科研人員提出融合生態建模思想的地下水研究新范式

　　淺層地下水溶質運移是土壤鹽堿化的驅動因素，可能誘發廣泛的生態效應，威脅土地生產力和生物多樣性，進而影響人類生存環境。因此，準確模擬淺層地下水的水鹽分布對于生態保護和資源管理具有科學意義。然而，由于淺層地下水系統具有水力聯系復雜、空間分布不均、影響因素多元化等特點，加之野外觀測數據有限，干旱區地下水溶質分布的精準模擬一直是研究難點。

　　中國科學院東北地理與農業生態研究所研究團隊提出了融合生態建模思想的地下水研究新范式。該團隊將生態學領域的物種分布模型SDM應用于淺層地下水主要溶質即Na+、K+、SO42-、Cl-等的空間預測，整合傳統水文模型與機器學習方法，構建了大尺度干旱區地下水溶質分布模擬模型，為地下水質量監測與鹽堿化防控提供了新的技術手段。

　　該研究采集了淺層地下水、深層地下水和地表水樣本，建立了包含地形、氣候、水力聯系、土壤特性和人類活動等5類環境因子的多維數據庫。研究將溶質濃度類比為生態系統中的物種“適生性”，利用物種分布模型模擬其在地下水系統中的空間分布規律。研究引入端元混合分析、隨機森林和AICc模型選擇等先進算法，解決了野外觀測數據不足難題，預測精度較傳統空間插值方法提升30%以上。

　　該研究發現，研究區淺層地下水中Na+、K+、SO42-和Cl?的濃度主要受地表水化學組成調控；Ca2+分布與深層地下水相關；人類活動與溶質濃度呈正相關，在農業灌溉區表現尤為突出；在氣候因子中，降水和蒸發量對溶質遷移具有調控作用。

　　上述工作可為淺層地下水溶質運移機制研究提供新視角，并能夠為精準識別鹽分富集區和科學管理地下水資源提供技術支撐。

　　近期，相關研究成果在線發表在Water Resources Research上。研究工作得到國家自然科學基金、“黑土糧倉”科技會戰人才專項基金等的支持。該工作由東北地理所和河南大學等合作完成。

地下水溶質動態示意圖