王　倜， 陶雙成， 薛　鑄， 呂曉宇， 王　風(fēng)

(1.交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院， 北京　100029；　2.海南省交通運(yùn)輸廳， 海南 海口　570204)

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海南省高速公路路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)評(píng)價(jià)方法研究

王倜1， 陶雙成1， 薛鑄1， 呂曉宇2， 王風(fēng)2

(1.交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院， 北京100029；2.海南省交通運(yùn)輸廳， 海南 ?？?70204)

[摘要]采用系統(tǒng)評(píng)分與主成分分析結(jié)合的評(píng)價(jià)方法，在2013年對(duì)海南省3條已建20 a的高速公路路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)情況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，其中評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇綜合考慮了環(huán)境和生物因子及其相互關(guān)系。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，海南省高速公路路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)質(zhì)量大多為中等，具有較大的提升潛力；植被生長(zhǎng)相關(guān)因子及相鄰?fù)恋乩玫拳h(huán)境因子是影響生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的關(guān)鍵因素。評(píng)價(jià)方法具有可行性并且評(píng)價(jià)結(jié)果基本反映了當(dāng)?shù)馗咚俟仿酚蛏鷳B(tài)系統(tǒng)恢復(fù)現(xiàn)狀，同時(shí)也為區(qū)域路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)方向及恢復(fù)措施的制定提供了重要參考，還可以為其他地區(qū)開展類似評(píng)價(jià)研究提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]公路路域； 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)； 評(píng)價(jià)方法

1概述

高速公路路域生態(tài)系統(tǒng)的研究范圍為路面硬化區(qū)域外至征地界之間(土路肩、邊坡、排水溝等)行車可視范圍，是路域生物因子的主要載體[1]。路域生態(tài)系統(tǒng)由于環(huán)境的特殊性，其組成、結(jié)構(gòu)和演替等均不同于周圍自然生態(tài)群落和單純的人工生態(tài)系統(tǒng)[2]，同時(shí)由于環(huán)境具有線性的特點(diǎn)，其生境屬于廊道生境或者邊緣生境[3]，而且路域環(huán)境被人為劃分范圍其生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)作在一定程度上依賴人類活動(dòng)。由于高速公路路域生態(tài)系統(tǒng)的以上特殊性，國(guó)內(nèi)目前已經(jīng)涉及一定深度的研究，主要研究?jī)?nèi)容包括路域生態(tài)影響[4，5]和生態(tài)恢復(fù)[6，7]的評(píng)價(jià)，一般通過指標(biāo)體系的構(gòu)建等方法開展評(píng)價(jià)研究[8]，例如層次分析法(Analytic Hierarchy Process)是近年來在應(yīng)用較為廣泛的定量與定性結(jié)合的評(píng)價(jià)方法，已經(jīng)在相關(guān)評(píng)價(jià)研究中采用，具有一定的系統(tǒng)性和科學(xué)性[9]。除此之外，國(guó)外學(xué)者還對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)評(píng)價(jià)的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇進(jìn)行了探討[10]，同時(shí)有學(xué)者還建議考慮影響路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的“貢獻(xiàn)因子”和“減損因子”作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[11]。

