東北地理所在漫川漫崗黑土區侵蝕溝未來發育風險模擬及影響因素空間定量評價方面取得進展
漫川漫崗黑土區是我國重要的糧食產區，但溝道侵蝕十分劇烈，侵蝕溝總數約占東北黑土區侵蝕溝總數的1/5，已嚴重危害農業生產和生態環境，且該區域耕地中有高達90%侵蝕溝處于活躍發展階段，未來繼續蠶食耕地的風險極高。因此，明確該區域侵蝕溝發育風險及其控制因素對于溝蝕防控至關重要。但現有研究通常采用溝蝕敏感性模型來評估溝道形成與否概率，未考慮侵蝕溝進一步發育風險。
近日，東北地理所黑土退化與修復學科組郭明明研究團隊提出了一種新的溝道侵蝕風險模型構建方法（GERM），該方法將溝蝕敏感性模擬與溝道密度模擬相結合，預測了漫川漫崗黑土區全區（17.76萬 km2）的溝蝕發育風險。研究采用分層隨機抽樣方法選取了424個4×4 km2區域，通過0.3~0.6 m分辨率Google Earth影像對樣方中的侵蝕溝進行解譯，并抽取30%進行實地調查以保證解譯精度。結果表明，漫川漫崗黑土區侵蝕溝平均長度為335.85 m，平均溝壑密度為250.35 m/km2。GERM綜合考慮了Random Forest、XGBoost、KNN以及人工神經網絡四種機器學習模型，結果顯示XGBoost模型表現最佳(AUC=0.999)。全局莫蘭指數表明溝蝕風險存在顯著的空間聚類特征，漫川漫崗黑土區溝蝕高風險區面積占比高達12.9%，且這些風險區分布于全區的中東部、西北部和南部。此外，氣候是驅動侵蝕溝形成的關鍵因素，地形和氣候共同決定了全區溝蝕強度的空間異質性，而侵蝕溝未來進一步發育的風險則受控于地形、氣候和人類活動的綜合影響，其中匯水地形指數（AS2）、氣溫、人口密度、土地利用主控區域面積占比分別為47.3%、18.7%、10.6%、10.4%。南部風險區主要受AS2影響，東部風險區主要受AS2、氣溫、土地利用影響，東北部向小興安嶺過渡地帶溝蝕風險主要受人類活動強度（土地利用和人口密度）的影響，而西北部風險區受控因素更為復雜多樣。研究結果可為東北黑土區侵蝕溝防控與治理提供科學依據。
研究成果近期發表在中國科學院一區Top期刊《Geoderma》上，黑土退化與修復學科組特別研究助理劉欣為論文第一作者，郭明明副研究員為通訊作者。研究得到國家自然科學基金（42477381）和中國科學院戰略性先導科技專項（XDA28010200）聯合資助。
圖1 漫川漫崗黑土區溝蝕風險評估
論文信息：
Xin Liu,Dichen Wang,Mingming Guo*,Xingyi Zhang,Zhuoxin Chen,Zhaokai Wan,Jielin Liu. Determination of future gully erosion risk and its spatially quantitative interpretability of driving factors in regional scale using machine learning algorithms. Geoderma,2025,459,117396.
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2025.117396
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