为研究永定河流域官厅水库南岸生态水源保护林土壤饱和导水率(Kfs)的特征,科学评价水源保护林功能,选取水源保护林典型林分与当地成林和非林地作对比,采用方差分析、相关分析和因子分析的方法研究土壤理化性质对饱和导水率的影响并根据因子得分排名探究土壤通透性最好的林分.结果 表明:(1)土壤饱和导水率随土层深度增加而减小,水源保护林中混交林的饱和导水率大于纯林接近于成林,侧柏×山杏混交林的饱和导水率最高;(2)因子分析结果表明,影响饱和导水率最主要的因素为饱和含水量、容重和有机质含量;次重要因子为土壤砂粒、粉粒和粘粒含量,土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度对本区域饱和导水率影响不大;(3)综合因子得分排名分析,以侧柏×山杏混交林的土壤通透性最好,油松×山杏混交林次之.目前生态水源保护林对土壤通透性的改善优势明显,造林颇具成效.

人类干扰造成了全球河流生态系统的普遍退化.流域尺度的水生生物分布特征及其影响因素研究对于河流生态系统的保护与恢复具有重要意义.本研究以永定河流域大型底栖动物群落为研究对象,分别于2017年春季(3月)、夏季(7月)、秋季(11月)开展全流域尺度的大型底栖动物调查.研究表明:永定河流域以摇蚊科为主,优势类群包括直突摇蚊属、摇蚊属、雕翅摇蚊属以及多足摇蚊属.聚类分析表明,大型底栖动物群落结构存在显著的空间差异性,按照群落相似性可分为2组:组1主要包含桑干河和东洋河水系,以直突摇蚊为主要优势种;组2主要包含洋河、妫水河以及永定河干流部分河段,以雕翅摇蚊为主要优势种.单因素方差分析表明,组2生物量、Shannon指数、Margalef指数、Pielou均匀度指数以及物种丰富度均显著高于组1,指示了该区域内更好的生态状况.大型底栖动物的季节差异显著,夏季的密度、生物量和各多样性指数均显著低于春季和秋季.典范对应分析显示,影响永定河大型底栖动物空间分布的环境因子主要包括水温、铵氮、pH、溶解氧和总磷.从水文因子的角度,流量和流速与主要生物参数存在显著相关性.组2中流速和流量与大型底栖动物密度和EPT％存在显著的正相关关系,表明急流生境有利于EPT(蜉蝣目、翅目、毛翅目)敏感类群的生存;但流量和流速与多样性指数呈负相关关系,表明过高流量和流速的生境条件不利于大型底栖动物多样性的维持.总之,水环境因子、水文因子都显示出了对大型底栖动物群落结构和多样性特征的影响,表明永定河流域生态系统受到多类型人为活动的影响.减少水质污染、适度恢复部分河段的流量是永定河流域生态系统修复的重要环节.

滨河带是河流生态系统和森林生态系统的过渡带,该区域林分的土壤优先流特征对流域的地表水文过程会产生重要影响.探究土壤异质性与优先流的关系,为当地地下水安全和河流上下游水生态安全提供参考.本研究以永定河滨河带的藤本和次生乔木林两种植被为研究对象,结合传统亮蓝(Brilliant Blue FCF)染色示踪法,利用探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)技术进行测线扫描.提取探地雷达图像的单道波形图,对反射波各参数与染色面积比进行拟合,并结合优先流染色特征进行分析.染色形态特征表明,藤本样地土壤染色形态呈现断离式零散分布,优先流发育带为土壤表层以下5-30 cm的土层深度,而次生乔木林土壤呈现大面积斑块状分布,优先流发育较为迟缓,其发育带为土壤表层以下10-25 cm的土层深度,且平均染色面积比藤本小1.68％.探地雷达测线表明,土层深度为0-15 cm时,最大振幅和总振幅面积均随土层的深度增加而下降,土层深度为15-35 cm时,两参数开始波动变化,且藤本样地的最大振幅和总振幅面积大于次生乔木林样地.经拟合发现,染色面积比与最大振幅呈y=25.104lnx+25.137(R2=0.8697)的对数关系,染色面积比与总振幅面积呈y=23.874lnx-26.862(R2=0.6173)的对数关系.以上分析可知,次生乔木林地土壤比藤本覆盖下的土壤紧实度更好,其电磁波在经历物理过程中损失的电磁信号较少,而藤本样地的电磁信号波动较大,可见藤本覆盖下土壤层次间结构差异变化比次生乔木林更明显,从而导致藤本覆盖下的土壤优先流程度更高.为保护地下水安全,对于滨河床地带和丘前的低洼地这类排水不良的区域,可对藤本植被茂盛的地带采取适当适量的伐藤措施来抑制藤本覆盖下的优先流过度发育,同时也可通过避免强降雨前施肥降低藤本植被覆盖下的地下水污染.

