用AHP法構(gòu)建耐蔭植物綜合評價指標(biāo)體系篩選耐蔭植物

李 翔，杜小姣,2，朱敏群,2，黃慧青,2

(1.廈門日懋城建園林建設(shè)股份有限公司，福建 廈門 361101；2.深圳市日昇園林綠化有限公司,深圳 518040)

用AHP法構(gòu)建耐蔭植物綜合評價指標(biāo)體系篩選耐蔭植物

李 翔1，杜小姣1,2，朱敏群1,2，黃慧青1,2

(1.廈門日懋城建園林建設(shè)股份有限公司，福建 廈門 361101；2.深圳市日昇園林綠化有限公司,深圳 518040)

在華南地區(qū)實地調(diào)查中收集了30種具有一定耐陰性的園林植物，先在60%的光照條件下預(yù)試驗2個月，從中篩選出15種作為供試材料，經(jīng)60 d光脅迫試驗，測得與生長、生理和景觀特征相關(guān)的12個指標(biāo)參數(shù)，采用AHP法構(gòu)建出了耐陰植物綜合評價指標(biāo)體系。通過綜合評價將15個參試品種劃分3類：評分3.0～4.0的為耐陰品種，可耐遮陰85%的陰生環(huán)境；評分2.0～3.0的為較耐陰品種，可耐遮陰75%的陰生環(huán)境；評分1.0～2.0的具有一定耐陰性，可耐遮陰60%的陰生環(huán)境。篩選出了江南星蕨等5種耐陰蕨類植物，小駁骨等3種較耐陰植物和鳥尾花等7種具一定耐陰能力的植物。

耐陰植物；層次分析法；評價指標(biāo)

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，城市建筑密度也在迅速增加，由高層建筑、立交橋和片林等造成的陰蔽、半陰蔽土地不斷增多，形成了大量的陰生環(huán)境[1，2]。

耐陰植物在園林植物群落中具有不可替代的獨(dú)特作用，能在陽光很少的區(qū)域和陰濕的環(huán)境中良好生長，綠化環(huán)境，保持水土，因此，耐陰植物已逐漸成為陰生環(huán)境綠化的主要材料之一[3]。然而由于對耐陰植物研究開發(fā)不足，使許多陰生環(huán)境綠化難，尤其是在陰生環(huán)境不能形成喬、灌、草及陰性、陽性和中性等多種生態(tài)類型植物相互依存的自然生態(tài)群落，林下大面積土地裸露，不僅景觀不悅，而且產(chǎn)生了許多環(huán)境問題。

試驗通過系統(tǒng)工程學(xué)中的層次分析法(AHP)[4]，結(jié)合植物對光脅迫反映特點進(jìn)行引種試驗，觀測植物葉片結(jié)構(gòu)、生理和景觀效應(yīng)指標(biāo)的變化[5-8]，通過綜合分析，提出評價指標(biāo)體系，對各指標(biāo)在評價體系中所占的權(quán)重進(jìn)行具體分析，最后應(yīng)用該評價指標(biāo)體系對植物耐陰性進(jìn)行綜合評價，以期為陰生環(huán)境綠化所需植物的選擇及耐陰種質(zhì)的篩選提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

通過查閱文獻(xiàn)和在華南地區(qū)實地調(diào)查，共收集到30種具有耐陰性的園林植物，先在60%的光照條件下觀察2個月，從中篩選出15種易成活、觀賞價值高的植物作為本項研究的供試材料(表1)，并移入黑色遮陰網(wǎng)下常規(guī)管理20 d，60 d后取樣分析。

1.2 光脅迫處理方法

試驗于2013年10月～2014年6月在深圳市職業(yè)技術(shù)學(xué)院東校區(qū)進(jìn)行。試驗設(shè)對照(全光照)和3個遮陰處理，用黑色遮陰網(wǎng)搭建不同規(guī)格的遮陰棚，3個遮陰處理的遮陰度分別為85%，75% 和60%[9]。

1.3 評價指標(biāo)測定方法

利用常規(guī)制片法，制作葉片切片，在顯微鏡下測量葉面積、表皮組織、柵欄組織、海綿組織和葉片厚度；氣孔密度用火棉膠涂片法測定[10]；葉綠素采用Arnom法，葉片含水量采用干重法[11-13]；用LI-6400型光合儀測定光合作用[14]；色澤、健康狀況(直立及柔軟程度等)和均一性等采用目測或直接測量法[15]。

