東北地理所在東北黑土區(qū)地下水儲量時空演變及驅動因素研究方面取得進展
水與糧食安全是全球關注的重要議題，對人類生存與發(fā)展具有極其重要意義。東北黑土區(qū)作為我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，地下水是農(nóng)業(yè)灌溉的主要水源，近年來隨著灌溉農(nóng)業(yè)面積持續(xù)擴張，平原區(qū)地下水位呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢，局部地區(qū)出現(xiàn)了地下水超采現(xiàn)象。未來氣候變化將進一步增加農(nóng)業(yè)灌溉需水量，對地下水利用與管理帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，開展東北黑土區(qū)地下水儲量時空演變及驅動因素研究，揭示地下水儲量年際、年內(nèi)季節(jié)變化規(guī)律及其空間差異性，明確重點區(qū)域地下水儲量關鍵驅動因素，對東北黑土區(qū)地下水可持續(xù)利用及灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃制定具有重要現(xiàn)實意義。
東北地理所水文與水資源學科組研究人員利用高空間分辨率GRACE重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)，反演獲取東北黑土區(qū)地下水儲量動態(tài)數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)解析地下水儲量變化時空規(guī)律的基礎上，運用時間序列分解和隨機森林回歸模型，識別并量化自然因素與人類活動對重點區(qū)域地下水儲量變化季節(jié)趨勢、長期趨勢變化的驅動因素及貢獻程度。
研究發(fā)現(xiàn)，2003-2022年東北黑土區(qū)地下水儲量整體呈顯著下降趨勢，下降速率為3.72 mm/a，重點區(qū)域中西遼河流域下降最為明顯，下降速率為8.13 mm/a；其次為遼河平原和三江平原，下降速率分別為5.70 mm/a和4.52 mm/a；松嫩平原下降速率相對平緩，為2.68 mm/a。同時地下水儲量也呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性波動，春季融雪和夏季降水增加了地下水儲量，而農(nóng)業(yè)灌溉導致地下水儲量顯著下降。通過對重點區(qū)域地下水儲量變化的驅動因素進行識別，研究發(fā)現(xiàn)地下水儲量的季節(jié)性趨勢變化主要由降水和實際蒸散發(fā)驅動，長期趨勢變化則主要受灌溉面積擴張驅動。研究結果表明，灌溉農(nóng)業(yè)擴張是導致東北黑土區(qū)地下水儲量下降的關鍵驅動因素，進而提出了地下水可持續(xù)利用策略。
研究成果近期發(fā)表在農(nóng)業(yè)水資源領域Top期刊《Agricultural Water Management》。由中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所博士研究生于葉翔（第一作者）、章光新研究員（通訊作者）、齊鵬副研究員、孫敬軒博士、章清松博士、胡博亭博士和美國路易斯安那州立大學胥毅軍教授共同完成，研究得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（A類）（XDA28020501）等項目聯(lián)合資助。
論文信息如下：
Yu,Y.,Zhang,G.,Qi,P.,Sun,J.,Zhang,Q.,Hu,B.,Xu,Y.,2025. Irrigated agriculture expansion drives groundwater storage decline in Black Soil Region of Northeast China. Agricultural Water Management 319,109813. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2025.109813.
圖1 研究區(qū)及重點區(qū)域圖（a. 東北黑土區(qū)位置圖；b. 重點區(qū)域分布圖；c. 東北黑土區(qū)糧食種植分布圖）
圖2 東北黑土區(qū)及重點區(qū)域地下水儲量（GWSA）年際變化趨勢圖（a.總體變化趨勢；b.三江平原；c.松嫩平原；d.遼河平原；e.西遼河流域）
圖3地下水儲量驅動因素貢獻度（SNP：三江平原；SNP：松嫩平原；LHP：遼河平原；WLRB：西遼河流域）
圖4 重點區(qū)域地下水儲量變化的關鍵驅動因素解析
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