边坡喷播植物及植物配置模式确定的方法与流程

本发明涉及生态保护
技术领域：
，尤其涉及一种边坡喷播绿化植物及植物配置模式确定的方法。
背景技术：
：裸露边坡在天然降水、地表径流的作用下，土壤侵蚀程度增大，造成严重的生态环境破坏。开挖和堆砌形成的边坡，表层土与植被被剥离，岩体裸露，破坏了原来的自然景观，造成了景观、视觉污染。即裸露边坡容易造成水土流失，导致环境恶化，景观效果差，且稳定性差的边坡存在潜在危害，因此，应该对边坡植被进行恢复。植被是边坡恢复的主体，喷播是裸露边坡植被恢复的主要方式之一。植物选择的好坏，直接关系到生态环境的改善能力。目前，边坡绿化中植物的选择，具有一定的主观性、盲目性，植物的选择随意性大，不能根据边坡环境对要喷播的植物进行合理的配置选择。专利CN2005100358915公开了一种南方南方高速公路边坡常绿植被建植方法，其使草种与灌木树种按1∶1.2～2的重量比例配置，配制成种子喷播液或种子混合物，喷撒到经平整的适于绿化的边坡坡面，所述的草种选用草本植物品种百慕大或百慕大与黑麦草或/和高羊茅的组合，所述的灌木树种选用豆科常绿灌木树种山毛豆、木豆、猪屎豆、银合欢、紫穗槐、多花木蓝、车桑子中的任两种或两种以上的组合。该发明仅适于在南方高速公路边坡建立常绿植被，不具有通用性。技术实现要素：基于此，有必要针对传统技术中边坡喷播绿化植物不能进行合理选择以及配置的问题，提供一种边坡喷播绿化植物及植物配置模式确定的方法。为实现本发明目的提供的一种边坡喷播绿化植物及植物配置模式确定的方法，其特征在于，包括以下步骤：构建边坡喷播绿化植物选择的层次分析模型；所述层次分析模型包括目标层、评价层、指标层及决策层；所述评价层包括抗逆性、防护性、经济效应及景观性四个参数；所述抗逆性对应所述指标层中的抗寒性、耐贫瘠性及抗旱性三个参数；所述防护性对应所述指标层中的根系固土效果、覆盖度及生长能力三个参数；所述经济效应对应所述指标层中的种子成本参数；所述景观性对应所述指标层中的景观效应参数；利用所述层次分析模型对多种预选植物进行分值评价，得到每种植物的植物性能评分；根据所述植物性能评分及植物的种类，选择植物构成边坡喷播绿化植物配置模式。在其中一个实施例中，所述利用所述层次分析模型对预选的多种植物进行分值评价时，对每种植物的分值分别进行评价，包括以下步骤：分别构建所述抗逆性、所述防护性、所述经济效应及所述景观性的评价层参数对指标层中各对应参数的判断矩阵，及所述目标层对所述评价层中所述抗逆性、所述防护性、所述经济效应及所述景观性的判断矩阵；根据边坡环境特征，使用1-9标度法对所述抗逆性对应的抗寒性、耐贫瘠性及抗旱性三个参数之间的相对重要性进行标度；根据边坡环境特征，使用1-9标度法对所述防护性对应的根系固土效果、所述覆盖度及所述生长能力三个参数之间的相对重要性进行标度；使用1-9标度法标度所述经济效应对应的种子成本参数对应的重要性为1；使用1-9标度法标度所述景观性对应的景观效应参数对应的重要性为1；根据边坡环境特征，使用1-9标度法对所述抗逆性、所述防护性、所述经济效应及所述景观性之间的相对重要性进行标度；计算所构建的判断矩阵的最大特征值及最大特征值对应的特征向量，并对所述特征向量进行归一化后，得到各参数在所属层的权重值，包括所述抗逆性的权重值、所述防护性的权重值、所述经济效益的权重值、所述景观性的权重值、所述抗寒性的权重值、所述耐贫瘠性的权重值、所述抗旱性的权重值、所述根系固土效果的权重值、所述覆盖度的权重值、所述生长能力的权重值、所述种子成本的权重值及所述景观效应的权重值；将所述指标层各参数的权重值分别与对应的评价层的参数的权重值相乘，得到指标层的所述抗寒性的最终权重值、所述耐贫瘠性的最终权重值、所述抗旱性的最终权重值、所述根系固土效果的最终权重值、所述覆盖度的最终权重值、所述生长能力的最终权重值、所述种子成本的最终权重值及所述景观效应的最终权重值；根据每种预选植物的自身特征值与对应的所述抗寒性的最终权重值、所述耐贫瘠性的最终权重值、所述抗旱性的最终权重值、所述根系固土效果的最终权重值、所述覆盖度的最终权重值、所述生长能力的最终权重值、所述种子成本的最终权重值及所述景观效应的最终权重值分别相乘后，再求和，得到当前植物的总分值。