Soil Erosion Control Degree of the Project of Converting Farmland to Forest in Mountainous Areas at China's Southwest Border:A Case Study in Mangshi,Yunnan Province

There have been few in-depth quantitative studies on soil erosion control and the ecological effects of land use changes. Soil erosion is the first eco-environmental problem particularly in mountainous areas. A major problem in the conversion of farmland to forest is to control soil erosion and improve ecological environment and thus to improve land use sustainability. We report results of calculation and analysis on soil erosion from converted farmland parcels in city of Mangshi （near the SW frontier of China） and the surrounding areas before and after the nine-year （2000-2009） project of converting farmland to forest. There was increased water conservation effect, as a result of decreased soil erosion. The average erosion modulus of the farmland returning to eco-friendly uses decreased by 5,535.59 t/km2·a and the control degree of soil erosion modulus reached 71.00%. The increased soil erosion after the returning in the typical sample area ＂did not drop, but increased＂ as the terraced fields decreased but sloping farmland inereased and yet woodland decreased.

Follow-up industry development of area converting degraded farmland into forest: A case study of Guizhou Province

The farmland to forest project has a signifi cant promoting role on ecological civilization; the follow-up industry development is the key to consolidating achievements of the farmland to forest project. Using the survey data of farmland farmers, this article analyzes the status and development of the followup industry in Guizhou province. The results show that the follow-up industry development quality is low, the follow-up industry development willingness is weak, the follow-up industry development ability is poor, and the follow-up industry sustained development is insuffi cient. Further analysis indicates that the follow-up industry development lack of funds, technical and system of policy support. Policy implications are discussed focusing on improving policy system, the follow-up industry development strategy, the follow-up industry development planning, and development with the combination of development strategy of Guizhou province.

The Regional Climate Effects of Replacing Farmland and Re-greening the Desertification Lands with Forest or Grass in West China

The West Development Policy being implemented in China causes significant land use and land cover (LULC) changes in West China, of which the two most important types of LULC change are replacing farmland and re-greening the desertification land with forest or grass. This paper modifies the prevailing regional climate model (RCM) by updating its lower boundary conditions with the up-to-date satellite database of the Global Land Cover Characteristics Database (GLCCD) created by the United States Geological Survey and the University of Nebraska-Lincoln. The modified RCM is used to simulate the possible regional climate changes due to the LULC variations. The preliminary results can be summarized as that the two main types of LULC variation, replacing farmland and greening the desertification lands with forest or grass in west China, will affect the regional climate mostly in northwest and north China, where the surface temperature will decrease and the precipitation will increase. The regional climate adjustments in South, Southwest China and on the Tibet Plateau are uncertain.

中国农田磷流失风险评价及其关键驱动因素

农田面源磷流失是农业面源污染的重要原因之一,识别流域内农田磷流失风险的关键源区及其影响因子是面源污染控制的重要手段。基于磷指数模型开展2000—2020年中国农田磷流失风险评估,选取土壤有效磷含量、磷肥施用量为源因子,土壤侵蚀模数、年径流深、农田和水体间归一化距离指数为迁移因子,结合GIS技术评估了中国农田磷流失的关键源区;在此基础上,利用随机森林法分析影响中国农田磷流失的关键因子,并通过结构方程模型揭示了农田磷流失风险指数与各因子的关系。结果表明:1)2000—2020年中国农田的磷流失的低、中、高、极高风险面积分别占农田总面积的43.8%、40.5%、13.4%、2.4%。2)中国农田磷流失在2000、2005、2010、2015、2020年高风险和极高风险总面积的年平均占比从大到小依次为:淮河流域、长江流域、珠江流域、东南诸河流域、松辽河流域、西南诸河流域、黄河流域、内陆河流域、海河流域。3)影响农田磷流失风险的关键源因子和迁移因子分别为土壤有效磷含量和归一化距离指数,其重要性特征值分别为129.53和65.12,土壤有效磷含量是农田磷流失最主要影响因子。4)磷流失风险指数与源因子指数、迁移因子指数呈极显著正相关,选取的14个指标对磷指数的解释度达0.62,其中源因子和迁移因子对磷指数的贡献率分别为0.77、0.19(P <0.001)。研究结果可为中国农田磷流失风险评估提供科学参考,对中国农业面源污染的宏观防控及战略决策具有重要意义。