表1 預(yù)試驗篩選出的參試植物Table 1 Selected plants after pre-trial test

1.4 指標(biāo)體系的建立

1.4.1 評價指標(biāo)選擇 把反映植物生長的葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)、生理指標(biāo)和景觀指標(biāo)作為植物耐陰性綜合評價的一級指標(biāo)[16]。

(1)葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)：以葉片厚度、柵欄組織/海綿組織及氣孔密度作為影響植物生長的主要因子和評價指標(biāo)。

(2) 生理指標(biāo)：以同種植物在不同光處理下含水量、葉綠素a/b值及光補(bǔ)償點作為生理質(zhì)量評價指標(biāo)。

(3) 景觀指標(biāo)：耐陰植物的景觀質(zhì)量包括：色澤、健康狀況(柔軟程度)、均一性和冠幅3項指標(biāo)[17,18]。

1.4.2 綜合評價指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)設(shè)計 供試植物耐陰性綜合評價的層次結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖1。將所選擇的各指標(biāo)按屬性分成若干組，形成不同層次，使得上一層次對下一層次有支配作用，下一層次對上一層次有影響作用[19-21]。

圖1 植物耐陰性綜合評價的層次結(jié)構(gòu)Fig.1 The hierarchical structure of comprehensive evaluation for plant shading tolerance

1.4.4 求解判斷矩陣的特征向量與最大特征根的數(shù)學(xué)模型

(1) 計算判斷矩陣每一行元素的乘積Mi

i，j=1,2,3,…，n

(2)計算Mi的n次方根Wi

i=1，2，3，…,n

則W=[W1W2…………Wn]T即為所求的特征向量。

(4)計算判斷矩陣最大特征根λmax

式中：(AW)i為AW的第i個元素。

(5)檢驗判斷矩陣的一致性

式中：CI為一致性指標(biāo)；n為矩陣階數(shù)；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)；CR為隨機(jī)一致性指標(biāo)。

(6)層次總排序及其一致性檢驗

式中：αi為特征向量；CIi和RIi分別為與αi對應(yīng)層次( B層或?qū)覥) 中判斷矩陣的一致性指標(biāo)和隨機(jī)一致性指標(biāo)。

用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物耐陰性指標(biāo)的分級與各耐陰指標(biāo)綜合評分

根據(jù)實測統(tǒng)計數(shù)據(jù)對參試植物各項耐陰性指標(biāo)進(jìn)行4級制分級。標(biāo)準(zhǔn)分值的標(biāo)定方法依據(jù)供試品種對光脅迫反應(yīng)性狀的實測值與全光照的定量值之間的相對值確定，按1～4的標(biāo)度確定分值等級。其中，景觀指標(biāo)依據(jù)遮陰85%下的實際表現(xiàn)進(jìn)行評分，其他指標(biāo)依據(jù)遮陰度85%實測值與全光照對應(yīng)的相對值來確定。因此，該標(biāo)準(zhǔn)分值被認(rèn)為只適用于本次試驗被評定的15個品種，如果擴(kuò)大應(yīng)用，可根據(jù)試驗品種的性狀反應(yīng)給予新的分值標(biāo)度，為了避免試驗誤差引起的判斷失誤，可根據(jù)經(jīng)驗剔除或修正偏激數(shù)據(jù)[22]。參試的15個植物品種分級標(biāo)度范圍見表2。

表2 供試植物耐陰性指標(biāo)體系及適應(yīng)性評級標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Shading tolerance indexes of tested plants and adaptation evaluation criterion

對植物耐陰性指標(biāo)調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值處理(標(biāo)準(zhǔn)化處理)，針對供試品種因生理特性不同產(chǎn)生的不具可比性的情況，對各指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，均采用相對值的形式進(jìn)行比較，使植物指標(biāo)之間具有可比性(表3)。

相對值=(處理值/對照值)×100%

通過分級標(biāo)準(zhǔn)及耐陰指標(biāo)的實測相對值(表2，3)，對供試品種評分，得出不同耐陰指標(biāo)的得分(表4)。

表3 供試植物耐陰性各項指標(biāo)相對值Table 3 Relative value of shading tolerance indexes of tested plants %

