摘要：人类活动导致土地利用和土地覆盖频繁发生急剧变化，对生态和环境产生了重大影响。评估土地利用变化是评估这些活动对生态系统健康影响的一种准确而有价值的方法。巴基斯坦目前正经历着由农业发展、城市化和无节制砍伐森林造成的生态压力。本研究在30 m分辨率下研究了巴基斯坦土地利用和土地覆被的时空变化，并采用Vigor-Organization-Resilience-Services (VORS)框架以500 m的精度评估了巴基斯坦2010-2020年的生态系统健康状况。结果表明，2010 - 2020年巴基斯坦的建设用地面积增加了4,084.92平方公里，水体面积增加了3,329.62平方公里。2015 年森林面积的减少非常明显(减少了5,625平方公里)，至2020年这一情况得到了减缓。然而生态系统健康指数高于0.8的地区减少了61%，主要集中在伊斯兰堡。巴基斯坦生态系统健康指数的空间集群更加明显，Moran’s I从2010年的0.834增加到2020年的0.871。本研究建议巴基斯坦建立一个国家生态系统健康管理系统，以监测土地利用和土地覆盖的重大变化。此外，研究还强调有必要增加对绿色发展的投资，以促进区域可持续发展。
研究结果
2010-2020年荒地是巴基斯坦最大的土地利用类型。从 2010 年的 46.24万平方公里增加到2015年的50.04万平方公里，至2020年减少为45.71万平方公里。农业和草地的变化方式相同，即先减少后增加。2010 年，耕地和草地分别占总面积的25.8%和20.7%。2015年，耕地减少到24.6%，草地减少到17.9%；2020年，耕地为25.5%，草地为20.2%。林地面积从2010年的5.76万平方公里减少到2015年的4.70万平方公里，到2020年增加为6.32万平方公里。在整个研究期间，建设用地增加了0.41万平方公里，林地增加了0.55万平方公里，水体增加了0.33万平方公里。
图1. 2010-2020 年巴基斯坦土地利用转换情况
巴基斯坦的生态系统活力较低，大部分地区低于0.2(图 2)。生态系统活力的最高值位于首都伊斯兰堡附近，范围在0.4 - 0.6之间。2010-2020 年，生态系统活力在0.2 - 0.4 之间的区域出现了显著下降。巴基斯坦生态系统组织的时空异质性十分明显。在整个研究期间，巴基斯坦西南部的生态系统组织程度较低，一直低于 0.2。印度河流域沿岸的生态系统组织明显优于其他地区，且南岸优于北岸，大多在0.8 - 1间。2010-2020年期间，伊斯兰堡地区的生态系统组织呈现出从低于0.6发展至高于0.6的积极趋势。巴基斯坦东南部的塔尔沙漠是另一个生态系统组织低于0.2的地区；然而我们的结果发现该地区的生态系统组织正在稳步改善。
图 2. 2010年(A)、2015年(B)、2020年(C)巴基斯坦生态系统活力、2010年(D)、2015年(E)、2020年(F)巴基斯坦生态系统组织、2010年(G)、2015年(H)、2020年(I)巴基斯坦生态系统复原力以及2010年(J)、2015年(K)、2020年(L)生态系统服务的空间分布。
在整个研究期间，巴基斯坦的EHI有所改善(图3)，2020年的平均值为0.47，而2010年为0.39。2010-2020年间，伊斯兰堡的EHI明显高于其他地区，EHI超过0.6。与2010年(图 3A)相比，2020年EHI在0.4 - 0.6之间的地区(图 3C)明显增加。EHI的增加主要发生在旁遮普省和信德省。巴基斯坦西部的俾路支省是2015年EHI低于0.2的最大地区(图 3B)。另一个EHI低于0.2的地区是巴基斯坦北部，那里有大量的冰川永久冻土。EHI低于0.4的地区正在缩小；也就是说，2010年EHI低于0.4的大部分地区在2020年的EHI都会升高。不幸的是，同样，EHI指数高于0.8的地区也在缩小，尤其是在伊斯兰堡。该地区生态系统活力的降低与城市扩张直接相关。
图 3. 2010年(A)、2015年(B)、2020年(C)巴基斯坦EHI的时空异质性，以及2010年(D)、2015年(E)、2020年(F)EHI的LISA空间集聚。
结论与讨论
在研究期间，巴基斯坦经历了土地利用、土地利用变化和生态系统健康的变化。在研究期间，巴基斯坦的土地利用、土地利用变化和生态系统健康发生了变化。林地、建筑用地和水体的面积在增加，而荒地、草地和耕地的面积呈下降趋势。研究发现，伊斯兰堡地区的森林覆盖率最高，巴基斯坦大部分灌溉耕地位于印度河沿岸。2020年生态系统健康指数(EHI)低于0.4的地区不到2010年的一半。此外，生态系统健康指数高于0.8的地区缩小了61%，尤其是在伊斯兰堡。EHI升高的地区主要位于印度河平原，那里灌溉农业发达，人口稠密。有趣的是，尽管巴基斯坦一些地区的EHI有所上升，但总体EHI水平仍然较低(< 0.6)。
人类活动严重加剧了气候变化。本研究选择了巴基斯坦这个发展中国家，其所遭受的全球变暖影响与温室气体排放量不成比例。虽然巴基斯坦在全球温室气体排放量中所占比例不到1%，但它对全球变暖导致的极端天气的易感性却非常高。值得注意的是中国利用中巴经济走廊(CPEC)来促进巴基斯坦的绿色和可持续发展。这一倡议在促进区域气候变化、双碳目标、碳峰值、碳中和以及新生物多样性目标的合作方面发挥了关键作用。从本质上讲，这项研究在制定区域气候变化应对战略和促进生态友好型发展方面具有潜力。此外，这项研究的主要目的是扩大发展中国家的声音，以期引起国际社会的关注。
本研究强调了为生态系统活力、恢复力、组织力和服务力确定适当权重的重要性，以便准确评估它们对整体生态系统健康的贡献。确定此类权重是一个复杂的过程，会对获得的结果产生重大影响。虽然综合指标权重的评估在验证和固有的不确定性方面存在挑战，但本研究旨在提供有关巴基斯坦生态系统健康趋势的宝贵见解。尽管本研究的结果在数字上可能与先前的研究结果不一致，但关键的收获在于了解上述趋势。虽然确定权重的过程是本研究的不足之处之一，但数据的处理已达到合理的量化程度。最终，在巴基斯坦开展进一步的探索和研究必将加深我们对生态系统健康动态的了解。
原文信息：
Zhao H, Deng X*. Spatiotemporal variation in ecosystem health caused by land use and land cover changes in Pakistan[J]. Ecosystem Health and Sustainability, 2024, 10: 0161. DOI:10.34133/ehs.0161
(赵海鹏 供稿)
