清研智谈 | 依托信息化手段开展林木生态系统生物多样性调查与保护

我国地域辽阔，气候多样，生态系统类型丰富多样，几乎拥有地球上所有陆生生态系统的各种类型，但生态环境脆弱，生态退化严重，生物多样性受到严重威胁。生态环境问题已经成为我国经济发展过程中面临的严峻挑战，国家启动了一系列针对我国生态环境安全问题的重大研究项目。

林木资源信息调查

生物多样性与生态系统服务是人类社会赖以生存和发展的基础,具有不可替代的重要作用。理解生物多样性特别是植物多样性与生态系统服务之间的关系,对于确定植物多样性和生态系统服务的热点区域和空间保护规划具有十分重要的意义。

植物资源是一种具有经济价值、生态价值和社会价值的可再生性资源，有效地开发利用和加强保护，实现资源的可持续利用对社会经济发展和生态环境改善具有重要意义。但是，长期以来，在一些领域过度利用植物资源，部分野生植物种群面临生存危机，局部灭绝情况继续加剧，特别是在市场高额利润的诱惑下，一些不法分子大肆滥采乱伐和非法经营、走私利用植物资源，导致植物生态系统无法恢复其功能和价值。

如巧家五针松，特产于我国云南东北部（巧家县），是国家一级保护濒危植物，其野生种群总数仅剩下31株，被誉为“植物界的大熊猫”。巧家五针松遗传多样性极低，自交衰退现象严重，阔叶树种对其生存也造成压迫，这种情况下，如果再有人类破坏行为的干扰，此种植物资源将彻底灭绝。如红豆杉科植物，也是国家一级保护植物，因其能提取紫杉醇这种高效抗癌药物备受青睐，高纯度的紫杉醇国际售价每公斤可达18万美元左右。近年来，执法部门查获的红豆杉水杯、木碗、筷子等制品数不胜数，江西查没的一个案件，就有上百年红豆杉树根150多个。红豆杉的天然更新能力差，种群数量有限，生长速度缓慢，胸径50厘米左右的红豆杉树需要500年以上，这样的野生资源一旦破坏很难恢复。

图1 巧家五针松

图2 红豆杉

植物不像动物一样有空间移动等活动行为，仅仅局限在其生存空间与周边生物和环境构成生态系统，对其他生态系统没有直接影响或者说影响程度不明显，所以长期以来得不到人们的关注。但是林木资源又极为重要，世界上有一半的药用植物直接来源于野生植物，有重要的经济价值，一旦灭绝，损失巨大。在这种形势下，各级行政主管部门加大了对非法采伐、走私和经营我国重要保护林木资源破坏的打击力度。

林木在森林生态系统中的作用

森林资源是陆地生态系统的主体，是自然功能最完善、最强大的资源库、基因库和蓄水库，具有调节气候、涵养水源、保持水土、防风固沙、改良土壤、减少污染、美化环境、保持生物多样性等多种功能，对改善生态环境、维护生态平衡，起着决定性的作用。森林资源的生态价值是由林地以及林木资源共同贡献的，林地界定在土地资源评估范围中，为了强调林木资源在生态价值方面的体现，将林木资源资产的主要生态服务功能界定为涵养水源、固碳释氧、净化空气和保育土壤。

森林资源的生态效益是森林的三大效益之一，主要体现在五大作用：

林木能保持水土

茂密的林冠对降水有截留作用，一般情况下有20%~30%的降水量被林冠所截留。这种截留可降低降水程度，从而减少雨水对土壤的侵蚀，延缓地表径流过程，减少水土流失。林木在其周围构成的生态系统，也提高了其生长环境的水土保持作用。过度砍伐林木资源，会导致山洪、泥石流。森林被砍伐后，裸露的土地经不起风吹雨打日晒。晴天，由于太阳曝晒，地温升高，有机物分解为可溶性矿质元素的进程加快；雨天，雨水直接冲测，把肥沃的表土连同矿质元素带进江河。据估计，我国每年约有50多亿吨土壤被冲进江河。

流沙淤积，堵塞水库河道。黄河水中的含沙量居全球之冠，洪水到来时，水、沙各占一半。由于流沙淤积，黄河下游有些地方的河床比堤外土地高出12米，甚至比开封市的城墙还高，严重威胁人民的生命和财产安全。

