中国网/中国发展门户网讯  黄土高原位于中国地势的第二阶梯，面积约64×10⁴ km²，横跨7个省（自治区）、341个县（市），总人口约1.08亿人。黄河泥沙的90%和天然径流的40%来自黄土高原。黄土高原是黄河流域的重要生态屏障，是我国“三区四带”生态安全战略格局的重要组成部分，为保护黄河安澜以及华北平原安全、保障能源基地和粮食安全等发挥重大作用。黄土高原蕴含丰富的煤炭、石油、天然气、有色金属矿产及丰沛的光热资源，是我国重要的能源基地和旱作农业区（图1），在构建国土空间开发保护新格局中具有不可替代的战略地位。

        20世纪50年代以来，黄土高原经过持续的水土保持与生态修复工程，生态屏障建设取得举世瞩目的成就，有效保障黄河下游近70年没有发生重大决口灾害事件。然而，黄土高原生态屏障建设仍面临诸多挑战。全球气候变暖导致种植带持续北移，生长季提前，但变暖情景下极端旱涝交替、冷暖波动、极端天气事件明显增多，导致农业生产波动、自然灾害加重、水土流失和土壤水分亏缺加剧，威胁黄土高原生态屏障的稳定性和可持续性。大规模生物和工程治理以及城镇化和农业现代化进程的加快，人与自然相互作用更趋复杂。因此，如何处理好保护与发展的关系，实现生态改善、人地协调和富民增收，是黄土高原生态屏障建设需要解决的重大问题。

为应对这些挑战和问题，黄土高原生态屏障建设应坚持绿水青山就是金山银山的发展理念，科学推进黄土高原生态屏障建设，服务黄河流域生态保护和高质量发展。从区域地球系统科学视角，深入研究黄土高原多圈层、多尺度、多要素之间的相互作用与机制，揭示人与自然共生系统的演变规律；研发黄土高原生态环境治理的新技术和新模式，巩固和提升黄土高原生态屏障建设的成效与功能。

黄土高原生态屏障建设的科学基础

黄土高原生态屏障的地域功能

黄土高原生态屏障建设目标旨在遏制水土流失、改善区域生态环境、构建绿色屏障，保障黄河安澜和促进区域经济发展。黄土高原生态屏障应具备三大地域功能：保障黄河安澜和华北平原生命财产安全。黄土高原剧烈的侵蚀作用导致数万亿吨的泥沙经黄河携带进入下游地区，致使黄河下游河道淤塞严重，形成“悬河”，洪水风险大，华北平原安全面临威胁，但近几十年水土保持综合治理已经让入黄泥沙减少了85%以上，发挥了极大的生态屏障作用。推动黄河流域生态保护和高质量发展。黄土高原约占黄河流域总面积的85%，是实施黄河流域国家战略的核心区和关键区，能源资源极其丰富，战略地位十分重要，地域功能尤其独特。促进黄土高原自身可持续发展。随着地表由“黄”变“绿”的系统性转型，黄土高原自然生态环境与经济发展条件也在发生历史性转变。黄土高原生态屏障建设，能有效改善自身生态环境质量，促进区域协调与可持续发展。

黄土高原区域地球系统的耦合特征

黄土是地球系统中岩石圈、水圈、生物圈、大气圈等多圈层相互作用的产物（图2）。黄土区域地球系统研究，主要通过多圈层、多尺度、多因子相互作用的途径，研究其整体系统的演化过程、变化规律和发展趋势，以适应自然过程和人类活动影响下区域地球系统的深刻变化，为黄土区域人类社会可持续发展服务。其核心是研究自然过程与人类活动相互作用、物理气候过程与生物地球化学循环对黄土区域地球系统的影响及应对。

当前，黄土高原区域地球系统呈现出两大特征：受全球变暖影响，极端旱涝事件发生的频率增加，近20年发生干旱36次、暴雨45次，原本“百年一遇”的极端气候事件或成新常态，区域农业发展和生态屏障安全面临重大挑战；黄土高原实施的重大生态工程，显著改变了自然环境面貌和区域人地关系，致使黄土高原的水文过程和水沙输移在一定程度上已由自然过程主导转变为人类活动主导。人类活动在某种程度上成为驱动现代地表环境变化和人地关系演化的主导因素，推动人类科学的蓬勃发展。

