凋落物层作为森林土壤的"皮肤",具有涵养水源、保持水土的功能.本研究以亚热带地区枫香、米老排、苦槠、红锥、杉木、马尾松、福建柏、南方红豆杉8个树种的纯林及其不同组合的混交林为研究对象,分析树种丰富度、功能多样性和群落加权平均性状与凋落物现存量、最大持水率、有效拦蓄量的关系.结果表明:各树种组合中,未分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～419％、0～0.58 t·hm-2、0～1.66 t·hm-2;半分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～375％、0～6.14 t·hm-2、0～16.03 t·hm-2.树种丰富度和群落加权平均比叶面积对凋落物现存量和有效拦蓄量具有显著的正效应,群落加权平均叶氮含量对凋落物现存量具有显著的负效应.最大持水率随着比叶面积的多样性和群落加权平均比叶面积的增加而增加,随着群落加权平均叶片厚度的增加而降低.结构方程模型表明,树种丰富度通过增加比叶面积的多样性提高凋落物层持水能力;群落加权平均比叶面积通过增加凋落物现存量和最大持水率提高凋落层持水能力.在亚热带地区人工林的经营中,可以选择群落水平上具有较高比叶面积的混交林来提高凋落物层的持水能力.

建立近自然度评价体系对于修复森林生态功能、保障森林可持续发展有着重要的意义,然而近自然度尚未有统一的评价体系.祁连山地区的森林系统承担着我国西部重要的水源涵养功能,对其现存的人工林客观地开展基于水源涵养能力的近自然评价是亟需解决的问题.以祁连山东部金禅沟、塔尔沟小流域 40 个不同林分起源的云杉纯林、白桦纯林、云杉白桦混交林为对比研究样地,对涉及近自然度和水源涵养能力的指标进行敏感性分析,筛选出中高敏感度指标,通过欧氏距离法结合熵权法定量评价人工林近自然度,通过模糊物元法定量评价森林水源涵养能力,然后采用 6 种方法对近自然度和水源涵养得分分布进行拟合(R2＞0.4),并利用K-means法建立了 4 个近自然度评价等级.研究表明祁连山东部地区大部分人工林近自然度评级处于半天然林阶段,通过改造纯林为针阔混交林可以同时提高其近自然度与水源涵养能力.研究旨在构建基于水源涵养能力的近自然度评价体系,为森林生态服务功能修复提供理论支持.

黄河流域是中国重要的生态屏障,研究其水源涵养服务功能对推动黄河流域生态保护与高质量发展具有重大意义.采用InVEST模型量化黄河流域 1980-2020 年水源涵养服务功能,使用空间自相关分析黄河流域水源涵养服务功能空间分布模式,并运用地理探测器分析黄河流域水源涵养服务功能的驱动因素.结果表明:(1)1980-2020 年黄河流域水源涵养量为174.8639 亿m3-378.4538 亿m3,多年平均水源涵养量265.0475 亿m3,其中草地与林地多年平均水源涵养量分别占黄河全流域水源涵养总量的 52.94%和 24.27%.全流域水源涵养量呈现上下游地区较高,中游地区较低的分布格局.(2)全局莫兰指数为0.875,表明黄河流域水源涵养服务在空间上呈现聚集分布,以低-低聚集与高-高聚集为主.(3)1980-2020 年不同地类平均水源涵养能力排序:灌木林＞有林地＞高覆盖草地＞其他林地＞中覆盖草地＞低覆盖草地＞旱地＞建设用地＞未利用地＞水田＞水域.(4)降水量是影响黄河流域水源涵养量变化的主要驱动因子,降水量与土地利用间交互作用对黄河流域水源涵养服务功能空间分异解释力显著增强.研究结果可为黄河流域生态系统管理与高质量发展提供重要参考.

