馮澤深，顧 嵐，陳 瓊，高甲榮

（1．北京木聯(lián)能軟件技術(shù)有限公司，北京100096；2．北京林業(yè)大學(xué) 教育部水土保持與荒漠化防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

河岸土地利用／覆被變化（LUCC）能通過(guò)改變河岸帶生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，對(duì)河溪生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)起著關(guān)鍵性影響。由LUCC引起的河溪水質(zhì)變化和水生生物數(shù)量的變化可以作為反映河溪退化程度的重要指標(biāo)。不當(dāng)?shù)暮影锻恋乩梅绞侥軠p少河岸植被覆蓋，削弱河岸植物根系的故土作用，從而導(dǎo)致河岸帶結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，進(jìn)而影響河溪的生態(tài)環(huán)境。George等［1］研究了不同的河岸土地利用方式對(duì)河溪中磷濃度的影響，并按其影響大小對(duì)土地利用方式進(jìn)行了排序；Daniel等［2］解釋了放牧這種河岸利用方式對(duì)河溪水生生物數(shù)量的影響，Belsky等［3］認(rèn)為過(guò)度放牧這種土地利用方式能極度降低河岸的穩(wěn)定性，影響沉積物中氮磷的含量，從而影響河溪的水質(zhì)。雖然該種土地利用方式在北京地區(qū)的河溪比較少見，而旅游用地及農(nóng)地這兩種河岸土地利用方式在北京郊區(qū)也較為普遍，但是均能夠加劇面源污染，影響水質(zhì)及水生生物的數(shù)量。因此，研究河溪的生境因子對(duì)河岸土地利用方式變化的響應(yīng)具有重要的意義。目前，國(guó)內(nèi)專家研究了土地利用變化對(duì)流域生態(tài)需水的影響［4］，探討了土地利用變化對(duì)長(zhǎng)江上游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響［5］，闡釋了其對(duì)河溪廊道功能的削弱作用［6］，分析了土地利用方式的變化對(duì)河岸植被的影響［7］，但針對(duì)北京郊區(qū)河溪的河岸土地利用方式對(duì)河溪生境因子的影響卻鮮有報(bào)道。由于人類對(duì)河溪的持續(xù)干預(yù)，使北京郊區(qū)季節(jié)性淹沒(méi)區(qū)減少，天然濕地喪失，各種生物適宜的生態(tài)環(huán)境和棲息地被大量壓縮，河溪生境面臨著生物多樣性喪失、水質(zhì)惡化及河岸帶退化的危險(xiǎn)，流域的可持續(xù)發(fā)展受到了嚴(yán)重威脅。本文以北京郊區(qū)3條具有代表性的河溪作為研究對(duì)象，探討了北京周邊土地利用方式對(duì)河溪生境因子的影響，以期為北京郊區(qū)合理的河岸規(guī)劃與生態(tài)修復(fù)工作提供參考。

1 研究區(qū)概況

選取位于北京市密云、懷柔、房山3個(gè)郊區(qū)縣的3條典型河溪安達(dá)木河、雁棲河、拒馬河為研究對(duì)象。這3條河溪受人為干擾程度不同，河岸土地利用方式具有明顯差異，且分別處于北京市的北部、中部和南部，也很具有研究代表性。

