东北地区天然林资源保护工程的实施,改善了生态环境,提高了生态系统服务能力,对东北地区生态系统服务也起到了积极促进作用.为了更直观的反映东北地区天保工程的实施成效,研究基于长时间序列的遥感监测数据集-土地利用数据,采用InVEST模型和RUSLE模型对1990-2020 年天保工程实施前后东北地区和天保工程区生态系统服务变化进行定量评估分析并采用Getis-Ord Gi?指数识别热点区域.结果表明:(1)东北地区 1990-2020 年城乡/工矿居民用地和耕地面积分别增加25.37%,12.15%,水域减少 21.42%,草地减少 14.02%,未利用土地和林地分别减少 8.41%,5.34%.(2)1990-2020 年东北地区和天保工程区土壤保持量分别增加了 95.81×106 t、24.05×106 t,碳储量分别减少了 7.49×108 tC、3.92×108 tC,水源涵养量分别增加了177.51×109 m3、58.65×109 m3.(3)东北地区的极显著热点区域主要分布内蒙古地区东北部、黑龙江省北部、吉林省东部和辽宁省东部.随着天保工程的实施,极显著热点区域显著增加,且范围与天保工程高度重合.研究拟为后续东北地区林业政策和生态工程的实施提供科学的参考依据.

东北森林在国家生态文明建设、生态环境保护、社会经济发展等方面发挥着重要的作用.本文在分析东北林区森林资源现状的基础上,指出东北次生林生态系统目前存在的问题,指明东北次生林生态系统的发展方向;结合未来三十年全国森林经营规划与国家天然林保护工程等,提出东北次生林生态系统保护、恢复与利用技术及对策,探讨了“后天保时代”(天然林保护工程结束以后)的次生林经营与保护,为东北林区的可持续发展指明了方向.

正确估算森林植被固碳经济价值可为森林生态系统的生态效益评价提供基础数据.利用1997年和2014年两期四川省森林资源清查数据,依据不同森林类型的生物量与蓄积量回归方程和支付意愿法,估算了四川省两个时期森林植被的固碳经济价值.结果表明,从1997年到2014年,四川省森林植被固碳经济价值由703.17亿元增长到865.75亿元,净增长162.58亿元,年均增长9.56亿元,年均增长率为1.36％;在两个时期,云冷杉林的固碳经济价值比重最大,分别占总固碳经济价值的54.82％和46.62％,表明云冷杉森林植被类型在全省森林植被固碳经济价值中占有重要的地位;四川省天然林和人工林植被的固碳经济价值均呈增加趋势,并且人工林植被固碳经济价值年均增长速率(7.42％)明显高于天然林(1.03％);四川省森林植被固碳经济价值总体上随林龄的增加而增加.研究结果说明,实施包括天然林保护工程在内的森林保护和经营管理措施对提高森林植被的固碳经济价值具有重要的作用.

随着经济的发展,我国逐渐认识到自然环境保护工作的重要性,实施了“退耕还林(草)”、“天然林保护”等系列重大生态工程,建设了各类保护地,自然环境得到恢复.Chen等(2019)发现,近30年来全球的植被叶面积在增加,中国植被仅占全球植被面积的6.6％,却为全球植被叶面积净增长贡献了25％,且中国的植被叶面积增长的42％来自森林.这一结果与我国八次森林资源清查的结果一致,我国森林覆盖率已经由1976年的12.8％提高到2013年的21.63％,人工林蓄积量提高了15倍(许传德,2014).在天然植被保护方面,到2016年底我国各类自然保护地已达1.15万处之多,占国土面积18％以上(彭杨靖等,2018).但是,我国的自然保护地体系对珍稀濒危的哺乳动物和鸟类的栖息地覆盖程度比较高,而对珍稀濒危植物、两栖和爬行动物的生境,以及水源涵养、土壤保持、防风固沙与碳固定等主要生态服务功能的关键区域覆盖比例较低(Xu et al,2017b).这些没有被保护地覆盖的生物多样性或生态系统服务功能的关键地区往往是原生或干扰较少的生态系统,它们所提供的服务功能远高于次生或人工生态系统(Watson et al,2018),因此我国保护地体系需要进一步完善项层设计.另一方面,我国10类保护地之间存在着管理交叉重叠、生态系统碎片化等问题,影响生态系统的完整性(唐小平,2014;钟林生等,2016).

