郭 慧，王 兵，牛 香

（中国林业科学研究院 森林生态环境与保护研究所 国家林业局森林生态环境重点实验室，北京100091）

退耕还林是以保护和改善生态环境为目的，有计划地改造易造成水土流失的坡耕地或者废弃耕地的重大林业工程。综合分析国内外退耕还林的数据、资料和成果，总结归纳退耕还林模式主要分为计划式和无计划自发式两种类型［1］。美国为解决生态环境恶化和农产品过剩的问题，采取计划式模式，有计划地进行退耕还林还草或休耕。欧洲许多国家由于城市化进程加快，农产品过剩，弃耕现象严重而进行无计划自发式退耕还林［2］。中国退耕还林始于1949年，主要是针对被开垦后荒芜的林地。1999年退耕还林工程在四川、陕西和甘肃省同时展开试点，目前已有25个省份参与，在涵养水源［3］，保育土壤［4］，提高森林覆盖率，丰富生物多样性等方面取得了显著成效，不仅促进了退耕还林区经济的发展，也进一步增强了人类的生态环境保护意识。

定量化评估退耕还林工程所取得的巨大效益，特别是生态效益，就需要建立系统科学的退耕还林生态效益监测体系，而该体系的关键就是要构建中国退耕还林生态效益监测网络。然而，目前退耕还林工程也存在一定的制约因素。一是存在生态效益监测站点少、监测指标和监测方法不统一、管理体系不健全、整体工作水平低下等问题，还无法实施系统、全面地数据分析，无法满足全面评价退耕还林生态效益的需求［5－6］。二是通过遥感等信息技术可以进行区域尺度的监测，但其监测内容仅仅局限在林地表面［7］，对森林质量、生态系统结构和功能的评价尚有欠缺。因此构建中国退耕还林生态效益监测网络非常关键。本研究尝试利用GIS的空间分析进行中国退耕还林生态效益监测网络的建设，以期探索出更加科学合理的生态效益监测网络的构建方法。

1 中国退耕还林工程概况

退耕还林工程涉及全国25个省（自治区、直辖市）和新疆建设兵团，工程面积达到2.94×107hm2，涉及3 200多万农户、近1.24亿农民，资金投入达到3 262亿元。退耕还林工程区的自然条件差异极大，气候温度变化多端，地形地貌类型丰富，几乎囊括中国所有植被、土壤类型。根据不同退耕还林工程区的自然、经济、社会条件的差异，将全国退耕还林工程分为6个大区：东北黑土区、西北黄土区、北部风沙区、青藏高原区、西南高山峡谷区和中南部山地丘陵区。目前已有85个森林生态站位于退耕还林区，其中74个生态站来源于中国森林生态系统定位观测研究网络（Chinese Forest Ecosystem Research Network，CFERN），9个生态站来源于中国生态系统研究网络（Chinese Ecosystem Research Network，CERN），2个生态站来源于中国陆地生态系统通量观测研究网络（Chinese Terrestrial Ecosystem Flux Research Network，ChinaFLUX）。在退耕还林生态效益监测网络建设时，若生态效益监测区内有森林生态站，则不再考虑新建生态效益监测站，这样更能发挥森林生态站“一站多能，综合监测”的功能，也有助于节约成本，提高监测效率。

2 中国退耕还林生态效益监测网络建设

2.1 数据与方法

森林生态站数据来源于CFERN，CERN和ChinaFLUX；中国森林区划图来源于《中国森林群落分类及其群落学特征》［8］；退耕还林区和退耕还林县级单位数据来源于国家林业局；中国行政区划数据来源于国家测绘局；中国DEM数据来源于美国太空总署和国防部国家测绘局。

中国退耕还林生态效益监测网络构建的主要步骤和方法主要包括：（1）中国森林区划图经过几何纠正、矢量化后，与退耕还林区进行空间叠置分析，提取出退耕还林工程森林适宜区。（2）将退耕还林工程森林适宜区与CFERN，CERN，ChinaFLUX的森林生态站数据进行空间匹配后得到退耕还林生态效益已监测区，把该区域内的森林生态站作为退耕还林生态效益监测站；不能匹配的区域就是退耕还林生态效益未监测区，需要新建生态效益监测站。（3）基于GIS对DEM数据进行坡度分析，空间提取坡度大于25°的地块分布［9］，与退耕还林生态效益未监测区进行空间叠加，获取退耕还林待布设监测站区。（4）提取退耕还林待布设监测站区的空间内部中心点布设生态效益监测站，与已监测区内的森林生态站共同构成中国退耕还林生态效益监测网络。

