揭示人类如何重塑北半球地表侵蚀过程

速读：结果发现，在自然状态下，全新世土壤侵蚀与自然环境变化紧密耦合。在此基础上，研究团队引入可解释机器学习模型XGBoost-SHAP，系统分析了土壤侵蚀对气候变化和人类活动的响应。

本报讯（记者王敏）中国科学技术大学教授周鑫课题组基于北半球213个湖泊沉积记录，采用统一方法校正，定量重建了全新世（约11.7千年以来）土壤侵蚀的演变过程，揭示了气候与人类活动在塑造地表过程中的角色转换。这为理解人类世地表过程转型提供了关键定量证据。相关成果近日发表于《地球科学评论》。

该研究基于流域-湖泊物质平衡原理，综合考虑湖泊面积、沉积物压实作用、外源物质比例等变化参数，将湖泊中保存的沉积物反演为流域尺度的土壤侵蚀速率，有效降低了以沉积速率作为代用指标带来的不确定性，重建了更可靠的侵蚀速率序列。在此基础上，研究团队引入可解释机器学习模型XGBoost-SHAP，系统分析了土壤侵蚀对气候变化和人类活动的响应。

结果发现，在自然状态下，全新世土壤侵蚀与自然环境变化紧密耦合。在人类扰动区，土壤侵蚀变化从晚全新世开始快速增强。研究识别出人类活动对欧洲、亚洲和北美洲土壤侵蚀产生显著影响的起始时间分别为3.4千年、3.1千年和0.4千年，这一时间序列与全球不同区域农业发展和土地开垦的历史高度吻合。定量计算显示，3千年以来，人类活动使欧洲和亚洲的土壤侵蚀强度分别较自然背景值增加了73.1%和117.6%。机器学习分析进一步证实，在人为扰动区，人为土地覆盖变化已取代气候成为控制侵蚀变化的首要因子；而在自然区，降水或气温仍是主导因素。

研究强调，未来应进一步将过程模型与湖泊沉积记录相结合，以更精细地重建流域尺度上“侵蚀—输移—沉积”的完整过程，为评估气候变化与人类活动背景下的未来侵蚀风险提供更可靠的科学支撑。