（1）黄土高原地球关键带结构、组成与演化历史

集成黄土关键带野外调查、地层解析、原位观测与空间探测技术，研究黄土关键带的形成演化过程、物质组成与迁移、垂向结构与空间异质性特征，分析各要素的空间分布格局，揭示气候变化和人类活动对黄土关键带结构的影响及协同作用；结合地层背景资料与三维仿真技术，实现季风区黄土关键带异质结构的定量表征，构建黄土关键带地质结构与主控过程重要参数、堆积与剥蚀速率、不同历史时期季风演化历史。

（2）黄土高原地球关键带水土过程观测、模拟与调控

开展黄土关键带垂直和水平方向水土过程（水化学组成、水分运移、侵蚀产沙、养分迁移等）与多界面（地下水与岩石、岩石与土壤、土壤与植物等）物质通量（水热、泥沙、温室气体、主要离子、污染物等）观测和研究，重建黄土关键带水文演变历史，示踪化学风化过程，定量刻画黄土关键带水土过程的时空异质性、连通性及尺度依赖性，辨识自然和人为因素对黄土关键带水土过程及物质通量的贡献；建立黄土关键带多尺度（尤其是流域尺度）水土过程模型，利用多元多维观测参数进行调参和敏感性分析，实现黄土关键带水土过程的最优模拟，为黄土关键带水土资源的可持续利用和优化管理提供技术示范与决策支持。

（3）黄土高原地球关键带生态过程观测、模拟与功能提升

建立覆盖黄土高原的多要素通量观测网络，开展地下水-土壤-植物-大气系统的能量和物质交换过程研究，量化植被与大气界面水气通量；建立系列对比观测小流域，研究自然和人为扰动影响下的流域生态过程；搭建气候变化和人类活动扰动的大样方模拟平台，开展碳、水等生态过程的全方位观测和数据集成；整合通量观测、流域生态系统观测和大样方模拟观测数据，构建黄土高原生态过程综合模型，模拟不同气候变化和人类活动强度下生态系统的反馈，预测发展趋势，探索黄土高原生态系统可持续绿色发展的途径。

（4）黄土高原地球关键带人地系统耦合与区域发展

开展黄土高原关键带水、土、气、生、人等多要素综合集成，构建连接关键带结构-过程-服务与人类福祉的人地系统评估指标体系，阐明黄土高原人地系统的演变过程和驱动机制，提出黄土高原环境-经济-社会协调发展的决策方案；聚焦气候变化、生态工程和社会经济发展对人地系统变化的具体影响和交互作用，发展耦合人地系统的土地利用权衡与优化模型，开展情景模拟和典型区的研究示范，提出可持续的人地系统优化配置方案，为区域可持续绿色发展、黄河流域生态保护和高质量发展等国家战略提供科技支撑。