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漫川漫崗黑土區(qū)是我國(guó)重要的糧食產(chǎn)區(qū)，但溝道侵蝕十分劇烈，侵蝕溝總數(shù)約占東北黑土區(qū)侵蝕溝總數(shù)的1/5，已嚴(yán)重危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境，且該區(qū)域耕地中有高達(dá)90%侵蝕溝處于活躍發(fā)展階段，未來(lái)繼續(xù)蠶食耕地的風(fēng)險(xiǎn)極高。因此，明確該區(qū)域侵蝕溝發(fā)育風(fēng)險(xiǎn)及其控制因素對(duì)于溝蝕防控至關(guān)重要。但現(xiàn)有研究通常采用溝蝕敏感性模型來(lái)評(píng)估溝道形成與否概率，未考慮侵蝕溝進(jìn)一步發(fā)育風(fēng)險(xiǎn)。

近日，東北地理所黑土退化與修復(fù)學(xué)科組郭明明研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新的溝道侵蝕風(fēng)險(xiǎn)模型構(gòu)建方法（GERM），該方法將溝蝕敏感性模擬與溝道密度模擬相結(jié)合，預(yù)測(cè)了漫川漫崗黑土區(qū)全區(qū)（17.76萬(wàn) km²）的溝蝕發(fā)育風(fēng)險(xiǎn)。研究采用分層隨機(jī)抽樣方法選取了424個(gè)4×4 km²區(qū)域，通過(guò)0.3~0.6 m分辨率Google Earth影像對(duì)樣方中的侵蝕溝進(jìn)行解譯，并抽取30%進(jìn)行實(shí)地調(diào)查以保證解譯精度。結(jié)果表明，漫川漫崗黑土區(qū)侵蝕溝平均長(zhǎng)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)四種機(jī)器學(xué)習(xí)模型，結(jié)果顯示XGBoost模型表現(xiàn)最佳(AUC=0.999)。全局莫蘭指數(shù)表明溝蝕風(fēng)險(xiǎn)存在顯著的空間聚類(lèi)特征，漫川漫崗黑土區(qū)溝蝕高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積占比高達(dá)12.9%，且這些風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布于全區(qū)的中東部、西北部和南部。此外，氣候是驅(qū)動(dòng)侵蝕溝形成的關(guān)鍵因素，地形和氣候共同決定了全區(qū)溝蝕強(qiáng)度的空間異質(zhì)性，而侵蝕溝未來(lái)進(jìn)一步發(fā)育的風(fēng)險(xiǎn)則受控于地形、氣候和人類(lèi)活動(dòng)的綜合影響，其中匯水地形指數(shù)（AS²）、氣溫、人口密度、土地利用主控區(qū)域面積占比分別為47.3%、18.7%、10.6%、10.4%。南部風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要受AS²影響，東部風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要受AS²、氣溫、土地利用影響，東北部向小興安嶺過(guò)渡地帶溝蝕風(fēng)險(xiǎn)主要受人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度（土地利用和人口密度）的影響，而西北部風(fēng)險(xiǎn)區(qū)受控因素更為復(fù)雜多樣。研究結(jié)果可為東北黑土區(qū)侵蝕溝防控與治理提供科學(xué)依據(jù)。

研究成果近期發(fā)表在中國(guó)科學(xué)院一區(qū)Top期刊《Geoderma》上，黑土退化與修復(fù)學(xué)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(guó)家自然科學(xué)基金（42477381）和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（XDA28010200）聯(lián)合資助。

圖1 漫川漫崗黑土區(qū)溝蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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