在其中一个实施例中，所述预选植物包括乡土灌木植物和乡土草本植物。在其中一个实施例中，所述预选植物按照以下步骤选取：将需要进行植物喷播绿化的边坡及周围和客土来源地作为样地；对各个样地在水平方向上采用样线取样法获取多个植物筛选土样；将多个植物筛选土样分别经风干后再进行过筛浓缩处理；将浓缩后的每个植物筛选土样在室内进行萌发试验，并记录植物筛选土样中包含的植物种类及发芽数量，得到种子库密度；用单因素方差分析法分析不同样地的种子库密度的差异性；用Pearson相关分析法分析种子库与对应研究样地的植被之间物种数的相关性；用Sorensen相似系数来研究种子库与地上植物组成的相似程度；根据所述差异性、所述相关性及所述相似程度的分析结果及边坡所在地区植物种类确定当前边坡适宜的预选植物。在其中一个实施例中，所述在水平方向上采用样线取样法获取多个植物筛选土样，包括以下步骤：在样线上每隔预设距离选取一个预设大小的样方；在样方内按对角线取样的方法选取5个样点；在每个样点的垂直方向上分别取一个不同深度层的样土；将同一厚度层的样土混合后，获得同一边坡的多个植物筛选土样。在其中一个实施例中，所述预设距离为15米，对于所述预设大小，对灌木样方取5m×5m的预设大小，对草本样方取1m×1m的预设大小。在其中一个实施例中，所述在每个样点的垂直方向分别取一个不同深度层的样土，包括以下步骤：在每个样点的垂直方向上分别取0～5cm、5～10cm和10～15cm厚度的样土；且将同一研究样地同一厚度层的样土混合后，获得同一边坡的三个植物筛选土样。在其中一个实施例中，当研究样地具有腐殖层时，所述在每个样点的垂直方向上分别取一个不同深度层的样土，还包括以下步骤：在研究样地的每个样点上加取腐殖层作为样土；将同一研究样地的同一厚度层的样土混合，并将同一研究样地的腐殖层的样土混合后，获得同一边坡的四个植物筛选土样。在其中一个实施例中，将植物筛选土样进行过筛处理时，使用10mm孔筛进行过筛，剔除土壤中的杂物和石砾；所述将浓缩后的每个植物筛选土样在室内进行萌发试验时，将土样分别装入40cm×20cm×5cm的塑料萌发盆均匀摊开，并做标记，且在所述萌发盆底部钻设预设数量的直径为3mm的排水孔。在其中一个实施例中，所述边坡喷播植物配置模式中以灌木植物为主，以草本植物为辅，且所述边坡喷播植物配置模式采用植物群落的方式进行配置。本发明的有益效果包括：本发明提供的边坡植物选择的方法，通过构建边坡喷播植物选择的层次分析模型，对多种预选植物根据边坡具体环境进行量化的分值，从而能够根据植物的具体评分以及实际需求精确确定的边坡喷播植物及对边坡进行喷播的植物配置模式。使边坡喷播的植物及植物的配置模式更加合理，对边坡环境进行有效的恢复的同时，还能够兼顾一些景观性及经济效应方面的要求。附图说明图1为一实施例的边坡喷播绿化植物及植物配置模式确定的方法的流程图；图2为一实施例中层次分析模型示意图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的边坡喷播植物及植物配置模式确定的方法的具体实施方式进行说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。