滹沱河生态修复工程草本植物应用生态绩效评估.pdf

257235|2023|10风景园林引言近年来，人工修复的生态型河道正在受到推崇，所采用的河岸带植被生态修复重建利用有生命力的植物根、茎、枝或整体作为结构的主体元素，对河岸边坡进行加固和稳定，植物在生长的过程中还能对周边的生境产生积极的影响，以达到生态修复的作用。其中，针对河道滩岸的河流交错带展开的生态修复工作中，草本植物作为主要的修复材料。本次研究通过对草本植被以及土壤恢复情况评估，分析滹沱河生态修复工程草本植物应用生态绩效，总结生态修复项目的实际效益，为草本植物在河流生态修复工程中的应用提供参考。1 评价对象与方法1.1 评价对象滹沱河生态修复工程草本植物应用生态绩效评估以修复项目中草本植物为被评价主体。滹沱河是石家庄市的母亲河，发源于山西省繁峙县，汇入渤海湾，全长 387km，在石家庄境内长约205km。滹沱河承载了改善生态环境、提升城市品质、促进经济发展等多重功能。在石家庄市的规划中，滹沱河的定位不仅是一条“安全河、生态河、文化河”，还是一条“产业河”1。滹沱河生态修复工程全长 109km，包括河道两侧的一至三期生态修复区域以及河道两侧城乡片区。研究通过内业评估与外业调研相结合的方式，对石家庄滹沱河流域各样地草本植物群落进行群落特征、土壤物理性质及土壤化学性质三大方面进行评估。1.2 样地设置2022 年 4 月，在各分期区段上选择监测样地，样地设在各分期段落。各样区的面积为2020m，并在样区的左上和右下设置 11m的草本样方共 94 个。为参照天然次生草本群落的情况，设置了 8 处对照样方于滹沱河北侧约1500m 处，每个同样为 11m。1.3 草本群落现状基本特征调研调研为期四个月，从 2022 年 4 月至 7 月，记录各样方中草本植物的种类、样方中草本植物的平均高度、盖度及多度等基础数据。1.3.1 草本植物多样性指标及丰富度指数选取香农-威纳指数（Shannon-Wiener）作为草本植物群落物种多样性指数的指标2,3，选取皮里欧斯指数（Pielou）作为草本植物群落均匀度指数4，草本植物群落的丰富度指数的确定依照群落物种均匀度指数及优势物种的明显程度结合实际调查情况与物种重要值，对群落物种丰富度进行赋值。1.3.2 草本植物群落相似性指数研究团队采用杰卡德相似性指数（Jaccard）计算草本群落的相似度，该指数用以比较从 2022年 4 月至 7 月各样地的群落与群落之间以及样地与天然次生群落间的物种相似性5。1.4 土壤取样2022 年 4 月2022 年 7 月，设置典型取样点以反映不同恢复期及调研样点的土壤情况，取样前需要清扫土壤的表层，去除枯落物，钻取 3个直径 5cm 的土样于采样点周围 20cm 处，取样深度为 20cm。将取出的三个土样混合，使用自封袋收集。对照样点设置在滹沱河北侧的天然次生草本群落处，使用相同的取样方法对土样进行采集。1.4.1 土壤物理性质共测定土壤含水量、土壤密度以及土壤总孔隙度三类土壤物理性质。采用国家标准 GB7172-摘要：研究针对滹沱河生态修复工程中草本植物应用生态绩效及影响力，通过构建层次分析法-模糊综合评价（AHP-FCE）模型，使用层次分析法在群落基本特征、土壤物理性质和土壤化学性质三方面，确定目标层下 3 个准则层及其下属 14 项赋权指标层，建立对草本植物应用生态绩效指标的评估体系。根据层次分析法赋予各指标的权重，建立模糊综合评价体系，结合滹沱河流域草本植物应用区段取样检测的各项指标数据，对滹沱河的草本植物应用进行生态绩效以及影响力分析，得出其绩效综合评价等级呈现逐渐改善的趋势，可见草本植物的应用模式在滹沱河的生态修复工程中产生了良好的生态效益。Abstract：Aiming at the ecological performance and influence of herbaceous plants in the Hutuo River ecological restoration project,the study established three criteria layers and 14 weighted indicator layers under the target layer by constructing an analytic hierarchy process fuzzy comprehensive evaluation(AHP-FCE)model,using analytic hierarchy process in three aspects of community basic characteristics,soil physical properties,and soil chemical properties,and constructed an indicator evaluation system for the application of ecological performance indicators for herbaceous plants.According to the weight of each indicator given by the analytic hierarchy process,a fuzzy comprehensive evaluation system is established.Based on the