上海從新西蘭引種園林植物的種源地選擇

余新萍 張德順

同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 上海 200092

上海從新西蘭引種園林植物的種源地選擇

余新萍 張德順

同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 上海 200092

根據(jù)氣候相似性理論，運(yùn)用歐氏距離模糊相似優(yōu)先比法劃定適宜上海進(jìn)行園林植物引種的新西蘭區(qū)域。分析因子為新西蘭30個(gè)氣象站點(diǎn)1971—2000年的月最高溫度平均值、最低溫度平均值、極端最高溫度、極端最低溫度、年平均日照時(shí)數(shù)、年平均降水量、年平均相對(duì)濕度以及各地海拔。分析結(jié)果表明：布倫海姆與上海氣候差異最小，其次是漢密爾頓、吉斯伯恩、基督城、馬斯特頓、亞歷山德拉，再次是尼爾森、納皮爾；南島馬爾堡地區(qū)的東北沿海地帶、坎特伯雷平原的中部沿海地帶、奧塔哥地區(qū)中部，北島懷卡托地區(qū)中部、吉斯伯恩地區(qū)的南部沿海地帶以及惠靈頓地區(qū)的東北部是最適宜上海進(jìn)行園林植物引種的區(qū)域。

園林植物，模糊相似優(yōu)先比，引種，上海，新西蘭

新西蘭有著非常豐富而獨(dú)特的植被資源，然而被引入我國(guó)的植物種類卻不多。迄今為止，我國(guó)從新西蘭引進(jìn)的植物主要有：經(jīng)濟(jì)作物類的牧草系列品種、新西蘭菊苣、新嘎啦蘋果、南方脆蘋果、珊夏蘋果、太平洋玫瑰蘋果、新西蘭紅梨系列、獼猴桃新品種系列、番杏(Tetragoniatetragonioides)等; 園林觀賞植物類的新西蘭臘梅(Chamelauciumuncinatum)[1]、長(zhǎng)階花(Hebe)屬“維力(Wiri)”系列的‘維力鏡像’(Hebe‘Wiri Image’)[2]、紫花長(zhǎng)階花(Hebeandersonil)、四翅槐(Sophoraspp.)、松紅梅(Leptospermumscoparium)、新西蘭麻(Phormiumtenax)、新西蘭風(fēng)草(Anemanthelelessoniana)、千葉蘭(Muehlenbeckiacomplexa)等。目前除了松紅梅、新西蘭麻在上海及全國(guó)新興的園林花境中有少量運(yùn)用，千葉蘭也逐漸成為溫室植物和家庭園藝的新寵之外，其他被引進(jìn)的園林植物由于栽培馴化技術(shù)的限制而尚未投入大規(guī)模的苗木生產(chǎn)和園林運(yùn)用，這與英國(guó)、美國(guó)、日本等園藝發(fā)達(dá)國(guó)家在引種與運(yùn)用新西蘭園林植物方面存在著一定的差距[3]。

我國(guó)的部分區(qū)域和新西蘭在氣候、土壤、植被等方面具有一定程度的相似性。但熱量條件、降水類型以及冬季寒潮等方面的差異決定了原產(chǎn)新西蘭的植物只能引種到我國(guó)南部的熱帶、亞熱帶地區(qū)以及西南的高海拔地區(qū)。目前尚無系統(tǒng)的新西蘭植被種源地與國(guó)內(nèi)城市氣候因子間關(guān)系的理論研究，大部分引種工作關(guān)注的是個(gè)體植物種類的經(jīng)濟(jì)效益、觀賞價(jià)值等方面，缺乏引種種源地選擇的科學(xué)理論。運(yùn)用歐氏距離模糊相似優(yōu)先比法[4-7]對(duì)新西蘭各氣象站點(diǎn)與上海的氣候信息進(jìn)行相關(guān)性分析，通過分析比較各站點(diǎn)與上海的氣候差異，從理論上精確劃分適宜引種的站點(diǎn)和區(qū)域，為今后的園林植物引種工作提供科學(xué)、可靠的理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 氣候因子選擇

溫度、水分、光照、土壤、海拔、生物關(guān)系是限制植物分布的重要因素，也是影響植物引種成敗的主要指標(biāo)，其中影響植物物候的主要因素是溫度、水分、光照條件等氣候因素。種源地與引種地間氣候差異越小，引種成功的可能性越大。

1) 溫度。溫度因子是支配植物生長(zhǎng)發(fā)育、限制植物分布的最顯著因子。最低溫度、最高溫度、平均溫度是園林植物引種的3個(gè)熱量指標(biāo)。園林植物引種還要考慮到幾年甚至幾十年一遇的極端氣候條件，如極端高溫、極端低溫等。中國(guó)引種的新西蘭植物主要來自亞熱帶地區(qū)，因此上海夏季的相對(duì)高溫、極端高溫和冬季的相對(duì)低溫、極端低溫都是影響植物成活的最重要因素。

