東北地理所在黑土層厚度預測方面取得進展
黑土是我國極其珍貴的耕地資源，被譽為“耕地中的大熊貓”。黑土層厚度不僅直接影響土壤肥力，還決定著農作物的產量潛力。然而，傳統測量方法多依賴剖面挖掘或鉆探采樣，費時費力且成本高昂，難以全面揭示復雜地形條件下黑土層厚度的空間分異。這一瓶頸長期制約了黑土退化的科學評估和精準治理。
針對這一問題，中國科學院東北地理與農業生態研究所農業遙感學科組的研究人員集成應用遙感光譜與高分辨率地形數據，探索黑土層厚度的高效預測新途徑。研究發現，黑土層厚度與短波紅外波段（B11、B12）反射率呈顯著負相關，這一光譜特征源于黑土中有機質和水分的變化，成為厚度預測的重要信息來源。同時，研究團隊基于數字高程模型提取了谷深、地形濕度指數（TWI）、匯流面積（TCA）、相對坡位（RSP）等8項關鍵地形因子，精準刻畫了水蝕過程中的侵蝕、搬運與沉積規律。
在數據融合的基礎上，研究人員構建了隨機森林（RF）、極端梯度提升（XGBoost）和人工神經網絡（ANNs）三種機器學習模型。結果顯示，引入光譜信息后模型精度顯著提升，其中隨機森林表現最佳，R2 達 0.75，均方根誤差僅 8.88 厘米。進一步分析表明，地形因子在預測中貢獻最大，而光譜信息提供了關鍵補充，兩者結合顯著增強了復雜坡耕地環境下的預測能力。基于最優模型，團隊繪制了研究區黑土層厚度分布圖，揭示出“高處薄、低處厚”的典型空間格局，為深入理解黑土侵蝕—沉積過程提供了新證據。
該研究成果近期發表于農林科學領域國際權威期刊 Soil and Tillage Research（一區Top）。論文由東北地理所2024級博士生阮偉民（第一作者）、劉煥軍研究員（通訊作者）與隋躍宇研究員等合作完成。研究得到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）和國家重點研發計劃（2021YFD1500100）資助。
論文標題：
Quantitative prediction of black soil horizon thickness at the watershed scale in Northeast China’s black soil region
發表期刊：
Soil and Tillage Research
論文全文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.still.2025.106886
圖1 黑土層厚度預測流程圖
圖2?研究區樣點分布圖
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吉公網安備22017302000214號
