東北地理所在未來氣候與土地利用變化對東北黑土區碳庫影響方面取得新進展
土壤有機碳（SOC）是陸地生態系統的核心碳庫，其微小波動即可顯著影響大氣CO?濃度。準確預測未來氣候與土地利用變化對SOC的協同影響，對于保障糧食安全和實現“雙碳”目標至關重要。然而，由于土壤-環境關系的復雜性，未來情景下的SOC動態響應仍存在巨大不確定性。
為破解這一難題，中國科學院東北地理與農業生態研究所農業遙感學科組研究人員首次綜合運用大數據與多種機器學習模型，系統評估了1985-2100年東北黑土區SOC儲量的時空演變規律。該研究首先整合了2001-2020年間共3500個土壤樣本數據、多期Landsat遙感影像、高分辨率氣候及地形數據，構建了全面的環境協變量體系。然后，創新性地采用飽和訓練策略，對隨機森林（RF）、直方圖梯度提升回歸（HGBR）等四種機器學習算法進行性能比對，最終選定預測精度最高的RF模型（R2 = 0.76）作為時空預測工具。最后，運用“空間替代時間”（STS）方法，將未來氣候情景（SSP119、SSP245、SSP585）數據輸入已校準的模型，生成了直至2100年的高精度SOC動態圖。
圖1 東北地區歷史SOC的正負變化和密度變化
圖2 東北地區1985-2100 SOC儲量的變化
研究結果表明：（1）東北地區歷史碳損失明確，1985-2020年間，東北黑土區表層SOC密度平均下降5.51 Mg C/ha，整體呈現“碳源”效應。（2）未來命運取決于排放路徑， 到2100年，在高排放路徑（SSP585）下，SOC儲量將持續流失1.8 Pg；而在低排放路徑（SSP119）下，SOC儲量則有望小幅增加0.058 Pg，并出現多次碳匯/碳源轉換的動態波動。（3）耕地與林地是調控關鍵，未來SOC變化由耕地和林地主導。耕地擴張與管理不善是導致碳損失（碳匯轉碳源）的主要因素，而林地的保護與恢復則是促進碳回收（碳源轉碳匯）的關鍵。高碳儲量的生態系統（如林地、草地）對氣候變化更為敏感，面臨更高的碳損失風險。這項研究不僅量化了不同發展路徑下黑土碳庫的響應，更指明了生態恢復與土地管理在維持碳平衡中的決定性作用。
相關成果發表于地學領域一區TOP期刊Catena上。由中國科學院東北地理與農業生態研究所聯合培養碩士研究生秦祝元（第一作者）、劉煥軍研究員、孟祥添特別研究助理（通訊作者）等共同完成。研究得到了黑土保護與利用國家重點實驗室青年科學家創新基金（2023HTDGZ-QN-01）、國家重點研發計劃項目（2021YFD1500100）、中國博士后基金博士后資助計劃項目（GZB20240737）共同資助。
文章詳情：Qing,Z.,Liu,H.,Meng,X.,Du,B.,Zhang,S.,& Yu,M. (2025). Assessment of the synergistic effects of future climate change and land use on soil organic carbon stock in Northeast China. CATENA,260,109456.
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0341816225007581
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