地球关键带是指植被冠层顶部至地下水底部的区域，位于大气圈、生物圈、土壤圈、水圈、岩石圈的交汇地带。土壤水分虽然仅占全球淡水的0.05%，但土壤水分穿越并连接地球关键带的多个圈层，是关键带物质能量迁移转化的重要载体。

目前地球关键带中的土壤水分特别是植被根系可以利用的深层土壤水分正在发生深刻变化。

                                  黄土高原上的今日延安宝塔山与延河。

黄土高原关键生态过程监测网络系统安塞试验站试验区。图片均由张行勇 摄

中国科学院地球环境研究所“黄土关键带与生态环境安全”研究团队王云强研究员课题组联合国内外同行专家，以大规模人类活动和季风气候深刻影响的黄土高原地球关键带为研究对象，整合1985-2021年期间29个监测点的土壤水分数据和土壤水分实地观测数据，从样地尺度和区域尺度上对中国季风黄土关键带过去37年的土壤水分动态进行分析，评估了土地利用转换和气候变化对深层土壤水分动态的影响。

他们的研究结果显示，土地利用类型的转变（农地退耕为林地/草地）是导致深层土壤水分减少的主要原因，使0-18米深度的土壤水分减少了18%，并且这种减少随时间加剧。在区域尺度上，黄土高原0-10米深层土壤储水量在1985-2021期间呈显著下降趋势，1999年是该显著下降趋势的拐点，与退耕还林/草工程开始实施的时间相吻合；自1999年开始的植树造林活动对土壤储水量的减少起到了108%的作用，而气候变化仅对土壤储水量的减少起到了-8%的作用，表明土地利用转换是土壤储水量下降的主要原因。这种下降趋势使黄土高原总面积的18%处于危险状态，且主要分布在半干旱区，进而威胁区域土壤水分安全。

此外，研究者考虑到全球对于通过植树造林增强碳封存的需求，可能会增加半干旱地区的土壤水分安全风险。

上述成果于近期发表在美国《国家科学院院刊》（PNAS）上。

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2322127121.