安達(dá)木河位于北京市的東北部，發(fā)源于河北省灤平縣澇洼村北山區(qū)和承德縣亂石洞子，分別由北嶺和黑關(guān)入密云縣境，在曹家路村東匯合后稱安達(dá)木河。研究區(qū)位于密云縣境內(nèi)，北嶺至遙橋峪水庫(kù)入庫(kù)口段，地 理 坐 標(biāo) 為 40°40′ —40°38′N，117°26′ —117°22′E，河段長(zhǎng)26．8km，受人為干擾較小，河岸利用方式以農(nóng)地和未利用地為主。雁棲河位于北京市中部懷柔縣境內(nèi)，發(fā)源于八道河鄉(xiāng)對(duì)石、西柵子等處山洪溝，經(jīng)柏崖廠注入北臺(tái)上水庫(kù)，沿河民俗旅游業(yè)發(fā)達(dá)，受人為干擾較為嚴(yán)重。研究區(qū)為神堂峪風(fēng)景區(qū)至北臺(tái)上水庫(kù)入庫(kù)口段（40°26′—40°24′N，116°37′—116°39′E），河段長(zhǎng)20．2km。河岸土地利用方式以旅游用地和居民用地為主。拒馬河發(fā)源于河北省淶源縣西北太行山麓，在北京市南部房山區(qū)十渡鎮(zhèn)入市界，流經(jīng)十渡風(fēng)景區(qū)，旅游業(yè)發(fā)達(dá)，受人為干擾較大。研究區(qū)為房山區(qū)大沙地村至張坊鎮(zhèn)河段（39°39′—39°33′N ，115°29′—115°41′E），河段長(zhǎng)28．4km，河岸土地利用方式以旅游用地為主。

2 研究方法

研究河段選擇。研究河段的選擇基于以下標(biāo)準(zhǔn)［8］：（1）兩岸同一種土地利用方式長(zhǎng)度需要超過(guò)300m；（2）河岸必須有一種占主導(dǎo)地位的土地利用方式；（3）所有研究河段的流域面積均小于50km2。2007—2009年每年7—8月對(duì)研究區(qū)進(jìn)行河溪生境野外調(diào)查（這時(shí)水位經(jīng)春汛后已經(jīng)基本穩(wěn)定），沿河每1km布設(shè)1調(diào)查點(diǎn)，在3條河溪共76個(gè)河段中最終選擇了50個(gè)河段作為研究對(duì)象（表1）。

河岸土地利用方式調(diào)查。根據(jù)北京市郊區(qū)土地利用現(xiàn)狀和土地資源的特點(diǎn)，結(jié)合同期土地利用詳查資料和野外實(shí)地調(diào)查，將京郊地區(qū)河岸土地利用方式分為農(nóng)地、旅游用地、公路、居民用地與未利用地5種，記錄各個(gè)研究河段的河岸土地利用方式種類。

表1 不同河岸土地利用方式的研究河段綜合特性

生物指數(shù)調(diào)查。在每個(gè)采樣點(diǎn)水域內(nèi)，采樣面積為5m2，用小于0．5mm的篩網(wǎng)，收集含有大型無(wú)脊椎底棲動(dòng)物的碎屑，將底棲動(dòng)物逐個(gè)挑選出來(lái)，放入75%酒精中固定，以便室內(nèi)進(jìn)行顯微鏡檢、分類、計(jì)數(shù)［9］。同樣采用該篩網(wǎng)由底至表垂直拖拽采集浮游植物，所獲標(biāo)本用5%甲醛現(xiàn)場(chǎng)固定，室內(nèi)進(jìn)行分類和統(tǒng)計(jì)。

水質(zhì)因子調(diào)查。pH值、溶解氧、氨氮和磷酸鹽的含量采用北京中西儀器廠出品的BD80系列野外便攜式試劑盒滴定測(cè)量。流速采用浮標(biāo)法測(cè)定，測(cè)量距離為5～10m；每個(gè)采樣點(diǎn)取樣3次，取平均值［10］。

數(shù)據(jù)分析：各調(diào)查數(shù)據(jù)的差異顯著性檢驗(yàn)、主成分分析與二維平面上的散點(diǎn)圖用SAS 9．0完成。

3 結(jié)果與分析

3．1 不同土地利用方式河段生境指標(biāo)的差異顯著性分析

為研究河岸土地利用方式不同的各河段水生境指標(biāo)的差異顯著性，應(yīng)用SAS 9．0對(duì)不同河岸土地利用方式的河段的底棲動(dòng)物多樣性、浮游植物多樣性、流速、pH值、氨氮、磷酸鹽和溶解氧7項(xiàng)生境指標(biāo)進(jìn)行不平衡方差分析與相應(yīng)的Duncan差異顯著性檢驗(yàn)［11］（如表2所示）。

