巴拉圭河上游流域土地利用变化与水资源流失：现状趋势、未来情景及对潘塔纳尔湿地的深远影响

《Journal of Environmental Management》：Land use change and water loss in the Upper Paraguay River Basin: Trends, future scenarios, and implications for the Pantanal

本研究针对巴拉圭河上游流域(UPRB)土地利用/覆被(LULC)剧烈转变及水资源安全问题，通过集成马尔可夫链、元胞自动机和多层感知器(CA–Markov–MLP)的混合模型，分析了1985-2020年历史动态并预测至2050年情景。结果显示潘塔纳尔湿地水体面积减少93.5%，湿地减少71.2%，而高原地区牧场扩张139.5%。研究为流域可持续管理提供了关键科学依据。

　　

在世界最大的热带湿地——潘塔纳尔湿地所在的巴拉圭河上游流域，一场悄无声息的生态危机正在上演。过去几十年间，这片被誉为"生物多样性宝库"的区域经历了前所未有的土地利用转型，水体消失、湿地退化、原生植被锐减，这些变化不仅威胁着当地独特的生态系统，更对区域水资源安全构成了严峻挑战。

为系统揭示这一生态演变过程，由Nivalda da Costa Nunes领衔的研究团队在《Journal of Environmental Management》上发表了最新研究成果。研究人员创新性地将多种建模技术相结合，对流域1985-2020年的土地利用/覆被变化进行了全面分析，并预测了未来30年的演变趋势。

研究团队采用了一套综合技术方法：基于MapBiomas Collection 7.1的30米分辨率LULC数据(1985-2020年)，结合21个环境与人文驱动因子，运用TerrSet软件的Land Change Modeler模块，构建了整合马尔可夫链、元胞自动机和多层感知器(CA–Markov–MLP)的混合模型。通过Cramér's V系数筛选关键预测变量，采用Modified Mann-Kendall检验分析变化趋势，并以Kappa指数验证模型精度。

3.1. 1985-2020年巴拉圭河上游流域土地利用/覆被的时空动态

研究发现，35年间流域经历了深刻转变。水体面积从7.6%骤降至1.9%，湿地从12.4%减少到3.5%，而牧场从14.5%扩张至29.3%，成为占比最大的土地利用类型。森林和稀树草原分别减少了9.5%和5.0%，主要被转作牧场和农田。空间分异明显：潘塔纳尔湿地以水体消失和草地扩张为主，而高原地区则以农业开垦为主导。

转化机制分析显示，60.3%的森林损失转化为牧场，74.5%的稀树草原转为牧场，71.2%的湿地转化为草地。趋势检测表明，森林、稀树草原、湿地和水体均呈现显著下降趋势，年变化率分别为-761.8 km²、-438.2 km²、-697.2 km²和-404.1 km²，而草地和牧场则以+718.3 km²和+1425.4 km²的速度增长。

3.2. 流域未来土地利用/覆被预测

模型验证显示，高程(0.2560)、降水量(0.2315)与大豆田距离(0.2249)是影响土地利用分布的最重要预测因子。尽管整体Kappa系数达到0.75，但湿地类型的预测精度较低(KIA=0.34)，反映了该类生态系统固有的分类挑战。

预测结果表明，到2050年，流域将延续历史趋势：牧场占比将达34.7%(较198年增长139.5%)，农业用地增至9.1%(增长202.2%)，而水体将进一步萎缩至0.5%(减少93.5%)。原生植被覆盖度将从1985年的76.4%下降至2050年的53.9%。空间上，潘塔纳尔湿地的水体退缩将集中于中西部平原，而高原地区的农业扩张将向中南部高海拔区域推进。

研究结论深刻揭示了气候变化与人类活动共同驱动的生态演变机制。降水量减少、气温上升等气候压力与上游农业用水增加、排水改造等人为干预相互叠加，形成了导致湿地退化的级联效应。高原地区原生植被的丧失不仅削弱了水源涵养功能，还通过改变蒸散发和径流模式，破坏了维持潘塔纳尔湿地生态功能的水文连通性。

这种生态退化正在引发严重的连锁反应：湿地干化移除了天然防火带，增加了野火发生频率和强度，而2020年潘塔纳尔的特大火灾就造成了约1700万脊椎动物死亡的生态灾难。同时，依赖渔业和小规模畜牧的传统社区生计也面临威胁。

研究的创新性在于首次对流域水体和湿地动态进行了全面评估，并通过混合建模方法提升了预测能力。然而作者也指出，湿地分类的不确定性和模型对突变事件的响应局限，要求将预测结果视为指示性趋势而非精确预报。

这项研究为流域综合管理提供了重要科学依据。作者强调，必须采取一体化、空间差异化的管理策略，包括加强水文监测、实施生态分区管理、推广可持续农业实践等，才能有效遏制生态退化趋势，守护这个全球重要湿地系统的生态安全。研究结果对制定基于生态系统的气候适应策略具有重要参考价值，也为类似流域的可持续发展提供了可借鉴的分析框架。