盆地岩石边坡适合性植物选择分析

材料与方法

1.研究地概况

研究地点位于四川省彭州市升平镇积泉村，东经１０３°５３′，北纬３０°５９′。该区属于四川盆地亚热带湿润气候区，年平均气温１５．６℃，年极端最高温３６．９℃，最低温－６．２℃，最热月份（７月）２４．８℃，最冷月（１月）５．２℃，全年无霜期平均２７６ｄ，多年平均降水量９３２．５ｍｍ。针对该地区气候条件以及岩石边坡的立地条件，结合之前数年的试验研究，从初选的８７种植物中，确定了１８种乡土植物。由于岩石边坡特定的干旱胁迫条件，辅引６种干旱抗性植物作为参试植物（表１，略）。

2.试验设计

试验坡面位于四川省彭州市升平镇积泉村四川省励自生态技术有限公司科研基地进门右侧，坡面背靠升平镇－军乐镇的公路，公路外侧为人民渠杨柳渠。人工模拟边坡坡高４．３５ｍ，坡向为北偏西１６．５２°，坡度为６０．６１°，下层原始坡面共分为３个区域，分别为原浆砌片石边坡、原混凝土边坡，内填经夯实的土壤（图１，图略）。应用护坡卷材技术［１１］，将参试植物种子直播于坡面，定期进行全生育期的生长量观测、物候观测、护坡及覆盖功能观测。该试验开始于２０１１年４月，取得的试验数据用于层次分析的专家评分参考。

3.试验方法

植物筛选应用层次分析法ＡＨＰ（ＡｎａｌｙｔｉｃＨｉｅｒａｒｃｈｙＰｒｏｃｅｓｓ）［１２］，它基于系统层次原理建立，是一种定性和定量相结合的多指标分析评价方法。主要分三步：一是建立多要素层次分析的评价体系；二是建立判断矩阵，专家运用１～９标度法判断各因子的相对重要性，确定各指标的权重；三是对各指标赋值进行综合评价。

(1)指标体系：将收集到的各种生态因子和试验观测数据进行筛选，提取对岩石边坡植被恢复有影响的主要因子。以植物抗逆性、品质特性（试验效果）和功能效益作为筛选准则，把抗旱性、抗病虫害、抗贫瘠性、耐高温、生长速率、覆盖度、出苗率、保存率（第２个生长季的保存率）、涵固土性、绿期、景观效果、培育成本作为相应评价指标，建立层次分析模型，选择出最具竞争力的目标植物材料（图２，略）。(2)判断矩阵的建立及计算：构造各层次的判断矩阵，邀请专家以１～９标度法（表２）对各层次指标进行评价赋值和成对比较，并计算权向量，进行一致性检验。具体计算过程为：通过对各层进行评分构建判断矩阵Ａ－Ｂ、Ｂ１－Ｃ、Ｂ２－Ｃ、Ｂ３－Ｃ；排序计算：按列规范化得到ｂｉｊ，ｂｉｊ＝ａｉｊ／∑ａｉｊ；对规范化后的判断矩阵进行规范列平均得Ｗｉ；一致性检验：计算判断矩阵的最大特征值λｍａｘ，λｍａｘ＝（Ａ×Ｗｉ）／（ｎ×Ｗｉ）＝（ＣＷ）ｉ／（ｎ×Ｗｉ），其中Ａ、Ｗｉ为矩阵；计算一致性指标ＣＩ，ＣＩ＝（λｍａｘ－１）／（ｎ－１）；查阅随机一致性指标ＲＩ；计算随机一致性比例ＣＲ＝ＣＩ／ＲＩ，当ＣＲ＜０．１，判断矩阵具有一致性。

