王 冶，薛忠財(cái)①，王瑞豐，姜白楊，孫百生，常佳寧

(1.河北民族師范學(xué)院資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 承德 067000；2.河北省山區(qū)地質(zhì)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 承德 067000；3.河北省地礦局第四地質(zhì)大隊(duì)，河北 承德 067000)

水源涵養(yǎng)功能指生態(tài)系統(tǒng)在一定時(shí)空范圍和條件下將水分保持在系統(tǒng)內(nèi)的過(guò)程和能力，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要生態(tài)服務(wù)功能之一[1]，包括調(diào)節(jié)河川徑流量和蓄留水源的功能[2]。對(duì)區(qū)域水源涵養(yǎng)時(shí)空變化格局及其驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行分析和討論，不僅可以揭示氣候變化和人類(lèi)干擾背景下水源涵養(yǎng)功能的時(shí)空演化過(guò)程，還對(duì)實(shí)現(xiàn)區(qū)域社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)管理和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[3]。

傳統(tǒng)的水源涵養(yǎng)量評(píng)估方法主要包括水量平衡法[4]、土壤蓄水法[5]、分布式水文法[6]和降水存儲(chǔ)量法[7]等，但上述方法多是基于大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，對(duì)大區(qū)域進(jìn)行估算時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大誤差。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的不斷進(jìn)步，目前，國(guó)外學(xué)者主要基于水文評(píng)估模型(SWAT模型[8])、水文生態(tài)模型(InVEST模型[9])和生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型(GUMBO模型[10])對(duì)水源涵養(yǎng)量分布及動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行研究，而國(guó)內(nèi)學(xué)者則利用參數(shù)本地化后的模型對(duì)中國(guó)不同尺度、不同生態(tài)背景的區(qū)域，如黑河流域[11]、石羊河流域[12]、黃土高原[13]和淮河流域[14]等地區(qū)水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，并取得較好的評(píng)估效果。近幾十年來(lái)，氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)干擾導(dǎo)致河流水文的全球性變化[15]。同時(shí)，氣候和土地利用是水源涵養(yǎng)功能的重要影響因素[16]。因此，深入了解水源涵養(yǎng)功能時(shí)空變化特征，揭示其變化的控制因素具有重要意義。承德市是連接京津冀遼蒙的區(qū)域性中心城市，是京津冀生態(tài)安全的重要屏障，也是水源涵養(yǎng)功能區(qū)的重要組成部分，在“阻沙源、涵水源”方面發(fā)揮著重要生態(tài)作用。魯重生等[17]結(jié)合巖性從水化學(xué)角度分析承德地區(qū)水源涵養(yǎng)狀況；石先闖等[18]提出承德市水源涵養(yǎng)提升措施與生態(tài)環(huán)境問(wèn)題解決對(duì)策；潘梅等[19]分析了包括承德市在內(nèi)的京津冀地區(qū)水源涵養(yǎng)時(shí)空變化及驅(qū)動(dòng)因素；李慶旭等[20]基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值化方法量化了承德地區(qū)水源涵養(yǎng)服務(wù)功能價(jià)值。相對(duì)于水源涵養(yǎng)量的差異比較，水源涵養(yǎng)量重心軌跡能夠更為清晰地揭示其時(shí)空演變格局[21]。因此，定量描述承德市水源涵養(yǎng)功能重心變化及其影響因素，可為揭示該區(qū)域水源涵養(yǎng)功能時(shí)空變化特征提供依據(jù)。

綜上所述，基于InVEST模型和重心遷移模型對(duì)承德市近28 a水源涵養(yǎng)功能時(shí)空演變格局進(jìn)行分析，采用情景模擬法量化氣候和土地利用/覆被變化對(duì)水源涵養(yǎng)功能重心遷移的影響程度，以期為推進(jìn)承德市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究和京津冀水源涵養(yǎng)功能區(qū)規(guī)劃提供科學(xué)支撐。