2) 水分。上海降水主要集中在夏季，與新西蘭有一定的差異。新西蘭全境屬于溫帶海洋性氣候，由于受西風(fēng)影響，西海岸雨水豐沛，東海岸則雨量較少，大部分地區(qū)全年降水分布比較均勻，基本上屬于均雨型。

3) 日照。日照在一定程度上限制植物的生長(zhǎng)與分布。日照差異越大，氣候相似性差距越大。上海夏季7、8月份為全年日照最多時(shí)期，冬季日照量則為全年最少；新西蘭夏季陽(yáng)光較其他季節(jié)充足，但相對(duì)而言，冬季的陽(yáng)光也不算少。由于幾乎沒有空氣污染，新西蘭夏季的紫外線格外強(qiáng)烈。

1.2 數(shù)據(jù)來源

分析數(shù)據(jù)主要來自新西蘭NIWA(National Institute of Water and Atmospheric Research)網(wǎng)和中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)，數(shù)據(jù)包括新西蘭南、北島及主要離島(南極斯科特基地與上海氣候差異性太大，本文未做相關(guān)性分析)30個(gè)站點(diǎn)及上海的氣象信息，主要分析因子有夏季(選取新西蘭1月、上海7月)月平均最高溫度(℃)、冬季(選取新西蘭7月、上海1月)月平均最低溫度(℃)、極端最高氣溫(℃)、極端最低氣溫(℃)、年平均日照時(shí)數(shù)(h)、年平均降水量(mm)和年平均相對(duì)濕度(%)。將風(fēng)速(km/h) 、氣壓(pa)與非氣候指標(biāo)海拔高度(m)作為次要分析因子。表1列出各站點(diǎn)主要參考的氣象數(shù)據(jù)。

1.3 分析方法

以溫度作為植物生理年周期的主要因子，將新西蘭1月數(shù)據(jù)與上海7月做比較，新西蘭7月與上海1月做比較。日照、降水、相對(duì)濕度則選取年值。

采用歐氏距離模糊相似優(yōu)先比法對(duì)各氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算得出的距離系數(shù)能全面、綜合地反映兩地區(qū)之間多時(shí)段、多要素的相似程度。分析過程如下：

設(shè)有一樣品集合X，X={X1，X2，X3…，Xn}；每個(gè)樣品具有s個(gè)因子，即：Xi={Xi1，Xi2，…，Xim} (i=1，2，…，n，n=177；s=1，2，…，m，m=5)。

Xi、Xj為其中任意2個(gè)樣品，固定樣品為上海地區(qū)氣候因子Xk。

1) 首先對(duì)原始數(shù)據(jù)作歸一化處理，用公式：

(1)

2) 用相對(duì)歐氏距離計(jì)算被選樣品Xi與固定樣品Xk之間的差異，公式為：

(2)

2 結(jié)果與分析

采用歐氏距離系數(shù)對(duì)新西蘭各氣象站點(diǎn)與上海之間的氣候資料進(jìn)行分析比較，得出各站點(diǎn)與上海間相似程度大小。相似距離系數(shù)越小，表示相似程度越高[8-9]。

2.1 相似性結(jié)果

根據(jù)植物引種的氣候相似性理論，將適合上海地區(qū)引種的新西蘭區(qū)域劃分為3類：適宜站點(diǎn)、次適宜站點(diǎn)和不適宜站點(diǎn)。表2僅列出適宜和次適宜的站點(diǎn)。

表1 部分站點(diǎn)氣候數(shù)據(jù)簡(jiǎn)表

表2 各站點(diǎn)與上海氣候相似性排序

2.2 相似性區(qū)域劃分

根據(jù)各站點(diǎn)與上海的相似性大小，將新西蘭本土區(qū)域劃分為引種適宜區(qū)、引種次適宜區(qū)(圖1)。

圖1 與上海氣候相似的新西蘭區(qū)域(適宜區(qū)、次適宜區(qū))

適宜區(qū)是和上海氣候最為接近的區(qū)域，具體的地理范圍包括南緯40.74° —42.33° ，東經(jīng)172.71°—174.23的馬爾堡區(qū)；南緯37.70°—37.85°，東經(jīng)175.19°—175.36°的漢密爾頓區(qū)；南緯37.53°—39.97°，東經(jīng)177.23°—178.55°的吉斯伯恩區(qū)；南緯40.67°—41.22°，東經(jīng)175.48°—176.27°的馬斯特頓區(qū)；南緯43.39°—43.64°，東經(jīng)172.39°—172.81°的基督城區(qū)；南緯44.50°—45.81°，東經(jīng)168.71°—170.43°的奧塔哥中部地區(qū)。其中比較接近的點(diǎn)為布倫海姆、漢密爾頓、吉斯伯恩、基督城、馬斯特頓和亞歷山德拉，這6個(gè)站點(diǎn)與上海的氣候相似程度遠(yuǎn)高于其他諸點(diǎn)，這一區(qū)域最適宜上海進(jìn)行園林植物引種。

次適宜區(qū)是和上海氣候較為相似的區(qū)域，上海引種這一區(qū)域的園林植物有成功的可能性。其具體區(qū)域包括南島的尼爾森、皇后鎮(zhèn)、提馬魯；北島的納皮爾市、陶蘭加、陶波等地區(qū)。

