土地利用与气候压力下塞拉多最大自由流动河流的水文变化：阿拉瓜亚河长期径流趋势及驱动机制分析

本研究针对巴西塞拉多生物群落最大自由流动河流阿拉瓜亚河，通过分析1985-2022年水文气象数据，结合Mann-Kendall检验和随机森林回归模型，揭示土地利用变化（特别是农业扩张）是枯水期径流减少的主因，而气候异常（如ENSO事件）主导丰水期变化。成果为热带无坝河流的水资源管理提供科学依据。

　　

在巴西广袤的塞拉多生物群落中，阿拉瓜亚河如同一条蓝色动脉，滋养着这片兼具高生物多样性与高强度农业开发的特殊生态系统。这条南美洲最长的自由流动河流之一，近四十年来正面临前所未有的挑战——卫星影像显示，流域内原生植被覆盖率已下降近半，取而代之的是连绵的大豆田和牧场；同时气候监测数据表明，雨季起止时间变得飘忽不定，极端干旱事件频发。这种"双重挤压"如何改变河流的脉搏？由巴西国家科技发展委员会资助的研究团队，在《Journal of South American Earth Sciences》发表的研究给出了系统解答。

研究团队采用多学科交叉方法：收集1985-2022年间12个水文站的实测径流数据（Q_min
/Q_avg
和Q_max
/Q_avg
比率）、流域降水异常指数、ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）事件记录，以及年度土地利用/覆被数据。运用Mann-Kendall趋势检验和Sen斜率估计器识别长期变化，通过随机森林（Random Forest）回归量化各驱动因素的相对贡献。

【研究结果】

1. 研究区域
   阿拉瓜亚河流域面积达385,000 km²
   ，年均流量6420 m³
   s^-1
   。其独特的洪泛平原系统（如Bananal平原）对维持水文连通性至关重要。

2. 阿拉瓜亚河径流的时间变化与趋势
   • 枯水期径流（Q_min
   ）在90%测站呈现显著下降，Sen斜率显示年均减少1.2%-2.5%
   • 丰水期径流（Q_max
   ）在2010年后异常偏低，2015年ENSO事件期间达历史极值
   • 中游站点24700000的Q_min
   /Q_avg
   比率从1990年代0.38降至2020年0.21

3. 长期水文趋势及其影响
   随机森林模型显示：
   • 枯水期变化主因：农业用地扩张（贡献度42%＞降水异常31%）
   • 丰水期变化主因：ENSO事件（贡献度53%＞森林损失28%）
   • 灌溉区扩张使旱季基流减少19%，加剧下游用水冲突

【结论与讨论】
édipo H. Cremon团队首次量化了热带自由流动河流对复合压力的响应机制：地质形态调节作用突出——狭窄河道段对气候波动更敏感，而宽广洪泛区段受土地利用影响更深。研究建议采取"分区治理"策略：上游加强植被保护以维持基流，中游调控灌溉取水，下游建立气候适应性管理机制。该成果为《巴黎协定》框架下的"水-能-粮纽带"治理提供了热带案例，尤其对正在规划中的"塞拉多水道工程"具有预警意义。值得注意的是，研究揭示的"农业扩张-大气反馈"恶性循环（即植被减少→降水减少→灌溉需求增加→径流进一步下降）机制，可能普遍存在于全球热带农业前沿区。