科学测算生态补偿额度是推进生态补偿落实、实现区际经济与生态保护协调发展的重要基础.以京津冀为研究区,应用InVEST模型及影子工程法定量测算2005年、2010年和2018年的区域水源涵养服务价值量,利用生态系统服务供需比识别水源涵养价值输出区,运用断裂点公式和场强模型分析价值流动的时空特征,并基于价值转移量和地理探测器探测的主导因子构建水源涵养生态补偿模型,计算了京津冀各县(区)的水源涵养服务补偿额度.结果表明:(1)2005年、2010年和2018年京津冀地区水源涵养服务价值分别为19.4×108元、40.2×108元和47.8×108元,林地对水源涵养价值增加起着至关重要的作用.(2)各流域内水源涵养服务价值输出区主要分布在太行山脉、燕山山脉和坝上高原地区,且输出区数量呈增加态势.(3)2005年、2010年和2018年各流域水源涵养流入到消费区的价值的高值区变化较大,主要发生在滦河山区、北三河山区、大清河山区和永定河册田水库至三家店区4个流域内,低值区的分布则变化较小;但受森林覆盖率、水系以及地形的影响,水源涵养服务价值转移量总体呈增加趋势.(4)基于水源涵养生态补偿模型,得到京、津、冀三地支付金额比例为2.04:1.61:1,各县(区)需支付补偿金额在0—340.95万元;而京、津、冀三地受偿金额比例为1:0:1.87,各输出区的受偿金额则在0—545.75万元之间.

2017年春季(4月)、夏季(7月)、秋季(11月)对永定河流域23个样点的大型底栖动物、水环境和水文因子进行了野外调查,分析了永定河流域大型底栖动物功能摄食类群的群落组成与时空分布特征及其对河流生境变化的响应情况.永定河流域3个季节共采集到大型底栖动物78种,隶属3门6纲39科,其中,春季52种、夏季50种、秋季53种,功能摄食类群以收集者占绝对优势,其次为捕食者,刮食者、滤食者、撕食者所占比例极低.3个季节优势种均属于收集者类群,春季优势种为直突摇蚊属、流水长跗摇蚊属、环足摇蚊属,夏季优势种为雕翅摇蚊属,秋季优势种为多足摇蚊属、摇蚊属、直突摇蚊属.冗余分析结果表明:水温、流速、盐度以及总磷是影响春季大型底栖动物功能摄食类群的主要影响因子;总磷、溶解氧、电导率以及流量是夏季大型底栖动物功能摄食类群的主要影响因子;总磷和溶解氧是影响秋季大型底栖动物功能摄食类群的主要影响因子;总磷在春、夏、秋季均与收集者类群表现出正相关性,表明永定河流域大型底栖动物功能摄食类群受到了水质污染的影响.基于功能摄食类群参数的评价表明:1)物质循环方面,妫水河初级生产力显著高于其他区域,秋季大于其他季节;洋河次级生产力和分解能力显著高于其他区域,春季大于其他季节,但洋河自养/异养作用显著低于其他区域,春季小于其他季节;2)纵向输入能力方面,桑干河显著高于其他区域,秋季大于其他季节;3)沿岸物质的输入方面,妫水河显著高于其他区域,夏季大于其他季节.