0 引 言
《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》[1]中提出，可使用植草沟等低影响开发措施[2-7]，通过渗透、调蓄、净化方式，实现道路低影响开发控制目标。植草沟是指种植植被的景观性地表沟渠排水系统。地表径流以较低流速流经植草沟，通过持留、植物过滤和渗透达到雨水径流中多数悬浮颗粒污染物和部分溶解态污染物被有效去除[8]。植草沟具有结构简单、造价低、适用性广、渗透力强、过滤性强、景观生态效果好、排水汇水能力高等特点[9-11]。对于解决城市内涝、径流污染、生态恶化等诸多城市水系统方面的环境问题[12-15]有积极意义。植物作为植草沟的关键要素，对植草沟的净化功能、排水功能、生态功能以及美学功能都起着至关重要的作用。但通过对前人文献的整理发现，目前我国针对植草沟的研究主要多在于植草沟的工程建造、水力计算等方面[16-20]，对于植物的选择多为主观选择，缺乏量化的数据支撑。因此，本研究选取国家首批海绵城市试点区域、西北地区唯一试点区域——西咸新区为研究区。对西咸新区道路植草沟涉及的植物选择进行详细分析，通过专家咨询和实地调研初步选取出40种作为道路植草沟常用植物，随后采用层次分析法(AHP)和专家咨询法，建立了植草沟植物选择的评价体系，从植物的生态适应性、功能特性、景观特性、经济效益4个方面，对40种植草沟植物进行综合评价，尝试对我国大力推进海绵城市建设背景下，道路植草沟的植物营造提供参考。
1 概况及植物选取
1.1 西咸新区自然条件概况[21]
西安地区的降水量在一年内分配不均匀，降水量变化较大。7—9月降雨量占全年降雨量的50%左右，且夏季降水多以暴雨形式出现，易造成洪、涝和水土流失等自然灾害。在土壤资源方面，西咸新区于渭河以北存在大面积的湿陷性黄土区域，属于特殊土质。水质方面，西安市天然降水pH值为6.70～8.01，ρ(DO)为5.43～9.54 mg/L，ρ(Cl-)为
为5.46～18.08 mg/L。水流污染物主要有重金属、无机盐、TP等。
1.2 植物选择标准
对前人文献研究进行梳理和总结，确定道路植草沟植物的选择标准，具体如下：
1)抗逆性强、根系发达、净化力强的植物[22-25]。
植草沟中的水量与降雨量相关，会出现短时间的水淹以及长时间的干旱情况，故此需选择耐短时间水淹、耐旱等抗逆性强的植物。同时北方地区冬季降雪后路面会播散融雪剂。融雪剂作为一种化学品，主要成分为醋酸钾和氯盐，因此植物须有一定的耐盐碱性。此外，植草沟需承担传输雨水、净化过滤地表径流的作用，所选植物需根系发达，以对抗降雨期间雨水冲刷。同时具有较强的净化能力，有效去除水体中污染物。
2)净化空气、隔绝噪声[26]。
作为道路绿化，植物需要有基本的吸收净化汽车尾气等污染物的功能，并且能够消除、隔绝一定的噪声污染，为居民带来健康良好的生活环境。
3)优先选择乡土植物[22-25]。
根据西安西咸新区气候、土壤类型、降雨等条件，优先选择乡土树种。乡土树种对当地自然条件适应能力强，因而在植草沟中的净化、过滤等功能可以更好地发挥作用，在景观文化上也可以体现本地风貌。
4)景观效果好[22-25]。
根据不同的区域位置选择观赏性高、景观效果好的植物，可考虑不同彩色植物、不同层次、不同花期的植物间相互搭配。
5)经济成本适宜[27]。
道路绿化优选养护难度低、可粗放管理的植物，且成本不宜过高。
1.3 适宜于西咸新区道路植草沟的植物
根据以上原则，通过文献调查，邀请园林领域10位专家，采用专家咨询法初步选择出40种本区域道路植草沟植物供进一步评分筛选，其中草本15种，灌木12种，乔木13种。具体植物类型如表1所示。
2 研究方法
2.1 层次分析法
层次分析法[28](analytical hierarchy process，简称AHP法)是美国运筹学家Saaty提出的一种定性和定量相结合的决策分析法，在对复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上，利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化，从而为多目标、多准则的复杂决策问题提供简便的决策方法[29-30]。近年来也应用于植物的选择研究中[31-33]。
