干旱和半干旱地区覆盖了全球约30%面积，是地球上约20%人口的居住地；然而，干旱、半干旱区生态环境脆弱，特别是在强烈的人为活动和气候变化作用下尤为严峻。为了改善干旱、半干旱区生态环境，世界各国相继启动了以大型林业生态工程（防护林工程）为主体的生态建设工程。与世界同步，我国针对干旱、半干旱区的东北西部、华北北部和西北（三北地区）的风沙危害、水土流失、农牧业生产低而不稳等生态环境与民生问题，党中央、国务院从中华民族生存与发展的战略高度出发，于改革开放之初启动实施了全球最大的林业生态工程——三北防护林体系建设工程（简称：三北工程）。
三北工程规划历时73 年（1978-2050 年），分三阶段、八期。目前已完成了一至五期建设任务，正在实施六期工程（2021-2030年）。三北工程建设成效综合评估，是检验工程建设是否达到了预期效果、是否存在问题、问题出现在哪里（规划、设计、构建、管理……）、有无对策等不可或缺的工作。中国科学院沈阳应用生态研究所森林生态与林业生态工程团队于三北工程建设30年、40年等重要时间节点均进行了系统评估，评估结果全面支撑了四期、五期三北工程建设。随着科学技术，特别是数字化、网络化与智能化技术的发展，重大林业生态工程评估已常态化。
三北工程现阶段是巩固拓展成果的关键期，是推动三北工程高质量发展的攻坚期。在此背景下，科学、准确、系统性评估三北工程建设45年来的生态成效，甄别存在问题，提出对策建议，对于三北工程攻坚战具有重要意义。
近日，中国科学院沈阳应用生态研究所朱教君院士领导的森林生态屏障研究团队在Science China Life Sciences在线发表了题为Assessing the ecological effects of the World’s Largest Forestry Eco-engineering: Three-North Protective Forest Program within the initially scheduled range from 1978 to 2022的研究论文，系统评估了三北工程建设45年来森林的数量与质量、以及工程对农作物增产、水土流失减少、沙漠化防治、固碳增汇和水资源平衡等作用；同时，明确了三北工程存在的问题及成因，并提出了对策建议，为三北工程攻坚战提供重要参考。
三北工程基本概况、防护林数量与质量、粮食增产效应、水土流失与沙漠化程度变化、水储量变化
研究结果显示，三北工程的建设对三北地区的森林数量及质量均有着显著提升，防护林总面积从1978年的2055.07万公顷增加到2022年的3942.53万公顷，增幅高达91.8%。三北地区森林覆被率也从5.05%提升至到9.69%（森林定义：乔木林郁闭度≥0.3、灌木林覆盖度≥40%）：灌木林的面积增长最多，增加了1307.59万公顷；乔木林次之，面积增加了542.23万公顷；农田防护林仅增加了37.63万公顷。考虑到三北地区80%的区域年降水量低于400 mm，因此，灌木林在三北地区更为适宜。
评估结果显示，当农田防护林的防护效应程度在50%-80%时，对高、中、低生产潜力区的粮食增产率分别为4.7%、4.3%和9.5%；三北地区水土流失面积45年减少了447,363平方公里，其中，工程的贡献率高达61%；经过45年的持续建设，工程固碳增汇量为1.96 Pg C，相当于同期中国工业CO2总排放量的5%。三北工程存在的主要问题有：三北地区仅有10.2%的农作物受到了全面有效的防护，工程在防治沙漠化实际贡献远低于预期。此外，三北地区的水资源整体呈现下降趋势（特别是地下水资源），然而三北工程对水资源消耗的贡献率仅为7.8%。
基于评估结果，本文首先肯定了防护林工程在治理与恢复干旱、半干旱退化土地方面的可行性；同时也着重强调，在工程实施过程中，必须全面考虑水资源（全量水资源）的生态承载能力，在确保宜林则林、宜灌则灌、宜草则草、宜荒则荒的前提下，进行科学绿化、以及造林后的管理工作。此外，防护林工程建设必须强调复合生态系统之间、系统各组成部分之间的平衡，即“山水林田湖草山”系统治理理念。
该研究结果为当前打赢三北工程的三大标志性战役，即黄河“几字弯”攻坚战、科尔沁-浑善达克两大沙地歼灭战、河西走廊—塔克拉玛干沙漠边缘阻击战提供科技参考，特别是针对当前工程存在的问题，研究提出了营建策略，具有较高的实用价值。
中国科学院沈阳应用生态研究所郑晓研究员为该论文第一作者，中国科学院沈阳应用生态研究所朱教君院士、内蒙古农牧业科学院路战远研究员为通讯作者，美国克莱姆森大学和沈阳农业大学的科研人员也参与了研究。该研究得到国家自然科学基金重大项目、中国科学院前沿科学重点研究项目、中国科学院知识创新工程重大项目等资助。
http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11427-024-2705-4