京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)水源涵養(yǎng)功能的時空變化分析

　　摘要：水分是干旱、半干旱地區(qū)植物生長的主要限制因子，也是權(quán)衡生態(tài)修復(fù)工程措施的重要依據(jù)。 該文基于區(qū)域水量平衡方程與 GIS 空間分析技術(shù)，評估了京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)水源涵養(yǎng)功能的時空變化，并分析了氣象、地形、植被等因素對水源涵養(yǎng)功能的影響。 結(jié)果表明：2000—2015 年工程區(qū)的水源涵養(yǎng)量與涵養(yǎng)能力均有所增加，多年平均值分別為 16.79 億 m3 和 3.66mm。 工程區(qū)水源涵養(yǎng)能力由西向東遞增，高值區(qū)與較高區(qū)的面積占到工程區(qū)的 32.45%;相比 2000 年，2015 年有 41.65%的地區(qū)水源涵養(yǎng)能力增大，其中 22.01%的地區(qū)顯著升高。 但 2000—2015 年荒漠草原亞區(qū)水源涵養(yǎng)能力明顯下降，農(nóng)牧交錯帶草原亞區(qū)相對穩(wěn)定，整體來看，典型草原亞區(qū)的水源涵養(yǎng)量最大，燕山丘陵山地水源保護亞區(qū)的涵養(yǎng)能力最高。 主要原因在于工程區(qū)水源涵養(yǎng)能力易受降雨、氣溫以及植被覆蓋度等因子影響，渾善達克沙地亞區(qū)與科爾沁沙地亞區(qū)的植被覆蓋狀況改善顯著提升了其水源涵養(yǎng)能力，農(nóng)牧交錯帶草原亞區(qū)和晉北山地丘陵亞區(qū)的水源涵養(yǎng)能力下降主要歸因于降雨量減少，而荒漠草原亞區(qū)的涵養(yǎng)能力明顯受到氣候與植被的雙重制約。

　　本文源自張彪; 王爽; 李慶旭; 謝高地， 生態(tài)學(xué)報 發(fā)表時間：2021-06-30

　　關(guān)鍵詞：水源涵養(yǎng)功能;區(qū)域水量平衡;時空變化;區(qū)域差異;京津風(fēng)沙源區(qū)

　　土地是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)和自然資源。 由于人口數(shù)量持續(xù)增長和土地資源不合理利用，我國土地退化態(tài)勢較嚴重[1]，截至 2014 年仍有荒漠化土地 261.16 萬 km2，沙化土地 172.12 萬 km2 [2]。 為遏制土地退化趨勢，我國相繼實施了一系列重大生態(tài)保護工程[3]，并取得了顯著的生態(tài)建設(shè)成效。 但生態(tài)系統(tǒng)演化與恢復(fù)是一個漫長過程，開展生態(tài)系統(tǒng)狀況評估與生態(tài)恢復(fù)成效監(jiān)測尤為重要[4]。 由于我國重大生態(tài)工程區(qū)涉及到廣大的干旱、半干旱地區(qū)，而水分狀況是植被生長與生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵，因此清晰揭示生態(tài)工程區(qū)水分狀況的動態(tài)變化可為生態(tài)保護與修復(fù)工程的規(guī)劃布局提供重要參考。 水源涵養(yǎng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要服務(wù)功能之一，對區(qū)域水文狀況改善、水分循環(huán)調(diào)節(jié)以及飲用水源保護等具有重要意義[5]，但易受生態(tài)系統(tǒng)類型、土壤理化性質(zhì)、地形地貌特征以及降水、蒸散和徑流等因素影響[6]，因此準確評價水源涵養(yǎng)功能是當前研究的難點與熱點。 張彪等[7]總結(jié)森林水源涵養(yǎng)功能的評估方法有土壤蓄水能力法、區(qū)域水量平衡法、年徑流量法、多因子回歸法等，王曉學(xué)等[8]進一步明確了這些方法的基本假設(shè)和適用尺度，司今等[9]則分析探討了水源涵養(yǎng)功能計算方法的區(qū)域適用性。 近年來，SWAT[10]、SCS?CN[11]、InVEST[12]、DTVGM[13] 以及元胞自動機[14] 等模型也被應(yīng)用于水源涵養(yǎng)功能評價中。 但是，水源涵養(yǎng)是一定時空范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)截留與保持水分的過程和能力[5]，是多個生態(tài)水文要素與過程綜合作用的結(jié)果，不同地區(qū)水源涵養(yǎng)的功能潛力及其影響因子可能不同，但是區(qū)域生態(tài)修復(fù)與保護工程規(guī)劃布局的關(guān)鍵依據(jù)，為此需要清晰揭示區(qū)域降水的整體分配與利用情況。水量平衡方程是將區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)視為一個黑箱，把大氣降水作為輸入水量，蒸散量和徑流量作為輸出水量，水量輸入和 輸 出 的 差 值 即 為 水 源 涵 養(yǎng) 量， 可 充 分 反 映 區(qū) 域 降 水 的 整 體 分 配 情 況[15?16]， 而 且 使 用 頻 率較高[6，11，17?18]。