indicator data collected from the herb application section in the Hutuo River Basin,the ecological performance and impact analysis of the herb application in the Hutuo River is conducted,and the comprehensive evaluation level of its performance shows a trend of gradual improvement.It can be seen that the application mode of herb plants in the ecological restoration project of the Hutuo River,it has produced good ecological benefits.关键词：生态修复；草本植物应用；生态绩效评估；层次分析法；模糊综合评价Keywords：ecological restoration；application of herbaceous plants；ecological performance evaluation；Analytic Hierarchy Process；fuzzy comprehensive evaluation文孙培中铁十二局集团第三工程有限公司工程师DOI：10.19875/ki.jzywh.2023.10.081Study on the Ecological Performance and Impact of Herbaceous Plant Application in the Ecological Restoration Project in Hutuo River滹沱河生态修复工程草本植物应用生态绩效评估25887 对土壤含水量进行测定，采用农业部行业标注NYT1121.4-2006 对土壤密度进行测定6，通过土壤容重和土壤比重计算获得土壤总孔隙度。1.4.2 土壤化学性质的测定土壤化学性质测定方法参照土壤农业化学分析方法7，具体操作如下：有机质、总有机碳、测定采用重铬酸钾容量法-外加热法8,9，pH 值的测定采用电位法，全氮的测定采用半微量开氏法，速效磷的测定采用 0.5mol/LNaHCO3 浸提-钼锑抗比色法10，速效钾的测定采用 1mol/LNH4OAc 浸提-火焰光度法11。2 评价方法的建立为科学反映滹沱河生态修复工程的草本植物应用带来各方面的指标变化，建立层次分析法模糊综合评价模型（AHP FCE）。2.1 层次分析法（AHP）层次分析法模型的构建共分了三个层次，首先确定问题的性质和需达到的总目标，第二步通过将总问题分解为不同的组成因素，第三步确定最底层的相对重要权值或排定相对优劣次序，使问题归结于明确可量化的表达12。2.1.1 构建指标体系经过文献查阅和专家咨询构建指标体系，将生态绩效评估指标分为三个层次，分别为目标层（A）、准则层（B）、指标层（C）13。目标层（A）：本研究的目标层是滹沱河生态修复工程沙生生境的草本植物应用生态绩效（A）。准则层（B）：本研究的准则层分成了三个组成，以细化总目标在群落基本特征（B1）、土壤物理性质（B2）以及土壤化学性质（B3）这三方面的表现。指标层（C）：本指标体系中，群落的基本特征（B1）选取了草本层盖度（C1）、群落物种多样性指数(C2)、草本平均高度（C3）、群落物种丰富度指数（C4）、群落相似性指数（C5）5 项指标作为指标层；土壤物理性质（B2）选取土壤平均含水量（C6）、土壤密度（C7）、土壤总孔隙度（C8）3 项指标；土壤化学性质（B3）选取土壤有机质含量（C9）、土壤总有机碳含量（C10）、pH 值（C11）、全氮（C12）、速效磷（C13）、速效钾（C14）6 项指标，共计 14 项（表 1）。2.1.2 构造判断矩阵并进行一致性检验通过专家打分法构建判断矩阵，指标打分按照 1 9 级的标准，两两比较并打分14,15。通过判断矩阵计算得出各指标及层次的权重（Wi），最后对指标层以及准则层分别进行一致性的检验（表 2）。一致性指标通过 CI 值进行反映，CI 越小则一致性越高，反之则一致性越低。计算得出该矩阵各指标层 CR 0.1，具有较高的一致性16。2.1.3 模糊综合评价法（FCE）模糊综合评价通过将定性的问题转化为定量的评价，能合理地判断具有多种属性的事物，且该事物同时受到了多种因素的共同影响17。通过现场观测及实验室取样分析，整理从4 月7 月各样方的草本群落以及天然次生群落在群落基本特征、土壤物理性质以及土壤化学性质这三方面的 14 项反映指标层的实际观测数据，进而对模糊综合评价体系进行构建（表3）。通过总结各实测指标的数据以及参考专家的建议，设定五个层次作为本研究的生态绩效评价体系，五个层次分别为“优、良、中、较差、差”，等级的判断依据恢复程度，其中评级基准为第一个月（1a）的修复效果，以后各月的评价指标均与第一个月（1a）相比（表4）。依据滹沱河生态修复工程植物应用生态绩效评价标准表（表 4），进行最终各项的生态绩效评价，隶属度矩阵模型的构建通过计算从5 月7 月的相应观测指标值、天然次生群落的各实际指标数值对“优、良、中、较差、差”五个等级的隶属程度，各项绩效评价的结果为最大隶属度所对应的等级18,19。