植被混凝土基材质量评价指标及评价方法研究

2023-02-18

植被混凝土技术是三峡大学学者在引进国外相关技术的基础上, 开发研制的在工程扰动区 (特别是开挖岩石边坡和混凝土边坡) 进行植被恢复的一项生态防护技术。该技术核心是植被混凝土基材的配置。研究植被混凝土基材质量评价指标, 综合评价植被混凝土基材质量, 可为提高和保持植被混凝土基材的质量提供理论支撑和技术解决方案, 使这项生态防护技术能更好地应用到国内基础建设中。

1 植被混凝土基材质量评价指标选定原则

首先, 应尽量选择可靠、可度量和可重复的指标。其次, 作为基材质量评价的指标, 应以基材养分为主, 能较显著影响基材生态恢复效果。最后, 应针对评价的区域与尺度来选择参评指标。

2 植被混凝土基材质量评价指标

2.1 化学指标体系

基材中化学元素的含量及其形态分布对基材质量有着重要影响。这些元素从对植物营养的关系上分为大量元素 (N、P、K) 、中量元素 (Ca、Mg、S) 和微量元素 (Mn、B、Cu、Zn、Fe、Mo等) [1], 从基材中存在的形态上分为有机态、无机态、交换态和水溶态等, 其中交换态和水溶态是比较敏感的指标。此外, 基材的化学环境指标也能够反映出基材质量退化过程的特征, 如酸度、缓冲性能、电导率和氧化还原电位等可反映出诸如酸化和淹水过程对基材质量的影响。

2.2 物理学指标体系

基材的物理学性质通常包括基材结构、水、热、通气性和机械阻力几个方面, 通常包括颗粒组成、孔隙度、容重、团聚体数量和稳定性、机械强度、基材厚度、渗透率、持水量、持水特性、温度变幅、氧扩散率等指标, 其中基材结构方面的指标是基材物理环境变化的核心。

2.3 生物学指标体系

基材生物学指标参照土壤质量评价研究体系包括:微生物生物量C和N、潜在可矿化N、基材酶活性、呼吸量、生物量C/有机总C、呼吸量/生物量、基材动物的群落组成和多样性等指标[2]。

3 植被混凝土基材质量评价方法

目前基材质量评价方法是借鉴土壤质量评价方法。主要是通过建立模型对系统各参数之间关系和过程定量描述, 包括3类:经验模型, 通过经验观察建立土壤质量与土壤属性间的模型, 如用于模糊综合评价的阈模型, 其简单模式是:如果X>P1, Y

在基材质量评价中最实用的是指数评分法, 包括4个步骤:针对特定的问题、过程、管理措施或政策, 确定基材质量中需要评价的关键功能, 建立定量评价的指标体系和评价标准;测定基材性质 (评价指标) , 建立各个基材性质与基材功能间的关系模型。这一过程针对各项指标, 建立相应的评分函数 (将数字的或主观的评级转变为变幅为0~1的无量纲数值) , 确定其阈值, 并给各项指标评分;利用经验模型 (层次分析、多元回归分析等) 确定各项评价指标和土壤功能的权重, 在各级指标体系中所有指标的权重之和应为1或100%;将各指标的评分值与权重系数相乘, 得到基材质量评分的矩阵, 其总和即为基材质量的等级值。

由于基材是一个开放的动态变化的系统, 所以应该采用动态评价方法, 利用系统的动力学特征定量评价基材质量的变化, 并对基材管理措施的持续性进行评价。基材的质量 (Q) 可看作是它相对于标准 (最优) 状态的现存状态, 是基材性质 (qi) 的函数, 通过在全过程中测定qi的变化, 借助于数学模型评价基材质量的动力学特征 (dQ/dt) 。

根据基材性质测定的难易程度、重现性高低及其对基材质量关键变量的反映程度选择描述基材质量的最少指标集, 并结合基材转换函数监测基材质量的变化。dQ/dt为正值时表示基材质量在进化, 为负值时表示基材质量在退化。