雖然目前已有路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)相關(guān)評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)研究，但是評(píng)價(jià)對(duì)象多針對(duì)較為單一的對(duì)象，例如邊坡防護(hù)[12]、綠化植被生長(zhǎng)[9]等，綜合環(huán)境與生物因素的區(qū)域性評(píng)價(jià)研究仍較少[6]，而且缺乏對(duì)路域生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期演替后恢復(fù)情況的評(píng)價(jià)[13]。與此同時(shí)，現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)的變量個(gè)數(shù)一般較多[6]，這無疑增加了計(jì)算量并增加分析問題的復(fù)雜性，以致可能無法確定影響評(píng)價(jià)的結(jié)果的主要和關(guān)鍵因子，評(píng)價(jià)研究結(jié)果對(duì)于路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)方向的優(yōu)化與恢復(fù)措施的制定和實(shí)施并無實(shí)際貢獻(xiàn)。因此本文的研究擬采用系統(tǒng)評(píng)分法和主成分分析法(Principal Component Analysis)結(jié)合的評(píng)價(jià)方法，綜合掌握路域生態(tài)恢復(fù)現(xiàn)狀的同時(shí)，使用主成分分析法化繁為簡(jiǎn)，采用STPS軟件從選定的評(píng)價(jià)指標(biāo)中通過數(shù)據(jù)分析確定影響路域生態(tài)恢復(fù)的關(guān)鍵綜合性指標(biāo)，以便研究結(jié)果能夠有效應(yīng)用于提高路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)質(zhì)量的實(shí)際操作中。評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取也綜合考慮了路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中的人為活動(dòng)及其產(chǎn)生的多方面環(huán)境系統(tǒng)變化，強(qiáng)調(diào)植被為主的生物因子的恢復(fù)能力，注重評(píng)價(jià)系統(tǒng)的整體性和綜合性。評(píng)價(jià)方法研究以海南省已建20 a的3條最早高速公路(東線、西線、海文)為依托工程，研究結(jié)果旨在弄清現(xiàn)階段海南省高速公路路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)情況及影響路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的主要環(huán)境因子，并為今后海南省公路路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的方向、技術(shù)和措施等的改進(jìn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也可以類似環(huán)境下路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)評(píng)價(jià)研究提供示范。

2研究區(qū)域概況

海南自然條件優(yōu)越，生物資源豐富，生態(tài)系統(tǒng)多樣，氣候潮濕多雨，四季常綠，極利于植物生長(zhǎng)，為海南公路生態(tài)恢復(fù)奠定了較好的環(huán)境條件[14]。海南省公路總里程已達(dá)22 916 km(2011年)，形成了覆蓋全島的公路網(wǎng)，其中環(huán)島高速公路G98(包括西線高速和東線高速)和海文高速S11(?？谥廖牟?建設(shè)時(shí)間較早(1995年)，屬于海南省第一批建設(shè)的高速公路。路線大部分靠近海岸線，地勢(shì)較為平緩，途經(jīng)區(qū)域植被多為農(nóng)田植被、經(jīng)濟(jì)林和人工林。按照目前生態(tài)公路建設(shè)發(fā)展趨勢(shì)來看，海南省早起高速公路路域生態(tài)恢復(fù)雖然取得了一定成績(jī)，但是經(jīng)過20 a時(shí)間的發(fā)展演替一些問題也逐漸凸顯，亟需找到關(guān)鍵問題所在，并對(duì)以往的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)和理念及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和升級(jí)，確保路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的正確方向，以適應(yīng)生態(tài)公路建設(shè)發(fā)展趨勢(shì)。

3研究方法

3.1主成分分析法

主成分分析(PCA)旨在利用降維的思想，把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)，這樣既可減輕收集信息的工作量，且各綜合指標(biāo)代表的信息不重疊，便于研究[15]。選取A1(第1個(gè)綜合指標(biāo))為第1主成分，F(xiàn)1方差最大，Var(F1)越大，表示F1包含的信息越多。如果第1主成分不足以代表原來n個(gè)指標(biāo)，再考慮選取F2，即選第2個(gè)線性組合為第2主成分，F(xiàn)1已有的信息不再出現(xiàn)在F2中，即Cov(F1，F(xiàn)2)=0。依此類推可以構(gòu)造出第3、第4，……，第m個(gè)主成分。這些新的指標(biāo)F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)m(m≤n)充分反映原指標(biāo)的信息，并且相互獨(dú)立。計(jì)算公式如下：

F1=y1，2ZX1+y2，2ZX2+…+yn，2ZXn

……

Fm=y1，mZX1+y2，mZX2+…+yn，mZXn

式中：y1，i，y2，i，…，yn，i(i=1，2，…，m)為X的協(xié)方差陣Σ的特征值多對(duì)應(yīng)的特征向量，ZX1，ZX2，…，ZXn是原始變量經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理的值。

主成分分析的精度分析：

本次研究使用STPS 19軟件對(duì)原始調(diào)查數(shù)據(jù)(定量和定性)進(jìn)行主成分分析的數(shù)據(jù)運(yùn)算。首先采用KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)檢驗(yàn)和Bartlett’s Test of Sphericity(巴特利特球形檢驗(yàn))對(duì)樣本適合性進(jìn)行了檢驗(yàn)。KMO取值介于0和1之間，≥0.5才能滿足主成分分析；同時(shí)Bartlett’s Test of Sphericity結(jié)果也應(yīng)該具有顯著性才能進(jìn)行主成分分析。

