哈爾濱市中小河流河岸緩沖帶挺水植物篩選研究

宋思銘

(哈爾濱市水務(wù)科學(xué)研究院，哈爾濱 150001)

1 概 述

挺水植物的莖葉挺出水面，根系扎入泥土，花開時(shí)花朵離開水面，多數(shù)花色艷麗，植株形態(tài)直立挺拔。大部分挺水植物都有改善水環(huán)境質(zhì)量、增強(qiáng)河岸帶觀賞價(jià)值的作用，如今挺水植物己被廣泛應(yīng)用于人工河岸帶構(gòu)建、水景園、野趣園的營(yíng)造中，但并非所有的挺水都具有實(shí)際推廣價(jià)值[1]。哈爾濱市有著豐富的挺水植物資源，其中相當(dāng)一部分的挺水植物具有較強(qiáng)的生態(tài)價(jià)值，適合用于哈爾濱市河岸緩沖帶的構(gòu)建。

2 研究方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取與等級(jí)結(jié)構(gòu)

2.1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)

本文借鑒水生植物群落評(píng)價(jià)方法及生態(tài)學(xué)相關(guān)理論，采納相關(guān)專家的意見和建議[2]，結(jié)合已有研究成果，選取7項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行挺水植物篩選。具體指標(biāo)見表1。

表1 挺水植物篩選指標(biāo)

耐寒性(C1)：以挺水植物在哈爾濱市中小河流河岸帶能夠正常越冬的最低溫度表示。

耐澇性(C2)：以挺水植物全部被水淹沒的生存天數(shù)表示。

耐旱性(C3)：以挺水植物在完全干旱的環(huán)境中生存的天數(shù)表示。

TN去除率(C5)：以挺水植物在哈爾濱市中小河流水質(zhì)條件下的TN去除率表示。

花期長(zhǎng)短(C6)：以挺水植物在哈爾濱中小河流河岸帶正常生長(zhǎng)的開花時(shí)間表示。

植株高度(C7)：以挺水植物在哈爾濱中小河流河岸帶正常生長(zhǎng)的地上部分長(zhǎng)度表示。

2.1.2 評(píng)語等級(jí)結(jié)構(gòu)

模糊評(píng)價(jià)的工作基礎(chǔ)是評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分，評(píng)價(jià)等級(jí)確定后，利用評(píng)語將評(píng)價(jià)目標(biāo)劃分成易于接受的等級(jí)，才能進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)價(jià)[2]。哈爾濱市中小河流河岸帶挺水植物篩選的總目標(biāo)分為高度適宜、適宜、勉強(qiáng)適宜和不適宜4個(gè)等級(jí)，總目標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)及具體含義見表2。

表2 總目標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)及其含義

2.2 權(quán)重確定

在對(duì)所選7項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)模糊判斷的基礎(chǔ)上，運(yùn)用層次分析法確定挺水植物的權(quán)重，將各因素進(jìn)行兩兩比較判斷，構(gòu)造出判斷矩陣。通過判斷矩陣的計(jì)算，進(jìn)行層次排序和一致性檢驗(yàn)，得到各因素的組合權(quán)重。

2.3 適宜性標(biāo)準(zhǔn)

在哈爾濱市中小河流河岸帶挺水植物篩選過程中，參照相關(guān)規(guī)范和研究成果[3]，并咨詢相關(guān)專家，形成河岸帶挺水植物指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，各標(biāo)準(zhǔn)的選取見表3。

EBV是CCB-Ⅱ制動(dòng)機(jī)重要的人機(jī)操縱平臺(tái)，EBV主要由手柄桿，轉(zhuǎn)軸，摩擦盤，彈簧開關(guān)，撥桿，大、小齒輪，機(jī)械排氣閥，電位器，微動(dòng)開關(guān)，面板，控制板卡、信號(hào)采集模塊、LON通信模塊組成，其中共有7個(gè)微動(dòng)開關(guān)，2個(gè)電位器（大小閘各用1個(gè)）。EBV是整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)Lon網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過采集手柄所處的位置信息，這個(gè)位置信息包括電位器讀數(shù)與微動(dòng)開關(guān)狀態(tài)，經(jīng)過控制板卡分析計(jì)算后由Lon網(wǎng)傳輸至IPM，IPM下發(fā)指令至EPCU實(shí)施相應(yīng)制動(dòng)操作。

表3 挺水植物篩選指標(biāo)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值

2.4 隸屬度模型

對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)值越大且所選植物越不適宜哈爾濱市中小河流河岸帶栽種的，采用降半提醒分布函數(shù)來描述它們的隸屬度，則每個(gè)指標(biāo)對(duì)適宜性4個(gè)等級(jí)的隸屬度函數(shù)分別為：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：UⅠ、UⅡ、UⅢ、UⅣ分別為各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的指標(biāo)隸屬度函數(shù)；x為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值；A1、A2、A3、A4分別為各評(píng)價(jià)等級(jí)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。

對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)值越大且所選植物越適宜哈爾濱市中小河流河岸帶栽種的，采用升半提醒分布函數(shù)來描述它們的隸屬度，則每個(gè)指標(biāo)對(duì)適宜性4個(gè)等級(jí)的隸屬度函數(shù)分別為：