参见图1，其中一个实施例的边坡喷播绿化植物及植物配置模式确定的方法，包括以下步骤：S100，构建边坡喷播植物选择的层次分析模型。参见图2，以高速公路边的边坡为例，所构建的层次分析模型包括目标层A、评价层B、指标层C及决策层D。具体的，所述评价层B包括抗逆性B1、防护性B2、经济效应B3及景观性B4四个参数；所述抗逆性对应所述指标层中的抗寒性、耐贫瘠性及抗旱性三个参数；所述防护性对应所述指标层中的根系固土效果、覆盖度及生长能力三个参数；所述经济效应对应所述指标层中的种子成本参数；所述景观性对应所述指标层中的景观效应参数。在其他实施例中，对于不同的边坡，评价层B所包含的参数也会有所不同。如对于荒野中的边坡可以不包含景观性B4。S200，利用所述层次分析模型对多种预选植物进行分值评价，得到每种植物的植物性能评分。也就得到决策层的可供选择的多种植物。需要说明的是，对于不同的边坡，因为喷播植物的目的性差别，以及自身环境条件的差别，同一种植物的分值会有所不同，甚至会有较大的差别。如对于降水多的边坡其对植物抗旱性要求较低，而气候条件较干旱的边坡，则其对植物抗旱性要求就较高。在同一地区，可将边坡分为以下几类进行研究：1.缓坡-贫瘠-人工/自然恢复边坡；2.陡坡-贫瘠-人工恢复边坡；3.中坡-较肥沃-自然恢复边坡、陡坡-较肥沃-人工/自然恢复边坡。S300，根据所述植物性能评分及植物的种类，选择植物构成边坡喷播绿化植物配置模式。得到多种预选植物中每种植物的评分之后，可选择分值较高的植物作为边坡喷播的绿化植物种类。但是在选择过程中，除了考虑植物分值以外还需要考虑植物的类型。如对边坡喷播植物最好选择灌木类植物与草本类植物混播的方式，即边坡喷播植物配置模式中包含灌木类植物也包含草本类植物。而在进行草本类植物选择时，选择预选植物中分值较高的植物，同样，在进行灌木类植物选择时，也选择预选植物中分值较高的植物。对于具体植物种类的选择，可根据需求，可按照分值的高低选择前3种或者前5种植物。具体的，对于预选植物的选择，预选植物中包含乡土植物，可通过以下两个步骤实现，下面以北京地区边坡喷播绿化植物的选择为例说明包含乡土植物在内的预选植物的选择。一、适宜植物初选文献查阅：通过查阅北京及其周边地区边坡不同生境植物群落组成的相关文献，从生境、生长特性等方面对优势自然群落及其建群种和伴生植物种类进行分析；查阅边坡喷播绿化植物配置的相关文献，熟悉不同植被配置模式的优缺点，为初步筛选、引入适宜边坡喷播绿化植物种类奠定一定的理论基础；查阅有关北京及其周边地区边坡绿化植物的相关文献，以《北京植物志》与相关材料为依据，对边坡现有植物进行适应性分析。通过文献调查法，研究现有资料中的植物选择范围、植被搭配方法，以此确定不同立地条件情况下，边坡绿化植物的种类、层次、结构及用量，为后续的试验研究工作提供良好的理论基础；在此理论基础上，开展外业调查，统计各类边坡绿化植物在不同立地条件类型下的分布特点、出现频率等特征，对绿化植物的初期布配置提供思路。外业调查：采用工程实地调查法，具体采用样地法沿线调查高速公路边坡自然概况和植被情况，设置40个样方。其中设置灌木样方5m×5m，草本样方1m×1m，调查样方应沿边坡线路均匀分布，特殊地段加密，根据实际情况做适当调整。通过文献查阅并结合广泛调查北京地区及周边高等级公路边坡近年来植被恢复的成果与经验教训，系统地归纳出北京及周边不同立地条件类型的边坡绿化植物种类，并进行植物的初步筛选。二、土壤种子库优选植物种对客土喷播绿化后的边坡植被进行调查，发现部分喷播植被发芽率低且长势不佳而其它植物种生长旺盛，经调查外来植物种多为客土所带，故通过对北京地区土壤种子库的研究，确定客土所带的乡土植物种类，为边坡绿化植物种的选择和确定提供依据。