　　京津風(fēng)沙源治理工程是為遏制北京及周邊地區(qū)土地沙化趨勢、改善京津地區(qū)大氣環(huán)境而實施的一項重大生態(tài)工程，其植被覆蓋狀況與生態(tài)系統(tǒng)功能受到重點關(guān)注。 比如李慶旭等[19]測算發(fā)現(xiàn)，2000—2015 年京津風(fēng)沙源區(qū)的植被覆蓋度以 0.4% / 年的速率增加;張彪等[20]采用修正風(fēng)蝕方程估算發(fā)現(xiàn)，風(fēng)沙源區(qū)的防風(fēng)固沙功能也以年均 0.71%的速率波動增加;吳丹等[21] 從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、質(zhì)量和服務(wù)功能的角度評估認為，2000— 2010 年京津風(fēng)沙源治理工程的生態(tài)效應(yīng)顯著。 但是京津風(fēng)沙源治理工程集中分布在我國的干旱、半干旱地區(qū)，區(qū)域蒸散發(fā)與干旱化風(fēng)險均較大[22]，區(qū)域水資源與土壤水分狀況對工程區(qū)的植被及功能有重要影響[23]。現(xiàn)有研究側(cè)重工程區(qū)植被狀況與防風(fēng)固沙效益評估，對其水源涵養(yǎng)功能的變化規(guī)律及其空間差異研究較少。隨著京津風(fēng)沙源治理工程的持續(xù)推進，分區(qū)施策與精準修復(fù)已成為生態(tài)治理的重要任務(wù)，因此亟需分析揭示工程區(qū)水源涵養(yǎng)功能的時空變化差異。

　　為此，該文基于京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)的長序列遙感影像數(shù)據(jù)，采用區(qū)域水量平衡方程與 GIS 空間分析技術(shù)，評估分析 2000—2015 年工程區(qū)水源涵養(yǎng)功能的時空變化特征，分析揭示區(qū)域水源涵養(yǎng)功能差異及其影響因子，為京津風(fēng)沙源治理工程的成效監(jiān)測與分區(qū)施策提供參考依據(jù)。

　　1 研究方法及數(shù)據(jù)來源

　　1.1 研究區(qū)概況

　　京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)(109°30′—114°20′E， 38°50′—46°40′N)主要位于我國北方的干旱、半干旱地區(qū)，西起內(nèi)蒙古達爾罕茂明安聯(lián)合旗，東至河北省平泉縣，南起山西省代縣，北至內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗。 一期工程區(qū)面積 45.8 萬 km2，涵蓋北京、天津、錫林郭勒、承德、張家口等 11 個地市的 75 個縣(旗、市、區(qū))。

　　工程區(qū)地貌以平原、山地和高原為主(圖 1)。 其中，京津市區(qū)為海河平原的一部分，其西部與北部被太行山北端和燕山西部環(huán)繞，山地外側(cè)為內(nèi)蒙古高原;東部渾善達克沙地是錫林郭勒高原的重要組成部分，沙化土地廣布;西部烏蘭察布高原由陰山北麓的丘陵、地勢平緩的凹陷地帶及橫貫東西的石質(zhì)丘陵隆起帶組成，境內(nèi)多季節(jié)性河流;燕山山地和太行山地形起伏較大，易造成水土流失。

