東北地理所在東北黑土區土壤侵蝕長時序演變與多情景預測研究取得系列進展
東北黑土區作為我國黑土核心分布區，也是保障國家糧食安全的重要生產基地和生態屏障。長期水力侵蝕導致黑土層變薄、土壤有機質流失、耕地生產力下降，已成為制約區域農業可持續發展的突出問題。針對這一科學問題，中國科學院東北地理與農業生態研究所李祿軍研究員團隊開展跨尺度系統研究，在黑土區土壤侵蝕長時序演變解析、驅動閾值識別與多情景預測方面取得系列重要進展。
研究團隊基于RUSLE模型，整合多源空間數據重構了1980—2020年東北黑土區土壤侵蝕強度、敏感性與綜合風險的時空演變格局；結合GeoDetector模型與Pettitt非參數突變點檢驗方法，分地貌單元定量識別了侵蝕風險顯著躍升的關鍵驅動因子臨界值。結果顯示，40年間區域土壤侵蝕高風險中心發生顯著空間轉移，由長白山區逐步向松嫩、遼河等平原農區遷移，區域平均侵蝕模數整體呈“先加劇后趨緩”的演變軌跡。遼河平原土壤易蝕性呈異常雙峰分布，低易蝕區與高易蝕區面積占比均超過30%，在外部擾動下極易觸發侵蝕風險躍升。分區閾值表明，西部草原區植被覆蓋度達到65%即可有效抑制侵蝕，東部農業平原區則需達到82%以上；西部草原區降雨侵蝕力觸發閾值僅為1040MJ·mm·hm-2·h-1·a-1，遠低于山地區域。GeoDetector結果進一步證實，土壤可蝕性與土地利用的交互解釋力達0.4979，遠高于任何單因子，多因子協同放大是區域侵蝕風險累積的核心機制。
圖1 1980-2020年東北黑土區土壤侵蝕敏感性與潛在風險時空格局及演變特征
在此基礎上，團隊進一步耦合RUSLE與PLUS模型，定量厘清了土地利用變化對水土流失的驅動效應，并模擬預測了2030年自然發展、農田保護、生態保護三類政策情景下的侵蝕風險分異規律。研究發現，過去40年黑土區土地利用轉型劇烈，耕地擴張面積達3.04×104km2，新增耕地中41.2%來源于林地、38.7%來源于草地；不同土地利用類型固土能力差距懸殊，裸地平均侵蝕模數高達2413.09t·km-2·a-1，灌木林地抗蝕能力最強。多情景模擬表明，單純以犧牲生態空間換取耕地規模會造成不可逆的黑土地退化，統籌生態用地保護、優化坡耕地管控，才能同步實現糧食穩產與水土長效保護。
圖 2 2030年三種土地利用情景下的土壤侵蝕預估指標
系列研究成果分別以“Pattern reconstruction and threshold mutual feedback of soil erosion sensitivity and risk in the black soil region of Northeast China: A 40-year analysis based on RUSLE and GeoDetector”和“Soil erosion risk and prediction under land use changes based on RUSLEand PLUS models in the black soil region of Northeast China”為題，在線發表于國際學術期刊《Ecological Indicators》和《Catena》。中國科學院東北地理與農業生態研究所為兩篇論文的第一單位和通訊單位，張雪仙博士后為兩篇論文第一作者，李祿軍研究員為通訊作者。該系列研究獲得了國家自然科學基金、國家重點研發計劃項目、中國科學院國際伙伴計劃項目以及吉林省自然科學基金的聯合資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2026.115442
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2026.110371
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