中国水土保持科学
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中国水土保持科学
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2018年 16卷 1期
刊出日期 2018-02-28
1
张洪江, 崔鹏
关君蔚先生水土保持科学思想回顾
关君蔚先生生前带领团队创办了我国第一个水土保持专业，成为全国水土保持教育、科学研究、水土保持管理与实践人才的摇篮，培养和造就出的大批水土保持专业科学技术人才。关先生在长期的防护林研究与建设实践中，对于山区、丘陵区、黄土高原区、干旱风沙区等不同区域的防护林林种组成及其配置、结构及其功能等方面提出了独到的见解，提出"立地条件"和"适地适树"的原理，奠定了我国防护林体系建设的理论基础，开创了一条适合我国国情的防护林体系建设的道路。他一生还系统地研究了泥石流发生与运动规律，并建立了泥石流预测预报方法。关先生将大系统控制论与可持续发展理论应用与水土保持与荒漠化防治，提出了生态控制系统工程的理论，从东方思维的视角，分析生态系统演化、功能、效应和人类的适应，对人与自然关系及其有机协调的论述，为我国水土保持与荒漠化防治事业提出了新的理论与方法。
2018 Vol. 16 (1): 1-8 [
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9
刘宝元, 杨扬, 陆绍娟
几个常用土壤侵蚀术语辨析及其生产实践意义
土壤侵蚀是导致土地退化的主要原因，已成为全球性的环境问题之一。理解和规范土壤侵蚀术语对于土壤侵蚀研究、水土流失调查和水土保持规划具有重要意义。本文将几种常用的土壤侵蚀术语划分为6组，分别展开辨析，依次包括1）土壤侵蚀、土壤流失和水土流失，2）古代侵蚀与现代侵蚀，3）地质侵蚀与加速侵蚀，4）片蚀、溅蚀、面蚀和细沟间侵蚀，5）细沟、浅沟、切沟侵蚀和瓦背状地形，以及6）冲沟、干沟和河沟侵蚀，阐述各组术语之间的差别和联系，并探讨其在生产实践中的意义。
2018 Vol. 16 (1): 9-16 [
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17
张科利, 刘宏远
东北黑土区冻融侵蚀研究进展与展望
冻融侵蚀是土壤侵蚀的主要类型之一，冻融交替通过改变土壤性质和坡面产流产沙过程，导致剧烈的水土流失。为明晰已有相关研究成果，为未来东北黑土区冻融侵蚀研究工作的开展提供参考，本文通过回顾和总结现有研究，分析了冻融作用对土壤侵蚀的影响，总结了冻融侵蚀相关影响因素和过程机制。文中指出：冻融导致土壤容重和孔隙比变化，整体上表现为冻融导致疏松的土壤变得相对紧实，而紧实的土壤变得相对疏松；冻融导致土壤团聚体稳定性降低，但当土壤处于中等含水量条件下会出现冻融后团聚体稳定性增大的现象；冻融降低土壤多种力学强度；冻融改变土壤水分特征。众多研究结果表明冻融后土壤可蚀性增大，且正融土最易受到侵蚀。在综述的基础上，笔者指出了现有研究存在的问题和不足，并提出了未来东北黑土区冻融侵蚀研究的重点方向和急需解决的关键问题。
2018 Vol. 16 (1): 17-24 [
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25
谢云, 岳天雨
土壤侵蚀模型在水土保持实践中的应用
土壤侵蚀模型是土壤侵蚀理论研究的成果，也是指导水土保持实践的重要工具。本文回顾了美国经验模型USLE、中国经验模型CSLE、美国机理模型WEPP和几个代表性应用模型的发展历程，介绍了土壤侵蚀模型的应用案例，提出几方面启示：土壤侵蚀模型已经成功地应用于区域土壤侵蚀调查与水土保持措施效益评价，还会继续在水土保持措施设计与规划、径流泥沙输移与面源污染、大暴雨事件和重大工程的水土保持效益等生态与环境监测与评估方面发挥更大作用；长期高质量监测与试验是土壤侵蚀模型建立的基础；顶层设计并以管理用户需求为导向建立模型，是实现模型应用的前提；多学科交叉合作和长期坚持，不断与新技术和研究成果融合更新模型，是保持模型有长期生命力的条件。