1 研究區(qū)概況

承德市位于河北省東北部(40°12′～42°37′ N，115°54′～119°15′ E)，總面積為3.95104km2。承德市地勢(shì)由西北向東南傾斜，西北部位于內(nèi)蒙古壩上高原地區(qū)，海拔多在1 200～2 000 m之間。該區(qū)季風(fēng)氣候明顯，干濕季分明；6—8月為濕季，降水量占全年總降水量的56%～75%，氣溫由西向東逐漸增高。境內(nèi)有灤河、潮河、遼河和大凌河4條水系，年均產(chǎn)水量為37.6108m3，是京津唐的重要水源地。研究區(qū)植被類(lèi)型主要包括闊葉林、針葉林、灌叢、稀樹(shù)灌草叢、高山稀疏植叢、草甸、沼澤和水生植被，土壤類(lèi)型涵蓋紅壤、棕壤、褐土和高山土壤4大土壤系列。根據(jù)2017年土地利用類(lèi)型統(tǒng)計(jì)，承德市以林地和草地等自然植被為主，其面積占比為76.79%，耕地次之，其面積占比為19.55%(圖1)。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

InVEST模型產(chǎn)水模型輸入?yún)?shù)包括降水量、潛在蒸散量、土地利用/覆被類(lèi)型、土壤深度、植被可利用水、生物物理參數(shù)[9]和Zhang系數(shù)[12]等；水源涵養(yǎng)量的計(jì)算所需數(shù)據(jù)為地形指數(shù)、土壤飽和導(dǎo)水率和流速系數(shù)。降水?dāng)?shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家氣象信息中心(http:∥data.cma.cn)和國(guó)家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥data.tpdc.ac.cn)，采用ArcGIS 10.0軟件對(duì)降水量柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加、裁剪獲?。粷撛谡羯l(fā)量基于氣象數(shù)據(jù)采用modified-Hargreaves公式計(jì)算，所需的1990—2017年日最高氣溫、日最低氣溫和太陽(yáng)頂層輻射數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥data.tpdc.ac.cn)；1990、1995、2000、2005、2010、2015和2017年7期30 m空間分辨率土地利用/覆被類(lèi)型數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn)；土壤深度數(shù)據(jù)來(lái)源于世界土壤屬性數(shù)據(jù)庫(kù)(harmonized world soil database)；植被可利用水采用土壤質(zhì)地及土壤有機(jī)質(zhì)含量計(jì)算得到[22]；生物物理參數(shù)表參考InVEST用戶(hù)指南和文獻(xiàn)[13]確定；Zhang系數(shù)在結(jié)合承德市多年平均產(chǎn)水量的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)反復(fù)校驗(yàn)，確定其值為2.7。地形指數(shù)由土壤深度、百分坡度和匯水面積計(jì)算獲得，所需的DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn)；土壤飽和導(dǎo)水率基于世界土壤屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中研究區(qū)土壤黏粒、粉粒和粗砂百分比含量，采用Neuro Theta軟件計(jì)算得出；流速系數(shù)根據(jù)各期土地利用/覆被情況結(jié)合模型參數(shù)表[23]獲得。為量化土地利用/覆被對(duì)水源涵養(yǎng)量的影響，該研究引入土地利用綜合指數(shù)，其值根據(jù)土地利用程度參數(shù)設(shè)定，采用土地利用綜合指數(shù)模型[24]計(jì)算得到，取值范圍為0～100，值越大表示土地利用程度越高，人為因素干擾越強(qiáng)，值越小則反之；凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)基于AVHRR遙感影像的土地覆被和植被指數(shù)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，采用CASA模型[25]計(jì)算獲得；歸一化植被指數(shù)(NDVI)基于連續(xù)時(shí)間序列的Spot/vegetation Proba-V(http:∥www.vito-eodata.be，分辨率為1 km)遙感數(shù)據(jù)獲取。

圖1 2017年承德市區(qū)位及土地利用

2.2 研究方法

2.2.1水源涵養(yǎng)功能評(píng)估方法

研究區(qū)水源涵養(yǎng)功能基于InVEST模型產(chǎn)水模塊進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。InVEST模型根據(jù)水量平衡原理，通過(guò)各柵格單元降水量、蒸發(fā)量、土壤深度、土壤質(zhì)地和植被根系深度參數(shù)估算產(chǎn)水量，再利用地形指數(shù)和土壤基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算得到各子流域水源涵養(yǎng)量及深度。該模型綜合考慮不同土地利用/覆被類(lèi)型的土壤滲透性、地形差異和地表粗糙程度對(duì)地表徑流的影響，能夠較好地表達(dá)流域水源涵養(yǎng)量的空間分布狀況及其影響水源涵養(yǎng)量的主要因素[13]，其計(jì)算公式為

Yxj，

(1)

(2)