结果与分析

1.判断矩阵权重分析

植物抗逆性决定了试验物种能否在岩石边坡严酷的气候及土壤条件下成活、生存与发展，比植物的品质特性和功能特性略为重要。品质特性是建立在试验基础上，消除了主观随机因素的影响，是抗逆性的直接体现，因此，品质特性略比功能效益重要。功能效益是工程质量效益评价的重要指标，需纳入指标分析体系。建立准则要素的判断矩阵时，综合多名专家意见，得到各项准则的权重（表３）。经计算，集结后的判断矩阵Ａ－Ｂ一致性比例ＣＲ＝０．００８１＜０．１，因此判断矩阵具有一致性。抗逆性是岩石边坡植被恢复物种选择的首要考虑因素，主要由抗旱性、抗病虫害、耐贫瘠和耐高温等因素决定。由于四川盆地地处南方，最冷月均温在５°以上，耐寒性不是主要考虑因素，而因岩石边坡形成的裸地，土壤结构遭到破坏，辐射强烈，持水保水能力差，所以对植物抗旱性要求更加苛刻；同时由于岩石边坡辐射强烈，边坡较其周边微生境的气温更高，因此要求所选植物具有耐高温等特性；植物耐贫瘠与抗病虫害对植株的生长也具有重要的作用。由此建立植物环境适应性各因子正互矩阵，得到各项因子的权重（表４）。集结后的判断矩阵Ｂ１－Ｃ一致性比例ＣＲ＝０．０７８３＜０．１，因此判断矩阵具有一致性。品质特性由实地试验得出，主要由生长速率、覆盖度、出苗率和保存率等因子决定。保存率为建植后第２年的存活率，是植物对边坡生长环境适应性的集中体现，受植物抗逆特性及边坡微生境条件的共同制约；出苗率为生长季最高出苗数量与播种量的比率，是植物品质特征的重要指标；覆盖率与生长速率代表了植物侵占和竞争能力。用生长季中测得的试验数据对植物品质特性进行评价，从而取得较为客观的评价结果。各因子权重见表５。集结后的判断矩阵Ｂ２－Ｃ一致性比例ＣＲ＝０．０６８１＜０．１，因此判断矩阵具有一致性。功能效益主要由涵固土性、绿期、景观效果和培育成本等因子决定。涵固土性是植物护坡的重要功能，主要表现在护坡植物根系的锚固和保持水土作用，因其在土壤中盘根错节，使边坡土体成为土与根系的复合成材料，是边坡稳定性的重要保证；绿色期主要是由植物的生物学特性决定，在一定程度上也受到环境条件的制约，但变化幅度较小，一般作为物种常量由专家给出；景观效果是评价边坡绿化的重要指标，主要体现在植物形态，花、叶、果景观价值和色彩、协调性等方面；培育成本是在试验过程中材料、劳务、运输等方面实际发生的工程量的货币值体现，是工程效益的重要评价指标。各因子权重见表６(略)。集结后的判断矩阵Ｂ３－Ｃ一致性比例ＣＲ＝０．０３９４＜０．１，因此判断矩阵具有一致性。在各层因子单排序符合一次性检验的基础上，将各因子层对准则层的权重及准则层对目标层的权重进行综合，得到各因子对边坡生态恢复植物选择的权重（表７，略）。

2.综合评价结果

在邀请相关的专家对供选植物进行评分后，对各项因子分数进行标准化处理。结合层次分析法计算出的权重结果，采用综合评价指数（ＣＥＩ）来反映最终结果。公式如下：ＣＥＩｉ＝∑ｎｉ＝１ＭｉＣｉ。式中，Ｍｉ为单项指标分值，Ｃｉ为评价指标Ｃ第ｉ指标的权重，ｎ为评价指标数，并以此得出备选植物的综合评分。根据ＣＥＩ的计算结果，将参试的植物按照草本与木本分类后，再进行排序。参照综合评分排序的结果（表８），按照得分高低最终选择出９种最适宜于四川盆地岩石边坡植被恢复的适应性植物。得分较高的草本植物依次为：高羊茅、批碱草、百喜草；最适宜的木本植物：银合欢、紫穗槐、黄荆、多花木蓝、截叶胡枝子、柠条。