图3 林木破坏导致泥沙堆积

林木能涵养水源

树木在生长过程中，需要从根部吸收大量水分，保证向枝干、叶面输送水分，一般情况下，树木含水量在70%-80%左右。由于林木根系的作用，森林土壤形成涵水能力很强的孔隙，当森林土壤的根系空间达一米深时，每公顷森林可贮水500～2000m³，所以森林被喻称为“绿色水库”。树木生长机制可以促进水资源更新，树木可以分泌杀菌素，会将细菌杀死，而树上的细菌也会在紫外线和杀菌素的作用下难以逃脱死亡的命运，这样废水中的有毒成分就逐渐消失了，再流入地下和河流中时就不会造成污染了。所以，林木不仅是“水库”，还是水资源“净化器”。

林木能防风固沙

林木是风沙运动和水土冲蚀的重大障碍，林木可降低风速、稳定流沙、增加和保持田间湿度，减轻干热风危害，在风沙为害地区保护农业的作用十分显著，因此，林木对于荒漠化和半荒漠化地区的荒漠化治理具有重要作用。

图4 林木荒漠化治理

林木能调节气候

由于森林树冠层密集，使林内获得的太阳能辐射减少，空气湿度大，林外热空气不易传导到林内，到夜间林冠又起到保温作用，因此森林内昼夜之间及冬夏之间温差减小，林内地表蒸发比无林地显著减小，林地土壤中含蓄水分多，可保持较多的林木蒸腾和地面蒸发的水气，因而林内相对湿度比林外高。由于树木的蒸腾作用，对自然界水分循环和改善气候都有重要作用，森林每天从地下吸收大量水，再通过树木树叶的蒸发，回到大气中，因而森林上空水蒸气含量要比无林地区上空多，同时水变成水蒸气含量要吸收一定的热量，所以在大面积的森林上空，空气湿润，容易成云致雨，增加地域性降水量。

森林能消除空气污染

森林在净化大气、净化城市污水、消除噪声等环保方面作用显著，森林能吸收CO2，制造O2，大气中CO2通常含量为0.03%，若持续增加，即可影响气候变化，对人类健康和生产生活造成重大影响。据测定，1hm2阔叶林在一昼夜内吸收约10tCO2，释放出730kg氧气，可供1000人呼吸，在城市里按每人每天呼吸消耗0.75kg的O2计算，则人均有10m2的森林绿地即可满足需要。森林具有吸收有害气体、杀灭菌类、净化空气的功能。据研究，森林中有许多树木和植物，能够分泌多种杀菌素，可杀死众多病菌，因而可使森林中空气含菌量降低。噪声是现代城市的一大公害，当噪声达80dB时，会使人容易疲倦，当达到120dB时，即会使人耳朵发痛，听力减弱。由于树木有茂密的树叶，噪声通过森林后，可降低声音强度，一般有40m宽的林带即可减低10-15dB。森林对大气中的灰尘有阻挡、过滤和吸收的作用，可减少空气中的粉尘和尘埃。由于树木枝叶多，树冠茂密，能降低风速，而且树叶表面上的绒毛能分泌粘性油脂及汁液，吸附大量飘尘。

建立林木生态系统数据库

数据库技术是通过研究数据库的结构、存储、设计、管理以及应用的基本理论和实现方法，并利用这些理论来实现对数据库中的数据进行处理、分析和理解的技术。

为了支撑国家重大研究项目的数据需求，国内不少科研院所或企业单位建立了中国生态系统评估与生态安全格局数据库。如中国生态系统评估与生态安全格局数据库，整合了我国生态系统评估、格局等研究方面的数据资源和研究成果，实现生态学研究的科研数据逐步共享、研究成果向应用转化，服务于广大科研人员，为国家生态格局分析、生态系统评估、生态保护规划，生物多样性保护和生态补偿等重大决策提供了信息支持。

图5 2010年全国生态系统一级分类图

图6 2010年全国森林生态系统质量空间格局

图7 森林生态系统

林木生态数据库以林木资源为基本内容，对其独有的生态价值进行评估。可涵盖林木多样性分类、林木生态功能、林木气候响应、林木生态价值实现和林木生态政策等主要板块，将林木资源与生态评估关系数字化。林木生态系统的建立，通过大数据分析，对林木资源进行监测，有利于国家资源保护，促进林木生态价值评估系统化、标准化。

以下是信息化林木生态系统生物多样性调查成果展示：