研究步骤：(1)样地选择根据北京市地形地貌以及不同植被类型分布，选取具有广域性代表性的针、阔叶林以及混交林和平原区耕地为研究样地。其包括了需要进行植物喷播的边坡及周边和客土来源地。用大数量小样方的方法进行研究。土壤种子库取样：根据代表性及典型性植被类型分布状况，并在水平方向上选择样线取样法，即在样线上每隔15m设一个1m×1m的样方，在小样方内按对角线取样的方法选取5个样点，用铁铲取样，垂直方向上分别取：腐殖质层；0～5cm；5～10cm；10～15cm的厚度。然后把同层的土混合在一起，并分层装袋，得到多个植物筛选土样，带回试验室供土壤种子萌发与鉴定实验用。需要说明的是，对于样方的选择、提取，可根据研究样地的具体情况进行设置，如对于样方的选择时所间隔的预设距离，并不限定于每间隔15m选取一个，可根据实际情况进行适当的增加或者减少。且对于样方选择的预设大小，也不仅限于1m×1m，也可设置为其他大小。而对于样土的选择，选择的具体深度以及每个样地样土数量也可以根据需求进行设置。如对于没有腐殖层的研究样地，就不用再取腐殖层做样土。(2)土样浓缩处理取回植物筛选土样之后，将植物筛选土样及时在实验室内均匀摊开，分别摆放，做好标记，并使其在自然温度下风干。植物筛选土样风干之后，再用10mm孔筛进行过筛，剔除土壤中的杂物和石砾，若土样已凝结成块，则用适当的力度手工将土样碾开，使其尽量分散，在这过程中要注意保证种子的完整性。土样浓缩处理有利于减少土样体积，充分利用光热条件，促进种子的快速萌发。(3)室内萌发试验萌发实验是在室内进行，为保证种子快速萌发，增设灯光以保证光照条件，并且隔天浇水，保证土壤湿润。将植物筛选土样分别装入40cm×20cm×5cm的塑料萌发盆均匀摊开，做好标记，为防止土壤水分过度饱和，在塑料盆底部钻出直径约3mm的小孔排出多余水分。从第一天开始隔天浇水，保证土壤的湿润，幼苗出土后开始每隔两天定期记录一次各萌发盆种子萌发数量及植物的种类。在后续观察记录过程中及时鉴定可识别的小苗并作好记录后拔出，对于不能准确鉴定的小苗继续培养，直到长大可识别为止。(4)乡土灌草植物的确定利用Excel和SPSS18.0软件进行数据处理和分析。用单因素方差分析法分析不同植物筛选土样种子库密度的差异性；用Pearson相关分析法分析种子库与对应土样植被之间物种数的相关性；用Sorensen相似性系数(SC)来研究种子库与相应研究样地地上物种组成的相似性程度。结合野外调查与室内萌发试验，挑选出自然边坡优势种，也即根据研究样地的上述的差异性、相关性、相似程度的分析结果及边坡所在地区植物种类确定当前边坡适宜的预选植物。在对其他地区进行边坡植物的选择时，所述预设种子库为其对应地区的气候环境对应的种子库。更佳的，在另一实施例的边坡植物选择的方法的实施例中，在进行预选植物确定的过程中，除了进行前述的适宜植物初选以及土壤种子库优选过程以外，还辅助以室内试验以及平地预实验进行进一步的筛选。其中，室内试验主要以灌、草种子萌发试验为主，试验过程及结果表明，部分种子存在发芽率低、发芽周期长，持续发芽能力不强等问题，故根据室内试验的结果，选择发芽率相对较高、发芽时间较短的灌、草植物。平地预实验分为灌木单播试验与灌、草混播试验。试验中灌、草混播与灌木单播相比，灌、草混播优势更明显，主要体现在前期草种的覆盖水平，根系加固作用上，尤其是在防止外来草种入侵等方面更具有生物学意义。根据室内试验与平地预试验的结果，以此确定适宜的喷播绿化植物的预选植物种类，为后续的配置试验提供数据参考与理论支撑，同时也为接下来的使用层次分析模型确定边坡绿化植物评价中部分指标提供对比依据。