式(1)～(2)中，R為水源涵養(yǎng)深度，即單位面積水源涵養(yǎng)量，mm；V為流速系數(shù)；I為地形指數(shù)(topographic index)；K為土壤飽和導(dǎo)水率，cm·d-1；Yxj為柵格單元x上土地利用類(lèi)型j的年產(chǎn)水量，mm；Txj為柵格單元x上土地利用類(lèi)型j的年實(shí)際蒸發(fā)量，mm；Pxj為柵格單元x上土地利用類(lèi)型j的年降水量，mm。

2.2.2趨勢(shì)分析及檢驗(yàn)

采用最小二乘法定量計(jì)算水源涵養(yǎng)量的時(shí)空年際變化量與趨勢(shì)，分析水源涵養(yǎng)量的時(shí)空變化特征，計(jì)算公式為

(3)

式(3)中，θslope為水源涵養(yǎng)量年際變化量，為正值時(shí)說(shuō)明變化趨勢(shì)是增加的，反之則減少；W為對(duì)應(yīng)年序號(hào)的水源涵養(yǎng)量；i為年序號(hào)。此外，采用Mann-Kendall(M-K)趨勢(shì)檢驗(yàn)法對(duì)水源涵養(yǎng)量及其各影響因素進(jìn)行時(shí)空變化趨勢(shì)檢驗(yàn)，旨在明確表達(dá)趨勢(shì)變化的顯著性，計(jì)算方法為

(4)

(5)

式(4)～(5)中，Xj和Xk分別為時(shí)間序列中第j個(gè)和第k個(gè)水源涵養(yǎng)深度數(shù)值；n為時(shí)間序列長(zhǎng)度；S為正態(tài)分布，其均值為0。統(tǒng)計(jì)量Z計(jì)算公式為

(6)

式(6)中，Z為正值表示序列呈上升趨勢(shì)，反之，呈下降趨勢(shì)；Var(S)=n(n-1)(2n+5)/18。在雙邊趨勢(shì)檢驗(yàn)中，在給定的置信水平α上，當(dāng)|Z|≥1.28時(shí)，時(shí)間序列通過(guò)0.1顯著性水平檢驗(yàn)，呈較顯著的變化趨勢(shì)；|Z|≥1.64時(shí)，通過(guò)0.05顯著性水平檢驗(yàn)，呈顯著變化趨勢(shì)；|Z|≥2.32時(shí)，通過(guò)0.01顯著性水平檢驗(yàn)，呈極顯著變化趨勢(shì)。

2.2.3重心遷移模型

重心遷移模型廣泛應(yīng)用于水土流失、景觀格局演變等空間過(guò)程與格局的諸多研究[26-28]，是反映對(duì)象在空間演變過(guò)程的有效方法。水源涵養(yǎng)深度重心的空間變化特征能夠反映水源涵養(yǎng)功能的時(shí)空格局變化趨勢(shì)，其計(jì)算公式為

(7)

(8)

(9)

式(9)中，dm為時(shí)段m內(nèi)空間重心移動(dòng)的距離，m；xt+m和xt分別為t+m和t時(shí)的水源涵養(yǎng)功能重心經(jīng)度坐標(biāo)；yt+m和yt分別為t+m和t時(shí)的水源涵養(yǎng)功能重心緯度坐標(biāo)。

3 結(jié)果與分析

3.1 承德市水源涵養(yǎng)功能時(shí)空分布特征

總水源涵養(yǎng)量和水源涵養(yǎng)深度分別表征研究區(qū)水源涵養(yǎng)功能總體和空間分布的量化值。1990—2017年承德市多年平均總水源涵養(yǎng)量為33.12108m3·a-1，平均水源涵養(yǎng)深度為83.9 mm，呈現(xiàn)波動(dòng)變化趨勢(shì)(圖2)，波動(dòng)幅度達(dá)98.9 mm。平均水源涵養(yǎng)深度最大值出現(xiàn)在1990年，為137.1 mm，而最小值出現(xiàn)在2000年，為38.1 mm。2000年之前，承德市全域水源涵養(yǎng)深度均值為96.6 mm，呈下降趨勢(shì)；2000年之后，水源涵養(yǎng)深度呈波動(dòng)增長(zhǎng)趨勢(shì)，這與氣候變化和研究區(qū)大力推行的退耕還林政策密切相關(guān)。承德市水源涵養(yǎng)深度在空間分布上整體呈現(xiàn)從西北向東南遞增的趨勢(shì)(圖3)，大部分區(qū)域水源涵養(yǎng)深度處于100 mm以下。水源涵養(yǎng)深度高值區(qū)出現(xiàn)在承德市南部地區(qū)，平均值大于200 mm，主要包括灤河流域南部、柳河流域和瀑河流域等地區(qū)；低值區(qū)則出現(xiàn)在承德市西北部地區(qū)，平均值小于50 mm，主要包括豐寧壩上高原和圍場(chǎng)壩上高原等地區(qū)。各縣級(jí)行政區(qū)劃水源涵養(yǎng)總量和水源涵養(yǎng)深度有明顯差異(圖3)，興隆縣和寬城縣水源涵養(yǎng)深度較高，平均值為147.3 mm，涵養(yǎng)量為7.4108m3·a-1，其貢獻(xiàn)占比為20.1%；圍場(chǎng)縣和豐寧縣水源涵養(yǎng)深度較小，平均值為77.5 mm，水源涵養(yǎng)量為13.8108m3·a-1，其貢獻(xiàn)占比為37.2%。

