全 文 ：第 17 卷 第 5 期
Vol. 17 No. 5
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2009 年 9 月
Sep. 2009
应用灰色关联度法评价北京潮河护坡植被质量
王晓亚1, 文俭平2 , 蒋飞跃2 , 方 程1*
( 1.中国农业大学草地研究所, 北京 100193; 2.北京碧水源科技发展有限公司, 北京 100083)
摘要: 2008 年在北京市密云县潮河河坡进行灌草植物护坡组合模式的筛选,以护坡植被质量评价 6 种灌草种植模
式,应用灰色系统理论对密云潮河护坡不同种植模式的护坡植被质量进行了分析和评判,确定最优灌草组合模式。
结果表明:荆条 ( Vitex negundo L . var . heterop hy l la ( Fr anch) Rehd. ) + 小冠花 ( Coronill a v ar ia L . ) + 白三叶
( T rif olium rep ens L . ) + 高羊茅( Fes tuca arund inacea cv F ine Law n)混植护坡植被质量最优, 可以有效地护坡; 高
羊茅和小冠花是优秀的护坡植物,适用于北京地区固土护坡。
关键词: 护坡; 灌草; 灰色关联度; 护坡植被质量
中图分类号: S812. 8; S688. 4 文献标识码: A 文章编号: 10070435( 2009) 05067505
Comprehensive Evaluation of Slopprotection Vegetation Quality of
Different Cultivation Mode using Grey Correlation Analysis
WANG Xiaoya1 , WEN Jianping 2 , JIANG Feiyue2 , FANG Cheng1*
( 1. Inst itute of Gras sland Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, Chin a;
2. Beijing Origin Water T ech nology Incorporat ion Company, Beijing 100083, Chin a)
Abstract: Six shrubg rass composite cult ivation modes w ere established in 2008 on the degraded riversides
of Chaohe River in M iyun County , Beijing and the slopepro tect ion vegetation qualities of different cult iva
t ion modes w ere evaluated using g rey co rrelat ion analysis. T he r esults show that the cult ivat ion mode of
Vi tex negundo L. var. heterop hy l la ( F ranch) Rehd. + Cor onil la v ar ia L. + T r if ol ium r ep ens L. +
Festuca arundinacea Schr eb. cv. F ine Lawn had the best slopeprotect ion quality and ef fect iv eness. In
summary , F . arund inacea and C. varia are excellent slopepr otection plants for slope reinforcement and
pro tection in Beijing ar eas.
Key words: Slopprotect ion; Shrub and her baceous plant ; Gray correlat ion analy sis; Slopeprotect ion vege
tat ion quality
由于城乡规划和工程造景等工程的实施, 一些
河道地段的地貌在护坡工程基础上加种植物, 进行
生态护坡 [ 1]。植物的存在可以提高斜坡的抗侵蚀
能力,而且在一定范围内随植物条带宽度的增加, 土
壤水蚀形成的流沙浓度降低, 斜坡的抗侵蚀能力增
加[ 4, 5]。灌木和草本植物生态护坡可以有效地恢复
河道生态,提高河坡保持水土能力。自然状态下, 品
种单一的草种生长力较弱,极易退化和消亡, 难以起
到固土防冲刷的效果。因此, 固土护坡工程中应采
用草灌结合、灌木为主的立体生态系统,实现边坡生
态防护的低养护和与自然相协调的常绿 [ 2, 3]。
草坪质量是草坪生态功能的反映, 也是景观质
量的反映,评定结果依草坪植被利用的目的、季节和