　　工程區(qū)多年平均氣溫為 7.5℃ ，平均降水量為 459.5 mm，且集中在 6 ~ 9 月，年蒸發(fā)量平均為 2110 mm。 工程區(qū)主要內(nèi)流河有安固里河、大清溝，外流河有永定河、灤河、潮白河和遼河，水資源總量約為 229.16 億 m3，其中地表水 132.93 億 m3，地下水資源量 132.77 億 m3。

　　工程區(qū)土壤種類繁多，內(nèi)蒙古高原地帶性土壤以黑鈣土、栗鈣土、棕鈣土為主，燕山山地以石灰土、石質(zhì)土為主。 工程區(qū)植被類型復(fù)雜，內(nèi)蒙古高原天然植被以冷蒿、大針茅、克氏針茅和短花針茅等為主，人工植被以闊葉喬木和旱生灌木為主;燕山山地及太行山北部山地天然植被多為次生楊樺林及荊條、胡枝子、山杏等針葉灌叢，人工植被以油松為主，高海拔地帶以落葉松為主[24]。

　　由于京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)面積廣闊，地貌差異大，涉及不同的生物氣候帶和土壤類型區(qū)，且地表植被狀況存在明顯差異，參照石莎等[25]劃分方法，將工程區(qū)分為荒漠草原亞區(qū)、典型草原亞區(qū)、渾善達克沙地亞區(qū)、大興安嶺南部亞區(qū)、科爾沁沙地亞區(qū)、農(nóng)牧交錯帶草原亞區(qū)、晉北山地丘陵亞區(qū)和燕山丘陵山地水源保護亞區(qū)等進行比較分析(圖 1)。

　　1.2 研究方法

　　本文采用區(qū)域水量平衡方程評估工程區(qū)的水源涵養(yǎng)量與涵養(yǎng)能力。 首先，利用工程區(qū)內(nèi)氣象站降雨數(shù)據(jù)插值得到每年的評估期降雨量(P)，基于不同年份土地覆被數(shù)據(jù)與地表徑流系數(shù)(r)估算地表徑流量(R);然后利用 Thorntnwaite Menorial 模型[26?28]以及插值到的評估期溫度(T)估算相應(yīng)的最大蒸散量(L)，并引入土地覆被蒸散發(fā)調(diào)整系數(shù)(ei)估算蒸散發(fā)量(ET);水源涵養(yǎng)能力(WCA)為一定時間內(nèi)評估單元的降雨量(P)與地表徑流量(R)及蒸散發(fā)(ET)的差值，水源涵養(yǎng)量(WCQ)為某區(qū)域水源涵養(yǎng)能力(WCA)與土地覆被面積的乘積。 計算公式為：R = ∑ ni = 1ri × P (1)L = 300 + 25 × T + 0.05 × T3(2)ET = ∑ ni = 1ei × 1.05 × P1 + (1.05 × PL)2(3)

　　式中，P 為評估期降雨量(mm)，R 為地表徑流量(mm)，ri為不同土地覆被類型的地表徑流系數(shù)(表 1);L 為評估期最大蒸散量(mm)，T 為評估期平均氣溫(℃ )，ET 為蒸散發(fā)估算量(mm)，ei為不同土地覆被類型的蒸散發(fā)調(diào)整系數(shù)(表 1);WCA 為水源涵養(yǎng)能力(mm)，WCQ 為區(qū)域水源涵養(yǎng)量(m3)，A 為土地覆被面積( hm2)，i為土地覆被類型。 考慮到工程區(qū) 80%降雨集中在 6 ~ 9 月份[34]，本文將評估期設(shè)定為每年的 6 ~ 9 月，并估算相應(yīng)年份的降雨量、蒸散量和徑流量。

　　1.3 數(shù)據(jù)來源

　　本文中 2000—2015 年京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)的地表覆被類型及其面積均來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http： / / www.resdc.cn)的土地利用數(shù)據(jù)(30m×30m 柵格)，包括森林、灌叢、草地、濕地、農(nóng)田、沙地、城鎮(zhèn)等 7 類;氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)( http： / / cdc.cma.gov.cn / )的位于工程區(qū)內(nèi)的 81個氣象站，并采用 6 ~ 9 月降水數(shù)據(jù)插值成柵格數(shù)據(jù)。 為保證不同數(shù)據(jù)精度的一致性，以上數(shù)據(jù)均重采樣為100m×100m 的柵格單元參與計算。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 年際變化