圖2 1990—2017年承德市水源涵養(yǎng)深度變化

3.2 承德市水源涵養(yǎng)功能時(shí)空變化特征

如圖4所示，承德市水源涵養(yǎng)深度變化范圍在-19.9～18.5 mm·a-1，平均變化量為-0.9 mm·a-1，其中，隆化縣中部、圍場(chǎng)縣南部和東部以及豐寧縣南部增幅較大，平均增幅達(dá)11.2 mm·a-1；圍場(chǎng)縣中部和北部、灤平縣東部以及雙灤區(qū)西部降幅較大，平均降幅達(dá)-13.1 mm·a-1。M-K趨勢(shì)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果(圖4)表明，1990—2017年承德市水源涵養(yǎng)功能多年平均變化量較小，北部大部分地區(qū)呈現(xiàn)顯著減小趨勢(shì)，而其他地區(qū)變化趨勢(shì)不顯著。

如圖5所示，近28 a均水源涵養(yǎng)功能重心主要集中于承德市中部及南部，表明承德市東南地區(qū)水源涵養(yǎng)功能要高于西北地區(qū)。圖5表明，2000年水源涵養(yǎng)功能重心較1990年向西北方向遷移，遷移距離為7.79 km，說(shuō)明該時(shí)間段承德市西北部地區(qū)水源涵養(yǎng)功能的增量和增速均高于東南部地區(qū)；2010年水源涵養(yǎng)功能重心較2000年向東遷移9.02 km，說(shuō)明該時(shí)段承德市東部地區(qū)水源涵養(yǎng)功能增量和增速均高于西部地區(qū)；2017年水源涵養(yǎng)功能重心較2010年向東南方向遷移14.87 km，說(shuō)明該時(shí)段承德市東南部地區(qū)水源涵養(yǎng)功能增量和增速均高于西北部地區(qū)。近28 a，承德市水源涵養(yǎng)功能重心呈現(xiàn)西北—東南向波動(dòng)的遷移狀態(tài)，總體由西北向東南方向遷移，遷移距離為14.28 km。

圖3 承德市平均水源涵養(yǎng)量分布特征

圖4 承德市水源涵養(yǎng)深度變化態(tài)勢(shì)時(shí)空分布及M-K變化趨勢(shì)顯著性檢驗(yàn)

3.3 承德市水源涵養(yǎng)功能影響因素分析

研究[3]表明水源涵養(yǎng)功能時(shí)空變化的主要影響因素為氣候、土地利用/覆被因子，故選取降水量、潛在蒸散發(fā)量、氣溫、土地利用綜合指數(shù)、NPP和NDVI這6個(gè)因子展開(kāi)分析。如圖6所示，承德市降水量總體呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，潛在蒸散發(fā)量、氣溫、土地利用綜合指數(shù)和NDVI總體均呈增大趨勢(shì)，NPP呈現(xiàn)波動(dòng)變化趨勢(shì)。如圖7所示，降水量顯著減小區(qū)域集中于豐寧壩上高原、圍場(chǎng)壩上高原及隆化縣中部；潛在蒸散發(fā)、氣溫顯著增加區(qū)域集中于承德市西部地區(qū)；土地利用綜合指數(shù)顯著增加區(qū)域?yàn)殡p灤、雙橋兩區(qū)；NPP顯著減小區(qū)域位于承德市中部、南部地區(qū)，顯著增加區(qū)域集中于北部地區(qū)；NDVI顯著減小區(qū)域?yàn)殡p灤、雙橋兩區(qū)。