评定所使用的方法及评定的重点不同而异。护坡草
地要求植被具有强大的根系或匍匐茎, 同时要生长
迅速、覆盖能力强、适应性广,主要评价指标有成坪
速度、草坪强度等 [ 15]。确定分析各指标之间的关系
与权重的方法是评价护坡植被质量的前提,目前评
价方法中,常规方法使用参考权重值评价草地质量,
指标的权重确定具有很的强的主观性; 层次分析法
( AHP)减小了指标权重的主观性,但综合值的计算
只是权重与指标的归一化相乘所得[ 6] , 不能准确地
反映植物生长变化过程中护坡植被的质量。使用灰
色关联度分析法评价护坡植被质量, 指标权重由各
收稿日期: 20090224;修回日期: 20090608
作者简介:王晓亚( 1984 ) ,女,河北省沧州人,硕士研究生,研究方向为护坡植物选育, Email: w angxyaya@ 126. com; * 通信作者 Auth or
for correspondence, Email : f an gcheng@ cau. edu. cn
草 地 学 报 第 17卷
指标测量值计算得到,与上述几种方法相比, 客观性
更强, 更能科学地反映草地的实际状况。灰色关联
度理论是在近几年发展起来的一种分析理论, 能对
各现象给出质的定性解释和量的确切描述 [ 11]。灰
色关联分析方法已经广泛用于评价企业技术创新能
力[ 7] , 企业危机预警[ 8] 等; 近几年已经成功应用于
综合评价小麦、水稻等作物品种[ 9, 10] 及评价高丹草
杂交种性状、不同施肥条件下黑麦草草坪质量 [ 1114]。
灰色关联分析方法根据因素之间发展趋势的相似或
相异程度,来衡量因素间关联程度,对一个系统发展
变化态势提供了量化的度量, 非常适合动态历程分
析。护坡植被是一个动态的系统,会随着护坡植物
的生长各指标之间的关系不断变化,因此本试验采
用灰色关联分析法评价护坡植被质量。
潮河密云地段河坡由于城乡规划工程, 原河道
边坡地貌改变, 有些地方还用沙石堆成了新的河坡。
这些改变使得密云地段潮河河坡的稳定性大大降
低,亟需种植植物以固定河坡。试验采用 6种不同
的种植模式进行植物护坡,使用灰色关联分析方法,
对不同灌草组合的护坡植被质量进行综合分析与评
判,旨在科学探索和精确筛选利于北京市密云地区
河道生态恢复的优化种植模式, 为实际生产提供参
考,也为客观地评价水土保持植被质量提供方法和
依据,从而为密云地区生态护坡的发展做出积极贡献。
1 材料与方法
1. 1 试验地概况
试验地位于北京市密云县密云水库西南部,地
理位置 4013~ 4048N, 11639~ 11730E, 温带
大陆性季风气候。平均气温约为 11~ 12 , 极端最
高气温为 41 ,极端最低气温为- 27. 3 。年日照
时数为 2800 h。平均年降水量 605 mm, 降水量具
有年际变化大,季节分配不均匀,暴雨比较集中等特
点,汛期 ( 6- 9月) 集中了全年降水量的 85% , 而
60%以上集中在 7、8月。年水面蒸发量 1200 mm。
原试验土壤基质薄弱, 石砾化程度高,有机质偏低,
因此选择当地有机质较高的土壤覆于试验地之上,
厚度为 5~ 7 cm。
1. 2 供试材料
试验材料选用灌木荆条 ( Vi tex negundo L.
var. heterop hy l la ( Franch. ) Rehd. )、灌木褐沙蒿
( Ar temisia intr amongolica H. C. Fu. )、老芒麦
( E lymus sibi ri cus L. )、高羊茅( Festuca ar undina
cea Schr eb. cv. F ine Lawn)、白三叶 ( Tr i f olium
r ep ens L. )、小冠花( Cor oni lla varia L. ) ,不同组合
配置模式见表 1。
表 1 种植模式设计
T able 1 Design of cultiv ation mode
种植模式
Cult ivation mode
组成
Composit ion
比例
Rat io
播种量( g/ m 2)
Seeding rate
T1 小冠花 C. var ia 100% 5~ 6
T2 白三叶 T . r epens 100% 5~ 6
T3 高羊茅 F. arund inac ea 100% 45~ 50
T4 荆条( V . neg und o) + 小冠花( C. varia) +
白三叶( T . r ep ens) + 高羊茅( F . ar und i
nac ea) ( 间行种植 Sow n in al ternat ive
r ow s)
15% + 15% + 15% + 55% 荆条 V . negund o
小冠花 C. varia
白三叶 T . r ep ens
高羊茅 F. aru ndinacea
4. 5
0. 8
0. 8
25
T5 褐沙蒿( A . int ramongol ica) + 小冠花( C.