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：UⅠ、UⅡ、UⅢ、UⅣ分別為各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的指標(biāo)隸屬度函數(shù)；x為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值；A1、A2、A3、A4分別為各評(píng)價(jià)等級(jí)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 確定權(quán)重系數(shù)

各指標(biāo)的判斷矩陣如下：

C1C2C3C4C5C6C7C111/283399C22192288C31/81/911/61/622C41/31/261199C51/31/261199C61/91/81/21/91/915C71/91/81/21/91/91/51

經(jīng)計(jì)算，該判斷矩陣的最大特征根λmax=7.621 7，特征向量為(0.285 6，0.296 9，0.034 6，0.165 0，0.165 0，0.033 3，0.019 6)T，CI=0.103 6。

相應(yīng)的RI=1.32，由此可計(jì)算出CR，即

CR=CI/RI=0.078 5<0.1

因?yàn)镃R<0.1，所以該判斷矩陣是一致的。因此，哈爾濱市中小河流緩沖帶挺水植物篩選中各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)為(0.285 6，0.296 9，0.034 6，0.165 0，0.165 0，0.033 3，0.019 6)T。

3.2 確定隸屬度值

通過查閱大量文獻(xiàn)，同時(shí)咨詢有關(guān)專家學(xué)者，確定了哈爾濱市中小河流河岸帶挺水植物篩選各指標(biāo)的實(shí)際值[4-5]，以各指標(biāo)平均值計(jì)，詳見表4。

根據(jù)表3中的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值和表4中的指標(biāo)實(shí)際值，利用式(1)-式(8)可以計(jì)算出各指標(biāo)隸屬于不同等級(jí)的隸屬度值，建立不同植物各指標(biāo)隸屬度值所組成的7×4階矩陣。

哈爾濱市中小河流河岸帶挺水植物篩選指標(biāo)隸屬度值計(jì)算結(jié)果見表5。

表4 不同挺水植物各指標(biāo)實(shí)際值

表5 各篩選指標(biāo)隸屬度值

續(xù)表5

續(xù)表5

隸屬度矩陣建立后，利用所求得的特征向量即權(quán)重系數(shù)(0.285 6，0.296 9，0.034 6，0.165 0，0.165 0，0.033 3，0.019 6)T與隸屬度矩陣相乘，分別建立不同植物的模糊關(guān)系矩陣，見表6。

表6 不同植物模糊關(guān)系矩陣

從表6中可以看出，花葉蘆竹、美人蕉、千屈菜、德國鳶尾、再力花等5種植物隸屬于高度適宜的隸屬度值最大，分別為0.48、0.50、0.49、0.55、0.58，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的最大隸屬度原則，最終評(píng)定為這5種植物高度適宜哈爾濱市中小河流河岸緩沖帶栽種；蘆葦、水蔥、菖蒲、黃花鳶尾等4種植物隸屬于適宜的隸屬度值最大，分別為0.76、0.46、0.50、0.48，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的最大隸屬度原則，最終評(píng)定為這4種植物適宜哈爾濱市中小河流河岸緩沖帶栽種；水芹、香蒲等2種植物隸屬于勉強(qiáng)適宜的隸屬度值最大，分別為0.48、0.51，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的最大隸屬度原則，最終評(píng)定為這兩種植物勉強(qiáng)適宜哈爾濱市中小河流河岸緩沖帶栽種；雨久花、澤瀉等兩種植物隸屬于不適宜的隸屬度值最大，分別為0.53、0.52，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的最大隸屬度原則，最終評(píng)定為這兩種植物不適宜哈爾濱市中小河流河岸緩沖帶栽種。

4 結(jié) 論

對(duì)初步篩選出的13種植物進(jìn)行了進(jìn)一步篩選。其中，花葉蘆竹、美人蕉、千屈菜、德國鳶尾、再力花等5種植物高度適宜哈爾濱市中小河流河岸緩沖帶栽種，蘆葦、水蔥、菖蒲、黃花鳶尾等4種植物適宜哈爾濱市中小河流河岸緩沖帶栽種，水芹、香蒲等2種植物勉強(qiáng)適宜哈爾濱市中小河流河岸緩沖帶栽種，雨久花、澤瀉等2種植物不適宜哈爾濱市中小河流河岸緩沖帶栽種。

5 討 論

1) 哈爾濱市河岸緩沖帶植物資源豐富，在未來的研究中，可調(diào)查哈爾濱市河岸緩沖帶瀕危物種，建立本地區(qū)相應(yīng)的物種資源庫，對(duì)其種群的數(shù)量和分布情況定期進(jìn)行詳細(xì)記錄。

2) 河岸緩沖帶植被是由陸生植物和水生植物共同組成的，其中包括若干個(gè)完整的植物群落。而本文僅針對(duì)其中的一類水生植物——挺水植物進(jìn)行研究，對(duì)于河岸緩沖帶來說僅有挺水植物是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。所以在未來的研究中，應(yīng)補(bǔ)充河岸緩沖帶其他組成部分的研究，使河岸緩沖帶的研究更為科學(xué)化、系統(tǒng)化。