2.2 评价指标的建立
根据西咸新区道路植草沟的实际情况(如温度、光照、土壤、水分等)，借鉴相关的植草沟植物选取要求[22-27,33](如美学、生态、经济效益等)，同时邀请行业专家对研究区道路植草沟植物的选取指标进行论证和权重设置，建立道路植草沟适用植物评价体系。该层次分析法评价指标体系分为3个层次：第1层是目标层A，即道路植草沟适用植物；第2层是准则层B，即植物的生态适应性、功能特性、景观特性、经济效益4个方面；第3层是指标层P，即道路植草沟植物选择的具体指标。具体指标体系如表2所示。
2.3 判断矩阵构建与一致性检验
对各判断矩阵分别进行一致性检验，一致性比率(CR)均<0.1，符合一致性要求[34]。以经济效益指标判断矩阵为例，具体检验结果如表3所示。
2.4 评价指标量化分级标准
对各评价指标赋以分值进行量化，结合文献[35-38]以及专家意见，将所有指标评分分为3个等级，分别赋分为5分、3分、1分。具体指标赋分见表4。
表1 初选40种道路植草沟植物名录表
Table 1 List of 40 primary species of plants used in grass swales for road greening
序号类别名称科属序号类别名称科属1草本结缕草禾本科、结缕草属21灌木红叶石楠蔷薇科、石楠属2狗牙根禾本科、狗牙根属22沙地柏柏科、圆柏属3黑麦草禾本科、黑麦草属23红瑞木山茱萸科、梾木属4细叶麦冬百合科、山麦冬属24锦带忍冬科、锦带花属5高羊茅禾本科、羊矛属25紫薇千屈菜科、紫薇属6红花酢浆草酢浆草科、酢浆草属26花石榴石榴科、石榴属7马蔺鸢尾科、鸢尾属27木槿锦葵科、木槿属8白三叶蝶形花科、车轴草属28乔木白皮松松科、松属9美人蕉美人蕉科、美人蕉属29油松松科、松属10黄花鸢尾鸢尾科、鸢尾属30四季桂木犀科、木犀属11金鱼草玄参科、金鱼草属31枫杨胡桃科、枫杨属12蒲苇禾本科、蒲苇属32国槐蝶形花科、槐属13芦苇禾本科、芦苇属33悬铃木悬铃木科、悬铃木属14香蒲香蒲科、香蒲属34白蜡木犀科、梣属15千屈菜千屈菜科、千屈菜属35龙爪槐豆科、槐属16灌木金叶女贞木犀科、女贞属36旱柳杨柳科、柳树17小叶黄杨黄杨科、黄杨属37合欢豆科、合欢属18八角金盘五加科、八角金盘属38鸡爪槭槭树科、槭属19海桐海桐科、海桐花属39樱花蔷薇科、樱属20小叶女贞木犀科、女贞属40紫叶李蔷薇科、蔷薇属
表2 层次分析法评价指标体系
Table 2 Evaluation index system of
analytic hierarchy process
A目标层B准则层P指标层权重A道路植草沟适用植物B1生态适应性WB1=(0.6100)B2功能特性WB2=(0.2657)B3景观特性WB3=(0.0648)B4经济效益WB4=(0.0595)P1耐干旱0.2595P2耐涝0.1420P3耐盐碱0.0819P4耐寒0.0729P5耐贫瘠0.0538P6水体污染物去除能力0.1329P7空气污染物去除能力0.1329P8观花0.0432P9观果0.0216P10乡土性0.0396P11购置成本0.0062P12管护需求0.0137
表3 经济效益指标判断矩阵及其一致性检验
Table 3 Economic benefit index judgment matrix and its consistency test
经济效益指标P10P11P12P10154P111/511/3P121/431
注：一致性检验指标值 λmax=3.0869；CR=0.0836
3 结果与分析
根据层次分析法计算结果，全部初选植物的适用性评价总得分为4.4678～1.9472。随后，采用CCEI综合评价指数作为分级标准对初选植物进行筛选。
CCEI=S/SO×100%
(1)
式中：CCEI为综合评价指数；S为适用性评价总得分，取每个因子的最高级别与权重相乘再叠加即可求得理想值SO。