var ia) + 白三叶( T . r ep ens) + 高羊茅( F.
ar undinacea) (间行种植 Sow n in al terna
t ive row s)
15% + 15% + 15% + 55% 褐沙蒿 A . int ramongol ica
小冠花 C. varia
白三叶 T . r ep ens
高羊茅 F. aru ndinacea
4~ 4. 5
0. 8
0. 8
25
T6 老芒麦( E . sibi ri cus) + 小冠花( C. varia)
+ 白三叶 ( T. re pens ) + 高羊茅 ( F.
ar undinacea) (间行种植 Sow n in al terna
t ive row s)
15% + 15% + 15% + 55% 老芒麦 E . sibi ri cus
小冠花 C. varia
白三叶 T . r ep ens
高羊茅 F. aru ndinacea
9
0. 8
0. 8
25
注: T 1T6代表 处理 1处理 6
Note: T 1 to T6 repres ents the t reatment 1 to t reatment 6
1. 3 种植模式及试验设计
植物于 2008年 5月下旬种植。采用随机区组
设计, 6个种植模式为处理, 3次重复, 小区面积为
6 m 4 m ,沿河岸方向分布,小区间距为 60 cm ,区
组间距离为 100 cm,播种方式采用条播。小区之间
铺设石块作为隔离。种植模式设计见表 1。
676
第 5期 王晓亚等:应用灰色关联度法评价北京潮河护坡植被质量
1. 4 研究内容及测定方法
护坡植被植物密度、叶色、绿期、植被高度、盖
度、成坪速度、草坪强度 7个指标。
密度:记录100 cm2 面积样方内植物个体数[ 15]。
叶色:目测,根据主观印象和个人喜好给草坪颜
色打分。打分标准为: 黄绿, < 60 分; 浅绿或灰绿,
60~ 70分;中绿, 71~ 80分; 深绿, 81~ 90 分; 蓝绿,
> 90分 [ 16]。
本试验采用观察法。打分标准为: 杂乱, < 60
分;不均一, 60~ 70 分; 基本均一, 71~ 80分; 整齐,
81~ 90分;很整齐, > 90分[ 16]。
绿期: 60%变绿至 75%变黄的天数[ 16]。
植被高度:测定植物顶部与地表的平均距离[ 15]。
盖度:盖度指植物群落总体或各个种的地上部
分的垂直投影面积与取样面积之比的百分数。灌木
用样线法测定, 禾草用样点法测定[ 18] 。
成坪速度: 记录从播种到盖度达 75%时所需时
间[ 16]。
草坪强度: 综合护坡草地的忍受外来冲击力、抗
践踏能力、水土保持能力、植绒层的发育情况, 进行
打分评价,分别为强、较强、中等、较弱、与弱, 依次记
5~ 1分 [ 15]。
1. 5 构造参考品种在灰色系统中,每个供试品种
都是灰色系统中的一个因素。使用灰色关联分析方
法时,要先构造一个参考品种,要求各性状指标均
优于供试品种[ 13] ,本试验采用每项测量值的最优值
作为参考品种指标。
1. 6 灰色关联度分析
1. 6. 1 参考数据列 设参考品种数列为 X0记为:
X0= {X0 ( 1) , X0 ( 2) , X0 ( 3) , , X0 ( n) }
被评价对象数为:
Xi= { Xi ( 1) , Xi ( 2) , Xi ( 3) , , X i ( n) } , i
= 1, 2, 3, . . . . . . , m。
应用灰色关联度分析时要把各指标的实际值转
化为评价值,对原始数据进行无量纲化处理, 以消除
各指标量纲带来的影响[ 20, 21] 。X i ( k) = 原始数据数
列/参考数据数列。通过无量纲区间化使所有数据
在[ 0, 1]区间之内。
1. 6. 2 关联系数的计算 设 X0 为参考数列, X i 比
较数列。先求比较数列 Xi 与参考数列 X0 各对应点
的绝对值 i ( k) = | X0 ( k) - X i ( k ) | , 再找二级最大