2018 Vol. 16 (1): 25-37 [
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38
郑江坤, 杨帆, 王文武, 郎登潇, 马星, 廖峰, 陈旭立
不同降雨等级下耕作措施对坡地产流产沙的影响
探明川西丘陵区沙壤土在横坡和顺坡垄作下水土流失特征，可为该区不同降雨等级下的土壤侵蚀有效防控提供依据。本文基于蒲江县朝阳水库的4个坡耕地径流小区连续4年的观测数据，对10°和20°坡度下横坡垄作和顺坡垄作在不同降雨等级下的产流产沙进行统计分析，结果表明：大雨和暴雨是该区发生频次较高的侵蚀性降雨类型，且集中发生于7—8月；小雨和中雨基本不引起土壤侵蚀。各小区径流系数均随降雨等级增加呈增加趋势，顺垄小区的径流系数在暴雨时达到最大，是对应横垄小区的1.33~3.81倍。在同一耕作措施下，10°和20°坡度小区的径流系数相当。含沙量随降雨等级呈先增加后减少的变化趋势，在大暴雨时含沙量达最大，坡度的作用较明显。随着降雨等级的增加，各小区的径流深的离散程度逐渐变小，说明大暴雨和特大暴雨下土壤前期含水量作用不明显，但产沙量呈不规则变化，特大暴雨的产沙量反而小于大暴雨。通过建立产流产沙量和降雨量、降雨历时之间的回归方程可知，径流深的模拟效果较好，但产沙量的模拟效果欠佳。总体来看，坡耕地产流产沙量并没有随降雨等级的增加而增加，特大暴雨下横垄小区的含沙量高于顺垄小区，但产沙量却小于大暴雨时期，说明不同降雨等级下坡耕地产沙作用机制较为复杂。
2018 Vol. 16 (1): 38-45 [
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46
郭美丽, 焦峰, 薛超玉
黄土丘陵区土壤水分空间分布与环境因子的关系
为揭示黄土丘陵区土壤水分空间分布规律及其与环境因子的关系，在延河流域，运用自然间隔法划分样区和布设样点，通过定位观测和样品采集，采用统计分析和冗余分析（RDA）方法，研究土壤水分空间分布规律及其与环境因子的关系。结果表明：不同样区土壤水分均值以万花山最高，镰刀湾最低，土壤水分由南向北逐渐降低，可将其划分为4大水分梯度即14.64%、12.36%、10.32%和8.76%；除高桥、县南沟和招安镇3个样区的土壤水分随着土层加深呈现增加的趋势，其他样区呈现先增后减的趋势；土壤水分空间分布具有明显的环境梯度特征。流域东南部土壤水分由年均温度主导，西南部由年均降雨主导，北部由年均蒸散主导；年均蒸散和年均降雨是流域土壤水分的主控因子，地形和土地利用对土壤水分的影响在流域尺度上不明显。环境因子的综合作用形成流域土壤水分的空间生态梯度。研究对进一步认识黄土丘陵区土壤水分空间格局及其与环境因子的关系具有重要作用，该结果可为黄土丘陵区水土保持植被规划提供理论依据。
2018 Vol. 16 (1): 46-55 [
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贺亮亮, 张淑兰, 李振华, 于澎涛, 徐丽宏, 熊伟, 李楠, 王彦辉
泾河干流上游森林覆盖率水文影响的年份和月份差异
定量评价和预测西北干旱地区森林面积增加的水文影响，为基于水资源承载力的植被恢复与管理提供科学依据。以黄土高原泾河干流上游流域为例，制定森林植被恢复的多种情景，利用率定过的SWIM水文模型和1997—2003年间的气象数据，模拟森林覆盖率变化对蒸散和径流的影响。研究表明：1）草地变森林后，随森林覆盖率增加，年均总蒸散呈明显线性增加，年均径流则呈明显线性减少。