由式(1)计算结果，采用差值百分比分级法将植物划分为4个等级：Ⅰ级植物(4.4678～3.8377)共18种。它们在生态适应、功能特性、景观特性、生态效益上均表现良好，综合评价高，可大规模使用于研究区道路植草沟；Ⅱ级植物(3.8377～3.2075)共14种，综合评价较高，各项指标表现较好，仅某些指标低于Ⅰ级植物，也可被大量推荐使用；Ⅲ级植物(3.2075～2.5773)共5种，在各方面表现一般，为显示景观多样性和物种丰富性，可适度使用；Ⅳ级植物(2.5773～1.9472)共3种，各项指标都较低，不适于作为道路植草沟植物。植物的分级和具体排名见表5。
4 结论与讨论
本研究使用层次分析法，将初选40种植物根据综合评价分值排序。其中，白蜡、海桐、马蔺、芦苇、木槿、金叶女贞、枫杨、蒲苇、白皮松、黄花鸢尾、小叶黄杨、鸡爪槭、合欢、悬铃木、旱柳、花石榴、紫薇、龙爪槐这18种植物综合评分高，较其余所选取的植物更满足道路植草沟的生态适应性、功能特性、景观特性以及经济效益，可以在研究区广泛应用。
植物的选取和配置是道路植草沟建设的重要基础，更是保持水土、净化水质、涵养水源、建设绿色生态文明城市的关键因素。目前为止，国内对道路植草沟植物的选取多取决于设计者的主观性，缺乏量化的选取标准。本研究采用层次分析法将场地特征、植物特性以及专家意见等进行融合，首次提出道路植草沟植物选取的量化方法，可为研究区乃至全国的道路植草沟植物选择提供案例基础和方法参考，对城市水环境的综合治理具有较强的理论和现实意义。
表4 道路植草沟植物评价指标的评分标准
Table 4 Scoring criteria for evaluation indexes of grass swales for road greening
评价指标评价等级分值5分3分1分B1生态适应性P1耐干旱仅靠天然降雨可正常生长浇水频率低(夏、秋每半月1～2次,冬、春每月1～2次)浇水频率高(夏、秋每周2次以上,冬、春每月2次以上)P2耐涝可耐受2 d以内的淹水,正常生长经2 d以内的淹水后生长不佳,但可自行恢复生长经2 d以内的淹水后生长不佳,恢复生长困难P3耐盐碱可承受道路融雪水中含盐量,无盐害现象承受道路融雪水中含盐量后出现轻微盐害,但可自行恢复生长承受道路融雪水中含盐量后出现重度盐害,恢复生长困难P4耐寒露地越冬,自然恢复生长简单人工措施下可安全越冬及恢复生长越冬需要较多的人工措施P5耐贫瘠对土壤要求不严不择土壤但在肥沃土壤生长更好生长期喜肥B2功能特性P6水体污染物去除能力对水体多种污染物有吸收作用对水体某个污染物有吸收作用对水体污染物无吸收作用P7空气污染物去除能力滞尘能力强,可去除多种有害气体滞尘能力中等,可去除某个有害气体滞尘能力差,不抗有害气体B3景观特性P8观花高中低P9观果果实颜色鲜亮果实颜色不明亮果实无观赏性B4经济效益P10乡土性乡土种,易于获得非乡土种,较易获得非乡土种,较难获得P11购置成本/(元·m-2)≤2020～80≥80P12管护需求粗放管理管护频率较低管护频率高
表5 道路植草沟适用植物综合评价及分级
Table 5 Comprehensive evaluation and classification of suitable plants used in grass swales for road greening
排名名称Y值等级排名名称Y值等级01白蜡4.4678Ⅰ21沙地柏3.6526Ⅱ02海桐4.4002Ⅰ22油松3.59Ⅱ03马蔺4.3988Ⅰ23金鱼草3.5422Ⅱ04芦苇4.3784Ⅰ24高羊茅3.5414Ⅱ05木槿4.3426Ⅰ25樱花3.4914Ⅱ06金叶女贞4.3162Ⅰ26红叶石楠3.4638Ⅱ07枫杨4.208Ⅰ27结缕草3.408Ⅱ08蒲苇4.14Ⅰ28小叶女贞3.3618Ⅱ09白皮松4.1398Ⅰ29锦带3.3326Ⅱ10黄花鸢尾3.9948Ⅰ30四季桂3.277Ⅱ11小叶黄杨3.9778Ⅰ31白三叶3.2324Ⅱ12鸡爪槭3.9318Ⅰ32细叶麦冬3.155Ⅱ13合欢3.926Ⅰ33红瑞木3.0002Ⅲ14悬铃木3.9116Ⅰ34香蒲2.916Ⅲ15旱柳3.8866Ⅰ35狗牙根2.7814Ⅲ16花石榴3.856Ⅰ36美人蕉2.6572Ⅲ17紫薇3.8532Ⅰ37千屈菜2.645Ⅲ18龙爪槐3.8472Ⅰ38红花酢浆草2.5396Ⅳ19国槐3.809Ⅱ39八角金盘2.5046Ⅳ20紫叶李3.7138Ⅱ40黑麦草1.9472Ⅳ
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