作为世界上水土流失最严重的区域，黄土高原的生态修复一直是我国生态保护的重点。自上世纪90年代退耕还林等生态修复工程启动以来，黄河泥沙量实现锐减，从年均16亿吨降至1.86亿吨，水土保持工作取得显著成效。但与此同时，黄土高原区域发展仍面临两大核心瓶颈：一是水土流失治理与社会经济发展的协同难题，二是如何将水土保持的生态成效有效转化为乡村振兴的内生动力。

针对这两大挑战，西安科技大学地质与环境学院教授张祎团队长期深耕黄河流域生态保护与高质量发展研究，通过系统性攻关取得突破性进展，构建起可复制、可推广的生态保护、乡村振兴与低碳发展协同推进方案。

研发淤地坝碳汇精准核算模型

“我们的研究始终围绕水沙过程与侵蚀机理展开，形成了‘厘清流失量—解决储存量—实现价值量’的完整研究链条。”张祎介绍，团队首先明确水土流失与水沙运动规律，厘清泥沙“走多少”；再通过科学的水土保持措施，解决泥沙“存多少”的问题；最终通过碳汇核算与交易机制，实现生态价值“值多少”的转化，完成从基础研究到治理实践、再到价值兑现的闭环。

传统淤地坝碳量核算采用“等厚等碳”假设，未考虑泥沙能量、淤积量的差异，核算结果失真、精度低问题。为破解这一痛点，团队重点在黄土高原典型流域展开研究。“黄河流域90%的泥沙来自多沙粗沙区，该区域是水土保持工程治理的核心重点。”张祎介绍，团队在挖掘黄土高原六七十座淤地坝后发现，坝前、坝中、坝后泥沙淤积存在“翘尾巴”现象，根源是泥沙淤积过程和能量衰减过程存在差异。

基于这一发现，团队彻底摒弃传统“等厚等碳”假设，以能量动力关系为核心，结合泥沙运动规律与有机碳分布特征构建核算模型。“能量大小决定泥沙量，泥沙量影响传输距离，而传输距离又直接决定有机碳的分布格局，通过这一逻辑，我们有望实现碳量的精准推演。”张祎进一步解释。

针对黄土高原植被无人工抚育、树木形态不规则、胸径难以测量的问题，团队创新采用离地20公分的基径替代胸径，有效提升了碳汇核算的预测精度。同时，团队建立起从样方尺度到流域尺度的转换模型，结合精细化测量手段，区分不同树龄、树种的地上地下生物量，精准测定根茎叶干枝花果各部位的含碳量，避免了将南方树种含碳量标准直接套用于北方的误区。

张祎教授（左二）和团队在野外工作。受访者供图

在宁夏彭阳县，团队建立了20余种黄土高原特有树种的生长特征曲线，收集近万份第一手测量数据，形成了专属的有机碳含量数据库与模型体系。该模型自2023年12月底启动研发，经半年验证完善，于2024年12月底完成整体搭建。

目前，团队已发布黄土区小流域综合治理水土保持“碳汇”计量监测核算团体标准，并依托这一技术成果，助力彭阳县完成黄河流域首单水土保持碳汇交易，3.6万吨碳汇实现价值111.6万元，资金全额反哺生态修复研究。

队员钻入带刺沙棘测量基径

张祎进一步介绍说，以彭阳县为样本测算，若黄土高原完成全域水土保持碳汇交易，仅基于现有治理成果、无需额外投入，生态收益可达400亿元，这笔收益将全部反哺当地群众，类似退耕还林补偿金，为乡村振兴注入生态动能。此外，经测算，黄土高原仍有潜力新建约5000座淤地坝，同时可在各区域新增梯田，通过工程措施进一步提升区域碳汇能力。

在生态经济协同治理方面，团队创新推出小流域一体化治理技术，明确黄土高原治理潜力阈值，打造“山地梯田化、坡面生态化、沟道坝系化、产业特色化”的发展模式。该技术实施后，区域土壤侵蚀模数显著下降，氮磷污染减少30%以上，同时带动农户收入稳步提升，真正实现了生态保护与经济发展的双赢。

这份成果的背后，是团队长期扎根一线的坚守与付出。张祎回忆，团队17名成员曾在彭阳县驻守60多天，面对灌木调查难度大、沙棘等带刺灌木需钻入丛中测量基径的困境，团队成员经常被划伤，却始终坚守岗位。“模型构建过程中，数据量极其庞大，我们需要逐一对树木的根茎叶干枝花果进行测量，再反向推演还原生物量，任何一个环节的偏差，都会影响整个模型的预测精度。”

团队成员在野外工作。受访者供图

更具挑战的是，北方黄土区水土保持碳汇交易并无先例可循，核算方法需完全自主探索。团队曾在研究中发现方向偏差，只能推倒重来，重新划分碳层、确定核算阈值，反复调试模型，最终攻克了一系列技术难题。

令张祎印象深刻的是，调研期间，彭阳县遭遇暴雨，短时间降水量达70毫米，团队惊喜地发现，当地流域仅产流、不产沙，真正实现了“水不下山，泥不出沟”，“这也直观印证了我国水土保持措施的显著成效”。

将打造“黄土高原碳汇一张图”

展望未来，团队将在现有水土流失治理成效的基础上，进一步推动水土保持碳汇的稳定与提升，深度挖掘治理成果的生态、社会与经济价值。针对极端暴雨事件可能导致的碳汇向碳源转化的风险，团队将重点研究有机碳在植被、土壤、微生物三个界面的转化与固存机理，厘清有机碳从有机到无机、从颗粒态到气态的转化过程，实现三者协同提升碳汇稳定性。

考虑到黄土高原64万平方公里不同区域的生态特征差异——风沙区土壤脆弱、陕北植被恢复较好、关中和陕南土层较薄，团队将制定差异化碳汇提升策略：风沙区侧重工程措施筑牢生态屏障，陕北侧重植被优化提升固碳能力，关中和陕南则结合截水沟、谷坊等拦截措施，精准提升碳汇水平。

此外，团队还计划打造“黄土高原碳汇一张图”，实现碳汇管理可视化。该图将包含区域碳汇本底图、碳汇潜力图、措施实施后提升效果图，清晰呈现各分区碳汇量、提升潜力及对应策略，明确有机碳转换阈值，为黄土高原精准治理与碳汇能力提升提供科学支撑。