中国农业大学资环学院潘志华教授团队在我国北方地区水资源变化及其驱动机制研究方面取得新进展

资源与环境学院潘志华教授团队在Nature旗下期刊Communications Earth & Environment在线发表研究论文《气候驱动的水资源增益难掩中国北方人为水资源危机》（Climate-driven gains fail to mask the anthropogenic water crisis in Northern China）。该研究聚焦我国北方地区陆地水储量长期变化及其驱动机制，综合利用重力恢复与气候实验（GRACE）卫星观测、多源遥感数据、贝叶斯数据融合、物理约束归因和机器学习等方法，系统揭示了北方地区水资源变化的时空特征、驱动机制及未来演变趋势。研究发现，过去十几年北方地区陆地水储量持续下降，尽管气候变化带来了显著的水资源增加，但以灌溉为主的人类用水消耗完全抵消并超过了气候增水效应，成为区域水资源持续亏缺的主导因素；未来在中、高排放情景下，北方地区水资源供需矛盾仍将进一步加剧。高日平博士为论文第一作者，潘志华教授为通讯作者。

我国北方地区支撑着全国约60%的粮食生产，却仅拥有不到20%的全国水资源。长期以来，气候变化、农业灌溉、工业和生活用水以及大规模生态恢复等多重因素共同作用，使区域水资源变化呈现出显著的复杂性和空间异质性。研究发现，1981-2003年，区域陆地水储量总体相对稳定，变化速率为0.45±0.60 Gt/yr；2004年以后则转变为显著下降，下降速率达到−9.15±1.24 Gt/yr。而且，北方地区水资源亏缺具有明显的区域差异。2004-2022年，北方地区约52.0%的区域出现显著水储量下降。其中，黄淮海平原（HHH）是水资源亏缺最为严重的区域，陆地水储量下降速率达到−5.36±0.65 Gt/yr，约99.5%的区域表现为显著下降；西北内陆区（NWI）、黄土高原区（LP）以及内蒙古及长城沿线地区（IMG）也均表现出明显的水储量亏缺。与之不同，高原寒旱区（QTP）和东北地区（NE）在同期表现为水储量增加，分别达到+1.30±0.18 Gt/yr和+2.27±0.85 Gt/yr。总体上，人口密集、农业生产强度较高的区域水储量下降更加突出，而部分人口相对稀疏地区则表现为水储量增加。

图1 1981—2022年中国北方陆地水储量的时空变化特征

此外，研究构建了“气候变化—生态恢复—人为耗水”三因素归因框架，对GRACE卫星观测到的陆地水储量变化进行了定量分解。研究揭示了降水增加与水资源亏缺并存背后的“气候—灌溉对抗”。2004-2022年，气候变化总体为北方地区带来了+12.44 Gt/yr的陆地水储量增长，其中东北地区和内蒙古及长城沿线地区的气候增水最为明显。然而，人类用水消耗达到−20.59 Gt/yr，完全抵消并超过了气候增水。其中，农业灌溉用水消耗达到−16.16 Gt/yr，是区域水资源亏缺最主要的人为驱动因素。在黄淮海平原，灌溉用水造成的水储量损失达到−5.32 Gt/yr，占该区域总水储量下降的99%，且主要与地下水开采有关。工业和生活用水分别贡献−2.48 Gt/yr和−1.96 Gt/yr，同样对区域水资源安全形成持续压力。与此同时，研究发现大规模生态恢复在改善生态环境的同时，也可能增加水资源消耗。生态恢复通过促进植被生长增强区域蒸散发，使北方地区陆地水储量额外损失约−0.91 Gt/yr，约占区域总水储量损失的10%。其中，黄土高原生态恢复造成的蒸散发增加约−0.40±0.05 Gt/yr，占该区域水储量亏缺的14.7%。这一结果表明，在水资源约束显著的干旱、半干旱地区，生态恢复需要统筹考虑生态效益与水资源承载能力，进一步优化植被恢复的规模、类型和布局。

图2 中国北方陆地水储量变化的定量归因结果

面向未来，研究预估了不同社会经济和气候情景下北方地区水资源变化趋势。在较低排放情景SSP1-2.6下，北方地区约65%-80%的区域预计能够维持稳定或增加的水储量；在中等排放情景SSP2-4.5下，内蒙古及长城沿线、黄淮海、黄土高原和西北内陆等农业核心区的水储量将持续下降；在高排放情景SSP5-8.5下，水资源亏缺进一步扩大。

图3 未来陆地水储量变化的预测

供需分析表明，在SSP2-4.5情景下，黄淮海地区未来水资源供给能力预计下降30.1%，而水资源需求增加34.9%，形成65个百分点的供需缺口；在SSP5-8.5情景下，该区域供给能力下降58.8%，供需缺口进一步扩大至120.4个百分点，意味着水资源需求增长将显著超过区域供水能力。黄土高原、西北内陆等区域也将面临明显的供需失衡。研究表明，仅依赖气候变化带来的自然增水难以抵消持续增长的人类用水需求，未来水安全保障必须更加重视用水需求管理和用水效率提升。

图4 未来情景下水资源供需失衡的加剧

研究认为，北方地区当前面临的水资源问题本质上更多体现为人为用水管理问题，而非单纯的水资源供给不足问题。针对不同区域的水资源变化机制，应实施差异化调控策略：在灌溉主导的水资源亏缺区，应加强农业节水、地下水开采管控和灌溉效率提升；在生态恢复重点区域，应充分考虑区域水资源承载能力，推进“以水定绿”的生态恢复模式；同时，还需通过优化跨流域调水、工业节水、生活用水管理等措施，协同降低区域水资源需求。

该研究从气候变化、人类用水与生态恢复协同作用的角度，系统揭示了北方地区陆地水储量长期变化的驱动机制，并进一步从未来情景角度评估了水资源供需风险，为我国北方地区水资源优化配置、农业节水管理、生态恢复规划和区域水安全保障提供了科学依据，也为全球干旱半干旱地区应对人为驱动的水资源危机提供了新的研究思路。

论文得到国家自然科学基金项目（42271268）和国家重点研发计划项目（2022YFD1500602）资助。

论文原文链接：https://doi.org/10.1038/s43247-026-03802-7