天保工程政策对天然林资源保护恢复工作具有重要意义,但是如何发挥天保工程转移支付对森林生态效益的作用机制目前还没有确切答案.本研究基于2011-2017年《中国林业统计年鉴》的面板数据,以森林管护面积和森林抚育面积作为衡量森林生态效益的指标,采用空间滞后模型和中介效应模型分析重点国有林区天保工程转移支付资金对森林生态效益的影响机制.结果 表明:二期天保工程中重点国有林区的森林资源生态效益状况逐年变好,并且各森林工业分局的森林资源生态效益存在显著的空间溢出效应;天保工程转移支付资金对重点国有林区的森林资源生态效益具有显著的促进作用,其中人力资本水平的提升和一线管护站的建设存在部分中介效应.因此,建议中央加大对天保工程转移支付资金的投入,并且林业管理部门应在提升人力资本水平与建设一线管护站两方面提高资金使用比例.

生态系统服务价值评估是全球生态学和经济学研究的热点领域,然而,多数学者在开展生态系统服务价值估算时忽略了生态系统在提供服务时所需要的成本或者仅仅计算了部分成本;生态系统服务净价值评估方法虽然对生态系统服务价值评估方法进行了改进,但没有考虑生态修复项目实施前和实施后土地景观变化引起净价值的变化,获得的结果只能反映土地利用的静态效益,不能反映生态修复项目引起土地变更的成本-收益动态变化.因此,构建基于生态系统服务和投入产出相结合的生态修复项目成本-效益动态评估新方法,是生态修复研究领域的重要科学问题.为了弥补这一领域的不足,该研究构建了生态工程成本-效益动态评估新方法,并以三北防护林、天然林保护、退耕还林工程为研究案例,验证了这一评估方法.结果 表明,与项目实施前相比,三北防护林、天然林保护、退耕还林工程每年增加的净收益分别为461.7×109、2930.5× 109、530.1×109元,收益率分别为29.3％、328.9％、77.0％.六种典型生态修复措施中退耕地种植经济林、荒地种植经济林和天然植被恢复能够在每个省产生净收益,荒地造林、飞播造林和退耕还林的实施会在部分地区产生损耗.依据成本-效益动态评估方法核算的结果可以帮助政府部门选择最佳土地利用和保护措施,最大限度地提高生态修复项目的 生态经济效益.由于不同地区社会经济条件和资源禀赋存在较大差异,尊重区域差异因地制宜的生态修复非常必要.

天然林资源是国家重要的战略资源与生态资源,在维护国土生态安全、应对气候变化、保护生物多样性等方面发挥着不可替代的重要作用.作为覆盖范围最广、投资规模最大的天然林资源保护工程(简称天保工程)自2000年正式启动以来,对长江上游、黄河上中游地区以及东北、内蒙古、新疆、海南等重点国有林区的森林资源保护修复、区域生态环境改善及经济社会可持续发展等多方面都产生了巨大、深远影响.天保工程二期于2020年结束,全面定量评估天保工程的生态、经济和社会综合效益和国内外的巨大影响,可为全面推进我国天然林资源保护修复提供科技支撑,为后续政策修订提供决策依据.本文基于空间信息技术、样地调查、生态站观测、比较分析等手段,构建了适用于天保工程的综合评价指标体系与评估方法,涵盖森林资源、生态效益、社会经济效益、生态修复措施和政策设计5个方面,对全面贯彻落实国家生态文明战略和《天然林保护修复制度方案》具有重要的现实意义和深远历史意义,为开展全国性的重大生态工程评估提供借鉴和参考.

天然林资源保护工程(天保工程)自1998年开始实施至2020年底结束,标志着我国林业由以木材生产为主向以生态建设为主进行转变,对天然林资源开展定量监测与评估,有助于全面、及时、科学地评价天保工程对森林资源的保护成效.基于公开发布的土地覆盖产品,利用新的遥感数据合成算法构建了森林类型综合提升方法,生产了一套我国天保工程区的森林覆盖产品,对天保工程区1997年至2020年间的森林覆盖情况开展监测与评估.利用中国森林生态系统定位研究网络数据(CFERN)、森林资源规划设计调查数据和地面调查数据进行精度检验,森林类型的分类精度优于90％.分析结果显示,自天保工程实施以来,工程区的森林覆盖度总体呈恢复性增长趋势,森林覆盖从1997年的30.15％增长到2020年的31.74％,净增长1.59％,其中,长江上游地区森林增长量最高,占全工程区森林增长面积的50.97％.研究结果表明我国天保工程区内森林资源得到有效保护和恢复,天保工程实施效果显著.