表2 河岸土地利用方式不同的各河段生境指標(biāo)差異顯著性檢驗(yàn)

GLM（general linear model，GLM）方差分析結(jié)果表明，河岸土地利用方式不同的各河段底棲動(dòng)物多樣性、浮游植物多樣性、pH值及氨氮差異不顯著（p＞0．05），而流速和溶解氧差異顯著（p＜0．05），磷酸鹽差異極顯著（p＜0．01）。說(shuō)明各河溪生境因子對(duì)不同的河岸土地利用方式的響應(yīng)程度有明顯不同。

3．2 不同土地利用方式的河段生境指標(biāo)的主成分分析

為進(jìn)一步研究不同土地利用方式對(duì)河溪生境因子的具體影響，應(yīng)用SAS 9．0對(duì)不同土地利用方式的各河段的7個(gè)生境指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，得到因子載荷陣，并且建立了因子分析線性模型。為了通過(guò)模型對(duì)不同土地利用方式與各指標(biāo)變量的密切關(guān)系做出更明確的解釋，用極大方差法對(duì)得到的因子載荷陣進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)。

如表3所示，在因子分析中，前5個(gè)因子（主成分）的累積方差貢獻(xiàn)率才超過(guò)85%。通過(guò)分別對(duì)前5個(gè)與前4個(gè)因子構(gòu)成的因子載荷陣進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)后發(fā)現(xiàn)，用前4個(gè)主成分的因子載荷陣進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)得到的各因子的綜合指標(biāo)意義比較明顯，并且該4個(gè)因子的累積方差貢獻(xiàn)率已達(dá)80．73%，基本可以反映研究區(qū)的指標(biāo)變異信息，因此用前4個(gè)因子構(gòu)成的因子載荷陣進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)和因子分析（表4）。

表3 不同土地利用方式的各河段的特征值與各主成分的貢獻(xiàn)率

表4 因子旋轉(zhuǎn)前后不同土地利用方式的各河段4個(gè)因子的因子載荷陣

從表4可以看出，進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)以前，每個(gè)因子中各指標(biāo)的載荷分布相對(duì)均勻且比較混亂，各因子所反映的綜合指標(biāo)意義不明顯。因子旋轉(zhuǎn)可以使每個(gè)變量（指標(biāo)）僅在一個(gè)公共因子上有較大載荷，而在其余公共因子上載荷較小，從而使因子載荷陣的結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化［12］。

因子旋轉(zhuǎn)以后，因子1中水體pH值、溶解氧與浮游植物多樣性載荷較大，因此因子1是反映pH值、溶解氧與浮游植物多樣性的綜合因子。因子2中底棲動(dòng)物多樣性與磷酸鹽載荷較大，為反映這2個(gè)指標(biāo)的綜合因子。因子3中流速載荷較大，反映流速因子。因子4中氨氮載荷較大，反映氨氮因子。

3．3 4個(gè)綜合因子對(duì)不同河岸土地利用方式的響應(yīng)

研究區(qū)的3條河溪其河岸土地利用方式主要有農(nóng)地、公路、居民用地、旅游用地和未利用土地5種，不同的土地利用方式均會(huì)對(duì)河溪生境造成一定的影響，從而導(dǎo)致河溪生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)功能的退化。根據(jù)建立的因子模型計(jì)算各研究河段的4個(gè)綜合因子的得分，并用SAS 9．0中的PLOT過(guò)程分別做出旋轉(zhuǎn)后的每2個(gè)因子得分在二維平面上的散點(diǎn)圖（圖1）。

