基于遥感数据的乌拉圭桉树人工林替代天然草原对实际蒸散发的影响研究

本研究针对乌拉圭Paysandú地区天然草原被桉树人工林替代引发的生态水文问题，采用Landsat 8多光谱数据构建土壤湿度(SM)高分辨率反演模型，结合Walker et al.(2019)算法量化2013-2023年实际蒸散发(ET)变化。结果显示桉树林区ET较草原显著提升（R2>0.88，RMSE≈0.03 m3/m3），证实人工林通过改变水分平衡影响区域水文循环，为土地管理提供30米精度的遥感监测方案。

　　

在乌拉圭广袤的草原上，一场静默的生态变革已持续三十余年——自1987年《森林法第15,939号》颁布以来，该国桉树人工林面积从4.5万公顷激增至108.7万公顷，天然草原正被快速生长的外来树种取代。这种土地利用转型虽带来经济效益，却像一把双刃剑：深根系的桉树如同巨型"生物水泵"，可能重塑区域水文循环。传统水文监测面临成本高、覆盖窄的困境，而卫星遥感技术为破解这一难题提供了新视角。

为量化人工林对水循环的影响，研究团队选择Paysandú地区两个毗邻流域（Don Tomás和La Cantera）作为天然实验场。通过Google Earth Engine平台整合Landsat 8光学/热红外数据，建立多线性回归(MLR)模型反演30米分辨率土壤湿度(SM)，进而采用Walker et al.(2019)的ETwv算法估算实际蒸散发(ET)。该方法创新性地融合SM与土壤质地数据，无需复杂参数校准即可实现跨尺度ET估算。

SM估计
研究首先验证MLR模型的可靠性：利用2014年1-2月湿润期实地测量数据，发现桉树林流域(PH5)较草原流域(PH9)土壤剖面干燥程度更深，证实植被类型显著影响SM分布。模型反演的SM与实测值高度吻合（R2>0.88，RMSE≈0.03 m³/m³），其中归一化湿度指数(NDMI)和地表温度(ST)是解释SM变异的关键指标。

ET时空格局
十年监测数据揭示鲜明对比：桉树林流域年均ET达1043 mm，较草原流域(895 mm)高出16.5%。季节性分析显示差异在生长季(9-3月)尤为显著，最大单月差值达88 mm。这种差异源于桉树更高的光合效率、深层根系吸水能力和较低的冠层反照率，与Silveira et al.(2016)基于水量平衡法的发现相互印证。

讨论与结论
研究证实遥感技术可有效捕捉细微水文响应：30米分辨率SM制图使局部尺度ET监测成为可能，克服了传统SMAP卫星产品(千米级)的局限。方法论上，GEE平台实现的自动化流程为欠监测地区提供实用工具。生态意义上，18-46%的ET增幅警示人工林扩张可能加剧旱季水资源压力，这对乌拉圭这类降水季节性强的地区尤为关键。

该成果发表于《Forest Ecology and Management》，其价值不仅在于揭示桉树-草原系统水文差异，更开创性地建立了高精度、低成本的生态水文监测范式。未来研究可拓展至其他快速造林地区，为全球气候变化背景下的可持续土地管理提供科学依据。