　　結(jié)果表明，2000—2015 年京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)的降雨量波動在 224 ~383mm 之間，其中 2007 年和2012 年分別達到最小值和最大值，多年平均的評估期降雨量為 289 mm，且總體呈現(xiàn)小幅增加趨勢(圖 2)，對區(qū)域水源涵養(yǎng)功能的發(fā)揮與利用有一定積極意義。 2000—2015 年工程區(qū)蒸散量與降雨量變化趨勢基本一致，評估期蒸散量變動在 243 ~ 355mm 之間，多年平均值為 295 mm，且受區(qū)域氣溫上升的影響[35]，評估期蒸散量整體有所增大，加劇了區(qū)域干旱化趨勢[36]。 此外，2000—2015 年京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)地表徑流量介于36 ~ 62 mm 之間，且受降雨量與地表覆被變化的影響，徑流量波動變化顯著，多年平均值為 46 mm(圖 2)。

　　2000—2015 年間京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)可涵養(yǎng)水源 3.61 億 ~ 35.39 億 m3，并分別于 2007 年和 2012 年達到最低值和最高值，多年平均的水源涵養(yǎng)量為 16.79 億 m3，約占工程區(qū)水資源總量的 7.33%、地表水資源量的 12.63%，對工程區(qū)植被生長需求與生態(tài)恢復(fù)有一定積極作用;2000—2015 年工程區(qū)水源涵養(yǎng)能力變動在0.74 ~ 7.23 mm，多年平均的涵養(yǎng)水源能力為 3.66 mm，不足平均年降雨量(459.5 mm)的 1.14%，說明大氣降水的有效利用水平較低。 此外，2000—2015 年京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)的水源涵養(yǎng)量與涵養(yǎng)能力均呈現(xiàn)整體增加趨勢(圖 3)，原因在于工程區(qū)生態(tài)狀況的改善提升了區(qū)域水源涵養(yǎng)功能，但相比之下，水源涵養(yǎng)量的變化幅度高于涵養(yǎng)能力，這是因為水源涵養(yǎng)量受涵養(yǎng)能力與地表覆被的共同影響。

　　2.2 空間格局

　　基于京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)水源涵養(yǎng)能力空間差異發(fā)現(xiàn)，工程區(qū)東部水源涵養(yǎng)能力普遍高于西部，且高涵養(yǎng)能力的區(qū)域明顯增加(表 2)，說明工程區(qū)水源涵養(yǎng)功能整體改善。 水源涵養(yǎng)能力高值區(qū)主要為東烏穆沁旗的東北部以及寬城、薊縣、平谷、承德和興隆縣等南部地區(qū)，其面積約占工程區(qū)的 7.52%;水源涵養(yǎng)能力較高區(qū)的面積較大，約占 24.93%，集中分布在太仆寺旗、阿魯科爾沁旗、西烏珠穆沁旗以及多倫、張北縣等區(qū)域;涵養(yǎng)水源能力一般的地區(qū)面積最大，占到工程區(qū)的 38.03%，且集中分布在西北部;另外有 11.17%的水源涵養(yǎng)能力較低區(qū)，主要分布在治理工程區(qū)的西部以及西南部地區(qū);而水源涵養(yǎng)能力低值區(qū)約有 18.35%，且集中分布于達爾罕茂明安聯(lián)合旗、四王子旗、蘇尼特左旗和蘇尼特右旗等西部地區(qū)(圖 4)。

　　相比 2000 年，2015 年京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)有 41.65%的地區(qū)涵養(yǎng)水源能力增加(表 2)，其中 22.01%的地區(qū)顯著增加，主要分布在東烏珠穆沁旗的東北部以及赤峰市、隆化縣、灤平縣以及北京市密云區(qū)等;19.64%的地區(qū)水源涵養(yǎng)能力小幅度增加，主要為錫林浩特市、克什克騰旗、西烏珠穆沁旗、巴林左旗等。 工程區(qū)中西部地區(qū)水源涵養(yǎng)能力變化不明顯，其面積占到 39%。 此外，蘇尼特左旗、蘇尼特右旗、四王子旗和達爾罕茂明安聯(lián)合旗等西部地區(qū)的水源涵養(yǎng)能力小幅下降，其面積約占 15.23%。 另有 4.11%的區(qū)域水源涵養(yǎng)能力顯著下降，主要分布在四子王旗南部、蘇尼特左旗北部、朔州市、多倫縣以及張北縣等地區(qū)(圖 5)。 可見，2000— 2015 年京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)東部和北部的水源涵養(yǎng)能力增加明顯，而西部與中部的部分地區(qū)下降。