差和二级最小差,计算出关联系数。
i( k)= r( X0 ( k) , Xi ( k) )
= minm ini ( k) + maxmaxi ( k)i( k) + maxmaxi( k )
=
min+ min0, i ( k ) + max ( 1)
i( k)是第 k 个时刻比较曲线 X i 与参考曲线 X0
的相对值,即 Xi 对 X0 在 k 时刻的关联系数。其中
0, i ( k )表示 X0 数列与 Xi 数列在第 k 点的绝对值, 1
i m, m 为正数, mix、max 分別是所有比较序
列在各个点的绝对差中最小值和最大值; 为分辨
系数,取值范围[ 0, 1] ,分辨系数实际上是人为给定
的(为定性分析的人为系数) , 用来削弱数 max 值
过大而失真的影响, 提高关联系数之间的差异显著
性,本试验取值 0. 5。
1. 6. 3 灰色关联度计算
r i=
1
n
n
k= 1
i ( k) ( 2)
式中, r i 为灰色关联度; i ( k)为关联系数;
为了更客观、真实地计算各指标的重要性, 研究
引入变异系数法来求算指标的权重[ 17] W i。
W i= r i r i ( 3)
从而计算灰色综合评判值 G( k) :
G( k) = n
k= 1
i ( k)Wi ( 4)
1. 6. 4 评估草地质量等级 按照关联度( r)大小,将
草地质量划分为 5个等级,规定 r0. 80为一等,
0. 65 r< 0. 80为二等, 0. 50 r< 0. 65为三等,
0. 35 r< 0. 50为四等, r< 0. 35为五等 [ 19] 。
2 结果与分析
从植物开始种植, 定期观测护坡植被的质量并
记录,至 12月植物进入枯黄期试验结束。各处理指
标原始测定值见表 2。
利用灰色关联度分析方法将原始数据进行相关
处理,各处理的综合评价值及各指标与参考指标的
关联度,见表 3。
综合评判值反映了护坡植被的质量, 综合评判
值越大反映的护坡植被的质量越高。由表 3可知,
灰色综合评价值大小顺序为: T4 ( 0. 854) > T3
( 0. 833) > T 1( 0. 792) > T 5( 0. 690) > T 6( 0. 626) >
T 2( 0. 607)。不同种植模式护坡草地质量优劣为:
荆条+ 小冠花+ 白三叶+ 高羊茅混植> 高羊茅单植
> 小冠花单植> 褐沙蒿+ 小冠花+ 白三叶+ 高羊茅
混植> 老芒麦+ 小冠花+ 白三叶+ 高羊茅混植> 白
三叶单植。其中荆条+ 小冠花+ 白三叶+ 高羊茅混
植护坡植被和高羊茅单植为一等草地; 小冠花单植
护坡植被和褐沙蒿+ 小冠花+ 白三叶+ 高羊茅混植
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草 地 学 报 第 17卷
表 2 参考指标与各参试处理性状测定值
Table 2 Measured data and reference indicator s for cult ivation mode assessment
测定指标
Indicator
密度
Dens ity
( no cm- 2 )
叶色
Leaf
color
绿期
Green period
( day)
植被高度
Plant height
( cm )
盖度
Coverage
( %)
成坪速度
E stabl ishm ent
speed ( day)
草坪强度综合评价
Com preh ens ive
st rength evaluat ion
T1 3. 56 8. 17 171. 00 7. 38 94. 44 27. 67 4. 02
T2 2. 33 3. 17 150. 33 6. 76 67. 78 17. 00 2. 62
T3 4. 00 6. 66 160. 00 24. 22 96. 67 18. 00 4. 03
T4 2. 89 7. 17 168. 33 44. 69 88. 87 19. 33 4. 50
T5 2. 56 5. 03 158. 00 31. 70 80. 00 20. 67 4. 08