森林生态系统作为陆地生态系统的主体,其发达的林冠层通过调节降水量、改变降水强度等深刻影响着流域全过程水文通量及水分输出.以中国广泛开展的典型森林降雨再分配过程的年尺度监测数据为基础,揭示中国不同类型森林生态系统的降雨再分配及林冠层降雨截留特征,阐明森林生态系统林冠层截留特征与降雨、植被要素的关系.结果表明:我国不同森林生态系统年穿透雨量处于 141.4-2450.0 mm之间,年穿透雨率为 36.3%—92.3%.5 种典型森林生态系统多年平均穿透雨量((445.3±252.9)—(1230.6±479.6)mm)占同期多年平均降雨量的(72.6±9.2)%—(77.4±8.9)%.不同森林生态系统年树干茎流量介于 0-508.2 mm之间,占同期年降雨量的 0-25.8%.5 种典型森林生态系统树干茎流量多年平均值((9.8±17.3)—(87.8±81.6)mm)占同期多年平均降雨量的(1.4±1.9)%—(5.4±4.6)%.不同森林生态系统林冠层年降雨截留范围在 25.7-812.9 mm之间,占年降雨量的 4.2%—55.6%.5 种典型森林生态系统多年平均林冠截留量((154.2±81.6)—(392.2±203.5)mm)占同期年平均降雨量的(18.7±7.4)%—(25.9±8.3)%.进一步分析表明,我国森林生态系统穿透雨量、树干茎流量和林冠层截留量随观测区年降雨量的增加而呈显著增大(P＜0.05),年穿透雨率、年树干茎流率随年降雨量的增加呈显著线性上升趋势(P＜0.05),而年林冠截留率与年降雨量呈显著的负相关关系(P＜0.01),降雨量、叶面积指数是深刻影响森林生态系统林冠层降雨截留率等特征的重要因素.整体上,不同类型森林生态系统林冠截留降雨能力存在明显差异,林冠层截留率突出表现为:落叶林大于常绿林、针叶林大于阔叶林.

我国持续推进实施了系列大规模重大生态工程,科学评估工程取得的成效对于及时掌握工程实际效果是否符合预期目标、针对性地改进优化工程管理措施、促进生态保护修复目标的实现等具有重要意义.通过文献整合分析,从生态系统质量、功能和生物多样性等方面综合评估我国 10 项重大生态工程的生态成效,辨析取得成效的驱动因素贡献差异并总结成效评估产生不确定性的原因.结果表明:工程在国土绿化、碳固定、土壤保持、水源涵养、生物多样性保护等方面产生了良好生态效益,促进工程区植被覆盖度增加(0.19%—26%),生物量(-13%—187%)、固碳量(-7.41%—200%)、土壤保持量(-26.91%—151.52%)、水源涵养量(-64.66%—80.24%)、物种丰富度(-16%—441%)、均匀度指数(-6%—28%)和多样性指数(-5%—315%)总体也呈增加趋势(多年变化率中值＞0).但在部分区域也引起了生物量下降、土壤保持能力降低、水文效益减弱、生物多样性损失等问题.生态工程与气候变化的相对贡献率比值在 0.06-3.60 之间,贡献大小存在明显的空间分异并且产生交互耦合作用,多因素耦合作用分解机制仍有待研究.评估对象、数据、尺度、基准、方法及驱动因素拆解差异使得评估结果不确定性极大,相关研究需要重点关注评估基准和尺度的选择、多源数据的融合及同化、工程评估技术体系的改进,综合考虑区域地带性差异、工程措施适宜性和有效性、生态系统服务权衡、驱动因素贡献空间分异等以调整优化工程措施.

流域径流过程及其组分来源识别是水资源合理利用的前提.为明确植被类型对流域径流组分的影响与定量贡献,本研究以山西吉县蔡家川主沟流域及5个不同植被类型小流域为研究对象,监测2场典型降雨产流过程及其氢氧同位素时空变化特征,探讨小流域径流过程差异及其组分来源.结果表明:在中雨条件下,事件水对各个流域河道流量的贡献率为封禁森林(94.3％)＞蔡家川主沟(83.1％)＞农牧复合(64.3％)＞人工-次生林(52.4％)＞农地(0.3％)＞次生林(0.0％);而在小雨条件下,人工-次生林(52.4％)＞封禁森林(58.5％)＞农地(40.6％)＞次生林(15.8％)＞农牧复合(12.5％)＞蔡家川主沟(9.3％),次生林、封禁森林小流域事件水对径流贡献率大于人工林,次生林具有更强的径流调蓄能力.封禁森林、农牧复合流域在中雨强度条件下事件水的贡献率大于小雨强度条件,而农地、人工-次生林、次生林流域则相反.事件水对林地小流域径流贡献率大于农地小流域,可能与农地小流域沟口建有淤地坝有关.本研究结果可为晋西黄土区水源涵养和径流变化归因分析提供科学依据.