　　2.3 分區(qū)差異

　　京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)地域廣闊，不同治理亞區(qū)的工程措施有所差異，其水源涵養(yǎng)量與涵養(yǎng)能力均存在明顯差異(圖 6)。 其中，典型草原亞區(qū)的水源涵養(yǎng)量最大，多年平均涵養(yǎng)水源 4.50 億 m3，約占工程區(qū)水源涵養(yǎng)量的 25.15%，水源涵養(yǎng)能力達到 4.30 mm;其次為燕山丘陵山地水源亞區(qū)，年均提供 21.24%的水源涵養(yǎng)量，其水源涵養(yǎng)能力為 4.83 mm;科爾沁沙地亞區(qū)、大興安嶺南部亞區(qū)和農(nóng)牧交錯帶草原亞區(qū)的水源涵養(yǎng)量介于 1.5 ~ 2.0億 m3，可供給工程區(qū)水源涵養(yǎng)量的 8% ~ 10%;相比較而言，晉北山地丘陵亞區(qū)的水源涵養(yǎng)量較低，而荒漠草原亞區(qū)年均涵養(yǎng)水源量為 0.70 億 m3，僅為工程區(qū)水源涵養(yǎng)量的 3.89%，其水源涵養(yǎng)能力也不及 1 mm。

　　從不同治理分區(qū)水源涵養(yǎng)變化來看(圖 7)，2000—2015 年科爾沁沙地亞區(qū)的水源涵養(yǎng)能力上升趨勢顯著;典型草原亞區(qū)、大興安嶺南部亞區(qū)、燕山丘陵山地水源保護亞區(qū)和渾善達克沙地亞區(qū)的水源涵養(yǎng)能力均波動增加，不過 2007 年燕山丘陵山地水源保護亞區(qū)和晉北山地丘陵亞區(qū)的水源涵養(yǎng)能力出現(xiàn)負值，渾善達克沙地亞區(qū)水源涵養(yǎng)能力的增幅較小;雖然 2000—2015 年農(nóng)牧交錯帶草原亞區(qū)的水源涵養(yǎng)能力均為正值，但多在平均值附近波動(3.40mm)，其變化趨勢相對穩(wěn)定;荒漠草原亞區(qū)的水源涵養(yǎng)能力明顯較低，且與年份變化負相關(guān)，2000—2015 年其水源涵養(yǎng)能力多次出現(xiàn)負值，水源涵養(yǎng)功能下降趨勢明顯。

　　2.4 影響因子

　　區(qū)域水源涵養(yǎng)功能易受自然因素和人類活動的綜合影響。 為識別氣象、地形以及植被格局等因素對水源涵養(yǎng)功能的影響，本文選取年均溫、降雨量、海拔、坡度、植被覆蓋度以及斑塊聚集度指數(shù)(CI)等指標，分別與水源涵養(yǎng)能力進行敏感性或相關(guān)性分析。 結(jié)果表明，京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)的水源涵養(yǎng)能力主要受降雨和氣溫的影響，且降雨量變化對涵養(yǎng)能力影響遠大于氣溫變化的影響(表 3)。 如果工程區(qū)降雨量減少 10%，其水源涵養(yǎng)能力將下降 49%，而如果氣溫降低 10%，水源涵養(yǎng)能力則增大 2.47%。 此外，工程區(qū)水源涵養(yǎng)能力與地形、植被等因子存在一定程度的相關(guān)性(圖 8)。 其中，區(qū)域涵養(yǎng)水源能力與植被覆蓋度的正相關(guān)性最高(0.45)，說明區(qū)域植被質(zhì)量狀況越好越有利于截留涵蓄雨水。 隨著地形坡度的增加，其水源涵養(yǎng)能力表現(xiàn)出一定程度的增加趨勢(0.28)，這可能與坡面匯流過程增加有關(guān);但隨著海拔高度的增加，區(qū)域水源涵養(yǎng)能力有所下降(-0.21)，主要是高海拔處的降雨與氣溫均有所降低所致。 雖然景觀斑塊聚集度指數(shù)(CI)與涵養(yǎng)水源能力有一定關(guān)系，但相關(guān)趨勢并不顯著。 整體來看，京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)的水源涵養(yǎng)能力與溫度、降雨以及植被覆蓋度的關(guān)系密切。