3.2系統(tǒng)評(píng)分法

采用5分制的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)直接對(duì)定性指標(biāo)的專家評(píng)分，現(xiàn)場(chǎng)記錄的定量數(shù)據(jù)在總體評(píng)價(jià)中也要先進(jìn)行5分制的歸一化處理。分值相加得出每個(gè)樣本的累計(jì)分值，將累計(jì)分值劃分為4個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析(見表1)，此等級(jí)評(píng)分的方法已廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的評(píng)價(jià)研究中[16，17]。

表1 評(píng)分等級(jí)表Table1 Scoreratingtable總分等級(jí)說明5～131較低14～202一般21～273中等≥284較高

3.3評(píng)價(jià)指標(biāo)選取方法

3.3.1選取原則

評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定是開展路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)評(píng)價(jià)的首要問題，指標(biāo)的選取應(yīng)以最大可能科學(xué)、有效、全面的反應(yīng)路域生態(tài)新系統(tǒng)的特點(diǎn)為指導(dǎo)思想，遵循客觀性、代表性、可操作性、獨(dú)立性、可比性等原則，以減少因指標(biāo)選取不當(dāng)而導(dǎo)致的評(píng)價(jià)結(jié)果偏離。與此同時(shí)，指標(biāo)的選擇還考慮了海南省高速公路的區(qū)域環(huán)境和植被特點(diǎn)，咨詢專業(yè)領(lǐng)域的專家并參考了大量研究文獻(xiàn)，力爭(zhēng)更客觀合理的對(duì)海南省高速公路路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.3.2指標(biāo)選取與評(píng)述(見表2)

生態(tài)系統(tǒng)指生物與環(huán)境構(gòu)成的統(tǒng)一整體，是一個(gè)相互作用的平衡動(dòng)態(tài)過程。路域生態(tài)系統(tǒng)雖然有別于自然生態(tài)系統(tǒng)，但是仍屬于生態(tài)系統(tǒng)的領(lǐng)域，其中環(huán)境和生物體是不可缺少的基本組成因子，評(píng)價(jià)其生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)需要從基本組成因子中選擇評(píng)價(jià)因子。在自然生態(tài)系統(tǒng)中，植物多樣性是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中最重要的因子，直接影響系統(tǒng)內(nèi)的動(dòng)物及微生物的多樣性[18]，雖然路域環(huán)境與自然環(huán)境有一定的差異，但由于其廣闊的面積和多樣性的環(huán)境，對(duì)植被生長(zhǎng)和維護(hù)植被多樣性也是比較有利的，公路路域因此成為各種典型植被(非自然)和潛在植被生長(zhǎng)的重要場(chǎng)所，因而植被多樣性被普遍認(rèn)為是路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)評(píng)價(jià)需要考察的一個(gè)最重要的基礎(chǔ)指標(biāo)，所以通過專家咨詢首先選擇了植被類型多樣性(X1，喬灌草組成的植被類型數(shù)量)和物種豐富度(X2，植被種類數(shù)量)指標(biāo)。其次Preston很早(1962)就發(fā)現(xiàn)，部分路域植物種類會(huì)隨著路域面積的增加而數(shù)量增多[19]，同時(shí)由于路域范圍被限定為只能進(jìn)行綠化恢復(fù)，所以路域綠化面積(X3)與植物種類分布有相關(guān)性，也是評(píng)價(jià)路域生態(tài)系統(tǒng)特征的重要指標(biāo)。再者路域原生自然植被、人工建植植被、自然恢復(fù)植被等均屬于路域植被范疇，但是人工建植植被占有絕對(duì)重要的位置，其生長(zhǎng)情況、群落結(jié)構(gòu)、物種組成3個(gè)子因子可以綜合反映路域生態(tài)系統(tǒng)的總體植被生長(zhǎng)性狀，所以綠化植被現(xiàn)狀(X4)是評(píng)價(jià)路域生態(tài)系統(tǒng)特征的關(guān)鍵綜合指標(biāo)。同時(shí)由于依托研究的高速公路建設(shè)時(shí)間早，周圍土地開發(fā)利用程度也比較深，人為活動(dòng)頻繁，不同的土地開發(fā)利用類型會(huì)產(chǎn)生不同程度的生態(tài)影響，因此鄰近土地利用指標(biāo)(X5)屬于減損因子也應(yīng)考慮[11]。近年來海南省外來有害物種入侵較為嚴(yán)重[20]，多為人為傳播及綠化引種不當(dāng)引起，已經(jīng)在公路沿線大面積散播，侵蝕路域綠化范圍，嚴(yán)重影響了路域生態(tài)安全，作為重要的減損因子，外來種干擾指標(biāo)(X6)也應(yīng)重點(diǎn)考慮。此外，植被類型和種類的多樣性和動(dòng)物的生存息息相關(guān)，多樣的植被類型和物種，可以為各種動(dòng)物提供多樣化的食物和棲息場(chǎng)所，導(dǎo)致其多樣性豐富[21]，動(dòng)物作為組成生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的生物因子，其對(duì)路域生態(tài)系統(tǒng)的利用程度(X7)也能夠反映恢復(fù)質(zhì)量。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table2 Systemofevaluationindexes指標(biāo)指標(biāo)名稱屬性X1植被類型多樣性(定量)+X2物種豐富度(定量)+X3路域綠化面積(定量)+X4綠化植被現(xiàn)狀(定性)+X5鄰近土地利用(定性)-X6外來種干擾強(qiáng)度(定性)-X7動(dòng)物利用價(jià)值(定性)+

