太行山高速邯郸段道路两旁植物净化、抗寒及固土能力研究

王春云，彭 斌，乔建刚

（1.保定职业技术学院，河北 保定071051；2.河北工业大学 土木与交通学院，天津300401）

0 引言

随着我国山区高速公路的不断开发建设，山体原始环境遭受破坏的现象愈发严重。生态恢复技术作为保证“绿水青山就是金山银山”理念实施的前提，选择出适宜的植物品种非常重要。尽管影响植物选择的因素较多，不同植物对于气候生长环境的要求也不尽相同，但都应结合当地的自然环境以及实际需求进行开展。当前关于植物与环境的相互关系已经有很多学者进行了研究。陈冬霞等[1]研究草本植物对城市面源污染重金属的去除能力，选择北方地区常见的3种草本植物紫花苜蓿、早熟禾、黑麦草，通过水培实验考察了3种草本植物对微污染重金属Cu、Cd、Pb的净化能力；高志慧[2]以铁线蕨、鸟巢蕨和肾蕨为材料，采用烟熏法测定了其对甲醛的净化能力以及电导率、丙二醛含量、超氧物歧化酶活性和过氧化物酶活性等生理指标；杨旸等[3]开展了植物固土能力分析模型的研究；潘翠萍等[4]以6个枇杷品种为试验材料，研究了低温胁迫对枇杷幼果种胚相对电导率、丙二醛、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量的变化；杨丹等[5]以3种阴生地被植物麦冬、虎耳草和紫萼玉簪为研究材料，采用人工模拟熏气方法，测定不同浓度SO2胁迫下测试植物的外观受害症状，以及膜质过氧化、保护酶活性、渗透调节物质等生理指标；陈宝强等[6]通过遥感和GIS技术对植被群落调查得到晋西黄土区陡坡的植被恢复状况。上述大多都是从单一角度进行分析，而从综合性优化方向进行生态植物品种选择的研究比较少。所以用多目标决策分析法定量确定适合太行山的植物类型，对于今后植物的选择具有重要的参考意义。

1 太行山植物调查统计

太行山高速公路邯郸段项目起于武安市上焦寺村西北的邢台、邯郸市界，止于涉县合漳乡邰家口村东的漳河冀豫省界，全长68.685km，具有促进地域沟通和发展生产的重要意义。通过对当地的物种实地调研，结合本土的气候条件，选配了部分植物种类。其中取样方法是：沿邯郸段道路纵向取样长度为每隔5千米，横向取样长度为公路两侧左右各200米，200米内每隔20米取1m×1m的区域，采集该区域范围内植物的种类、名称、株数及阴影面积，具体见图1、图2所示。

经过调查统计分析可得到适合太行山区的植物有乔木：臭椿、山楂、加拿大杨、核桃等；灌木：连翘、紫穗槐、荆条、大叶黄杨、紫丁香等。草本：沿阶草、白三叶等。后期以常见乔木和灌木共7种植物作为对象开展相关的分析。

2 影响因素的选择

太行山地区公路建设破坏了大量山体，对山体的自然环境进行生态恢复工作势在必行。所以结合道路景观、土木工程、植物学等理论，采用多目标决策理论对影响太行山区域生态植物选择的相关因素进行了分析。具体包括植物的净化能力、抗寒能力及固土能力三个方面，同时将其作为评价指标，通过对比分析，得到适合太行山地区生长的植物，其中不同植物的SO2吸收量、抗寒温度以及根系长度如表1所示。

表1 植物SO2的吸收量、抗寒温度及根系长度表

2.1 净化能力

大气中的主要污染物为二氧化硫、氯气和氟化氢等，其中二氧化硫在河北地区长期处于较高水平，破坏生态环境的同时，很容易引起呼吸道疾病，影响人体健康[7-8]。植物对于自然环境的物质循环以及能量流动有至关重要的作用，植物不仅对环境中的污染物有一定抵抗力，更重要的是他们可通过叶片和枝干吸收污染。其中经植物体自身的氧化还原作用，生成无毒物质排出或者储存在植物体内的过程称为植物的净化过程。不同植物的吸收能力不同，其吸收量的多少可表征其净化能力的大小。以SO2为例，各种植物对SO2吸收量如图3所示。

由图3可知，加拿大杨、臭椿、紫丁香、山楂等吸收SO2较强。

2.2 抗寒能力

植物抗寒性包括抗冷性和抗冻性。零上低温对植物的伤害称为冷害，植物对冰点以上低温的适应叫抗冷性。零下低温对植物的伤害称为冻害，植物对冰点以下低温的适应叫抗冻性。不同的耐寒性一定程度反映了植物的越冬的生存耐久性。太行山邯郸段年平均气温在10℃左右，1月份最冷，平均气温为-5℃，平均最低气温在-10℃左右，极端最低气温-18.3℃。由于温度是影响植物地理分布的一个重要影响因素，且不同的植物对于温度的要求不同，且抗寒能力也相差很大。通过查阅得到植物抗寒性如图4所示。

可见核桃、山楂、加拿大杨抗寒性较强。

2.3 固土能力

水土流失是指土壤在水的浸润和冲击作用下，其结构发生破碎与破坏[9-10]。其中降雨强度、边坡角度、地表土质环境及植被状况等是影响水土流失的重要原因。而植物根系作为其自身重要的组成部分不仅能吸收所需要的养分，还能锚固土壤防止水土流失，对边坡起到很好的防护作用。植物固土能力的大小与根系的生物量、根密度、根系长度、根长密度以及根表面积密度等有关。考虑根系长度对于固土能力的影响，通过现场采集样本，得到植物根系长度如图5所示。

可见加拿大杨、臭椿植物根系长度较长，说明固土能力较优异。

3 多目标决策法应用

多目标决策法是20世纪70年代后迅速发展起来的一个重要方法，当某个工程方案的选择取决于多个目标的满足程度，就将其称为多目标决策[11-12]。多目标决策数学模型包括3个要点：决策变量、目标函数和约束条件，通常运用以下模型进行表达：

式中：

根据“化多为少”的需要，选用多目标决策中的线性加权和法，将多目标函数的n个分量fnxn（）按相应的准则加权后，再以相关方式进行求和做出新评价函数，最后对此新评价函数进行单目标极大化得到最优解。例如，设有m个目标f1（x1）,f2（x2）,…,fm（xm），它的权系数为λi，新评价函数为：

其中：fi（xi）为目标函数为权系数。

基于上述多目标决策理论，将净化性能、抗寒性能、固土性能三个指标作为太行山植物选择目标最优化的三个目标，吸收二氧化硫量、抗寒、根系长度定义为f1（ x1）、f2（ x2）、f3（ x3），对f （x）规范化，带入新函数后，得到max U（x）等于1的是加拿大杨，因此加拿大杨为最优，其次为连翘、紫丁香，不同植物抗性系数对比如表2所示。

4 结束语

以太行山植物的优化选择为目的，结合净化能力、抗寒能力以及固土能力，应用多目标决策法，选择适合太行山的灌木为示例，决策出最佳植物为后期的生态恢复提供选择，对今后关于生态植物选择的方向提供了相关理论依据。

表2 不同植物的抗性系数对比