太行山高速邯鄲段道路兩旁植物凈化、抗寒及固土能力研究

王春云，彭 斌，喬建剛

（1.保定職業技術學院，河北 保定071051；2.河北工業大學 土木與交通學院，天津300401）

0 引言

隨著我國山區高速公路的不斷開發建設，山體原始環境遭受破壞的現象愈發嚴重。生態恢復技術作為保證“綠水青山就是金山銀山”理念實施的前提，選擇出適宜的植物品種非常重要。盡管影響植物選擇的因素較多，不同植物對于氣候生長環境的要求也不盡相同，但都應結合當地的自然環境以及實際需求進行開展。當前關于植物與環境的相互關系已經有很多學者進行了研究。陳冬霞等[1]研究草本植物對城市面源污染重金屬的去除能力，選擇北方地區常見的3種草本植物紫花苜蓿、早熟禾、黑麥草，通過水培實驗考察了3種草本植物對微污染重金屬Cu、Cd、Pb的凈化能力；高志慧[2]以鐵線蕨、鳥巢蕨和腎蕨為材料，采用煙熏法測定了其對甲醛的凈化能力以及電導率、丙二醛含量、超氧物歧化酶活性和過氧化物酶活性等生理指標；楊旸等[3]開展了植物固土能力分析模型的研究；潘翠萍等[4]以6個枇杷品種為試驗材料，研究了低溫脅迫對枇杷幼果種胚相對電導率、丙二醛、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量的變化；楊丹等[5]以3種陰生地被植物麥冬、虎耳草和紫萼玉簪為研究材料，采用人工模擬熏氣方法，測定不同濃度SO2脅迫下測試植物的外觀受害癥狀，以及膜質過氧化、保護酶活性、滲透調節物質等生理指標；陳寶強等[6]通過遙感和GIS技術對植被群落調查得到晉西黃土區陡坡的植被恢復狀況。上述大多都是從單一角度進行分析，而從綜合性優化方向進行生態植物品種選擇的研究比較少。所以用多目標決策分析法定量確定適合太行山的植物類型，對于今后植物的選擇具有重要的參考意義。

1 太行山植物調查統計

太行山高速公路邯鄲段項目起于武安市上焦寺村西北的邢臺、邯鄲市界，止于涉縣合漳鄉邰家口村東的漳河冀豫省界，全長68.685km，具有促進地域溝通和發展生產的重要意義。通過對當地的物種實地調研，結合本土的氣候條件，選配了部分植物種類。其中取樣方法是：沿邯鄲段道路縱向取樣長度為每隔5千米，橫向取樣長度為公路兩側左右各200米，200米內每隔20米取1m×1m的區域，采集該區域范圍內植物的種類、名稱、株數及陰影面積，具體見圖1、圖2所示。

經過調查統計分析可得到適合太行山區的植物有喬木：臭椿、山楂、加拿大楊、核桃等；灌木：連翹、紫穗槐、荊條、大葉黃楊、紫丁香等。草本：沿階草、白三葉等。后期以常見喬木和灌木共7種植物作為對象開展相關的分析。

2 影響因素的選擇

太行山地區公路建設破壞了大量山體，對山體的自然環境進行生態恢復工作勢在必行。所以結合道路景觀、土木工程、植物學等理論，采用多目標決策理論對影響太行山區域生態植物選擇的相關因素進行了分析。具體包括植物的凈化能力、抗寒能力及固土能力三個方面，同時將其作為評價指標，通過對比分析，得到適合太行山地區生長的植物，其中不同植物的SO2吸收量、抗寒溫度以及根系長度如表1所示。

表1 植物SO2的吸收量、抗寒溫度及根系長度表

2.1 凈化能力

大氣中的主要污染物為二氧化硫、氯氣和氟化氫等，其中二氧化硫在河北地區長期處于較高水平，破壞生態環境的同時，很容易引起呼吸道疾病，影響人體健康[7-8]。植物對于自然環境的物質循環以及能量流動有至關重要的作用，植物不僅對環境中的污染物有一定抵抗力，更重要的是他們可通過葉片和枝干吸收污染。其中經植物體自身的氧化還原作用，生成無毒物質排出或者儲存在植物體內的過程稱為植物的凈化過程。不同植物的吸收能力不同，其吸收量的多少可表征其凈化能力的大小。以SO2為例，各種植物對SO2吸收量如圖3所示。

由圖3可知，加拿大楊、臭椿、紫丁香、山楂等吸收SO2較強。

2.2 抗寒能力

植物抗寒性包括抗冷性和抗凍性。零上低溫對植物的傷害稱為冷害，植物對冰點以上低溫的適應叫抗冷性。零下低溫對植物的傷害稱為凍害，植物對冰點以下低溫的適應叫抗凍性。不同的耐寒性一定程度反映了植物的越冬的生存耐久性。太行山邯鄲段年平均氣溫在10℃左右，1月份最冷，平均氣溫為-5℃，平均最低氣溫在-10℃左右，極端最低氣溫-18.3℃。由于溫度是影響植物地理分布的一個重要影響因素，且不同的植物對于溫度的要求不同，且抗寒能力也相差很大。通過查閱得到植物抗寒性如圖4所示。

可見核桃、山楂、加拿大楊抗寒性較強。

2.3 固土能力

水土流失是指土壤在水的浸潤和沖擊作用下，其結構發生破碎與破壞[9-10]。其中降雨強度、邊坡角度、地表土質環境及植被狀況等是影響水土流失的重要原因。而植物根系作為其自身重要的組成部分不僅能吸收所需要的養分，還能錨固土壤防止水土流失，對邊坡起到很好的防護作用。植物固土能力的大小與根系的生物量、根密度、根系長度、根長密度以及根表面積密度等有關?？紤]根系長度對于固土能力的影響，通過現場采集樣本，得到植物根系長度如圖5所示。

可見加拿大楊、臭椿植物根系長度較長，說明固土能力較優異。

3 多目標決策法應用

多目標決策法是20世紀70年代后迅速發展起來的一個重要方法，當某個工程方案的選擇取決于多個目標的滿足程度，就將其稱為多目標決策[11-12]。多目標決策數學模型包括3個要點：決策變量、目標函數和約束條件，通常運用以下模型進行表達：

式中：

根據“化多為少”的需要，選用多目標決策中的線性加權和法，將多目標函數的n個分量fnxn（）按相應的準則加權后，再以相關方式進行求和做出新評價函數，最后對此新評價函數進行單目標極大化得到最優解。例如，設有m個目標f1（x1）,f2（x2）,…,fm（xm），它的權系數為λi，新評價函數為：

其中：fi（xi）為目標函數為權系數。

基于上述多目標決策理論，將凈化性能、抗寒性能、固土性能三個指標作為太行山植物選擇目標最優化的三個目標，吸收二氧化硫量、抗寒、根系長度定義為f1（ x1）、f2（ x2）、f3（ x3），對f （x）規范化，帶入新函數后，得到max U（x）等于1的是加拿大楊，因此加拿大楊為最優，其次為連翹、紫丁香，不同植物抗性系數對比如表2所示。

4 結束語

以太行山植物的優化選擇為目的，結合凈化能力、抗寒能力以及固土能力，應用多目標決策法，選擇適合太行山的灌木為示例，決策出最佳植物為后期的生態恢復提供選擇，對今后關于生態植物選擇的方向提供了相關理論依據。

表2 不同植物的抗性系數對比