岷江上游流域亚高山森林是长江上游重要的水源涵养和水土保持林,对长江中、下游地区的生态平衡起着重大调节作用。该区域早期历经大规模森林采伐,天然林资源耗竭。由于高寒区的特殊生态环境叠加人为干扰和全球变化等,导致区域森林生态功能退化严重。作为天然林保护工程重点建设区域,林业部门自90年代以来实施了一系列森林恢复措施。准确评估变化环境下森林恢复措施对区域森林景观结构以及水源涵养、固碳等生态功能的恢复效果有助于自然资源管理部门及时掌握森林生态恢复情况,制定合理的森林生态恢复方案。生态水文模型可评价森林水源涵养功能的变化,但难以反映不同恢复阶段森林植被的演替过程及其相应的植被参数变化,尤其无法反映气候变化对森林恢复的影响。而森林景观模型能够很好地刻画森林植被生长及演替过程,但是不具备森林水文过程模拟功能。因此,现有的评价方法已无法满足变化气候下森林景观恢复及其固碳、水源涵养等生态功能的恢复效果评价的需求。针对西南高山亚高山森林生态恢复过程中的重大科技需求,本研究以岷江上游杂谷脑流域为研究对象,将森林景观模型LANDIS PRO与森林水源涵养功能定量方法结合,实现气候变化下流域森林景观恢复演替过程及其固碳、水源涵养等关键生态功能的恢复效果评价。首先基于未来气候变化情景,采用LANDIS PRO模型模拟预测森林恢复措施(自然恢复和人工恢复)对森林景观的长期影响(2010-2060年),比较两种恢复情景下的森林景观的恢复效果。其次,基于LANDIS PRO地上生物量的模拟,定量预测森林固碳功能的动态变化。最后基于森林景观恢复模拟预测结果,通过构建水源涵养功能参数库,采用综合蓄水能力法定量评价两种恢复情景下的杂谷脑流域森林水源涵养功能的变化,进一步比较分析不同恢复模式对森林关键生态功能的影响。主要结论如下:(1)模拟初始化的结果表明,模型的初始化物种信息与野外调查数据相吻合,换算因子连续函数法估算的森林地上生物量与模型预测的结果基本一致,所以野外调查数据初始化的森林景观能够很好的代表流域2010年森林的组成和结构,模型模拟结果具有较高的可靠性。(2)模拟结果表明,在采取人工恢复措施后,区域森林的组成在时空尺度上有显著变化。在时间尺度上,云杉的平均林分胸高断面积在2050-2060年显著增加;冷杉的平均胸高断面积在短、中期显著增加,华山松在短期和长期阶段显著增加(P<0.05);高山栎的平均林木胸高断面积有所减少,但无显著性差异(P>0.05);桦木和落叶松则分别在长期和短中期呈现显著减少的趋势。在空间尺度上,人工恢复情景与自然恢复情景相比,冷杉林在干旱河谷、北坡和高山区的森林占比均增加,而在南坡的占比减少;云杉林在干旱河谷区、南坡地区的森林占比增加,而在北坡和高山区的占比减少;桦木和落叶松在不同的立地类型上均呈现减少的趋势。总体上,人工恢复情景的分类管理有利于研究区森林向顶级群落演替。(3)对于关键生态功能的定量结果表明,森林景观恢复措施对杂谷脑流域森林关键生态功能的短期提升效果不明显,但长期效果显著。人工恢复情景下,由于抚育措施的实施,2010-2040年研究区森林水源涵养量和地上生物量均有一定损失,而低于同期自然恢复情景下森林生态功能。但2050后,人工恢复情景的森林水源涵养量则高于自然恢复情景约14.32%~54.07%;地上生物量(44.66 Mg/hm~2)超过自然恢复情景下的(35.14 Mg/hm~2)。(4)综合以上两个结论,本研究的人工恢复情景下的技术措施有利于杂谷脑流域森林向顶级群落的演替,能够有效提升研究区森林的关键生态功能,人工回复措施增强了研究区森林应对未来气候变暖的生态弹性。这对气候变化背景下的森林资源和水资源适应性管理具有重要意义。