　　為分析不同影響因子對各亞區(qū)水源涵養(yǎng)能力的制約程度，利用 SPSS 軟件統(tǒng)計水源涵養(yǎng)能力與氣候(降雨、氣溫)、地形(海拔、坡度)和植被(覆蓋度、聚集度指數(shù))的復(fù)相關(guān)系數(shù)(表 4)。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，燕山丘陵山地水源保護亞區(qū)的氣候、地形因素對其水源涵養(yǎng)能力的影響程度較大，相比之下，晉北山地丘陵亞區(qū)的水源涵養(yǎng)能力主要取決于降雨、氣溫等氣候因素，降雨量下降成為該地區(qū)水源涵養(yǎng)能力的限制性因子;典型草原亞區(qū)和農(nóng)牧交錯帶草原亞區(qū)的涵養(yǎng)水源能力主要與氣候、植被有關(guān)，但農(nóng)牧交錯帶水源涵養(yǎng)能力較低的原因在于降雨量較低以及地表植被變化;大興安嶺南部亞區(qū)較高的水源涵養(yǎng)能力主要受益于植被和地形因素;科爾沁沙地亞區(qū)與渾善達克沙地亞區(qū)的水源涵養(yǎng)能力主要與植被狀況有關(guān)，2000—2015 年植被覆被狀況改善明顯提升了區(qū)域水源涵養(yǎng)能力;而荒漠草原亞區(qū)涵養(yǎng)水源能力主要受氣候與植被因素制約，在植被稀疏、降水稀少的自然背景下，區(qū)域氣溫升高進一步加大蒸散發(fā)量而降低水源涵養(yǎng)能力。

　　3 討論與結(jié)論

　　3.1 討論

　　京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)主要位于我國北方干旱半干旱地區(qū)，水資源供需矛盾突出[37]，尤其是隨著二期工程的實施推進，統(tǒng)籌兼顧水資源差異的分區(qū)施策已成為區(qū)域生態(tài)治理修復(fù)的重點。 該文基于水量平衡方程和GIS 空間分析技術(shù)，評估分析了 2000—2015 年京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)的水源涵養(yǎng)功能動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)工程區(qū)水源涵養(yǎng)功能有所提升，這可能與 2000—2014 年京津風(fēng)沙源區(qū) NDVI 顯著增加有關(guān)[38]。 本研究測算工程區(qū)內(nèi)水源涵養(yǎng)能力多年均值為 3.66 mm，稍低于張雪峰等[39]應(yīng)用 InVEST 模型測算的錫林河流域草地的涵養(yǎng)水源能力(4.11mm)，主要原因在于該文估算了區(qū)域植被的實際蒸散量而不是潛在蒸散量(表 5)。 單楠等[41] 分析發(fā)現(xiàn)，京津風(fēng)沙源區(qū)年尺度潛在蒸散對最高氣溫敏感，且空間上對氣溫的敏感性從東北向西南減少。 該研究證實，典型草原亞區(qū)、晉北山地丘陵亞區(qū)和荒漠草原亞區(qū)的水源涵養(yǎng)能力受氣溫影響較大，可能是區(qū)域氣溫升高帶來蒸散發(fā)量的增加。 孫斌等[35]證實，1981—2010 年京津風(fēng)沙源區(qū)氣溫顯著上升，區(qū)域氣候的暖干化可能加劇風(fēng)沙源區(qū)草地的退化[42]，從而引起地表水熱條件的改變和地表徑流的增加[43]。