T6 2. 44 6. 17 139. 33 26. 11 72. 22 22. 67 3. 72
X0 4. 00 8. 17 171. 00 44. 69 96. 67 17. 00 4. 50
注: X 0 为参考对象,在此选用的是每项测试指标中的最大值
Note: X 0 is the r eference object , and it i s th e max imum of each tested index
表 3 被评价对象与参考对象的关联系数和关联度
Table 3 Cor relat ion coefficient and cor relation degr ee o f the evaluated indices and the refer ence indices
种植模式
Cult ivat ion
mode
关联系数
C or relat ion coef ficient
综合评判值
Comprehensive evaluat ion
密度
Den sity
叶色
Leaf color
绿期
Green period
植被高度
Plan t height
盖度
Coverage
成坪速度
Establis hmen t
speed
草坪强度
综合评价
Compr ehensive
s tr ength evaluat ion
G( k)
名次
order
评估
Evaluat ion
T1 0. 794 1. 000 1. 000 0. 337 0. 948 0. 524 0. 797 0. 792 3
二等
Second class
T2 0. 504 0. 409 0. 778 0. 333 0. 587 1. 000 0. 503 0. 607 6
三等
T hird class
T3 1. 000 0. 697 0. 868 0. 481 1. 000 0. 884 0. 802 0. 833 2
一等
Firs tclas s
T4 0. 604 0. 776 0. 964 1. 000 0. 840 0. 779 1. 000 0. 854 1
一等
Firs tclas s
T5 0. 541 0. 525 0. 848 0. 593 0. 711 0. 705 0. 821 0. 690 4
二等
Second class
T6 0. 521 0. 634 0. 696 0. 505 0. 626 0. 629 0. 710 0. 626 5
三等
T hird class
ri 0. 661 0. 674 0. 859 0. 542 0. 786 0. 754 0. 772
Wi 0. 131 0. 133 0. 170 0. 107 0. 156 0. 149 0. 153
为二等草地;老芒麦+ 小冠花+ 白三叶+ 高羊茅混
植和白三叶单植护坡植被为三等草地。
由表 3可知, 各指标性状灰色关联度值大小顺
序为:绿期( 0. 859) > 盖度( 0. 786) > 草坪强度综合
评价( 0. 772) > 成坪速度( 0. 754) > 叶色( 0. 674) >
密度( 0. 661) > 植被高度( 0. 542)。绿期与参考指标
关联度最大,说明绿期对护坡植被质量的影响最大,
而关联度值最小的植被高度是造成 6种护坡植被差
异的主要原因。
3 讨论
3. 1 本试验中灰色关联分析结果综合评判值 G( k)
反映护坡植被的质量, G( k)越高, 护坡植被质量越
高。在灰色系统分析中, 灰色关联度值实际描述的
是两性状之间接近的程度, 反映在坐标为 2条形状
各异的折线。灰色关联度值越大, 2 折线就越相似,
即与目标性状越接近 [ 14]。高羊茅是冷季型草坪草,
禾本科羊茅属, 原产欧洲, 常见于多年生冷季型草
坪[ 2 2]。由灰色关联度值可以看出高羊茅单植护坡
植被的覆盖度好, 可有效地保持水土;小冠花单植护
坡盖度大,根系发达,水土保持效益高。但本试验中
高羊茅、小冠花和白三叶等草本植物比灌木植株低
