6种生态系统服务均呈现出显著的聚集性分布;整体看来,水源涵养、生物多样性维持、土壤保持和固碳释氧4项生态服务呈现出协同关系,防风固沙、粮食供给与其他服务呈现出权衡关系.由于生态系统可以提供多种生态系统服务,且不同生态系统所提供的生态系统服务类型和数量具有明显差异,不同生态系统服务之间权衡/协同关系因此而存在明显的空间分异.本研究通过生态系统服务簇将研究区划分为生态系统服务平衡区、生态系统服务协调区、防风固沙区和粮食供给区4个区域,以期为研究区生态系统服务管理提供科学依据,促进资源与生态环境的全面协调和可持续发展.

东北森林带作为我国两屏三带生态安全战略格局的重要载体之一,其生态格局的优化对提升区域生态系统功能、质量及稳定性具有重要意义.本研究通过分析该区土地利用和生态系统服务时空格局,明确其主要驱动因子,以提升其主导生态功能为目标,并耦合生态服务演变驱动机制,利用元胞自动机模型对其土地利用格局进行了优化模拟.结果 显示:不同类型驱动因子对各生态系统服务的作用存在明显差异:生境质量与土地利用的相关性最高(R=-0.420,P＜0.05),水源供给则受到年降水量的显著影响(R=0.602,P＜0.05),土壤保持受到高程的显著影响(R=0.358,P＜0.05),水源涵养与降水密切相关(R=0.760,P＜0.05),而粮食供给则受到高程(R=-0.418,P＜0.05)、坡度(R=-0.225,P＜0.05)和温度(R=0.306,P＜0.05)的共同影响.本研究还发现,针阔混交林对水源涵养能力和生境质量服务重要性最高;相对于旱地,水田对粮食生产的重要性更高.结合上述结果进行的土地利用优化模拟结果显示,虽然生态用地(包括林地、草地、湿地)、生产用地(水田、旱地)和生活用地(建设用地)的比例与优化前没有明显差异,但长白山和小兴安岭地区的林地,应从现有以落叶阔叶林为主转变为以针阔混交林为主,以提高这两个地区的水源涵养和生境质量;大兴安岭地区应将部分落叶阔叶林转化为湿地以提高该区的水源涵养功能.在控制耕地总量不发生明显变化的条件下,提高小兴安岭和长白山地区与三江平原交汇区耕地中水田的比例,可以提高粮食供给服务.由此可见,本研究在不进一步激化生态用地和其他用地类型空间矛盾的基础上,优化了研究区生态格局,为促进东北森林带主导生态功能提升及屏障作用的充分发挥提供了科学依据.

东北森林带是全国生态功能区划"两屏三带"的重要组成部分,对保障区域乃至全国的生态安全具有重要意义.构建该区域的生态安全网络是对其进行生态格局优化、功能提升的重要基础.本研究基于东北森林带生态系统服务重要性,应用InVEST模型中生境质量分析模块以及电路理论,对研究区生态源地、生态廊道、障碍点和夹点进行了识别,并构建了研究区的生态系统服务安全网络.结果 显示:研究区内共识别出生态系统服务源地30处,总面积为16.40×104 km2,占总面积的27.3％,以林地、湿地等生态用地为主.关键生态廊道42条,总长度2475.55 km,潜在生态廊道20条,平均长度为420.55 km.研究区内生态改善区的面积为56.45× 104 km2,根据累计电流值的提升程度,将生态修复区域分为3个优先级,其中一、二级改善区的面积分别占12.8％和24.3％.本研究根据区域内生态源地、生态廊道、生态夹点、生态障碍点以及改善区空间分布格局构建了该区的生态系统服务安全网络,并根据其特征给出了修复和改善的建议,为东北森林带生态格局优化及功能提升提供科学依据.