在本研究范围内（森林覆盖率增加0~18.13%），森林覆盖率每增加10%平均导致年均总蒸散增加8.93 mm，年均径流减少6.04 mm；2）森林覆盖率变化对年总蒸散的影响具有年际差异，受年降水量影响，流域森林覆盖率增加10%时，对应的年蒸散增量分别为枯水年（10.1 mm） > 平水年（8.6 mm） > 丰水年（8.5 mm），而对应的年径流减少量分别为枯水年（9.0 mm） > 平水年（5.6 mm） > 丰水年（5.1 mm）；3）森林覆盖率增加导致的蒸散增大和径流减少还具有月份差异，其中蒸散在春季（3—5月）和初夏（6月）增大，而夏季中期（7、8月）至秋季中期（9、10月）则减少，在秋末（11月）和冬季（12、1、2月）则变化不明显；径流在春季和夏季明显减少，而秋季中期（9、10月）则呈增加趋势，冬季变化不明显。总之，在该流域增加森林覆盖率会导致年蒸散增加和年径流减少，这种变化在枯水年明显大于平水年和丰水年；森林覆盖率变化对蒸散和径流的影响还存在月份差异，表现为春夏季影响大于秋冬季；增加森林具有一定增加基流和枯水期径流的调节作用。
2018 Vol. 16 (1): 56-64 [
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65
年玉欣, 邓继峰, 李国忠, 曹忠杰, 王刚, 金煜
辽西地区沙地栽植大扁杏林对地表径流和土壤流失的影响
针对辽西地区沙地降雨后水土流失严重的现状，在该地区选取大扁杏林，对其保持水土的效果进行研究。在辽西典型沙地栽植的大扁杏林和未造林地设立径流小区，于2012、2013和2016年进行定位监测与分析。结果表明：1）在监测期间，大扁杏林小区和对照小区（未造林地）内植被盖度和植物种类大大增加，大扁杏林小区乔木郁闭度高于对照65%，灌木覆盖度高于对照5%，草本覆盖度低于对照20%，植被总盖度高于对照2%；2）2012年大扁杏林小区的径流量和土壤流失量，分别为109.95 m
3
/hm
2
和0.69 t/hm
2
，2013年和2016年再无径流和土壤流失发生。对照小区的径流量和土壤流失量分别由2012年的902.3 m
3
/hm
2
和52.21 t/hm
2
降至2013年的178.2 m
3
/hm
2
和4.1 t/hm
2
，至2016年无径流和土壤流失发生。综合来看，辽西地区沙地栽植大扁杏林可最终形成相对较高的植被盖度，是减少这一地区地表径流和土壤流失的有效手段，具有较好的生态效益和经济效益。
2018 Vol. 16 (1): 65-71 [
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72
孙聃, 刘素萍, 申卫军, 饶兴权, 郭志峰, 李永强
南亚热带不同类型人工林的水土保持效应
为了探讨不同类型植被恢复过程中的水土保持效应，本文基于设在鹤山森林生态系统国家野外科学观测与研究站的9个地表径流场6年水文监测，研究了不同植被类型恢复过程中的水土流失特征。结果表明：幼龄人工林地表径流系数大小为：尾叶桉林（EU1） < 10物种混交林（M1） < 厚荚相思林（AC） < 30物种混交林（M2） < 红椎（CH），成熟人工林地表径流系数：荷木林（SS） < 窿缘桉（EU） < 马占相思（AM） < 马尾松林（PM），成熟林6年平均径流量较幼龄林减少64.2%。幼龄人工林年平均推移质排序为AC < M1 < M2 < EU1 < CH，成熟人工林年平均推移质：SS < AM < EU，幼龄人工林（3~7年林龄）中年均推移质量是成熟人工林（24~28年林龄）的7.14倍。混交林在短期和长期的减流效果都要好于纯林；桉林在减少地表径流方面短期和长期均有较好的效果，但在减少推移质方面效果不理想。幼龄期红锥林的减少径流和推移质的效果较差，成熟林中松林的减少径流效果较差。总的来看，幼龄人工林径流系数和推移质呈逐年降低趋势并趋于平缓，到2011年已经接近成熟林水平，而成熟林径流系数和推移质多年来均处于一个稳定较低水平；因此，保护森林应首要减少人为干扰，森林在一段时期自然恢复后，均可在水土保持方面发挥重要作用。
2018 Vol. 16 (1): 72-79 [
摘要
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赵龙山, 侯瑞, 吴发启
喀斯特山区乡村聚落水土流失监测指标