相關(guān)性分析結(jié)果(表1)表明，在氣候因子中，水源涵養(yǎng)功能與降水量呈現(xiàn)明顯正相關(guān)，而與潛在蒸散和氣溫相關(guān)性不明顯。在土地利用/覆被因子中，水源涵養(yǎng)功能與土地利用綜合指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，與NDVI呈顯著正相關(guān)，而與NPP相關(guān)性不明顯。城鎮(zhèn)化程度提高，使得土地利用綜合指數(shù)增加，NDVI減小，進(jìn)而導(dǎo)致枯落物持水量和林冠截留量減小，因此不利于水源涵養(yǎng)功能提升。

3.4 氣候要素和土地利用/覆被變化對(duì)承德市水源涵養(yǎng)功能重心遷移的影響

為了量化氣候要素與土地利用/覆被變化對(duì)承德市水源涵養(yǎng)功能重心遷移的影響程度，分別計(jì)算氣候變化情景和土地利用/覆被變化情景2種情境水源涵養(yǎng)重心遷移距離(表2)。假設(shè)各階段土地利用/覆被方式按前一時(shí)期輸入，氣候要素按實(shí)際情況輸入，得到氣候變化情境重心遷移距離；同理，假設(shè)各階段氣候要素按前一時(shí)期輸入，土地利用/覆被方式按實(shí)際情況輸入，得到土地利用/覆被變化情境重心遷移距離?；诓煌榫爸匦倪w移距離，得到氣候要素和土地利用/覆被變化對(duì)承德市水源涵養(yǎng)功能重心遷移的貢獻(xiàn)率。

圖5 1990—2017年承德市水源涵養(yǎng) 功能重心分布及遷移軌跡

圖6 1990—2017年承德市水源涵養(yǎng)功能各影響因素距平變化

NPP為凈初級(jí)生產(chǎn)力,NDVI為歸一化植被指數(shù)。

表1 承德市水源涵養(yǎng)深度與影響因素的相關(guān)性

表2 承德市氣候與土地利用/覆被變化對(duì)水源涵養(yǎng)功能重心遷移距離的影響

如表2所示，1990—2017年氣候和土地利用/覆被變化對(duì)承德市水源涵養(yǎng)功能重心遷移的貢獻(xiàn)率分別為94.49%和5.51%。3個(gè)階段氣候變化對(duì)承德市水源涵養(yǎng)功能重心遷移的貢獻(xiàn)率均超過(guò)90%，是水源涵養(yǎng)功能重心遷移的主導(dǎo)因素。但隨著承德市城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，建筑用地面積占比逐年增加，土地利用/覆被變化對(duì)水源涵養(yǎng)功能重心遷移的影響也在逐漸增大。因此，制定城鎮(zhèn)化發(fā)展方案時(shí)要考慮自然生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展和人類(lèi)活動(dòng)的用水需求。