3.4數(shù)據(jù)的獲取

按照公路里程平均布點(diǎn)的原則，每條高速公路選擇了10個(gè)路段，共選擇了30個(gè)路段，每段進(jìn)行50 m的長(zhǎng)度的調(diào)查，每個(gè)路段50 m的長(zhǎng)度為1個(gè)調(diào)查樣本，但是由于公路兩側(cè)均要進(jìn)行調(diào)查，因此總調(diào)查樣本為60個(gè)。在調(diào)查樣本內(nèi)進(jìn)行定量和定性指標(biāo)的數(shù)據(jù)獲取，定量數(shù)據(jù)一般采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和測(cè)定獲取，定性數(shù)據(jù)采用專家評(píng)分法獲取。

本研究于2013年對(duì)60個(gè)調(diào)查樣本進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查方法是在50 m長(zhǎng)的路域范圍內(nèi)記錄現(xiàn)有植被類型多樣性數(shù)量和物種豐富度數(shù)量，并估算路域綠化范圍的面積，同時(shí)邀請(qǐng)領(lǐng)域內(nèi)專家按照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)調(diào)查樣本進(jìn)行打分。

4調(diào)查結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

4.1調(diào)查結(jié)果及分析

對(duì)于路域綠化面積指標(biāo)，由于評(píng)分樣本區(qū)域的長(zhǎng)度一定(50 m)，因此只對(duì)路域?qū)挾日归_評(píng)價(jià)。按照高速公路的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，路域?qū)挾纫话銥?0～15 m(一側(cè))，本次調(diào)查大約有67%的路段(50 m平均寬度)屬于此類別，路域?qū)挾却笥?5 m的(一般為大邊坡開挖和填筑路段)有11處，寬度介于5～10 m的有5處，小于5 m的(一般為陡邊坡開挖路段)有4處。結(jié)果表明，研究區(qū)域內(nèi)路域面積相當(dāng)可觀，例如一條100 km的路線按照路域12 m的平均寬度計(jì)算，路域面積可達(dá)240 hm2，說明高速公路路域可作為植被的生長(zhǎng)場(chǎng)所，如果采取必要的保護(hù)手段，也能夠保證植被多樣性得以保護(hù)，路域生態(tài)效益得以發(fā)揮。

研究區(qū)域內(nèi)的植被類型一般包括喬木、灌木、草地、蕨類、農(nóng)田植被等幾類，一般情況下植被類型的多樣性越高，路域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和多樣性就越好。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)具有3～4種植被類型的路段最多(49處，82%)，2處路段植被類型≥5，3處路段植被類型僅有1種。調(diào)查結(jié)果說明，研究區(qū)域的植被類型以喬+灌+草的組合居多，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，有利于群落的演替發(fā)展。