在一具体实施例中，利用层次分析模型对预选的多种植物进行分值评价时，根据层次分析模型确定每种评价参数的权重，具体按照以下步骤确定：1.构建上层某要素对下层相关元素的判断矩阵D对于图2所示的层次分析模型，需要分别构建抗逆性、防护性、经济效应及景观性的评价层参数对指标层中各对应参数的判断矩阵，及目标层对评价层中所述抗逆性、防护性、经济效应及景观性的判断矩阵。并根据边坡环境特征，使用1-9标度法对各层间参数相对重要性进行标度。基于1-9标度法各层间相对重要性标度含义如表1所示。表11-9标度法各层参数间相对重要性标度含义标度值(dij)含义1因素i和因素j相同重要3因素i比因素j稍微重要5因素i比因素j明显重要7因素i比因素j强烈重要9因素i比因素j剧烈重要2、4、6、8表示上述关系的中间值倒数，1/2，1/3……因素j与因素i之间的关系值根据边坡环境特征，使用1-9标度法对所述抗逆性对应的抗寒性、耐贫瘠性及抗旱性三个参数之间的相对重要性进行标度；根据边坡环境特征，使用1-9标度法对防护性对应的根系固土效果、覆盖度及所述生长能力三个参数之间的相对重要性进行标度；使用1-9标度法标度经济效应对应的种子成本参数对应的重要性为1；使用1-9标度法标度景观性对应的景观效应参数对应的重要性为1；根据边坡环境特征，使用1-9标度法对抗逆性、防护性、经济效应及景观性之间的相对重要性进行标度后，则可得相应的带参数值的判断矩阵。如目标层A对评价层中的抗逆性、防护性及经济效应及景观性的判断矩阵如下：对应的表格显示如表2所示。表2目标层对应参数之间相对重要性关系AB1(抗逆性)B2(防护性)B3(景观性)B4(经济性)B1(抗逆性)1254B2(防护性)1/2142B3(景观性)1/51/411/2B4(经济性)1/41/221可类似的构建B1、B2、B3及B4对应的各指标层参数的判断矩阵。构建判断矩阵完成后，计算各判断矩阵的最大特征值及对应特征向量:由数学理论可知矩阵D存在唯一的最大特征值λmax，且对应特征向量：对判断矩阵D中的每一行的元素的值做乘积Mi＝di1×di2×…×din，n为判断矩阵阶数，Mi代表第i个要素相对与其他要素的重要性比值之积，然后对Mi开n次方，得到再对Wi进行归一化，即可得上式wi，wi为归一化后的各因素的权重，n为矩阵D的阶数。其中，各因素的权重包括抗逆性的权重值、防护性的权重值、经济效益的权重值、景观性的权重值、抗寒性的权重值、耐贫瘠性的权重值、抗旱性的权重值、根系固土效果的权重值、覆盖度的权重值、生长能力的权重值、种子成本的权重值及景观效应的权重值。较佳地，计算出判断矩阵的最大特征根λmax后，还可以对判断矩阵的一致性进行判断，具体为根据公式CI＝(λmax-n)/(n-1)判断判断矩阵的一致性。当CI＝0时，判断矩阵具有完全一致性，CI愈大，判断矩阵的一致性愈差。最后计算判断矩阵随机一致性比例：CR＝CI/RI，当CR<0.1，判断矩阵具有一致性。其中，RI的取值根据表3，查表确定：表31-9阶矩阵的平均随机一致性指标阶数123456789RI000.580.901.121.241.321.411.45根据判断矩阵计算出各参数在所属层的权重之后，将指标层各参数的权重值分别与对应的评价层的参数的权重值相乘，得到指标层的所述抗寒性的最终权重值、耐贫瘠性的最终权重值、抗旱性的最终权重值、根系固土效果的最终权重值、覆盖度的最终权重值、生长能力的最终权重值、种子成本的最终权重值及景观效应的最终权重值。之后，再根据每种预选植物的自身特征值与对应的所述抗寒性的最终权重值、耐贫瘠性的最终权重值、抗旱性的最终权重值、根系固土效果的最终权重值、覆盖度的最终权重值、生长能力的最终权重值、种子成本的最终权重值及景观效应的最终权重值分别相乘后，再求和，得到当前植物的总分值。