评估大尺度森林生态系统的脆弱状况对于维持区域生态安全及保证人类可持续发展具有重要意义.本研究以东北森林带为对象,从自然和人为干扰两个角度出发选择13个指标构建生态脆弱性指标体系,结合空间主成分分析法评估2005年和2015年两个时期生态脆弱性时空分布及其变化,并分析其背后的主要驱动因素.结果 表明:东北森林带生态脆弱性等级以潜在脆弱性、微度脆弱性和轻度脆弱性为主;生态脆弱性空间聚集效应明显,脆弱性空间聚集以高-高聚集为主,主要分布于东北森林带边界区域;2005年和2015年区域生态脆弱性指数分别为2.339和2.450.生态脆弱状况呈现略微下降的趋势;两个时期东北森林带生态脆弱性主要驱动因子依次为净第一性生产力、土地利用类型和生境质量.本研究为大尺度的森林生态系统保护及治理提供一定的理论基础和决策依据.

自然保护区如何设置才能够最大程度保护生物多样性,是保护生物学的研究热点;阐明beta多样性特征、组分格局及其影响因素是保护生物学的重要基础.本研究选取小兴安岭凉水国家级自然保护区不同功能区(核心区、缓冲区、实验区)及毗邻地区(保护区外)共80块样方作为研究对象,调查每块样方的保护位置(经纬度、海拔、坡位、坡度、坡向)和群落结构(郁闭度、林龄、乔木树高、胸径、灌木树高、地径),并采集0-20 cm土壤样品,测定土壤理化性质(有机碳、全氮、pH值、电导率、含水量、容重).将样方间的beta多样性分解为物种周转和物种多度差异两种组分,通过Mantel分析、冗余分析和方差分解分析解析非生物因子(地理地形、保护强度、土壤因子)和生物因子(群落结构)对beta多样性及其组分的影响.结果表明:(1)乔、灌、草3层中,物种周转组分对于beta多样性的贡献均占主导地位(65％-73％),物种多度差异贡献较小.(2)Mantel检验结果表明,乔、灌、草3层beta多样性及其组分与地理地形指标显著相关的因子最多;土壤因子只对乔木层和灌木层beta多样性及组分有影响,对草本层影响不大.其中坡位、坡度、乔木树高和保护强度均与保护区乔、灌、草3层beta多样性显著正相关(P＜0.05).(3)植物整体beta多样性受地理地形影响最大,但存在乔、灌、草差异.乔木层beta多样性受生物因子影响最大;灌木层的土壤因子解释力分别为地理地形和生物因子的2倍;而草本层主要受地理地形的影响,其解释力分别是土壤和生物因子的26倍和3倍.乔木胸径对植物beta多样性差异具有最大的解释作用.本研究结果表明,未来保护区设置需要根据保护植物的类型,选择适当的林分结构、土壤和地理地形等,以增强保护区植物多样性保护的效果.

巩固与提升生态系统碳汇能力是实现碳达峰、碳中和目标的重要途径之一.生态保护修复对生态系统固碳增汇有着重要影响.2016-2021年,财政部、自然资源部、生态环境部在我国27个省(自治区、直辖市)共支持了三批山水林田湖草生态保护修复工程试点和第一批山水林田湖草沙一体化保护和修复工程,共35个山水工程.通过分析已部署的35个山水工程布局的空间特征和碳汇效益,结合国家重点关注的生态保护修复区域、全国重要生态系统保护和修复重大工程分布、生态系统碳汇重要区域和敏感区域,探索"双碳"目标下山水工程布局优先区及生态保护修复技术策略.研究发现山水工程的碳汇效益具有空间差异性,且山水工程优先区主要依次分布在青藏高原生态屏障区、东北森林带、长江重点生态区(含川滇生态屏障)、南方丘陵山地带、黄河重点生态区(含黄土高原生态屏障)、北方防沙带等的森林、高原草地、荒漠、岩溶地区等区域.基于此,提出未来山水工程在不同区域的技术策略.在森林生态系统为主地区,不仅要提高森林覆盖度、森林质量,还应当加强生物多样性的保护和土壤碳汇能力的提升;在高原草原及冻土地区应加强草地退化和冻土监测,提高草地质量;在西北荒漠化地区加强碳汇理论技术研究;另外还需加强喀斯特地区双重碳汇效应.因地制宜、取长补短,有针对性地对不同生态系统改善碳汇能力,不仅有助于实现双碳目标,也有利于提升生态保护修复工程的效益.