浙江省钱塘江源区域山水林田湖草生命共同体健康评价

[目的]分析浙江省钱塘江源区域山水林田湖草生命共同体健康状况,为国土空间规划和生态管理提供科学参考。[方法]基于生命共同体理论与活力—组织力—恢复力(vitality-organization-resilience,VOR)生态模型理论,构建生命共同体健康评价指标体系。利用3S技术和社会经济统计资料,以县域为评价单元,对钱江源区域山水林田湖草生命共同体的健康状况进行评价和分级。[结果]①2020年,钱江源区域的淳安县处于生命共同体健康状态,建德市、开化县、常山县生命共同体均为亚健康状态。②2015—2020年4个县(市)生命共同体健康指数总体呈上升趋势,健康指数上升趋势大小依次为:建德市>常山县>淳安县>开化县。③2020年,4县(市)中山水林田湖草子系统健康状态最好的为常山县,最差的为淳安县;生态系统健康状态最好的为淳安县,最差的为常山县。④钱江源区域林、田子系统结构及其生态服务功能有待提升优化。⑤生态修复试点工程对于提升钱江源区域生命共同体健康状态在一定程度上起到了积极的推动作用。[结论]钱江源区域山水林田湖草生态修复工程取得了阶段性成果。4县(市)接下来应针对山、水、林、田、湖等子系统的不同问题开展相关修复工作,同时进行统筹规划与生态整治,实现山水林田湖草生命共同体系统的统筹共治、健康管理与持续经营。

基于云计算平台的撂荒耕地提取方法

快速准确查明我国耕地撂荒情况对于粮食增产尤为重要,利用遥感进行撂荒地监测是一种重要手段。由于西南山区耕地破碎,撂荒地植被生长迅速与正常耕地难以区分,利用遥感提取撂荒耕地的传统方法耗时且存在算力限制,本文基于谷歌地球引擎(GEE)云平台,利用哨兵2号(Sentinel-2A)遥感影像,运用随机森林(RF)与支持向量机(SVM)两种机器学习方法进行四川省宜宾市耕地提取,并结合归一化植被指数(NDVI)阈值分割模型分割撂荒地,绘制出2018—2021宜宾市撂荒地分布图,撂荒地面积分别占耕地面积的6.37%、5.15%、4.31%、3.02%,校验总体精度达到83.87%。基于云计算平台机器学习方法并联合NDVI阈值分割模型,能利用更少实地调查样本实现大范围内撂荒地的提取。

西北干旱荒漠地区退耕还林还草工程综合效益评价

为对西北干旱荒漠地区新一轮退耕还林还草工程的实施提供科学指导,以吐鲁番市为研究区域,建立包含表征该区域特点的15个指标的综合效益评价指标体系,基于云模型与变异系数法组合确定指标权重,运用比重法无量纲化指标数据,采用加成综合法进行退耕工程综合效益评价分析,并通过灰色系统预测模型GM(1,1)对2021—2025年生态效益、经济效益、社会效益和政策响应指数进行了预测。结果表明:(1)在2004—2019年,综合效益指数逐年提高,新一轮退耕提升幅度是前一轮的两倍。(2)森林覆盖率提高、水土流失治理面积扩大、农民人均纯收入增加和人均林业产值增加,是生态效益和经济效益提高的主要因素。(3)退耕工程的实施促使产业结构和就业结构呈良性发展趋势。退耕所涉农户再退耕意愿的提升巩固了退耕成果,使其具有长效性。(4) 2021—2025年的生态效益、经济效益、社会效益和政策响应指数预测值均呈上升趋势,且经济效益指数>政策响应指数>生态效益指数>社会效益指数。依据预测结果,西北干旱荒漠地区在新一轮退耕工程的实施中应以生态建设为重点,加强生态补偿和乡村振兴战略的有效衔接,促进农业转移人口市民化,实现生态、经济、社会和政策响应间的协调发展。