黄土高原生态屏障建设的重大科技问题

黄土高原生态屏障建设的战略性重大科技问题是全球变化（气候变化和大规模人类活动）影响下，如何稳定与提升黄土高原生态屏障功能，促进区域可持续发展。例如，如何从整体系统的视角开展黄土高原生态屏障建设与环境综合治理；如何考虑黄土高原—黄河可能面临的极端气候灾害风险并建立智能预测预警体系；如何发展新质生产力，走出一条生态与经济协调发展、人与自然和谐共生的道路。

黄土高原生态保护的成就与面临的挑战

黄土高原生态保护与修复取得显著成效，为实现区域可持续发展奠定了坚实的生态基础。然而，受全球变化影响以及人地关系的复杂化，黄土高原生态建设也面临系列挑战。

黄土高原生态保护修复取得的成就

植被建设取得辉煌成就，实现了由“黄”到“绿”的历史性转变。1999—2020年，黄土高原林草植被覆盖率从31.6%提高至67.0%，植被指数增长率高于全国整体水平，引领全国“变绿”。

生态系统退化趋势得到有效遏制，入黄泥沙大幅下降。退耕还林还草工程、小流域为单元的综合治理和淤地坝建设等的大规模开展，为控制黄土高原水土流失和减少泥沙入黄作出了巨大贡献。

农业生产能力得到改善，乡村增收渠道显著拓展，生态、生产、生活“三生”空间趋于优化。黄土塬区固沟保塬取得明显成效，黄土丘陵沟壑区农业生产逐渐由坡地向沟道和川地集中，生活居住逐渐从山坡向沟口地带和中心城镇集中。

黄土高原生态屏障建设面临的挑战

全球气候变化与极端气候和灾害风险的挑战。受全球变暖影响，黄土高原极端降水事件趋于增多，加之重大工程等人类活动的影响，加剧了自然和工程灾害发生的风险。近70年黄河流域似乎呈整体暖干化趋势，但随着全球变暖，未来10年尺度季风降水是否增加有待深入研究。

生态建设与水沙平衡的挑战。当前，黄土高原植被建设已趋近水资源可持续利用的阈值，梯田坝库拦沙能力逐渐趋于饱和，但黄土高原生态建设的效应与黄河水沙的平衡关系存在较大的不确定性，影响生态保护政策的制定，以及黄河下游和三角洲的稳定发展。

人地协调与富民增收的挑战。黄土高原经济发展成效显著，但广大乡村地区仍未摆脱发展滞后的境况。近年来返乡农民增多，毁林开荒、开山放牧现象时有发生，亟须统筹兼顾生态与生活、保护与发展的关系，协同解决农业增效与农民增收问题。

黄土高原生态屏障建设的创新路径

针对黄土高原生态屏障建设面临的挑战和问题，要深刻理解人与自然和谐共生的新发展观、山水林田湖草沙系统治理的新整体观，探索人地系统耦合机制与创新路径（图3），为黄土高原生态屏障建设和高质量发展提供系统性解决方案。

全面实施黄土高原生态环境和水土保持综合治理“26字”方略

20世纪80年代，朱显谟院士提出的黄土高原国土整治“28字”方略，即“全部降水就地入渗拦蓄，米粮下川上塬、林果下沟上岔、草灌上坡下坬”，为指导黄土高原治理开发和旱作农业发展发挥了重要作用。进入新时期，针对新问题，周卫健和安芷生院士等于2018年提出了新时代黄土高原生态环境综合治理“26字”方略，即“塬区固沟保塬，坡面退耕还林草，沟道拦蓄整地，沙区固沙还灌草”。“26字”方略坚持“工程与生物治理相结合”和“分区分类、因地制宜”的治理方针，科学布局黄土高原生态恢复和水土保持综合治理模式，主要内涵包括：塬区固沟保塬。按照“塬面径流调控、沟头沟岸加固防护、坡面植被恢复、沟道水沙集蓄”四道防线进行科学布局，保障塬区人居安全和生态安全。坡面退耕还林草。对于坡度大于25°的陡坡耕地、重要水源地15°—25°坡耕地，继续开展退耕还林草工程，优化植被建设与管理，提升植被的稳定性。沟道拦蓄整地。完善淤地坝系建设，实施沟道治理工程，巩固提升淤地坝拦沙与防洪能力。沙区固沙还灌草。北部沙区应遵循降雨格局等自然地理规律，要以水定绿、因地制宜，生态修复要以灌草为主。