物種豐富度即植被種類數(shù)量，海南省由于優(yōu)越的環(huán)境條件植被種類非常豐富，本次調(diào)查的研究區(qū)域內(nèi)，43%的路段具有20～30種植被，28%的路段具有10～19種植被，僅2個(gè)路段的物種豐富度>30，6個(gè)路段的物種豐富度<5。

路域生態(tài)系統(tǒng)的有害種入侵或多或少對(duì)路域生態(tài)系統(tǒng)的植被種類、結(jié)構(gòu)、多樣性等產(chǎn)生影響，對(duì)整體群落演替產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。根據(jù)本次調(diào)查結(jié)果，大約36%和35%的路段屬于中度和輕度干擾，占據(jù)了干擾類型的絕大多數(shù)，其余多為較強(qiáng)干擾，主要種類為蟛蜞菊(Wedeliachinensis)等。

綠化植被生長(zhǎng)指標(biāo)，指公路人工綠化植被(喬灌木為主)的生長(zhǎng)狀況，包括高度、胸徑、生長(zhǎng)勢(shì)、群落結(jié)構(gòu)、物種組成等。海南省公路綠化率情況較好，根據(jù)本次調(diào)查90%以上的路段仍較好的保留了早期種植的喬灌木，其中約60%的喬灌木生長(zhǎng)情況較好，只有約10%的喬灌木由于人為和環(huán)境的因素生長(zhǎng)情況不佳。路域綠化植被經(jīng)過20 a的生長(zhǎng)，很多路段的喬木胸徑及株高十分可觀，已經(jīng)形成了穩(wěn)定的群落，為林下植被的演替和野生動(dòng)物提供了前期條件和棲息地，提高了路域生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)價(jià)值。

調(diào)查公路沿線鄰近土地利用類型一般包括城鎮(zhèn)(建設(shè))用地、農(nóng)田、經(jīng)濟(jì)林、果園林、人工林。城鎮(zhèn)(建設(shè))用地由于對(duì)路域生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響較大，不利于其保護(hù)與恢復(fù)，而鄰近的人工林或者原生林地則為路域生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)提供了有利的條件。本次調(diào)查的結(jié)果顯示，研究區(qū)域緊鄰的經(jīng)濟(jì)林(37%)和農(nóng)田(32%)區(qū)域較多，其次為果園林地(17%)，剩下的位于城鎮(zhèn)化(建設(shè)用地)區(qū)域(7%)，有5出路段緊鄰人工林。調(diào)查結(jié)果表明研究區(qū)域以農(nóng)副業(yè)區(qū)為主，比如大面積種植的橡膠林、桉樹林、水稻、蔬菜等。

公路路域?qū)τ谝吧鷦?dòng)物的利用價(jià)值，主要通過路域植被的密度和類型的多樣性體現(xiàn)。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)公路沿線動(dòng)物以鳥類為主，其次分布有一些爬行類和兩棲類，其他種類分布較少，主要是由于高速公路的交通噪聲干擾對(duì)于野生動(dòng)物的棲息影響很大，因此評(píng)價(jià)主要針對(duì)現(xiàn)有動(dòng)物類型開展。調(diào)查結(jié)果顯示約67%的調(diào)查路段對(duì)于現(xiàn)有動(dòng)物具有中等利用價(jià)值，具有較高和很高利用價(jià)值的共計(jì)22%，其余路段為利用價(jià)值低及無利用價(jià)值。海南省公路路域綠化情況總體較好，高大茂密的喬灌木為鳥類的筑巢和覓食提供了一定的場(chǎng)所，茂密的灌草叢也為爬行類和兩棲類提供了必要的庇護(hù)，因此對(duì)于現(xiàn)有動(dòng)物而言是比較適合利用的。

4.2生態(tài)恢復(fù)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

對(duì)每個(gè)位置的分值進(jìn)行計(jì)算以評(píng)價(jià)路域生態(tài)恢復(fù)現(xiàn)狀，結(jié)果顯示所有路段的分值介于13～35之間(見圖1)。得分23的路段最多有13處，其次是24分(6處)和21分(處)。結(jié)果表明大多數(shù)路段(39處)的分值介于20～26之間。