4 討論

該研究結(jié)果表明，氣候因素是導(dǎo)致承德市水源涵養(yǎng)功能時(shí)空分異的主導(dǎo)因素，但是隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，土地利用/覆被因素的影響也在逐漸增大。這與前人研究結(jié)果相似，張福平等[11]研究結(jié)果表明降水量是制約黑河流域的主要?dú)夂蛞蜃?；柳冬青等[28]研究結(jié)果表明白龍江流域水源涵養(yǎng)高值區(qū)主要集中于氣候濕潤(rùn)區(qū)域，低值區(qū)則集中于土地利用強(qiáng)度較大區(qū)域；竇攀烽等[29]研究結(jié)果表明氣候變化對(duì)寧波地區(qū)產(chǎn)水量的貢獻(xiàn)率為97.56%，土地利用/覆被變化的貢獻(xiàn)率為2.44%。筆者研究中，1990—2017年氣候變化對(duì)于承德市水源涵養(yǎng)功能重心遷移的貢獻(xiàn)率為94.49%，土地利用/覆被變化的貢獻(xiàn)率為5.51%，對(duì)不同時(shí)期的情景模擬結(jié)果表明氣候變化是水源涵養(yǎng)功能重心遷移的主導(dǎo)因素，但隨著承德市城鎮(zhèn)化發(fā)展，建筑用地面積占比逐年增加，綜合土地利用綜合指數(shù)增加及覆被情況變化，土地利用/覆被變化對(duì)水源涵養(yǎng)功能重心遷移的影響也在逐漸增大。氣候變化影響了不同生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的產(chǎn)水量、蒸散作用、下滲過(guò)程和持水量；土地利用程度增加意味著城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)面積占比增加，城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)地面一般由混凝土、瀝青和水泥等物質(zhì)組成，形成不透水地表，降水到達(dá)不透水地表后以徑流形式散失，減少了下滲到土壤的水量，難以形成水源涵養(yǎng)。筆者研究結(jié)果表明承德市平均水源涵養(yǎng)功能在空間分布上呈現(xiàn)從西北向東南遞增的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)主要是由氣候的南北空間分異所致。承德市東南部地區(qū)降水量高于西北部地區(qū)，而降水量對(duì)于水源涵養(yǎng)功能的影響程度大于潛在蒸散發(fā)量[30]。根據(jù)水量平衡原理，東南部水量?jī)羰杖氪笥谖鞅辈浚瑢?dǎo)致承德市水源涵養(yǎng)功能南北差異的空間格局。近28 a承德市水源涵養(yǎng)功能呈現(xiàn)先減小后增加的波動(dòng)變化趨勢(shì)，水源涵養(yǎng)功能在2002年之后有所回升，這與該區(qū)域大力推行退耕還林政策的密切相關(guān)，NDVI與水源涵養(yǎng)功能呈顯著正相關(guān)[28]，而退耕還林政策的實(shí)施使承德市部分地區(qū)土地利用程度下降，林、草地面積占比增加，從而在一定程度上提升了水源涵養(yǎng)功能。

該研究采用InVEST模型產(chǎn)水量模塊對(duì)承德市水源涵功能進(jìn)行定量評(píng)估，受資料收集限制，以2000、2005、2010、2015和2017年承德市水資源公報(bào)數(shù)據(jù)對(duì)模型計(jì)算得到的產(chǎn)水量進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示各年份模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)誤差均小于15%，其中，2017年誤差僅為3.78%，表明模型計(jì)算結(jié)果具有較好的模擬精度。但模型自身局限性和數(shù)據(jù)精度等因素會(huì)影響計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性，InVEST模型在計(jì)算產(chǎn)水量時(shí)未考慮土壤深層含水量、人為地下水開(kāi)采和地貌等因素的影響；由于模擬結(jié)果為以年為單位的產(chǎn)水量平均值，模型難以在較小時(shí)間尺度上精準(zhǔn)計(jì)算產(chǎn)水量；InVEST模型中Zhang系數(shù)的選取在很大程度上會(huì)影響模型計(jì)算結(jié)果，該研究通過(guò)反復(fù)校驗(yàn)取Zhang系數(shù)為2.7，并通過(guò)了模型驗(yàn)證，表明模擬結(jié)果與實(shí)際情況較為符合，但該值精度的進(jìn)一步提升還需結(jié)合大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和驗(yàn)證。

5 結(jié)論

(1)1990—2017年承德市多年平均水源涵養(yǎng)總量為33.12108m3·a-1，平均水源涵養(yǎng)深度為83.9 mm，在時(shí)間上呈現(xiàn)先減小后增加的波動(dòng)變化趨勢(shì)；在空間分布上總體上呈現(xiàn)從西北向東南遞增的趨勢(shì)。

(2)在水源涵養(yǎng)功能重心遷移方面，2000年水源涵養(yǎng)功能重心較1990年向西北方向遷移7.79 km，2010年較2000年向東遷移9.02 km，2017年較2010年向東南方向遷移14.87 km。近28 a承德市水源涵養(yǎng)功能重心呈現(xiàn)西北—東南向波動(dòng)的遷移狀態(tài)，總體由西北向東南方向遷移，遷移距離為14.28 km。

(3)水源涵養(yǎng)功能與降水量、NDVI呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與土地利用綜合指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，而與潛在蒸散發(fā)、氣溫和NPP相關(guān)性不顯著。

(4)情景模擬法計(jì)算結(jié)果表明，1990—2017年氣候和土地利用/覆被變化對(duì)承德市水源涵養(yǎng)功能重心遷移的貢獻(xiàn)率分別為94.49%和5.51%，氣候變化是水源涵養(yǎng)功能重心遷移的主導(dǎo)因素，土地利用/覆被變化對(duì)水源涵養(yǎng)功能重心遷移的影響逐漸增大。