科学评估森林生态系统服务功能价值有利于实现森林资源资产化、优化森林资源保护和管理模式.通过对2010-2021年相关文献进行梳理,总结了中国森林生态系统服务功能价值评估研究进展.中国森林生态系统不同服务功能的价值量存在显著差异,从大到小依次为涵养水源、保育土壤、固碳释氧、生物多样性保护、净化空气、森林游憩、林木产品供给、森林防护和林木养分固持.山地森林生态系统和城市森林生态系统的服务功能具有异质性,山地森林的主要贡献为涵养水源(36.94％)、保育土壤(18.68％)、生物多样性保护(17.67％)和固碳释氧(12.44％),而城市森林的主要贡献为固碳释氧(29.37％)、涵养水源(22.49％)、净化空气(16.93％)和保育土壤(11.68％).不同类型森林的生态系统服务功能价值从大到小依次为常绿阔叶林、落叶阔叶林、针阔混交林和针叶林.2010-2021年,中国森林生态系统服务价值评估的方法体系和评估指标在不断充实和完善,但仍然存在很多不足,尤其是在指标体系一致性构建方面.未来,需进一步优化计量方法和技术手段,提高数据获取能力,提升生态系统服务功能评估的完整性和科学性,从而为森林生态系统可持续经营与生态环境建设提供科学依据,为生态系统服务价值的实现路径研究奠定基础.

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.

三江源是我国重要的水源涵养功能区,也是我国乃至东南亚地区的生态屏障,具有重要的生态战略地位.揭示三江源水源涵养能力的空间分布、变化趋势及影响因素,对于推进生态保护与修复工程,提高区域水资源供给能力和维持生态系统健康稳定具有重要意义.基于InVEST模型,定量分析了三江源区水源涵养能力的时空变化及影响因素.结果表明:草地生态系统为三江源水源涵养功能主体,年平均水源涵养量为120.04亿m3.1990-2020年三江源水源涵养量呈显著上升趋势,变化速率为1.80亿m3/a(P＜0.05),年平均水源涵养量为163.84亿m3.生态治理前(1990-2005年)水源涵养量增长速率高于生态治理后(2005-2020年).三江源区水源涵养能力空间分布上表现出东南高、西北低的特点,显著增长面积为22.07万km2,占全区总面积的60.79％.生态治理前,降水量增加、实际蒸散量增加和实际蒸散比降低等气候变化为驱动水源涵养能力增长的主要因素;生态治理后,林、草地面积增加等土地利用/覆被变化为驱动水源涵养能力增长的主要因素.

森林凋落物层和土壤层是森林生态水文效应中的主要贡献层,对森林生态系统水土保持功能和水源涵养能力有重要影响.对比宁夏罗山自然保护区 3 种典型林分类型凋落物和土壤层水文效应的变化规律和水源涵养能力大小,为该地区的森林生态水文、水土保持和森林管理提供科学依据.以该自然保护区青海云杉纯林、油松纯林和青海云杉油松混交林为研究对象,运用称量、室内浸泡、环刀法和回归分析法对凋落物和土壤层的水文效应进行测定和拟合,并使用熵权法对二者的水源涵养能力进行评估.结果表明:(1)青海云杉油松混交林凋落物的总厚度和总储量显著高于青海云杉纯林和油松纯林(P<0.05),3 种林分类型的半分解层的厚度和储量高于未分解层.(2)凋落物层最大持水量范围为 63.29-95.08t/hm2,最大持水率范围为335.97%—353.85%,有效拦蓄量范围为 34.09-63.92t/hm2,三者均为青海云杉油松混交林>云杉纯林>油松纯林.(3)3 种林分类型的凋落物持水量(Q)与浸泡时间(t)呈对数函数关系,吸水速率(V)与浸泡时间(t)呈幂函数关系.(4)从 3 种林分类型的土壤物理性质和持水特性得出,3 种林分类型的土壤层水文效应的等级排序为云杉油松混交林>油松纯林>青海云杉纯林.(5)凋落物层和土壤层的水源涵养能力大小为青海云杉油松混交林(0.43)>油松林(0.3)>青海云杉林(0.27).综合来看,青海云杉油松混交林的凋落物层和土壤层的水源涵养能力最优,其次是纯林,说明混交林在水土保持和水源涵养方面比纯林更具优势.