构建极端气候和人类活动影响下的自然灾害风险防控体系

近20年来，黄土高原极端天气气候事件诱发的气象、水文和地质灾害明显增多；加之重大工程建设的实施，气候变化诱发的工程灾害加剧。据统计，我国每年约30%的地质灾害发生在黄土高原，灾害数量多、危害严重、机理复杂。中央和地方各级政府初步建立了应急、气象、自然资源、水利等部门的联动机制，形成了“省—市—县—乡镇—村组”5级群测群防网络，自然灾害风险防御能力大幅提高。

当前，调查研究乃至防灾减灾实践主要围绕已发灾害展开，对于未发潜在灾害的预警和防御不足，每年新发和突发灾害仍造成较大的人员伤亡和财产损失。其原因是对潜在风险源预测不准，导致监测点位多年不发生灾害，而新发灾害又不在监测点位上，防御资源错配，灾害防控能力大打折扣。因此，亟须建立以精准化风险源预测为核心的自然灾害风险防御体系，包括地表变形早期识别、天—空—地一体化监测、短—中—长期预警预报等，提高灾害防御能力。

研发黄土高原生态环境治理新技术，发展新质生产力

黄土高原生态治理新技术可从两方面突破：以小流域为单元的综合治理。采用全局观念，从传统的固土保水拓展到生态系统功能的整体提升，科学调配小流域水、土、光、生资源，研发治理新技术，包括挖掘空中云水资源，探索在坡面侵蚀泥沙减少情况下淤地坝的新功能和管理方式；研发高强度黄土基淤地坝建造材料，建造安全自适应淤地坝等。固废资源化。针对巨量煤矸石和粉煤灰堆积，研发矿山固废全量资源化利用技术，将硅、铝、铁、镓、锂等有价元素进行分离提取，转化为高附加值产品，不仅能有效节约土地资源，还能从源头消除污染。

长安大学和中国科学院地球环境研究所已在固废全量资源化新技术开发上取得了重要进展，实现了低能耗、低成本条件下对多种固废资源主量元素和微量元素的高效分离提取，产出的产品不仅可用作工业原料，还能用于节水保水、固沙固土等生态环境治理与修复。目前，该技术正处于生产示范线筹建阶段，有望率先在黄土高原转化应用，将煤矸石、粉煤灰等固废资源化利用，发展新质生产力，创造新的经济增长点。

建设半干旱（包括黄土高原—黄河“几字弯”）绿色发展带，促进区域高质量发展

2024年，安芷生和周卫健院士等提出：介于东部湿润区和西部干旱区之间、年降水量200—500 mm的半干旱带，是新时期加强西部生态屏障建设的突破口，也是西部生态屏障的屏障（图4）。该带地处我国季风前缘区，是胡焕庸线和美丽中国中脊带的向西延伸，也是全球变暖背景下抑制西部荒漠化发展的关键地带。建议将“半干旱绿色发展带建设”列为“十五五”国家重大发展战略，实现半干旱带绿色高质量发展，筑牢西部生态安全屏障。

黄土高原—黄河“几字弯”地处半干旱绿色发展带的核心地段，是黄河流域水沙调控和高质量发展的关键区域。聚焦黄土高原—黄河“几字弯”地段，深入调查该区水资源、自然环境、能源资源和社会经济本底，制定“四水四定”和“以水定绿”标准，明确发展目标和实现途径；发展区域能源资源型新质生产力，建设风光氢新能源、煤炭清洁高效利用、“风光氢储车”产业链，发展绿色循环经济；大力推进生态产业化和产业生态化，打造生态产业综合体，建立智能生态农场和优质高效畜产品加工基地，构建“光伏+产业”融合的技术体系。

