【目的】坝上是京津冀地区重要的生态屏障和水源涵养地，探究典型防护林林分结构对枯落物层和土壤层水源涵养功能的影响，为该地区防护林的抚育管理与林分优化提供科学依据。【方法】选取坝上地区御道口林场3种典型防护林（樟子松林、华北落叶松林、樟子松华北落叶松混交林）为研究对象，调查胸径、树高、林龄、密度、郁闭度和叶面积指数等林分结构指标，通过室内浸水法和环刀法进行枯落物层和土壤层持水性能的测定，运用冗余分析探究防护林结构对枯落物层和土壤层持水性能的影响机制。【结果】（1）樟子松华北落叶松混交林的枯落物层厚度、蓄积量、枯落物最大持水量和有效拦蓄量均大于纯林，其中总枯落物厚度差异显著（P<0.05）。（2）土壤总孔隙度、含水量和最大持水量都随着土层的增加而减小。其中土壤总孔隙度和最大持水量在0～30 cm土层表现为华北落叶松林>樟子松华北落叶松混交林>樟子松林，在30～60 cm土层表现为华北落叶松林>樟子松林>樟子松华北落叶松混交林。（3）冗余分析表明，林分结构与水源涵养功能密切相关，林分密度和树高对不同防护林枯落物层水源涵养能力影响显著，而树高和林龄对不同防护林土壤层水源涵养能力影响显著（P <0.05）。【结论】3种防护林中枯落物层和土壤层水源涵养能力最好的分别是樟子松华北落叶松混交林和华北落叶松林，林分密度、树高和林龄可以较好地解释水源涵养功能的变化。本研究对坝上地区生态平衡维护与可持续发展具有积极意义。