土壤水分虽然仅占全球淡水总量的0.05%，却是地球关键带中连接大气、生物、土壤、水圈和岩石圈的核心纽带，直接影响植被生长、作物产量和区域气候。黄土高原作为我国北方重要的生态屏障，其土壤水分的多寡不仅牵动着农业生产，更关乎整个黄河流域的生态安全。自1999年实施退耕还林工程以来，该区域植被覆盖度显著提升，但高强度土地利用变化也加剧了植被蒸腾耗水，导致土壤水分严重亏缺，威胁生态系统稳定与水资源可持续利用。然而，受限于长期原位观测数据的匮乏，学术界对黄土高原过去数百年来土壤水分的变化历史、规律及其驱动机制仍缺乏清晰认识，严重制约了未来干旱风险的精准评估和生态修复工程的科学决策。
近期中国科学院地球环境研究所极端气候事件及影响（EXCEIS）团队基于树轮稳定氧同位素，首次重建了黄土高原东北部（1675–2012 AD）和西南部（1556–2015 AD）夏季0–10 cm土壤水分变化历史（图1）。研究揭示，自工业革命以来，黄土高原东北部、西南部的土壤水分均呈现显著的同步下降趋势，下降速率分别达6.1%/10a和9.0%/10a。相较于工业革命前，自1850年代以来，两地区土壤水分变化趋势在年代际尺度上表现出高度一致性，且极端干旱事件发生频率显著增加。CMIP6多模式归因分析表明，人类活动（气溶胶排放、温室气体增加、土地利用变化）是导致1850s以来黄土高原东北部和西南部土壤水分同步干旱化的主导驱动因素（图2）。同时，气候系统内部变率在年际和年代际尺度上协同加剧了土壤水分干旱化趋势及其空间一致性。研究警示，如果未来全球变暖和人类活动持续加剧，区域土壤水分亏缺将进一步恶化。本研究为理解长时间尺度黄土高原土壤水分演变规律提供了关键的古气候证据，为区域生态修复工程的风险评估与应对策略制定提供了重要科学依据。
这项研究成果发表在国际学术期刊Journal of Hydrology上，任萌副研究员为论文第一作者，任萌副研究员和刘禹研究员为共同通讯作者。该研究得到了中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项、黄土科学国家重点实验室重点项目、国家自然科学基金等项目的资助。
Meng Ren*, Yu Liu*, Huiming Song,Qiufang Cai, Qiang Li, Changfeng Sun, Xiangyu Duan, Zekun Hu. Simultaneous aridification of soil moisture driven by anthropogenic activities in China’s loess critical zone. Journal of Hydrology, 2026, 678, 136063.
https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2026.136063
图1 黄土高原西南部（a）和东北部（b）0–10cm夏季土壤水分重建序列，（c）10年低通滤波对比. 图中粗线为10年低通滤波曲线，相关系数也已经展示，蓝色箭头代表变干趋势
图2 CMIP6多模式集合模拟的区域0–10cm土壤湿度变化，所选取的季节窗口与重建序列一致。蓝色线条代表平均值，阴影区域表示平均值±1个标准差，红色线条表示年际变化趋势
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