圖1　調(diào)查路段數(shù)量及對(duì)應(yīng)的生態(tài)恢復(fù)現(xiàn)狀分值Figure 1　Number of roadside sites of different ecological 　restoration status scores

對(duì)60處路段的生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)等級(jí)進(jìn)行分析(見圖2)，結(jié)果表明絕大多數(shù)路段(60%)的恢復(fù)等級(jí)為中等，其次為一般等級(jí)(30%)，有5處路段的恢復(fù)等級(jí)較高，僅有1處路段的恢復(fù)等級(jí)偏低。說明研究區(qū)域內(nèi)路域生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)現(xiàn)狀尚可，具有提高保護(hù)等級(jí)的潛力。

圖2　路域生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)恢復(fù)現(xiàn)狀分級(jí)Figure 2　Ecological restoration status of roadside 　regions according to classes

4.3主成分分析及評(píng)價(jià)

使用STPS軟件主成分分析法對(duì)調(diào)查和評(píng)價(jià)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行KMO和Bartlett的檢驗(yàn)，從結(jié)果可以看出(見表3)：數(shù)據(jù)滿足主成分分析法的要求(KMO：0.500；Bartlett：0.000)，然后采用STPS進(jìn)行主成分分析。從表4結(jié)果可知：前2個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的特征根>1，提取前2個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到85.054% ，超過80%，因此，2個(gè)主成分基本可以反映全部指標(biāo)的信息，可以代替原來的7個(gè)指標(biāo)。利用表5最后計(jì)算得出的2個(gè)主成分的成分矩陣。

從表5的結(jié)果可知：主成分1與綠化植被生長(zhǎng)、多樣性、面積有較強(qiáng)的相關(guān)性，主成分2與鄰居土地利用有較強(qiáng)的相關(guān)性，2個(gè)主成分基本反映了7個(gè)指標(biāo)的信息。因此可以將主成分1解釋為與植被生長(zhǎng)有關(guān)的指標(biāo)，主成分2解釋為以土地利用為主的環(huán)境因素指標(biāo)。與植被生長(zhǎng)的相關(guān)因素是影響路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)正常演替發(fā)展的關(guān)鍵指標(biāo)，是制定生態(tài)恢復(fù)措施應(yīng)首先考慮的。

表3 KMO值和Bartlett檢驗(yàn)結(jié)果Table3 KMOandBartlett’stest取樣足夠度的Kaiser-Meyer-Olkin度量0.500Bartlett的球形度檢驗(yàn)Bartlett’sTestofSphericity近似卡方Approx.Chi-Square62.898df21Sig.0.000

表4 方差分解主成分提取分析表Table4 Totalvarianceexplained成份初始特征值提取平方和載入合計(jì)方差的/%累積/%合計(jì)方差的/%累積/%14.41062.99562.9954.41062.99562.99521.54422.05985.0541.54422.05985.05430.74210.60495.65840.1772.52498.18250.0771.10499.28660.0430.61499.90070.0070.100100.000

表5 成分矩陣Table5 Componentmatrix指標(biāo)成份12植被類型多樣性0.786-0.429物種豐富度0.8930.063路域綠化面積0.9800.129綠化植被生長(zhǎng)0.874-0.384鄰近土地利用0.3510.913外來種干擾強(qiáng)度0.715-0.323動(dòng)物利用價(jià)值0.7970.504