注：C1葉面積；C2葉片厚度；C3柵欄組織/海綿組織；C4氣孔密度；C5葉綠素總量；C6葉綠素a/b；C7含水量；C8光補(bǔ)償點；C9色澤；C10健康狀況；C11均一性；C12冠幅，下同

表4 供試植物耐陰指標(biāo)綜合評分Table 4 Score of comprehensive evaluation on shading tolerance of tested plants

2.2 評價指標(biāo)權(quán)重系數(shù)集的確定

依據(jù)圖1 的遞階層次結(jié)構(gòu)、評價要素設(shè)置和構(gòu)造各層次之間的兩兩比較判斷矩陣，計算判斷矩陣的特征根和特征向量。判斷矩陣是針對層次結(jié)構(gòu)中的上一層次的某要素，把本層次中的各元素排在矩陣的行與列上，對各元素進(jìn)行兩兩比較，對其相對重要性進(jìn)行量化，并選取適當(dāng)?shù)臄?shù)值(權(quán)重)對該量化的重要性加以表示。

各遞階層次支配的判斷矩陣見表5、6、7、8。

2.2.1 準(zhǔn)則層單排序及其一致性檢驗

表5 植物耐陰性準(zhǔn)則層對目標(biāo)層的判斷矩陣及單排序和一致性檢驗Table 5 The judgment matrix of rule hierarchy to target hierarchy and single arrangement and consistency check

注：B1葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)；B2生理指標(biāo)；B3景觀指標(biāo)，下同

2.2.2 措施層單排序及其一致性檢驗

表6 B1支配下各項耐陰性指標(biāo)的判斷矩陣及單排序和一致性檢驗Table 6 The judgment matrix of the indexes of shading tolerance under B1 and single arrangement and consistency check

表7 B2支配下各項耐陰性指標(biāo)的判斷矩陣及單排序和一致性檢驗Table 7 The judgment matrix of the indexes of shading tolerance under B2 and single arrangement and consistency check

表8 B3支配下各項耐陰性指標(biāo)的判斷矩陣及單排序和一致性檢驗Table 8 The judgment matrix of the indexes of shading tolerance under B3 and single arrangement and consistency check

2.2.3 層次總排序及一致性檢驗

按照公式計算出了植物的各項生長指標(biāo)，生理指標(biāo)和景觀指標(biāo)對耐陰性總體目標(biāo)(A)的重要性排序(表9)，即：C1>C9>C5>C2=C3>C4>C6>C12>C11>C7>C10>C8。

應(yīng)用AHP 程序軟件包對15種參試植物耐陰性指標(biāo)綜合評分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，對構(gòu)造判斷矩陣的一致性進(jìn)行檢驗，3個判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性CR值分別為0.060 4、-0.099 4、0.115 5，均達(dá)到了CR>0.1的要求，因此，認(rèn)定3個判斷矩陣具可接受的一致性，達(dá)到了一致性檢驗的標(biāo)準(zhǔn)。

總排序一致性指標(biāo)CI=0.069 7，總排序平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI=0.893 1，檢驗系數(shù)(隨機(jī)一致性比例)CR=0.078 0<0.1，表明具有滿意的一致性。

2.3 綜合評價

由于C 層元素間關(guān)系較遠(yuǎn)，相對較獨(dú)立，所以構(gòu)造遞階層次結(jié)構(gòu)模型時忽略了各指標(biāo)( C層)內(nèi)部間的相互關(guān)系，同時認(rèn)為準(zhǔn)則層(B 層)元素間也相對獨(dú)立。通過對各指標(biāo)綜合評議，利用AHP 程序分析得到遞接層次中各元素的排序權(quán)重(表9)。

參試植物12個光脅迫指標(biāo)的排序權(quán)值(表9)和分級評分計算耐陰性總評分進(jìn)行比較，評分公式：

12WiRij

式中：N為綜合耐陰指數(shù)，Wi為各指標(biāo)權(quán)重，Rij為各植物耐陰指標(biāo)分級評分。通過以上公式計算出耐陰植物綜合耐陰能力排序(表10)。

表9 層次總排序及一致性檢驗Table 9 The total taxis of hierarchy and consistency check

表10 供試植物耐陰能力綜合評價Table 10 Comprehensive shading tolerance evaluation of tested plants