圖1 不同河岸土地利用方式下4個(gè)綜合因子的相互影響

圖1a，1d，1e說(shuō)明因子2對(duì)旅游用地得分較高，即旅游用地主要影響附近河溪中磷的濃度與底棲動(dòng)物的多樣性；雁棲河和拒馬河的研究河段中河岸的主導(dǎo)土地利用方式為旅游用地，河岸的度假村所排放的生活污水導(dǎo)致了河溪中磷酸鹽含量的增加；同時(shí)部分旅游風(fēng)景區(qū)會(huì)采取一定程度的環(huán)境保護(hù)措施，因而河中底棲動(dòng)物的多樣性偏高，而底棲動(dòng)物能攪動(dòng)底泥，加快底泥中磷的逆向解吸，重新釋放進(jìn)入上覆水體［13］，因而更促進(jìn)了磷含量的增加。公路用地的散點(diǎn)也較偏向因子2，但各河段的因子2加權(quán)平均得分比旅游用地少42．5%，說(shuō)明其對(duì)底棲動(dòng)物多樣性和磷酸鹽濃度的影響不及旅游用地。圖1c，1e，1f這3個(gè)圖表明因子4對(duì)居民用地得分較高，說(shuō)明居民用地對(duì)水中氨氮濃度有較大影響。雁棲河邊居民點(diǎn)較多，而且很多居民都發(fā)展民俗旅游業(yè)，常有廢水排放入河中，且河邊時(shí)常有建筑廢料和生活垃圾堆放，造成河中氨氮濃度偏高。相比第2因子和第4因子得分，第1因子對(duì)農(nóng)地的得分較高，說(shuō)明農(nóng)地對(duì)河段中pH值、溶解氧濃度及浮游植物的種類有突出的影響；有研究表明，浮游植物的分布格局與pH值和溶解氧呈正相關(guān)［14］，水體中藻類的光合作用能引起pH 值的升高［15］，而溶解氧主要來(lái)源于藻類的光合作用，因而溶解氧濃度也較大；第3因子對(duì)未利用土地的得分較高，說(shuō)明水流速度較快的河段河岸較少被人為干擾。

4 結(jié) 論

本文研究了北京郊區(qū)3條典型河溪的水生境因子對(duì)不同河岸土地利用方式的響應(yīng)。通過(guò)對(duì)生境因子進(jìn)行不平衡方差分析與相應(yīng)的Duncan差異顯著性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)河岸土地利用方式的不同會(huì)造成各項(xiàng)生境指標(biāo)具有明顯的差異；進(jìn)一步對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行因子分析，確定用因子1（pH值、浮游植物多樣性與溶解氧的綜合因子）、因子2（底棲動(dòng)物多樣性與磷酸鹽綜合因子）、因子3（流速因子）及因子4（氨氮因子）來(lái)研究其對(duì)不同的河岸土地利用方式的響應(yīng)情況。

研究區(qū)旅游用地對(duì)河溪中磷的濃度以及底棲動(dòng)物多樣性有較大影響，公路也能促進(jìn)底棲動(dòng)物多樣性的增加以及磷酸鹽濃度的增大，但影響不及旅游用地；居民用地對(duì)氨氮濃度起主要影響，可能人為的傾倒垃圾廢料能導(dǎo)致河溪中氨氮濃度的升高，造成水體污染；農(nóng)地是造成浮游植物的多樣性增加、pH值和溶解氧的含量升高的主要土地利用方式；水流速度較快的河段河岸較少被人為干擾。