基于退耕还林工程的生态环境质量动态变化研究——以云南兰坪县为例

2014年云南省怒江傈僳族自治州(简称怒江州)正式启动新一轮退耕还林还草工程,为探讨该轮退耕还林工程对怒江州兰坪白族普米族自治县(简称兰坪县)生态环境质量的影响,选择退耕还林工程实施前(2013年)、实施中(2017年)和实施末期(2020年)3个时间,基于遥感生态指数模型,选取绿度、干度、湿度和热度4个指标,运用主成分分析法对兰坪县2013—2020年的生态环境质量动态变化进行研究。结果表明:1)2013—2020年兰坪县生态环境质量处于上升趋势,中排乡、石登乡和河西乡的生态环境质量改善较为明显;2)2013—2020年,75%以上区域的生态环境质量等级保持不变,其他区域的生态环境质量等级呈小幅度变化,生态环境质量变好的区域面积要大于生态环境质量变差的区域面积;3)退耕还林斑块的生态环境质量提升程度要高于退耕还林2 km缓冲区以及整个研究区的生态环境质量提高程度,退耕还林工程对生态环境质量的改善具有显著影响,可通过进一步推进退耕还林工程来改善兰坪县的生态环境质量;4)研究区潜在的退耕区主要分布在中排乡、石登乡、营盘镇和兔峨乡4个乡镇,其可作为进一步退耕还林的重点区域。

新一轮退耕还林还草工程对土地利用效率的影响——基于黄河流域的实证研究

[目的]分析新一轮退耕还林还草工程实施对黄河流域土地利用效率的影响机制与政策效果,为深刻理解土地利用效率与持续推进退耕还林还草工程提供理论参考。[方法]以黄河流域新一轮退耕还林还草工程政策实施作为自然实验,采用包含非期望产出指标的Super-Window-DEA模型测度土地利用效率,采用双重差分模型与中介效应模型分析政策效果与传导途径。[结果](1)2009—2020年黄河流域69个城市的土地利用效率略有下降,上游(0.546 5)和下游(0.419 9)的土地利用效率高于中游(0.279 5);(2)新一轮退耕还林还草工程显著抑制了土地利用效率的提高,且政策的负向影响存在异质性,同时,经济发展和人口密度也分别促进和抑制土地利用效率;(3)耕地所占比例与财政支出是新一轮退耕还林还草工程影响土地利用效率的中介变量,且耕地比例是部分中介。[结论]建议在肥力较差、劳动力投入匮乏的土地上推进退耕还林还草工程,鼓励黄河流域各城市开展未利用土地的开荒复绿工作,后续退耕还林还草工程实施过程中根据流域之间土地利用的不同功能开展黄河流域上中下游之间、流域内城市之间的生态补偿,并充分借助信贷资金,引入生态产业化发展,推动绿色产业升级,探索退耕还林还草工程生态补偿的新模式。

基于机器学习的模块化多电平换流器的模型预测控制研究

模型预测控制器(model predictive controller,MPC)因可实现多目标优化控制被广泛应用在模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)领域,但随着子模块数量增加,MPC的在线计算量成几何级数增长。因此,提出了基于机器学习的MMC的模型预测控制方法,首先利用MPC-MMC仿真平台收集数据并对数据进行预处理,再进行神经网络训练得到神经网络-MPC(neural network-MPC,NN-MPC)。为了提高神经网络训练效率,采用随机森林来优化神经网络的初始权值和阈值,得到随机森林-神经网络-MPC(random forest-neural network-MPC,RF-NN-MPC),将其用来模拟MPC。仿真结果表明,RF-NN-MPC在学习效率和学习精度方面都优于NN-MPC,在保持了良好的控制效果的同时,使MPC-MMC不受子模块数量约束,在线计算量始终为1次。