创新黄土高原生态屏障建设的管理模式，提升内生发展动力

从区域地球系统、人与自然相互作用、生态与经济协调发展的视角创新黄土高原生态屏障建设的管理模式，构建综合、协同的科学管理体系，提升内生发展动力，促进经济内循环；完善综合治理体系，构建政府主导、企业主体、社会组织和公众参与的多元治理模式，激发企业、村集体、合作社、农户参与生态屏障建设的动力；优化生态经济协同路径，依托资源禀赋构建“生态修复—产业增值—收益反哺”的发展模式，完善区域性碳汇交易市场，拓展生态指标交易，探索多样化交易模式；加强科技赋能，构建跨区域、跨部门数据共享平台与智能化系统，打通“精准监测—智能决策—市场激励—社区共治—利益共享”管理链条，实现生态屏障建设与特色生态产业、乡村全面振兴的深度融合。

建议与展望

建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。为应对全球变化影响及西部生态屏障建设的重大科技需求，未来需要继续加强多要素协同观测、模拟和预测预警研究，提高黄土高原生态屏障功能的系统韧性，保障黄河长久安澜、人民幸福安康。

加强未来气候变化和人类活动的影响及预测研究

利用历史文献、生物地质记录和现代观测资料，研究季风气候百年和年代际的历史相似和变化规律；将现代和过去的观测记录与数值模拟结合，解析季风降水变化规律与机制，预估未来趋势，尤其是开展旱涝极端气候事件及其影响和预测的研究；开展重大生态、水利和地质工程的影响和风险评估，揭示人类活动与区域生态环境安全的平衡关系；开展自然灾害风险源精准识别与评估，建立灾害风险信息管理系统。

确定黄土高原植被建设、碳汇能力、水沙平衡的阈值与应对策略

加强水分平衡论证，解析生态系统不同类型水的流入、流出及转换过程，精细量化水循环与植被建设的关系；揭示植被固碳与水资源平衡的阈值及其区域分异特征，构建以水资源供给为约束的最优植被建设方案；研发水资源合理高效利用技术，确定淤地坝、梯田等水土保持工程的合理实施强度，提出水土保持调控河流水沙的情景方案与最优对策。

揭示黄土高原与黄河中下游及黄河三角洲的水沙平衡关系

研究黄土高原万年—百年侵蚀产沙历史，揭示黄土高原生态保护与黄河水沙平衡的关系；评估黑山峡—古贤水库修建运行对潼关高程的调控作用，预测新水沙条件下黄河“二级悬河”的演变趋势，提出水库群调水调沙合理方案；阐明黄河口水沙变化规律，揭示其对三角洲造陆与海岸蚀退的调控机理。

构建黄土高原人地系统和乡村振兴创新发展模式

创建黄土高原人地系统科学模式，分析揭示“生态—生产—生活”结合、“城—镇—村”协同、“人—地—业”耦合新格局；建立健全“地貌单元—流域系统—人类活动”多尺度协同的地理工程技术体系，夯实生态屏障空间基底；探究生态产业化与生态产品价值实现的新机制、新标准、新业态、新路径，激发区域绿色全面转型和乡村全面振兴的内生动力与持久动能。

建立人工智能与观测—模拟—预警相融合的决策系统

集成卫星、无人机、地面传感器等多源感知设备，构建空天地一体化的智能监测体系；开发基于“互联网+”的数据采集与传输技术，结合数值模拟与深度学习方法，精确刻画黄土区域地球系统多圈层动力过程；将观测、模拟、预警与人工智能技术深度融合，形成智能、高效的综合评估与决策预警系统。

（作者：安芷生、周卫健、金钊、王云强、拓万全，中国科学院地球环境研究所黄土科学全国重点实验室；刘彦随，中国科学院地理科学与资源研究所；刘宝元，北京师范大学地表过程与水土风沙灾害风险防控全国重点实验室；刘国彬、上官周平、王飞，西北农林科技大学水土保持与荒漠化整治全国重点实验室；吕一河，中国科学院生态环境研究中心；王文科，长安大学水利与环境学院；吕厚远、吴海斌，中国科学院地质与地球物理研究所。《中国科学院院刊》供稿）