5討論與建議

5.1組合評(píng)價(jià)方法的可行性

目前的評(píng)價(jià)研究普遍采用的AHP法通過對(duì)指標(biāo)計(jì)算權(quán)重進(jìn)行綜合評(píng)分[22]，評(píng)價(jià)結(jié)果能反映每個(gè)指標(biāo)的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，從而綜合評(píng)價(jià)描述對(duì)象。這種方法雖然具有科學(xué)性但是往往容易忽視指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性，對(duì)影響復(fù)雜路域生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵因子把握不明確，在實(shí)際工程中不易操作，推廣應(yīng)用意義不大。使用系統(tǒng)評(píng)分法和主成分分析結(jié)合的評(píng)價(jià)方法，可以在掌握較大范圍路域生態(tài)系統(tǒng)總體現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步了解影響路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的關(guān)鍵性因子，為采取實(shí)際的措施提供正確方向和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。依托海南省高速公路開展的評(píng)價(jià)研究，對(duì)目前高速公路生態(tài)恢復(fù)現(xiàn)狀進(jìn)行了比較客觀的評(píng)價(jià)，而且通過主成分分析摸清了影響路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的關(guān)鍵點(diǎn)，包括植被生長(zhǎng)和土地利用。本次研究的結(jié)果具有科學(xué)性，在海南省高速公路路域生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)研究中具有可行性。

5.2植被在路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中的重要性

根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，路域范圍內(nèi)生長(zhǎng)的植被，包括人工建植植被、自然恢復(fù)植被和原生植被，組成了路域生態(tài)系統(tǒng)中最重要的生物因子，直接影響了路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的質(zhì)量、演替的方向、相關(guān)生物因子的生存發(fā)展等其他因素，鑒于植被的重要性，因此加強(qiáng)對(duì)路域范圍內(nèi)植被的保護(hù)和養(yǎng)護(hù)是保證路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)最重要的手段。目前一般通過公路主體設(shè)計(jì)階段的生態(tài)環(huán)保設(shè)計(jì)[23，24]和后期的綠化恢復(fù)工程[25，26]，這兩個(gè)階段進(jìn)行植被保護(hù)與恢復(fù)，相關(guān)的研究成果也比較豐富。前期的生態(tài)環(huán)保設(shè)計(jì)主要是通過優(yōu)化路線走向和施工技術(shù)減少對(duì)路域原生植被的破壞，后期綠環(huán)工程通過建植人工植被并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)使路域環(huán)境逐步向自然生態(tài)系統(tǒng)過渡，路域植被后期的保護(hù)和養(yǎng)護(hù)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，需要有效的管理手段和先進(jìn)的技術(shù)方法。對(duì)植被的有效保護(hù)，正是目前海南省公路路域生態(tài)恢復(fù)工程中比較欠缺的，直接影響生態(tài)恢復(fù)的質(zhì)量等級(jí)。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和評(píng)價(jià)結(jié)果，不僅人工植被需要保護(hù)和養(yǎng)護(hù)，自然恢復(fù)和原生植被也應(yīng)具有同等重要的生態(tài)地位而亟需保護(hù)，其對(duì)于路域生態(tài)系統(tǒng)的多樣性相關(guān)指標(biāo)十分重要。有學(xué)者提出，植被保護(hù)對(duì)象和保護(hù)手段上應(yīng)具有多樣性，而且各種典型植被和潛在植被都是保護(hù)重點(diǎn)[27]，以此保護(hù)植被多樣性，研究結(jié)果符合本研究評(píng)價(jià)結(jié)果。此外路域植被的綠化面積，在一定程度上保證了植被群落體積量和生物量，尤其是高速公路建設(shè)會(huì)占用大量的土地，除去路面硬化范圍被永久占用外，其他區(qū)域均為植被保護(hù)與恢復(fù)的潛在區(qū)域，并且面積非?？捎^，很大程度上也是屬于一種線性區(qū)域的“自然保護(hù)區(qū)”。該區(qū)域面積越大，越能緩和外界的干擾，使植被群落能夠穩(wěn)定建立和演替，能夠影響了路域生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)質(zhì)量。

