区域生态系统服务功能的量化评估,是发现区域生态问题、制定针对性的生态环境保护措施的重要前提.当前,围场县小滦河流域存在着植被生产力水平低下、生态系统固碳功能较弱等生态问题.研究围场县小滦河流域的区域碳储量现状及空间分布格局,能够为当地解决生态问题提供重要的依据.本研究基于InVEST模型,利用实地调查数据结合遥感影像解译的方法,对围场县小滦河流域的碳储量现状和空间分布进行了分析,同时用热点分析方法,对围场县小滦河流域生态系统固碳功能的热点区域进行识别.结果表明:2021年围场县小滦河流域总碳储量为1.47×107 Mg,其中林地碳储量为5.37×106 Mg,占总碳储量的36.64％.该区域单位面积碳储量的空间分布格局呈现出南高北低的特征,北部有少量高碳密度的区域零星分布.围场县小滦河流域生态系统固碳功能热点区主要分布于南部,占比28.59％,冷点区主要位于中部和北部,占比44.14％,非显著点占比较少,生态系统固碳功能空间分布极不平衡.因此,在热点区域应施以保护为主措施,减小人为干扰所造成的影响;而针对北部高原区的冷点区域,则应该实施以植被恢复为主的措施,比如在宜林区进行植树造林活动,以改善该区域固碳功能低下的现状.

滦河流域是京津冀地区重要的生态屏障和水源涵养区,但流域内仍存在水土流失、河流水质不达标等问题.基于实测资料及loadest模型等工具率定InVEST模型参数,定量评估了滦河流域各生态区2005、2010和2015年土壤保持和水质净化服务及其时空变化特征,采用相关分析和基于网格的Moran'I指数分析了两项服务的作用机理和权衡与协同关系的时空分异,并探讨了气候和土地利用变化对二者的影响.结果表明:2005年、2010年、2015年滦河流域年均土壤保持强度为136.45t/hm2,时间上呈现出先强增后微减的特点,空间格局表现为由西北向东南增加;流域总氮(TN)、总磷(TP)年均输出量分别为1526.73t/a和82.89t/a,输出量逐年增加且集中在流域中下游,流域整体水质净化能力有所减弱.流域内水体中TN、TP浓度与泥沙入河量具有显著相关性,土壤保持和水质净化服务关系整体上由协同向权衡转变,空间上的差异性表现为林地、草地集中区域(生态区A)多以协同关系为主,而农牧带交错地区(生态区B)多以权衡关系为主.建议未来滦河流域开展生态建设和管理工作时应统筹考虑土壤保持和水质净化服务,因地制宜协调二者关系,通过增强流域水土保持功能带动水质净化服务的提升,并优化土地利用布局,促进流域的生态环境高质量发展.

以海河流域为研究对象,依托系统保护规划的理论、方法和技术手段,建立气候-地貌-湿地生态地理综合分类单元,并将此单元作为宏观尺度湿地生物多样性的替代单元,同时以湿地水鸟作为物种尺度的指示物种,综合考虑道路、居民点等社会因素,确定了海河流域湿地保护优先格局及保护空缺.研究结果表明:湿地结构上,现有保护体系中仅滨海湿地受保护比例较高,经系统保护规划优后,湿地保护比例可达28.55％,保护面积达36.55 km2;在空间分布上,仅徒骇马颊河水系目前得到较好的保护,建议对滦河及冀东沿海区域及海河流域南北水系通过设立保护小区和建立湿地公园等方式加强保护.研究结果可为海河流域湿地保护体系调整提供参考,为湿地、非湿地生态系统的整合优化提供有益启示.

干旱是造成农业生产损失的主要灾害之一,及时、准确地监测农业干旱对于降低作物生产损失具有重要意义.本研究基于土壤含水量历史时间序列数据构建了标准化土壤湿度指数,分析了滦河流域2002-2019年干旱时空分布变化规律,并对农业干旱进行定量评价.结果表明:研究期间,滦河流域内大部分栅格单元土壤含水量在时间上以正态分布为主,少部分栅格单元为广义极值分布.各栅格单元在时间上的旱涝变化具有良好的一致性,即呈现一致的变旱或变涝,且流域中部旱涝变化相对显著,农业干旱总体呈减轻趋势.滦河流域农业干旱严重程度的空间分布不明显,其中,流域中部和西北部各干旱特征值(干旱发生频率、干旱历时及干旱烈度)较高,东南部较低.本研究结果可为滦河流域农业干旱预测和防旱减灾措施的制定提供参考依据.

浮游细菌是河流生态系统中营养元素的转运者和能量流动的主要贡献者,其群落组成和多样性会受沿途河岸带环境的影响,但目前对开放流动水体中浮游细菌群落的研究还不足.研究使用高通量测序方法,获取了滦河中上游21个样点的浮游微生物群落数据,并结合遥感数据和水体理化指标进行分析,探讨浮游细菌群落结构与水环境因子的关系.结果表明:(1)变形菌门和放线菌门是滦河干流中占据优势地位的门类.(2)群落Chao1丰富度指数与Shannon's多样性指数均与采样点距河流源头距离存在显著负相关(P＜0.05),其中Chao1丰富度指数在河流中段的反常升高暗示着外源性偶见种在该河段的大量涌入.(3)采样点距源头距离与细菌群落组成相关性最高;以距源头距离作为控制变量,只有总氮、硝酸盐氮、氨氮与细菌群落组成相关(P＜0.05),表明距源头距离所代表的滞水时间和氮营养盐对细菌群落组成存在显著影响.(4)在4种土地利用因子中,无论是否以距源头距离作为控制变量,只有建设用地占比与细菌群落组成相关(P＜0.05);若以硝酸盐氮、电导率作为控制变量,则建设用地占比与细菌群落组成在α=0.05的显著性水平下不再显著相关;若以总氮、氨氮、pH、叶绿素a和流速作为控制变量,则建设用地占比与细菌群落组成在α=0.1的显著性水平下不再显著相关.上述结果表明,建设用地对于浮游细菌群落的组成存在影响,包括通过改变硝酸盐氮的排放而造成的直接影响,以及通过改变河流的水文和理化条件而造成的间接影响.

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.