2.2 结果与分析

利用上述的网络构建方法，基于GIS构建中国退耕还林生态效益监测网络。中国共生成退耕还林生态效益监测区130个，其中有52个退耕还林生态效益已监测区，分布79个森林生态站，包括69个CFERN站，8个CERN站和2个ChinaFLUX站；78个退耕还林生态效益未监测区需要新建生态效益监测站，原则上每个区建设1个监测站，考虑到这些分区在空间位置、面积和形状上存在较大差异，在工程实践中若出现1个监测站无法全部覆盖该区时可以考虑补充建设辅助监测站。表1具体介绍中国退耕还林生态效益监测网络的站点分布，该网络共建设退耕还林生态效益监测站157个，其中已经建设79个，计划建设78个。

2.3 精度评价

利用2 279个全国退耕还林县级单位数据对中国退耕还林生态效益监测网络进行精度评价。已建生态效益监测站来源于CFERN，CERN和ChinaFLUX，监测范围完全覆盖区内的退耕还林工程，可以全面系统地监测退耕还林生态效益，保证了已建监测站规划布局的科学性和合理性，因此只针对拟建生态效益监测站的规划布局结果进行精度评价。结果表明在78个拟建站中有75个监测站所在县参与退耕还林工程，3个监测站所在的黑龙江省呼玛县、西藏地区革吉县和陕西省陈仓区没有参与退耕还林工程，整体监测站规划布局精度为96.2%，该精度证明站点规划布局结果可以满足中国退耕还林工程的监测要求。

2.4 生态效益监测

中国退耕还林生态效益监测网络的主要监测内容包括净化大气环境、涵养水源、保育土壤、积累营养物质、固碳释氧、防风固沙和生物多样性保护等。不同退耕还林区因其空间位置和自然条件的差异，生态效益监测具有区域特色。

表1 中国退耕还林生态效益监测站

（1）北部风沙区。包括内蒙古、北京、天津和河北等地区。该区内干旱严重，水土流失导致荒漠化面积不断增大；北京、天津和河北等地人口密度大，原生植被基本已不存在，内蒙古地区多年过渡放牧植被破坏严重，致使沙尘暴问题异常严重，还会引起各种次生灾害。因此该区的退耕还林工程主要监测防风固沙和水源涵养。

（2）东北黑土区。包括黑龙江、吉林和辽宁。该区是中国重要的农业产区，开垦多年，土地退化严重，区内森林资源种类繁多，生物多样性非常丰富，该区的退耕还林工程主要监测保育土壤和生物多样性保护。

（3）青藏高原区。包括青海和西藏地区。该区海拔极高，空气稀薄、降水稀少、气温低且变化较大、冰川冻土发育，植被垂直分布明显，是众多江河的发源地，物种资源丰富，保存了很多第三纪以前的孑遗种类，因此该区的退耕还林工程主要以生物多样性保护监测为主。

（4）西北黄土区。包括陕西、甘肃、宁夏、新疆和山西等地区。该区植被稀少，夏季暴雨集中，土质疏松，地面坡度大，恶劣的自然条件及不合理的人为开采造成土地荒漠化和水土流失非常严重，是黄河泥沙的重要来源。该区的退耕还林工程主要以保育土壤监测为主。

（5）西南高山峡谷区。包括云南、贵州、四川和重庆地区。该区有广泛的喀斯特地貌，地势起伏大，雨量丰富，水土流失严重，石漠化现象普遍，占到全国石漠化总面积50%以上；动植物资源种类繁多，生物多样性显著。该区的退耕还林工程主要监测保育土壤和生物多样性保护。

（6）中南部山地丘陵区。包括河南、湖北、湖南、江西、安徽、广西和海南等地区。区内森林覆盖率较高，森林生长速度快，是中国森林生态系统碳汇功能区；该区覆盖长江流域中下游地区，珠三角等地，以丘陵山地为主。该区的退耕还林工程主要监测固碳释氧和涵养水源。

3 结论

（1）基于GIS空间分析构建了中国退耕还林生态效益监测网络，该网络包含130个退耕还林生态效益监测区，共布设157个监测站，其中计划建设78个，已经建设79个，包括69个CFERN站、8个CERN站和2个ChinaFLUX站。

（2）利用全国退耕还林县级单位数据对中国退耕还林生态效益监测网络进行精度评价，总精度达到96.2%，满足中国退耕还林工程监测要求。同时指出了该网络生态效益的监测内容和不同退耕还林区的主要监测侧重点。

（3）基于GIS的网络构建方法具有一定的推广价值和借鉴意义，该网络可以对中国退耕还林工程的生态效益进行定量化评估，用于辅助政府进行科学决策。

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