3 结果及分析3.1 群落基本特征绩效评价与第一个月相比，滹沱河生态修复工程的草本植物随着时间的增加，草本植物生长速度变快，物种多样性比较一致。评价结果为：第二个月较差，第三、第四个月维持中等水平。可见，草本植物的应用在生态修复工程中对群落基本特征产生一定的改善效果。3.2 土壤物理性质绩效评价滹沱河河岸修复草本植物应用过程中，土壤含水量有所改善，土壤的物理性质等级从2022 年 2 月至 4 月由“差”转成“中”，最后达到了“良”的水平。说明草本植物在生态修复工程中的应用中能够起到一定的保水改良作用，较快实现了土壤物理性质的改善效果。3.3 土壤化学性质绩效评价可见土壤中有机质的含量整体呈现提升趋势，这与植被的根系分泌物的累计量增加导致土壤中有机物含量提高密切相关。除此之外，其中群落中的白花草木犀、紫花苜蓿等植物促进了土壤全氮含量的提升。所以在第四个月土壤的化学表 1评价体系层次结构（表格来源：作者自绘）表 2各指标层相对于准则层的权重及一致性检验（表格来源：作者自绘）259235|2023|10风景园林参考文献：1康文忠.石家庄市滹沱河生态修复工程规划及实施策略J.河北水利,2022(02):30-31.2马克平,黄建辉,于顺利,等.北京东灵山地区植物群落多样性的研究丰富度、均匀度和物种多样性指数J.生态学报,1995,15(03):268-277.3Wassenaar T D,Henschel J,Pfaffenthaler M M,et al.Ensuring the future of the Namibs biodiversity:Ecologicarestoration as a key management response to a mining boomJ.Journal of Arid Environments,2013,93:126-135.4Godron M.Some aspects of heterogeneity in grasslands of CantalJ.Statistical Ecology,1972,3:397-415.5郭东罡,上官铁梁,白中科,等.山西太岳山油松群落对采伐干扰的生态响应J.生态学报,2011,31(12):3296-3307.6蔡福.明惠青.张淑杰.等.辽宁农田土壤田间持水量的空间变异性分析J.气象与环境学报,2009,25(01):27-30.7鲁如坤.土壤农业化学分析方法M.北京:中国农业科技出版社,2000.8魏孝荣,邵明安,高建伦.黄土高原沟壑区小流域土壤有机碳与环境因素的关系J.环境科学,2008,29(10):2879-2884.9韩晓日,王玲莉,杨劲峰,等.长期施肥对土壤颗粒有机碳和酶活性的影响J.土壤通报,2008,39(02):266-269.10原芩,梅娟,李华,等.不同管理措施对铝矿废弃地复垦区土壤有机碳的影响J.农业环境科学学报,2012,31(07):1374-1380.11苏敏.采煤塌陷区土壤养分循环及对生态环境的影响研究D.河北工程大学,2010.12许树柏.实用决策方法：层次分析法原理M.天津:天津大学出版社,1988.13薛彦宇.基于多层次模糊综合评价法的项目后评价研究与实践J.计算机与数字工程,2022,50(04):730-735.14李江锋.北京矿山废弃地生态恢复质量评价研究D.北京林业大学,2010.15汪洁冰.武汉市生态安全评价及演化趋势分析D.华中师范大学,2012.16黄会林,林加华.生态城市建设中规划环境影响评价的应用方法J.低碳世界,2019,9(08):63-64.17宋晓莉,余静,孙海传,等.模糊综合评价法在风险评估中的应用J.微计算机信息,2006(36):71-73+79.18Godron M.Some aspects of heterogeneity in grasslands of CantalJ.Statistical Ecology,1972,3:397-415.19韩利,梅强,陆玉梅,等.AHP-模糊综合评价方法的分析与研究J.中国安全科学学报,2004(07):89-92+3.性质生态绩效指标，从“差”过渡到“较差”，最终达到“良”的等级，草本植物的应用对于土壤化学性质的改善起到了促进作用。3.4 生态绩效综合评价研究团队通过对滹沱河生态修复恢复期的草本植物群落的基本特征、土壤物理以及土壤化学性质这三方面的生态绩效指标变化与评估结果，结合层次分析法（AHP）赋予的权重值，得出滹沱河生态修复工程草本植物应用生态绩效综合评价。相对于第一个月，生态绩效综合评价呈现逐渐改善的趋势，第二个月为“差”，第三、第四个月已经进入“中”的评级，但相较于天然次生群落的“优”等，仍有较大的差距，需要有较长的恢复期。结论研究通过层次分析法（AHP）首先为滹沱河生态修复工程草本植物应用生态绩效评估构建指标体系，在此基础上，通过模糊综合评价（FCE）构建模型，对滹沱河流域草本植物应用区段取样检测的各项指标数据建立评价标准。最终发现：滹沱河生态修复工程的草本植物应用生态绩效在群落基本特征、土壤物理性质以及土壤化学性质这三方面的生态绩效指标呈良好的发展趋势，可见滹沱河生态修复项目中，草本植物应用模式产生了良好的生态效益，随着时间的增长，植物生态效益级别将进一步提升。表 3滹沱河生态修复工程草本植物应用生态绩效各指标实测数据（表格来源：作者自绘）表 4滹沱河生态修复工程植物应用生态绩效评价标准（表格来源：作者自绘）