下面以“缓坡-贫瘠-人工/自然恢复边坡(A类)”为例对最终权重值的计算以及植物的最终总分值的计算进行说明。表4-1判断矩阵A-B的权重计算及一致性检验一致性检验：w＝(0.5000.2810.0800.140)T，λmax＝4.028，CI＝0.0093，RI＝0.86(查表得)，CR＝CI/RI＝0.011＜0.1，满足一致性检验。表4-2判断矩阵B1-C的权重计算及一致性检验一致性检验：w＝(0.6390.1410.2440.140)T，λmax＝3.019，CI＝0.01，RI＝0.52(查表得)，CR＝CI/RI＝0.019＜0.1，满足一致性检验。表4-3判断矩阵B2-C的权重计算及一致性检验一致性检验：w＝(0.1190.5460.3130.140)T，λmax＝3.022，CI＝0.011，RI＝0.52(查表得)，CR＝CI/RI＝0.021＜0.1，满足一致性检验。表4-4各层次权重向量同理也可计算出“陡坡-贫瘠-人工恢复边坡(B类)”，以及“中坡-较肥沃-自然恢复边坡、陡坡-较肥沃-人工/自然恢复边坡(C类)”各指标层参数的最终权重值。对于每种预选植物，可根据表5确定植物自身特征值。表5植物自身特征值量化表根据每种预选植物的自身特征值与对应的抗寒性的最终权重值、耐贫瘠性的最终权重值、抗旱性的最终权重值、根系固土效果的最终权重值、覆盖度的最终权重值、生长能力的最终权重值、种子成本的最终权重值及景观效应的最终权重值分别相乘后，再求和，则可得到当前植物的总分值。其中，对于三种不同类型的边坡(A类、B类、C类)，部分草本植物的总分值如表6所示。表6草本植物的总分值之后，再根据植物性能评分及植物的种类，选择植物构成边坡喷播植物配置模式。如根据表6，对于A类边坡在选择草本植物时，优先选择高羊茅、沙打旺、委陵菜以及沙参这些一级植物种类。而对于B类边坡，在选择草本植物时，优先选择黑麦草、高羊茅、紫花苜蓿以及白草等一级植物种类。对于C类边坡，在选择草本植物时，则优选选择紫花苜蓿、野鸢尾以及沙打旺等植物种类，之后在配合一些灌木类植物构成边坡喷播植物配置模式。而最终确定边坡喷播植物的配置模式时，以层次分析法评价中分数相对较高的边坡绿化植物为研究对象，应用于边坡绿化植物混播配置试验。植物配置试验中采用灌木为主、草本为辅的方式。灌、草配置比例分别为Ag/Bg，Cg/Bg，Dg/Bg,Eg/Bg，Fg/Bg。即根据播种量公式得：W＝(G-M)×Q÷(1000×T×C×P×R×D)式中：W为植物种子的播种量(g/m2)；G为期望的植株密度(株/m2)；M为土壤种子库密度—包括客土和喷播土(粒/m2)；T为种子层喷播厚度的校正率，根据种子层喷播厚度对种子发芽和成苗的影响而确定的校正率。种子层喷播厚度2cm～3cm的校正率为1，随着喷播厚度的增加，校正率相应降低；C为立地条件校正率，根据边坡土质、坡率、坡向等立地条件对种子发芽和成苗的影响而确定的校正率。坡率大于1校正率为0.7～0.9，阳坡校正率为0.7～0.9，岩质边坡校正率为0.8～0.9；D为施工期校正率，根据施工时间对种子发芽和成苗的影响而确定的校正率。非季节施工期植物校正率为0.7～0.9；P为种子纯度(％)；R为种子发芽率(％)；Q为种子千粒重(g)。本发明的方法中，配置模式采取群落的方式进行研究，其中一个实施例中对北京地区高速公路旁边坡植物配置模式为：胡枝子Ag/紫穗槐Ag+灌木铁线莲1/2Ag/多花木兰1/2Ag+夏枯草3/2Ag/狗牙根3/2Ag等多种群落组合。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3