本研究是在夏季對(duì)河溪的各項(xiàng)生境因子進(jìn)行的綜合調(diào)查，而在不同的季節(jié)，水體浮游植物和底棲動(dòng)物的組成和數(shù)量會(huì)有一些變化［16］，因而本次調(diào)查結(jié)果只能是這種動(dòng)態(tài)變化中的一個(gè)剖面，要掌握水體生境因子對(duì)土地利用方式的響應(yīng)的動(dòng)態(tài)變化，還需要做更為長(zhǎng)期的系統(tǒng)調(diào)查。另外，不同的河岸土地利用方式也會(huì)因?yàn)楦淖兒酉獌?nèi)沉積物、污染物和營(yíng)養(yǎng)物的徑流路徑和分布從而影響河溪的水質(zhì)及水生生物的數(shù)量，因此，為了確保北京郊區(qū)河溪生態(tài)系統(tǒng)的完整性和動(dòng)態(tài)平衡，除了減少人為干擾和控制水體污染外，維持合理的河岸帶土地利用方式尤為重要。

［1］ George N，Zaimes，Richard C，Schultz，et al．Streambank soil and phosphorus losses under different riparian land－use in IOWA［J］．Journal of the American Water Resources Association，2008，44（4）：935－946．

［2］ Daniel A S．Riparian livestock exclosure research in the western United States：A critique and some recommendations［J］．Environmental Management，2002，30（4）：516－526．

［3］ Belsky A J，Matzke A，Uselman S．Survey of livestock influences on stream and riparian ecosystems in the western United States［J］．Journal of Soil and Water Conservation，1999，54（1）：419－431．

［4］ 豐華麗，王超，朱光燦．土地利用變化對(duì)流域生態(tài)需水的影響分析［J］．水科學(xué)進(jìn)展，2002，13（6）：757－761．

［5］ 伍星，沈珍瑤，劉瑞民，等．土地利用變化對(duì)長(zhǎng)江上游生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（8）：236－240．

［6］ 陳婷，楊凱．城市河岸土地利用方式對(duì)河流廊道功能影響初探［J］．世界地理研究，2006，15（3）：82－86．

［7］ 艾尼瓦爾·買買提，買合木提·巴拉提，麥麥提吐爾遜·艾則孜，等．土地利用變化對(duì)塔里木河中游胡楊林的影響研究［J］．干旱區(qū)資源與環(huán)境，2007，21（12）：156－160．

［8］ Hrodey J P，Sutton T M．Land－use impacts on water－shed health and integrity in Indiana warmwater streams［J］．The American Midland Naturalist，2009，61（1）：76－95．

［9］ 王兆印，程?hào)|升，段雪花，等．東江河流生態(tài)評(píng)價(jià)及其修復(fù)方略［J］．水利學(xué)報(bào)，2007，38（10）：1228－1235．

［10］ 高陽(yáng)，高甲榮，馮澤深，等．北京北部山區(qū)小水體生態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選［J］．北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31（1）：100－105．

［11］ 高陽(yáng)，高甲榮，李付杰，等．基于河道—濕地—緩沖帶符合指標(biāo)體系的京郊河溪生態(tài)評(píng)價(jià)體系［J］．生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28（10）：5150－5160．

［12］ 于秀林，周靜芋．多元統(tǒng)計(jì)分析［M］．北京：科學(xué)出版社，2002：207－215．

［13］ 王宇庭，曲曉，張?jiān)螺x，等．黃河三角洲平原型水庫(kù)大型底棲動(dòng)物對(duì)磷的積累效應(yīng)［J］．湖泊科學(xué)，2006，18（2）：173－178．

［14］ 梁喜珍，李暢游，李興，等．烏梁素海富營(yíng)養(yǎng)化水體pH值與其他指標(biāo)的相關(guān)性初探［J］．中國(guó)農(nóng)村水利水電，2009（12）：1－6．

［15］ 薄芳芳，楊虹，左倬，等．上海公園水體夏季浮游植物群落與環(huán)境因子的關(guān)系［J］．生態(tài)學(xué)雜志，2009，28（7）：1259－1265．

［16］ 王壽兵，孫娜，陳建軍．上海城市公園人工湖泊浮游植物調(diào)查及其富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)［J］．復(fù)旦學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，43（6）：972－975．