退耕还林工程作为我国一项重大林业生态工程,从1999年开始试点实施,至2014年新一轮退耕还林工程启动,历经了15年。工程的开展显著恢复和改善我国中西部,尤其是长江、黄河中上游地区生态环境,不仅增加林地面积,而且保护优良耕地、提高粮食产量、增加农民收入、促进经济转型、社会、经济、生态效益得到综合发展。长江、黄河中上游地区是我国重要的生态功能区,也是退耕还林工程实施和生态效益监测的重点地区。对该地区退耕还林工程生态效益的研究,将为新一轮退耕还林工程实施提供重要的科技支撑。本研究基于截至2013年底研究区退耕还林工程资源面积数据,退耕还林工程生态效益监测站、森林生态系统定位观测研究站及其它辅助观测站点长期定位观测数据和权威部门和机构公布社会公共数据,采用退耕还林工程生态连清技术体系和分布式测算模型,选取涵养水源、保育土壤等7项指标,对我国长江、黄河中上游省份以及流域所在地区退耕还林工程生态效益物质量和价值量进行评估与特征分析;同时对森林生态系统服务评估中物质量转价值量理论方法和森林生态系统功能向生态系统服务的转化率进行探讨;利用数据包络分析和通径分析等模型对研究区退耕还林工程生态效益影响因素进行相关性研究。得出主要结论如下:(1)长江、黄河中上游省份退耕还林工程生态效益物质量:涵养水源307.31亿m3/a、固土4.47亿t/a、保肥1524.32万t/a、固碳3448.54万t/a、释氧8175.71万t/a、林木积累营养物质79.42万t/a、提供空气负离子6.62×1025个/a、吸收污染物248.33万t/a、滞尘3.22亿t/a、防风固沙1.79亿t/a。价值量(按2014年现价):研究区退耕还林工程生态效益总价值10071.50亿元/a。其中涵养水源3680.28亿元/a、保育土壤941.76亿元/a、固碳释氧1560.21亿元/a、林木积累营养物质143.36亿元/a、净化大气环境1919.77亿元/a、生物多样性保护1444.87亿元/a、森林防护381.25亿元/a。(2)森林生态系统服务物质量向价值量转化时,应符合“等效替代法则”和“权重当量平衡”原则,不仅要考虑经济学和商品市场理论,还应考虑生态系统服务原理和过程,通过在众多合理价格参数中再平衡,使得不同地区不同类型森林的各项服务间比例与森林实际情况一致。(3)以森林生态系统滞纳空气颗粒物为例,探讨森林生态系统功能向服务的转化率。不同树种滞纳颗粒物的能力与其功能向服务转化率存在差异,转化率最高的树种是雪松和矮紫杉,分别为95%和85%,白皮松和侧柏最低,转化率为47%和48%。树种滞纳颗粒物的能力与其功能向服务的转化率无必然联系,其原因主要与叶片微观结构特征有关。(4)退耕还林工程营造林通过地上和地下两部分结构影响水土保持生态效益。保肥效益与工程所在地区土壤条件有关,并与植被地表覆盖度、植被类型、坡度和土壤类型等因子密切相关。固碳释氧能力受树种、林种、林龄等影响。林木积累营养物质生态效益与林分净初级生产力密切相关,而后者又与地区水热条件和树种组成有关。净化大气环境生态效益与植被叶面积、树冠构造、叶片表皮毛、化学成分和叶面蜡质结构等密切相关,具有粗糙表面结构的阔叶树种叶片,在捕获、截留颗粒物方面具有更好的效果。林木通过降低风速、削弱风力、固定沙地和防止风蚀作用在风沙区发挥着显著生态效益。(5)退耕还林工程投入与产出数据包络模型分析表明,研究区省份均为技术有效和规模有效,其政策导向、规模调整方向有一定科学性,盲目性成分较少。水土保持效益(包括涵养水源和保育土壤)在研究区发挥着森林生态系统服务主导作用,碳汇及营养积累、净化大气环境和生物多样性保护服务均与退耕区本底环境、水热条件、树种选择有关,具地域特征性。在退耕林种选择和林木抚育时,应针对性增加技术有效性和规模有效性,继而提升退耕还林工程生态效益价值。(6)利用通径分析模型对影响退耕还林工程各类因素的直接和间接效应研究表明,退耕还林工程生态效益与退耕地还林面积、工程投资金额极显著正相关,与工程资源面积、宜林荒山荒地造林和生态林资源面积显著正相关。退耕还林工程投资金额对研究区退耕还林工程生态效益直接影响效应最大,直接通径系数为2.9074。退耕还林工程资源面积和3种植被恢复类型资源面积均显著影响工程生态效益间接效应,间接通径系数为4.5470、5.0123、5.0592和4.1461。退耕还林工程投资金额,退耕地还林、退耕还林工程、生态林的资源面积及它们之间相互作用为主导因素,共同控制转化过程的强度和方向。