東北地理所在東北黑土區(qū)地下水儲(chǔ)量時(shí)空演變及驅(qū)動(dòng)因素研究方面取得進(jìn)展
水與糧食安全是全球關(guān)注的重要議題，對(duì)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(guó)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(kuò)張，平原區(qū)地下水位呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì)，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(jìn)一步增加農(nóng)業(yè)灌溉需水量，對(duì)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(chǔ)量時(shí)空演變及驅(qū)動(dòng)因素研究，揭示地下水儲(chǔ)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(diǎn)區(qū)域地下水儲(chǔ)量關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)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(shí)意義。
東北地理所水文與水資源學(xué)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(chǔ)量動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)解析地下水儲(chǔ)量變化時(shí)空規(guī)律的基礎(chǔ)上，運(yùn)用時(shí)間序列分解和隨機(jī)森林回歸模型，識(shí)別并量化自然因素與人類活動(dòng)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域地下水儲(chǔ)量變化季節(jié)趨勢(shì)、長(zhǎng)期趨勢(shì)變化的驅(qū)動(dòng)因素及貢獻(xiàn)程度。
研究發(fā)現(xiàn)，2003-2022年東北黑土區(qū)地下水儲(chǔ)量整體呈顯著下降趨勢(shì)，下降速率為3.72 mm/a，重點(diǎn)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(duì)平緩，為2.68 mm/a。同時(shí)地下水儲(chǔ)量也呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性波動(dòng)，春季融雪和夏季降水增加了地下水儲(chǔ)量，而農(nóng)業(yè)灌溉導(dǎo)致地下水儲(chǔ)量顯著下降。通過對(duì)重點(diǎn)區(qū)域地下水儲(chǔ)量變化的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行識(shí)別，研究發(fā)現(xiàn)地下水儲(chǔ)量的季節(jié)性趨勢(shì)變化主要由降水和實(shí)際蒸散發(fā)驅(qū)動(dòng)，長(zhǎng)期趨勢(shì)變化則主要受灌溉面積擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)。研究結(jié)果表明，灌溉農(nóng)業(yè)擴(kuò)張是導(dǎo)致東北黑土區(qū)地下水儲(chǔ)量下降的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，進(jìn)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(lǐng)域Top期刊《Agricultural Water Management》。由中國(guó)科學(xué)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(guó)路易斯安那州立大學(xué)胥毅軍教授共同完成，研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）（XDA28020501）等項(xiàng)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(diǎn)區(qū)域圖（a. 東北黑土區(qū)位置圖；b. 重點(diǎn)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(diǎn)區(qū)域地下水儲(chǔ)量（GWSA）年際變化趨勢(shì)圖（a.總體變化趨勢(shì)；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(chǔ)量驅(qū)動(dòng)因素貢獻(xiàn)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(diǎn)區(qū)域地下水儲(chǔ)量變化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素解析
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