“山水林田湖草沙生命共同体”耦合框架、模型与展望

“山水林田湖草沙生命共同体”系统保护与修复是我国生态文明建设的重要内容。明确生命共同体的耦合机制,是科学地进行生态保护和修复工作的关键。针对当前生命共同体耦合机制不清、理论和方法不健全的问题,从耦合的视角出发,在小流域尺度上单一生态系统内部生态要素的耦合、流域尺度上不同生态系统之间的耦合、区域尺度上人与自然的耦合三个方面进行整合,在此基础上探讨了多尺度山水林田湖草沙耦合理论,提出了一般性的山水林田湖草沙耦合理论框架。梳理并比较了当前主要的生态系统模型、景观模型、统计学模型以及复合生态系统的多模型耦合方法,综合提出了一个适用于“山水林田湖草沙生命共同体”耦合研究方法。对进一步完善山水林田湖草沙一体化保护修复提出了建议,包括:一是构建多源信息数据库,推进定量化耦合机制研究;二是开展全生命周期监测与评估,探索适应性治理路径;三是强化多元主体参与,完善协同保护机制。

以疏勒河流域为例的“山水林田湖草”生态修复多尺度耦合框架及方法

为解决过去保护修复工程只考虑单要素、单一类型生态系统的问题,我国于2016年开展了“山水林田湖草”生态修复工程,旨在通过整体、系统、综合的方法对各类生态系统进行统筹治理。然而,目前的工程治理中仍然存在对系统内部及系统间耦合概念理解不充分、系统耦合机制不明晰、对“尺度”的关注不足、缺少科学的分析方法等问题,制约了保护修复的成效。对此,首先将多个尺度下的耦合研究方法进行归纳总结,并以国家重点冰川水源涵养区及生物多样性保护优先区——疏勒河流域为例,将耦合方法用于分析要素间、自然生态系统间的耦合关系,最后基于该实例研究,提出多尺度耦合分析框架与“升尺度”保护修复模式,以期帮助相关决策者明晰“山水工程”中要素、系统间的耦合关系,增强治理的科学性与有效性,进而推进我国社会与环境的可持续发展。

河北省退耕还林工程建设现状与后续发展思路

该文通过河北省退耕还林工程的多年的建设和发展,通过数据对其产生的经济、生态、人文效益进行了总结,并对后续的建设思路及工作重点提出了建议,为下一步退耕还林工程的可持续发展提供参考。

退耕还林还草背景下脱贫地区农户收入影响因素分析

退耕还林还草工程实施以来,在改善地区生态环境和发展农村经济等多方面起到了较为明显的作用。文中旨在揭示退耕还林还草背景下,脱贫地区农户收入的各影响因素对其家庭总收入和林业收入在不同水平分位数上的影响程度,以期为退耕还林还草工程的进一步实施和脱贫地区巩固拓展脱贫攻坚成果与乡村振兴的有效衔接提出可行的政策建议。在对国家林业和草原局4个定点帮扶县实地调研的基础上,分析了当地农户的收入结构,提出林业收入的重要性,采取分位数回归的方法探究退耕还林还草背景下脱贫地区农户家庭总收入和林业收入的影响因素。分析结果表明,退耕还林还草会在一定程度上抑制低收入脱贫农户的增收,但促进了中高收入脱贫农户的收入增加。在此基础上,提出了以下3条调整优化建议:1)准确识别脱贫农户家庭收入,对于低收入农户审慎推进退耕还林还草工程进度,对于中高收入的农户在林业产业政策引导下优先退耕;2)引入林业优势特色产业、引导农户林业适度规模经营;3)提升农户的生态认知能力,推动扶贫、扶志与扶智的结合,实现农民收入的可持续增长。