矮,在土层中扎根浅,使得草本植物草地封闭坡面,
防止行人和牲畜践踏、滑落等发生危险的作用低于
后灌草复合草地,对深层土壤的锚固作用较差。因
此在草坪强度综合评分上草本植物单植护坡植被得
分低于灌草混播的草坪。白三叶根系发达,抗逆性
强,是优良的护坡植物,但本试验中白三叶单植护坡
植被密度、盖度等关联度值都不高,护坡植被质量综
合评判值 G( k)也最低( 0. 615) ,表明密云地区白三
叶单植护坡植被质量不高。综上所述, 虽然高羊茅
和小冠花是优良的护坡植物,但是作为护坡植被不
适宜单植,应与合适的灌木混合种植;白三叶在密云
地区建植护坡植被时不易大量使用, 可作为护坡植
被的伴生种。
678
第 5期 王晓亚等:应用灰色关联度法评价北京潮河护坡植被质量
3. 2 植物生态护坡一般采用多种植物混合种植进
行护坡。种植不同类型的植物, 可以增加物种的丰
富度,同时增加生态功能的多样性,从而使生态系统
稳定性提高[ 25]。尽管多样化会使得个别物种脆弱,
但整个生态系统的总生物量保持稳定, 物种多样性
使抗性好、生长茂盛的物种增加,在功能上补偿受害
的机会。某一特定种受伤害, 多样性的生态系统生
产力总体却不易受损 [ 24]。护坡草本生长迅速, 能在
短时间内覆盖地表, 在地上形成致密的地表覆盖, 在
表土中形成絮结的草根层, 有效地防止土壤侵蚀。
为了增加护坡植物群落的多样性,加强坡体的稳定
性,还需要混合配置一些灌木。灌木根系发达,涵水
和固坡能力较强,还可防风固沙,封闭坡面。
老芒麦是优良的护坡植物,老芒麦根系入土较
深,抗旱、抗寒性强, 越冬性好[ 23] 。但本试验中, 由
于密云地区 7、8月份降雨量大, 老芒麦在过湿的土
壤上不能正常生长, 出现烂根现象,这是造成老芒麦
+ 小冠花+ 白三叶+ 高羊茅混播护坡植被品质低的
主要原因。因此初步判断老芒麦不能适应密云潮河
河坡的土壤环境和水分条件, 在北京密云地区不适
宜作为主要护坡植物。灌草混合种植模式褐沙蒿+
小冠花+ 白三叶+ 高羊茅综合评判值 G ( k)只有
0. 726,在 6种种植模式中位列第 4, 属二等护坡植
被。在本试验地的气候环境下, 褐沙蒿并不能很好
生长,充分发挥优良的固土护坡能力,因此在密云潮
河地区灌草护坡中, 褐沙蒿作为主要灌木并不适宜。
荆条+ 小冠花+ 白三叶+ 高羊茅混合种植模式
综合评判值 G( k)最高( 0. 861)。荆条作为当地的乡
土物种,更适合当地生境, 其繁殖和传播力更大, 也
易于与当地残存的天然群落结合成更大的景观单
位,从而实现各种生物的协调发展,可以用在密云地
区作为河道护坡灌木。
3. 3 应用灰色关联度法评价河坡植被质量, 将各评
价指标无量纲化,实现了对护坡植被质量的评价由
定性向定量的转化。本试验中, 权重系数通过各指
标的无量纲化数值计算得出, 不同生长时期护坡植
物指标测量值在改变,权重系数也会随之改变,最后
通过草地综合评价值的变动反映护坡草地生长情
况。因此灰色关联度分析方法可以较敏感地反映护
坡草地质量,以便及时发现护坡草地的问题, 有利于
护坡草地的优化发展,在实践中具有较强的可行性。
4 结论
4. 1 应用灰色关联度评价方法对北京潮河流域密
云地段河岸护坡草地进行综合评价研究, 其结果反
映了人工灌草复合型草地在河坡保护方面的实际作
用,而且反应出植物生长过程中护坡植被质量的变
动,能比较客观地数量化地反映出草坪的质量等级。
4. 2 通过对北京潮河流域密云地段 6 种河岸护坡
草地质量进行评价,结果表明:荆条+ 小冠花+ 白三
叶+ 高羊茅混合种植模式综合评判值 G( k )最高
( 0. 861) ,适宜在北京地区潮河河岸进行护坡。由于
高羊茅和小冠花是优良的护坡植物, 作为灌草混植
护坡植被主要草本植物可在北京地区种植。
参考文献
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(责任编辑 李 扬)
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