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

研究結(jié)果證明，耐陰園林植物具有在弱光條件下為適應(yīng)光照條件的變化而產(chǎn)生一系列改變，從而保持自身系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，并能進(jìn)行正常生命活動的能力；耐陰園林植物的生長發(fā)育除受光照這一主導(dǎo)因子影響以外，環(huán)境中其他因子對其生長發(fā)育也有一定的影響。這與多數(shù)文獻(xiàn)報道相一致[23]，同時啟示進(jìn)一步開展各環(huán)境因子間相關(guān)性研究是深入研究耐陰園林植物的主要方向之一。

關(guān)于光照、溫度、水分和土壤等環(huán)境因子對耐陰植物影響的研究有一定報道，但僅限于生長發(fā)育、產(chǎn)量及有效成分等領(lǐng)域，且主要集中在生長過程和最終產(chǎn)品上，而對品質(zhì)形成過程中生長及相關(guān)景觀效應(yīng)的研究還相當(dāng)薄弱[24]。

有針對性地研究了園林植物綜合評價的指標(biāo)體系，篩選出了幾種耐陰園林植物種質(zhì)材料，對開發(fā)利用喬木下層及其他陰生環(huán)境下的弱光空間資源、陰生環(huán)境生態(tài)綠化的植物群落配置、提高城市綠化的綜合效益等具有重要的實用性。

由于城市綠化植物的觀賞特性和功能，植物的耐陰性還需考慮植物的形態(tài)和發(fā)育期，在具體評定和選擇中，應(yīng)進(jìn)行綜合考慮。

3.2 結(jié)論

1)對植物耐陰性綜合評價可以看出，供試的15個品種可以分為3類：評分在3.0～4.0為耐陰品種，可以在遮陰85%的陰生環(huán)境種植；評分在2.0～3.0為較耐陰品種，可在遮陰75% 的陰生環(huán)境種植；評分在1.0～2.0的品種具有一定耐陰性，可在遮陰60% 的陰生環(huán)境種植。

2) 結(jié)果表明，江南星蕨、胄葉線蕨、鐵線蕨、闊葉鳳尾蕨和長葉鐵角蕨的總評分較高，耐陰生環(huán)境，該結(jié)果與其田間栽培試驗的表現(xiàn)一致，可作為高層建筑、立交橋和片林等造成的陰-蔽、半陰-蔽陰生環(huán)境的綠化植物。

3)小駁骨、馬可蘆莉和金苞花的總評分較低，說明其耐陰能力僅次于江南星蕨等5種較耐陰植物。

4)鳥尾花、叉花草、珊瑚花、紅唇花、金葉擬美花、波斯紅草和金脈爵床4個品種的總評分最低，但均具一定的耐陰能力和耐陰潛力。

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Selection of shading tolerance plants based on comprehensive evaluation index system with AHP approach

LI Xiang1,DU Xiao-jiao1,2,ZHU Min-qun1,2,HUANG Hui-qing1,2

(1.XiamenRimaoLandscapeArchitectureCoLtd,XiaMen361000,China；2.ShenzhenRishengGardeningCoLtd,Shenzhen518040,China)

Based on the field survey,30 species of shading tolerant garden plants were selected in southern China.The pre-selection trial was conducted under 60% of full sunlight condition for 2 months and 15 species were selected for further test under light stress for 60 days.12 indexes in terms of growth,physiology and landscape were measured to establish a comprehensive evaluation index system (CEIS).15 selected species were divided into 3 types by using CEIS,including the high shading tolerance plants with the score of 3.0 to 4.0 could grow under 80% of shading,the medium shading tolerance plants with the score of 2.0 to 3.0 could grow under 75% of shading,and the low shading tolerance plants with the score of 1.0 to 2.0 could grow under 60% of shading.Based on CEIS,5 species with high shading tolerance,3 species with medium shading tolerance and 7 species with low shading tolerance were selected.

shading tolerance；plant；comprehensive evaluation；index

2015-06-11；

2015-09-08

深圳市戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(CXZZ20120831 141454246)資助

李翔(1966-)，男，安徽省合肥市人，碩士，園林工程師，從事園林設(shè)計和科學(xué)研究工作。 E-mail：384719733@qq.com

S 688

A

1009-5500(2015)05-0084-07