水土流失监测是水土保持研究和应用的基础工作。研究水土流失监测指标是为了提高水土流失监测的科学性。在前人研究基础上，结合喀斯特山区乡村聚落水土流失现状，提出科学合理的水土流失监测指标。以乡村聚落水土流失为核心，初步建立了喀斯特山区乡村聚落水土流失监测的定性定量指标，包括农业生产、人居生活、经济发展、生态保育及旅游休憩等5个要素23个指标。新的指标体系既保留了传统的监测指标，如降雨、地表径流量、土壤等，又加入了新的体现喀斯特山区水土流失特点及乡村聚落变化的指标，如土地石漠化指标、地下漏失量及旅游休憩指标等。研究成果进一步提高了喀斯特山区水土流失监测水平，促进喀斯特山区生态保护和美丽乡村建设。
2018 Vol. 16 (1): 80-87 [
摘要
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88
格日乐, 刘艳琦, 阿如旱, 娜日苏, 斯琴, 张永亮
3种典型水土保持植物根系数量特征
以内蒙古鄂尔多斯市准格尔煤田黑岱沟露天矿排土场内3种2~4年生典型水土保持植物杨柴（
Hedysarum laeve
）、沙打旺（
Astragalus adsurgens
）和草木樨（
Melilotus suaveolens
）的根系为对象，通过研究根系的数量特征，确定其代表根，为进一步研究3种植物根系生物力学特性奠定基础。代表根的确定是将根系以0.5 mm为1个径级进行分级，计算每个径级组的累计根数量、累计根长和累计根表面积等，取这3个值中比例相对较大的径级组作为各自的代表根。结果表明，杨柴代表根径级为0~2.5 mm、沙打旺和草木樨代表根径级相同为0~1.5 mm。表明3种植物根系在土壤中以≤2.5 mm的细根分布为主；因此，在根系固土抗蚀生物力学性质的研究中，建议以3种植物的代表根径级为主要研究范围进行研究。
2018 Vol. 16 (1): 88-95 [
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武毅, 孙保平, 张建锋, 宋双双, 申豪杰, 陈串, 何艳
保水剂对4种木本植物生长及根系形态的影响
为了研究干旱区造林植被生长所需的最适保水剂施用量，选取北方干旱区常用的4种水土保持树种（丁香、红瑞木、油松和白蜡）为研究对象，通过盆栽对照实验，研究在5个保水剂用量下，4种植物的株高、地径、生物量和根系形态的变化。结果表明：施用保水剂的试验组，其土壤含水量均比对照组高，且土壤含水量随着保水剂浓度的升高而提高。对丁香和红瑞木2种灌木而言，株高、地径及根系各指标随着保水剂的增加，呈现先增大后减小趋势，其生物量增长幅度分别为20.73%~64.40%和24.92%~98.21%；乔木树种油松和白蜡株的高、地径及根系各指标，其随着保水剂浓度的增大而减小，生物量增长幅度分别为10.1%~56.58%和7.04%~35.61%，较高浓度保水剂对其生长出现抑制作用。保水剂对2种灌木生长的促进作用 > 2种乔木，且灌木的保水剂可受用范围更为广泛。在北方干旱区植被造林中，丁香和红瑞木的最适保水剂用量均为20 g/株，油松为5 g/株，白蜡为10 g/株。该研究为中国北方干旱区植被造林，提供科学依据和参考。
2018 Vol. 16 (1): 96-102 [
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103
朱艳艳, 陈奇伯, 赵成, 黎建强
新时期云南省水土流失综合防治区域布局
云南地处我国西南边陲云贵高原，位于长江、珠江、澜沧江和怒江等六大江河水系的源头和上游，与越南、老挝和缅甸接壤，在国家"一带一路"战略中，是我国向西开放的前沿和窗口。构筑云南生态安全屏障，对保证我国和周边地区的生态安全，意义重大。云南山地面积占全省国土总面积的94%，地形起伏大、地质构造复杂，降雨时空分布不均，不利的自然因素加之人为活动越来越频繁，致使水土流失严重，水土流失类型多样，区域分异大。为了规划未来15年的水土流失综合防治区域布局，用主成分分析和聚类分析相结合的方法，将云南全省划分为20个水土流失综合防治功能区，使其主要在水源涵养、土壤保持、蓄水保水、生态维护、防灾减灾、拦沙减沙、人居环境维护等方面发挥水土保持基础功能，并提出"一核一区" "两翼两带" "三足三片"的区域水土流失综合防治布局。