5.3環(huán)境因子在路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中的作用

評(píng)價(jià)結(jié)果顯示以鄰近土地利用為主的環(huán)境因子指標(biāo)也是影響路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的重要因素。隨著當(dāng)?shù)卮罅吭匀恢脖坏钠茐?，以及農(nóng)田和經(jīng)濟(jì)林的過度經(jīng)營(yíng)開發(fā)，可能會(huì)威脅沿線路域生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣的安全[28]，因此路域生態(tài)環(huán)境有可能會(huì)成為當(dāng)?shù)刈匀恢脖患皠?dòng)物一個(gè)越來越重要的生長(zhǎng)和棲息場(chǎng)所。理論上緊鄰自然或半自然區(qū)域的路域生態(tài)系統(tǒng)將會(huì)有更大的機(jī)會(huì)獲得其他本土自然種類的進(jìn)入并建立自然群落，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查也發(fā)現(xiàn)緊鄰林地的調(diào)查路段不但植被生長(zhǎng)狀況好，而且與植被類型和物種多樣性正相關(guān)。國(guó)外有關(guān)學(xué)者還認(rèn)為緊鄰的自然植被不但拓展了公路綠地的面積，還能為路域生態(tài)系統(tǒng)受外來有害種的侵入提供天然屏障[29]。但是被農(nóng)田和建設(shè)用地包圍的路域生態(tài)系統(tǒng)，與上述情況相比，其穩(wěn)定性和多樣性相對(duì)都比較低。

5.4建議

評(píng)價(jià)研究的最終目的是將評(píng)價(jià)結(jié)果用于指導(dǎo)海南省高速公路路域生態(tài)恢復(fù)，優(yōu)化生態(tài)恢復(fù)設(shè)計(jì)和方向，提高恢復(fù)技術(shù)和措施。根據(jù)本次研究結(jié)果，給予海南省高速公路生態(tài)恢復(fù)工程以下幾點(diǎn)建議：

① 海南省高速公路生態(tài)恢復(fù)改善和提高的潛力巨大，建議提前做好相應(yīng)的路域生態(tài)恢復(fù)工程管理工作，建立管理機(jī)構(gòu)，理順管理職責(zé)；

② 已建的高速公路，采取多種措施重點(diǎn)做好現(xiàn)有路域內(nèi)植被(人工及自然植被)的保護(hù)和養(yǎng)護(hù)工作，區(qū)別對(duì)待有害入侵種和自然恢復(fù)植被種類；

③ 新建高速公路應(yīng)按照生態(tài)公路建設(shè)理念做好工程的環(huán)保景觀設(shè)計(jì)，綠化恢復(fù)工程應(yīng)不僅僅停留在滿足覆蓋率和生長(zhǎng)速度等表面指標(biāo)的追求上，建議關(guān)注群落結(jié)構(gòu)和物種組成的優(yōu)化和改良，提高路域生態(tài)系統(tǒng)多樣性，保證路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的持續(xù)性。

路域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)評(píng)價(jià)方法是系統(tǒng)性很強(qiáng)的綜合工程，地域及時(shí)空的差異，科研的進(jìn)步等都會(huì)影響評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)的選擇。本研究基于海南省區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)，雖然對(duì)其他類似地區(qū)開展相關(guān)研究具有示范意義，但是評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)體系仍有待完善，適用性還需要些加強(qiáng)。

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Research on Evaluation Method of Ecosystem Restoration of Roadside Regions in Hainan Province

WANG Ti1， TAO Shuangcheng1， XUE Zhu1， LV Xiaoyu2， WANG Feng2

(1.China Academy of Transportation Sciences， Beijing 100029， China；2.Hainan Provincial Department of Transportation， Haikou， Hainan 570204， China)

[Abstract]According to the use of system scoring and PCA methods，three highway which build 20 years ago were evaluated on ecosystem restoration of roadside regions in Hainan province in 2013.And the select of evaluation index were take into account environmental and biological factors and their relationship comprehensively.The evaluation results indicate that，the quality of the ecosystem restoration of roadside regions in Hainan are mostly moderate，and this may have greater potential to enhance；related factors about vegetation growth and adjoining land use and so on is the key factors in the impact of ecosystem restoration.The evaluation method is feasible and the evaluation results basically reflect conservation status of roadside’s ecosystem.This research will provide important references for direction and measures of ecological restoration，and also an example for similar studies in other areas.

[Key words]roadside regions； ecosystem restoration； evaluation method

[中圖分類號(hào)]U 418.9； S 731.8； X821

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1674-0610(2016)01-0075-06

[作者簡(jiǎn)介]王倜(1983-)，男，重慶萬(wàn)州人，碩士研究生，助理研究員，主要從事公路環(huán)保方面的研究。

[基金項(xiàng)目]交通運(yùn)輸部建設(shè)科技項(xiàng)目(2013318221470)；海南省交通科技項(xiàng)目(JT20120898016)

[收稿日期]2014-11-18