基于PMC指数模型的我国退耕还林还草专项政策量化评价

文中在梳理我国现行的退耕还林还草政策文件的基础上,借助Python软件并通过构建PMC指数模型对我国6份退耕还林还草专项政策文件进行量化评价。结果发现:1)2000-2008年我国退耕还林还草政策文件年均发布数量快速增加,这一时期发布的现行有效的政策文件占总有效文件的66.67%;2009-2020年政策文件年均发布量的变化相对较小,退耕还林还草政策体系逐渐健全成熟。2)依据PMC指数结果,将所选择的6份政策文件划分为完美、优秀、良好和可接受4个等级。其中,完美等级政策1份,优秀和良好等级分别为2份和3份。政策总体水平处在优秀等级,政策设计较为合理。3)对单项政策而言,有效的工作着力点能显著提高政策得分等级。此外,对政策的适时修订,多样化的政策措施和明确的政策目标可提高政策评分等级。4)现行政策内容突出了退耕还林还草的生态效益,而对工程的经济效益、科技创新主体的作用和价值的重视程度相对欠缺。据此,提出以下3条建议:1)退耕还林还草政策的制定应明确工作抓手,综合考虑退耕还林还草的生态、经济和社会效益;2)对政策内容进行适时调整;3)综合运用人事任免、财税支持、行政监管和信息引导等多种政策措施,并注意退耕还林还草的实际效果,量化政策目标。

泾河流域近五年来植被变化分析

本文使用2004年10月和2001年10月的MODIS(MODerateresolutionlmagingSpectroradiometer)数据研究了泾河流域实行退耕还林还草以来的植被变化,结果表明近5年来植被指数大幅度增加,而且出现了2001年所没有的NDVI高值区(0·6<NDVI<0·8)。因此可以认为在退耕还林还草政策以及自然条件综合影响下植被得到较好的恢复。分析结果表明本区的纬向分异以及垂直分异明显。纬向分异表现为自南向北随着纬度升高NDVI逐渐变小;山区因海拔高而降水较多,植被长势良好;经向分异在北纬36度以北的草地地区较为明显,表现为NDVI自西向东逐渐升高,而在36度以南农地地区NDVI变化趋势不明显。

华北刺槐林与自然恢复植被土壤微生物量碳、氮含量四季动态

【目的】土壤微生物量碳、氮是植被所需碳、氮的重要＂源＂或＂库＂,是公认的综合评价土壤质量或肥力的重要指标,也是土壤生态系统变化的预警及敏感指标,研究其动态变化,可为退耕还林及后期管理决策提供科学依据,并为深入研究林地碳氮循环及温室气体排放提供参考。【方法】以农田（FL）为对照,研究华北土石山区10年生刺槐林、43年生刺槐林、自然恢复植被（NRV）土壤微生物量碳、氮的四季动态变化,并对各样地微生物量碳、氮对土壤营养库的贡献率进行对比研究。【结果】各样地微生物量碳、氮随土层加深而逐渐下降,其季节动态变化差异显著;农田、自然恢复植被、10和43年生刺槐林地0-20 cm土层微生物量碳、氮含量四季均值分别为251.94,290.68,150.66,197.34 mg·kg^-1和30.95,46.46,36.55,45.27 mg·kg^-1。其中：自然恢复植被的微生物量碳、氮含量四季均值最高,其微生物量碳含量分别是农田、10和43年生刺槐林的1.15,1.93和1.47倍,微生物量氮含量分别是它们的1.50,1.27和1.03倍;土壤微生物量碳、氮含量随刺槐树龄增大而升高,43年生刺槐林0-20 cm土层的微生物量碳、氮含量是10年生刺槐林的1.31和1.24倍。各植被样地不同层次土壤微生物量碳氮比季节差异明显,农田、自然恢复植被、10年和43年生刺槐林0-20 cm土层碳氮比四季均值分别为8.64,6.26,4.12和4.36;10,43年生刺槐林碳氮比分别是农田的0.48和0.50倍,是自然恢复植被的0.66和0.70倍。在0-20 cm土层中,农田、自然恢复植被、10和43年生刺槐林地微生物量碳对土壤有机碳平均贡献率分别为1.88%,2.00%,1.54%和1.24%,土壤微生物量氮对土壤全氮的平均贡献率分别为1.21%,5.44%,3.55%和2.26%。【结论】各样地土壤微生物量碳、氮之间显著相关,它们与土壤全氮、有机质和速效钾含量均显著相关;除此之外,土壤微生物量碳还与土壤硝态氮含量显著相关。随着树龄的增加刺槐林土壤微生物量尤其是微生物量氮含量显著提高,因而土壤的生物肥力也显著提高;由土壤微生物量碳、氮含量及其对土壤营养库的贡献率可知,自然恢复植被更利于土壤微生物结构、功能的恢复和生物活性的改善。