2018 Vol. 16 (1): 103-108 [
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109
赵荣玮, 张建军, 刘晓易
供水袋渗灌湿润体特征及其对造林成效的影响
为了研究晋西黄土区干旱陡坡造林供水袋渗灌技术对造林成效的影响，在山西吉县蔡家川流域的干旱陡坡开展供水袋渗灌试验，供水袋供水量分别设置为1、2、3和4 L，进行亮蓝染液地表渗灌试验，同时布设供水袋渗灌孔径分别为0.22、0.45和1.20 μm，并每5 d浇1 L水的壤中渗灌造林试验，探讨渗灌湿润体的体积与供水量的关系，以及不同渗灌孔径的供水效果。结果表明：1）渗灌湿润体近似半椭球体，最大垂直入渗深度 > 最大水平湿润半径，且二者随供水量和初始土壤含水量的增加而增大。渗灌湿润体体积与供水量呈幂函数关系。2）2015年4月1日至5月20日，定期浇水（每5 d浇水1 L）的造林栽植穴土壤含水量在17.28%左右；中等孔径（0.45 μm）供水袋渗灌的栽植穴土壤含水量从15.02%增加到18.90%后，稳定在19.07%左右；大孔径（1.20 μm）渗灌的造林栽植穴土壤含水量从15.02%急剧上升到19.55%后，逐渐下降直至7.17%；小孔径（0.22 μm）渗灌的造林栽植穴土壤含水量从15.02%下降到6.15%；对照土壤含水量从15.02%下降到5.06%。3）生长季（2015年4—10月）结束后，定期浇水、中等孔径、大孔径及小孔径渗灌造林苗木的成活率分别为86.7%、90.0%、73.3%和63.3%，较对照分别提高26.7、30.0、13.3和3.3百分点；苗高生长量分别为10.8、10.6、7.5和6.9 cm，较对照分别提高92.86%、89.29%、33.93%和23.21%。定期浇水和中等孔径供水袋渗灌处理，提高造林栽植穴土壤含水量，促进造林苗木成活和生长的效果较显著，但造林地采用供水袋中等孔径渗灌比定期浇水可节水11.20 t/hm
2
。在晋西黄土区干旱陡坡造林时，建议采用中等孔径供水袋进行壤中渗灌。
2018 Vol. 16 (1): 109-115 [
摘要
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116
聂兴山
孝义铝矿复垦土壤重金属污染潜在生态风险评价
为了解和评估复垦区土壤重金属污染风险，采用Hakanson潜在生态风险指数（The Potential Ecological Risk Index）法，对孝义铝矿复垦3年后的土壤中7种（Cd、Cr、Cu、Pb、As、Ni和Zn）重金属质量分数和潜在生态风险进行评价。结果表明：复垦土壤中，主要超标重金属元素是Cd，7种元素均存在累积效应。污染源主要有复垦用土、农业生产和粉尘等外来影响；其中，Cd、Cr和As 3种元素具有伴随复合污染现象。Cd的污染指数最高，均值为11.54，处于很高的污染等级，污染指数均值顺序为Cd > Pb > As > Cr > Ni > Zn > Cu；重金属潜在生态风险指数RI为238.39，属于中等生态风险水平。表明孝义铝矿复垦土壤存在中等程度的污染风险，需要减少和控制复垦用土以外的其他染物源进入，降低土壤污染的风险。该研究为复垦土地的利用方式具有重要的现实指导价值，为矿区复垦和治理的措施体系提供科学依据。
2018 Vol. 16 (1): 116-122 [
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123
蔺星娜, 牛健植, 贾京伟, 骆紫藤, 杜捷
张家口清水河上游流域植被指数时空变化特征