分析近20年来天保工程区森林植被碳储量的动态变化及碳汇(源)特征,以期为我国天然林保护的政策制订和措施实施提供数据支撑.利用天然林资源保护工程区6-9次森林资源连续清查数据,把森林植被划分乔木林、灌木林、竹林、疏林地、散生木、四旁树,基于行业标准的生物量模型和碳计量参数、采用生物量加权平均法等方法,估算整个工程区和各省的森林植被总碳储量;对乔木林分起源、龄组、优势树种(组)估算碳储量和碳密度;量化森林植被总碳储量和乔木林碳储量随时间变化的消长,明确其碳汇/源特征.研究结果表明:6-9次清查,天保工程区森林植被总碳储量分别为2999 TgC、3254 TgC、3585 TgC和4097 TgC,年均增长率为1.65％、1.96％和2.70％;碳储量集中分布于我国东北和西南区域,其中四川碳储量最高,4期碳储量均占天保工程区总量20％以上;乔木林碳储量是森林植被碳储量的主体,每期占比均稳定在80％以上,其中天然林比例由94.67％下降至90.28％,人工林比例稳步上升,但到9次清查时其碳密度仍低于天然林50％;不同龄组间,中龄林碳储量最高,近熟林碳储量增长最快,碳密度从幼龄林到过熟林逐渐上升,4期趋势一致;乔木林中纯林碳储量占60％以上,大部分树种(组)碳储量和碳密度随时间推移而增加.7-9次清查,天保工程区森林植被总固碳量(当期相对于前期)分别为255.33 TgC、331.46 TgC和511.53 TgC,对全国森林植被总碳汇量的贡献由8次连清的53.78％上升到9次的67.46％,其中,乔木林对全国乔木林碳汇的贡献为68.71％;天保工程区内天然林对乔木林碳汇的贡献为75.90％;不同清查期,乔木林各龄组的碳汇变化较大,幼龄林和中龄林碳汇占比明显上升,近熟林和过熟林下降,9次清查时各龄组碳汇量大小顺序为:中龄林＞近熟林＞幼龄林＞成熟林＞过熟林;不同清查期,各个优势树种的碳汇/源表现不一,总体上,混交林的碳汇比例最大,到9次清查时,阔叶混交林和针阔混交林对乔木林碳汇的贡献分别为62.59％和17.23％,纯林中柏木碳汇贡献最大,为5.43％.天保工程区森林植被总碳储量随时间稳步增长,乔木林是总碳储量的主体,天然林是碳汇的主要来源,天然林保护增强了我国天然林碳汇的碳汇功能,促进了人工林碳汇作用提升,未来天保工程区碳汇潜力很大.

为加强对林草交错带生态系统的科学管理,进一步促林草资源保护与合理利用,迫切需要摸清交错带景观本底并分析其时空动态演化趋势.以大兴安岭林草交错带为研究对象,选取2000、2010年Landsat 5 TM影像和2018年Landsat 8OLI影像,利用面向对象的决策树分类算法建立3期土地利用数据集,据此分析土地利用动态变化与景观格局演变特征,然后利用状态转换模拟模型STSM模拟研究区2025年的土地利用数据.结果 表明:(1)2010年林地、草地、耕地、湿地、人工表面、盐碱地及荒漠和过火区面积占比分别为46.93％、31.66％、5.02％、13.73％、1.08％、1.55％和0.04％;2018年分别为46.89％、31.69％、4.99％、13.72％、1.15％、1.54％和0.02％.(2)景观尺度上,2010-2018年间林地面积减少43.55 km2,破碎化程度加剧、景观完整性降低、景观构成愈发复杂;草地面积增加38.11 km2,其景观完整性升高.(3)在现行趋势下,预测2025年研究区林地、草地、人工表面和过火区面积分别增加92.27、183.21、66.2 km2和10.25 km2;耕地、湿地和盐碱地及荒漠面积分别减少184.2、2.89 km2和164.84 km2.林火频发是导致研究区林地面积减少的主因,模拟的过火区面积增加提醒森林管理部门要严控林区用火风险并增强火灾扑救能力建设.后期"天然林保护"工程和"退牧还草"政策的实施是生态环境改善的主因.在制定区域发展战略时,需要充分平衡农业生产与城市扩张之间的竞争性,满足区域耕地红线的基本要求.