退耕还林地在植被恢复初期碳储量及分配格局研究

利用标准样方法研究了川西最主要的两种退耕还林植被(苦竹林和桦木林)在恢复初期生态系统碳储量、碳素密度以及空间分配特征.结果表明:(1)苦竹不同器官碳素密度为0.348 5～0.518 6 gC/g,桦木不同器官碳素密度为0.451 9～0.513 7 gC/g;(2)苦竹林林下枯落物的碳素密度为0.341 7 gC/g,桦木林林下枯落物的碳素密度为0.395 3 gC/g;(3)不同植物器官的碳储量分配与各器官的生物量显著相关.苦竹林分中竹秆生物量占48.87%,其碳储量占53.06%;桦木林树干生物量占57.25%,其碳储量占57.27%;(4)两种森林生态系统碳储量的空间分布格局表现为以土壤碳储量最大,占64.19%～82.59%,其次是乔木层,占21.93%～33.90%,最小是桔落物层,占0.27%～1.91%;(5)在退耕还林初期,植被恢复后土壤各层碳素密度小于对照的各层土壤碳素密度,土壤有机碳储量减少;(6)退耕地转变为森林后,成为大气CO2的一个重要碳汇.

黄土高原退耕还林(草)效益评价研究进展

在对黄土高原退耕还林(草)生态效益、社会效益、经济效益及其综合效益研究现状进行分析的基础上,指出了目前黄土高原退耕还林(草)效益评价研究中存在的问题,展望了退耕还林(草)效益研究的趋势。

退耕还林地三倍体毛白杨与黑麦草复合模式细根和草根的分解动态

在天全县的退耕还林地中,对三倍体毛白杨+黑麦草模式细根和草根的分解及其N、P、K、Ca、Mg养分释放动态进行研究。细根Φ0～1mm、Φ1～2mm、Φ0～2mm及草根的第1年干质量损失率分别为73.97%、69.80%、73.44%和79.53%,应用对数方程模拟细根和草根的分解过程,拟合程度较好(R2>0.9,P<0.01),分解50%所需的时间分别为210、252、243和185d。细根分解过程中,P、K、Mg的含量下降,N、Ca的含量增加。草根分解过程中,养分元素的含量都呈现出不规则的波动变化,整体上没有明显的规律性。在细根分解过程中,P、K、Mg的养分释放率与其干质量损失率的变化趋势相似,分解前期增加较快,随后上升趋于平缓,而N、Ca的养分释放率增加整体比较平缓,元素分解速率均以P最快,其次是K、Mg,而N、Ca最慢;而草根分解过程中N、P、K、Ca、Mg的养分释放率初期增加都比较快,随后趋于平缓,并且元素分解速率呈现不规则变化,其中Ca分解率最慢,其他元素的分解率相近。由于细根和草根在垂直分布上的差异,整个生态系统中,土壤上下层地下凋落物的主要种类也有所不同,因而有利于三倍体毛白杨+黑麦草生态系统的可持续发展。