为研究清水河上游流域植被指数的时空变化特征及其驱动因子，基于1999—2015年张家口清水河上游流域的气象数据、SPOT Vegetation NDVI数据，结合NDVI与RUE研究该时段研究区植被指数的时空变化，并分析多年来气候和人类活动对植被覆盖度变化的影响。结果表明：1）清水河上游流域植被指数从东向西逐渐减小；2）1999—2015年研究区植被指数不断波动，并呈现上升趋势，85%的区域为植被改善区；其中，8.5%为明显改善区，71.6%为中度改善区；3）1999—2015年，研究区植被变化的主要驱动因子为人类活动，且该区人类活动主要表现为正向干扰；4）年降水量影响年NDVI的波动，同时也是研究区植被空间分布的决定性因子。该研究为地区植被恢复、生态系统稳定和景观功能完善，提供科学依据和决策服务。
2018 Vol. 16 (1): 123-130 [
摘要
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131
欧朝蓉, 朱清科, 孙永玉
元谋干热河谷景观生态安全时空变化
为了系统地定量评价干热河谷景观生态安全状态及其时空变化，明确生态安全的主要影响因素及作用机制，以2008年Landsat7-ETM和2016年Landsat8-OLI遥感数据为数据源，基于GIS和RS技术，建立景观生态安全度（LESD）模型，结合空间自相关和地统计学理论，对景观生态安全时空变化特征和原因进行分析。结果表明：1）研究区景观生态安全格局指数、景观生态质量指数和景观生态安全度值都在0.40~0.60之间，均属于临界安全等级。2）景观生态安全度全局空间自相关值，从2008年的0.600上升至2016年的0.633，全局空间自相关性加强；景观生态安全度局部自相关格局与研究区地形分异格局较为一致，与2008年相比，2016年高值-高值区在东部的中高山区域，出现了较为连续的空间分布，低值-低值区在金沙江沿岸坝周低山和中低山区分割明显。3）2008和2016年块金方差与及基台值之比值（
C
0
/
C
0
+
C
）分别为28.5%和32.6%，变程值（
A
0
）分别为764.82和2 031.65 m。研究区景观生态安全较为敏感，景观生态安全度在整体和局部空间均具有空间自相关性。以地形、气候为主的结构性自然因素是研究区景观生态安全度空间分布的决定性因素，以人为干扰为主的非结构性因素，强化了对景观生态安全性空间分布的影响力。该研究为干热河谷景观生态调控提供了基础数据和理论依据。
2018 Vol. 16 (1): 131-140 [
摘要
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141
黄龙生, 王兵, 牛香, 宋庆丰
大兴安岭林业集团天然林资源保护工程生态产能价值分析
为了直观反映我国天然林保护工程取得的生态效益，客观量化天保工程生态产能价值，运用分布式测算方法，基于大兴安岭林业集团二类调查数据，依据国家林业行业标准LY/T 1721—2008《森林生态系统服务功能评估规范》，对其主要植被类型天然林资源保护工程的生态产能进行分析。结果表明：1）天保工程实施期间，生态产能总价值增加1 851.62亿元/a，各生态产能增加值从大到小依次为生物多样性保护、固碳释氧、保育土壤、涵养水源、净化大气环境和林木积累营养物质；2）不同林分类型生态产能价值量均呈增长趋势，其中，落叶松生态产能价值量增幅最高，为53.29%；3）中龄林生态产能价值量增幅最多达66.05%，其次是幼龄林，生态产能价值量增幅为17.22%；4）合理有效地对森林实施保护，使得森林的蓄积量及各项生态产能具有很大的增长空间，林区生态产能发展潜力巨大。该研究可为评估我国天保工程区森林生态服务功能变化，以及分析后续天保工程产生的生态效益提供科学参考。
2018 Vol. 16 (1): 141-148 [
摘要
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149
北京林业大学水土保持学院
缅怀中国工程院关君蔚院士
2018 Vol. 16 (1): 149-150 [
摘要
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