　　生態(tài)水文過程是大氣降水、蒸散發(fā)、土壤入滲、地表徑流、地下水運動、積雪融雪等過程綜合作用的結(jié)果，目前有關(guān)降水、地貌、土壤等自然環(huán)境因子以及植被組成結(jié)構(gòu)對水文過程的影響研究尚不完善[44]。 本文重點關(guān)注研究區(qū)土地覆被及氣候、地形因素對水文過程的影響，尤其是區(qū)域降水輸入以及植被蒸發(fā)散和地表徑流的輸出，未考慮沙地土壤入滲、地下水補給以及地下徑流與地表徑流的互相影響[45]，因此水源涵養(yǎng)量的估算可能存在一定誤差。 此外，水源涵養(yǎng)計量方法與研究尺度及研究目的有較大相關(guān)性[8]，雖然 SWAT、InVEST、DTVGM 等模型可模擬不同尺度生態(tài)系統(tǒng)水文調(diào)節(jié)分量[5]，但該研究從區(qū)域水量平衡的角度更有利于水源涵養(yǎng)功能的時空差異對比分析，但地形地貌、土壤類型、植被條件等區(qū)域水文要素的空間異質(zhì)性，以及降水、蒸發(fā)散、徑流等水文通量的時空異質(zhì)性降低了尺度外推的準確性[45]，如何將不同尺度的研究成果進行整合外推，以及研發(fā)優(yōu)化適用于草原區(qū)水源涵養(yǎng)功能評估模型還需要深入的探索和研究。

　　為此，建議將京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)依據(jù)水源涵養(yǎng)能力、提升潛力以及關(guān)鍵生態(tài)功能劃分為重點提升區(qū)、優(yōu)化維護區(qū)與綜合保障區(qū)，并施以不同的生態(tài)恢復(fù)管控措施。 其中，重點提升區(qū)以荒漠草原亞區(qū)為主，此地區(qū)水源涵養(yǎng)能力較低，地勢平坦且以荒地沙地為主，土壤下滲快，應(yīng)重點施加人工生態(tài)修復(fù)與保墑措施，減緩?fù)寥浪窒聺B，降低區(qū)域蒸散發(fā);優(yōu)化維護區(qū)以水源涵養(yǎng)能力較高且生態(tài)恢復(fù)較好區(qū)域為主，包括科爾沁沙地亞區(qū)、渾善達克沙地亞區(qū)、農(nóng)牧交錯帶草原亞區(qū)和晉北丘陵山地亞區(qū)，應(yīng)逐步減少生態(tài)工程與人工干擾措施，增強生態(tài)系統(tǒng)的自然演替;而綜合優(yōu)化區(qū)為雨水資源較豐富、高水源能力的區(qū)域，包括燕山丘陵山地水源保護區(qū)、典型草原亞區(qū)和大興安嶺山地保護亞區(qū)，提供著水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙等生態(tài)屏障功能，應(yīng)綜合調(diào)控局地氣候-植被-土壤系統(tǒng)，保護豐富多樣的自然生境。

　　3.2 結(jié)論

　　該研究表明，2000—2015 年京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)的水源涵養(yǎng)量與涵養(yǎng)能力增大，多年平均值分別為16.79 億 m3和 3.66 mm，在一定程度上保障著區(qū)域水分供給，但涵養(yǎng)大氣降水的能力仍有較大提升空間。 工程區(qū)水源涵養(yǎng)能力由西向東遞增的空間格局趨勢明顯，近 32.45%的地區(qū)涵養(yǎng)水源能力高于 5 mm;相比 2000年，2015 年有 41.65%的地區(qū)水源涵養(yǎng)能力增加，19.34%的地區(qū)涵養(yǎng)水源能力下降，需要加以重點關(guān)注。 此外，燕山丘陵山地水源保護亞區(qū)和典型草原亞區(qū)是工程區(qū)水源涵養(yǎng)功能的主要供給地，荒漠草原亞區(qū)水源涵養(yǎng)能力下降明顯。 整體來看，京津風(fēng)沙源治理工程區(qū)的水源涵養(yǎng)功能主要受制于溫度、降雨量以及植被覆蓋度等因素，渾善達克沙地與科爾沁沙地水源涵養(yǎng)能力的提升在于植被覆蓋狀況的改善，而荒漠草原亞區(qū)的涵養(yǎng)能力明顯受到氣候與植被的影響，因此不同治理分區(qū)需注重水源涵養(yǎng)能力、提升潛力以及關(guān)鍵生態(tài)功能的不同而施以不同的生態(tài)恢復(fù)與管控措施。