黄河流域水少、沙多、受人类活动影响强烈，人水关系及其互馈机制是流域生态保护和高质量发展的关键。2025年9月16日，傅伯杰院士团队在国际知名期刊《自然综述：地球与环境》（Nature Reviews Earth & Environment）发文，对20世纪50年代以来人类活动对黄河流域水循环和泥沙过程的影响进行了系统评述，揭示了人口、经济、工程、政策、水沙与生态间的互馈关系与耦合效应。研究指出黄河流域输沙量显著下降、水资源短缺加剧、人水关系显著改变，可持续发展面临着垂向水循环通量持续增大、自然水资源存量不断减少、局部功能性断流仍然存在、政策影响机制分析不足等挑战，在厘清人水互馈回路结构及演变的基础上提出了流域可持续管理策略。
图1 黄河流域水循环变化示意图
黄河流域一直面临着严重的水资源短缺问题，在气候变化和人类活动影响下，流域的水循环过程发生剧烈改变，蒸散发显著增加（1.79 mm yr-2），垂向水循环加剧，同时地下水（-2.85 mm yr-1）、土壤水（-0.45 × 10-3 m3 m-3 yr-1）等自然水资源存量却持续减少（图1），威胁到了流域生态系统的稳定性和可持续性，在面对未来气候风险时将变得更加脆弱，其中植被恢复与降水间的互馈机制尚不明确。
图2. 黄河泥沙过程的时空分异
黄河输沙量大幅减少但也引发了新的挑战。黄河曾是世界上输沙量最大的河流，最大年输沙量一度超过16亿吨，坝库、梯田等工程措施以及退耕还林还草工程实施的植被恢复等使年均输沙量下降了90%以上（图2）。输沙量的下降使下游河床淤积抬升问题得到了明显缓解，但也导致下游引水工程普遍面临取水困难，三角洲部分区域转为蚀退，对生物多样性造成损害，这必然要求对冲沙水量和生态水量需求做出相应调整，上中游的水土保持和三角洲生态保护间平衡是大河流域共同面临的难题。
图3. 黄河流域的人口、经济发展与用水变化
重塑人水关系就是重塑人与自然的关系，黄河流域人口从20世纪50年代的1亿增长至目前1.26亿。1980年代以来，流域生产总值（GVA）年均增长 1.78%，用水需求增长 15.8%（图3）。论文提出了流域人水互馈回路结构的4个演变阶段：供给扩张回路（1960-1980 年）、资源约束回路（1980-2000 年）、综合治理回路（2000-2020 年）和未来韧性回路（展望），揭示了人类活动与流域水文系统间的动态耦合关系（图4）。
图4. 人水互馈回路结构及演变过程
面对这些挑战，黄河流域需加强对水资源储量进行动态监测，加深对人类与水文系统相互作用的理解，构建流域人水耦合模型；施行地表水与地下水的联合管理、完善生态保护修复与补偿机制；稳定水通量、保护水存量，提升流域水资源管理适应性。
论文第一作者为北京师范大学王帅教授，傅伯杰院士为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金黄河重点专项项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s43017-025-00718-2
区域与城市生态安全全国重点实验室