不適宜區(qū)是與上海氣候有較大差異的地區(qū)，包括新西蘭除適宜區(qū)和次適宜區(qū)以外的所有區(qū)域。

3 結(jié)論與討論

由于新西蘭早在8 000萬至5 000萬年前已遠(yuǎn)離大陸架，許多原始植物得以在孤立的環(huán)境中生存和演化；境內(nèi)地形地貌多變，有高山、平原、冰川、地?zé)?、火山群、濱海、峽灣、島嶼、內(nèi)陸等不同的地理環(huán)境，因此特有植物的比例非常高，約81.1%為其特有種，并擁有35個(gè)特有屬[10]。其特有的四翅槐(Sophoraspp.)、銀蕨(Cyatheadealbata)、鷹喙花(Clianthuspuniceus)、新西蘭圣誕樹(Metrosiderosexcelsa)、貝殼杉(Agathisaustralis)、香棕(Rhopalostylissapida)等都是極具觀賞價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的珍稀植物種質(zhì)資源。這為植物種質(zhì)資源的收集和異地保存提供了豐富的材料，但復(fù)雜變化的地形地理、地質(zhì)土壤、氣候特征和降雨類型等諸多因素使得植物的引種馴化工作面臨著一定的挑戰(zhàn)。將各地的氣候數(shù)據(jù)與引種地進(jìn)行比較分析，確定適宜引種的種源地區(qū)域，能最大限度地保證引種成功的可能性。本次分析的30個(gè)站點(diǎn)基本可以反映并代表各地錯(cuò)綜復(fù)雜的地理氣候情況，通過模糊相似優(yōu)先比進(jìn)行一系列的聚類分析，可以確定氣候相似的區(qū)域。通過分析，得到結(jié)論如下：

1) 布倫海姆、漢密爾頓、吉斯伯恩、基督城、馬斯特頓、亞歷山德拉等站點(diǎn)與上海的氣候相似性程度較高，適合進(jìn)行園林植物引種。

2) 尼爾森市、霍克灣中部沿海地區(qū)的納皮爾和奧塔哥北部地區(qū)的皇后鎮(zhèn)是較適合引種的區(qū)域。部分站點(diǎn)月平均最低氣溫、平均最高氣溫、年平均降水量、年平均日照時(shí)數(shù)等主導(dǎo)因子與上?？傮w氣候相似性高，園林植物引種成功的可能性較大。

3) 不適宜區(qū)氣候類型比較復(fù)雜，北島北部主要為亞熱帶海洋性氣候，西部為溫帶海洋性氣候，降水類型皆為均雨型；南島西海岸為全年多雨的溫帶海洋性氣候，且海拔較高；南部則為溫帶海洋性氣候，這些區(qū)域的氣候類型與上海地區(qū)存在較大差異，引種的植物往往難以適應(yīng)上海的立地條件，引種成功的可能性較小，引種時(shí)需慎重考慮。

引種相似性區(qū)域的劃分依據(jù)是植物的分布和生長(zhǎng)主要受氣候條件限制，在氣候相似區(qū)域間進(jìn)行相互引種，成功的可能性較大。但樹種間“廣布種”與“窄域種”的生物學(xué)特性，引種地與種源地在土壤性質(zhì)、地下水位等方面的差異也有可能成為制約引種成功與否的因素。其次，引種植物在一個(gè)新的環(huán)境中能否存活，除取決于對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境因子的適應(yīng)、耐受能力外，物種競(jìng)爭(zhēng)、區(qū)域喜好程度[11-12]也使引種成功與否具有極大的不確定性。因此，進(jìn)行林木引種時(shí)，除了氣候因素外，還必須綜合考慮海拔、地形、土壤、生物關(guān)系等多種因素。

由于生物關(guān)系、土壤理化性狀和pH值難以如氣象信息那樣作出定量的規(guī)律性描述，因此，本文的研究?jī)H限于氣候相似區(qū)的比較。實(shí)際引種過程中應(yīng)了解每個(gè)植物種類對(duì)不同環(huán)境條件的特定要求，根據(jù)限制其分布的環(huán)境因子具體考慮[13]，以加大引種成功的可能性。

本文逆向采用歐氏模糊相似優(yōu)先比法分析得出適合上海進(jìn)行園林植物引種的新西蘭區(qū)域，對(duì)引種工作具有一定的指導(dǎo)意義，對(duì)國(guó)內(nèi)研究和引種南半球植物種質(zhì)資源工作的開展也有一定的指導(dǎo)和促進(jìn)作用。

[1]柳建軍，劉錫葵.新西蘭臘梅揮發(fā)性成分分析[J].昆明師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2005，27(4):14-17.

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[12]虞德源.用生態(tài)相似原理打造“綠色之都”:對(duì)園林植物引種方法的探析[J].技術(shù)與市場(chǎng)(園林工程)，2006(12)：36-40.

[13]陳俊愉，陳瑞丹.對(duì)園林植物引種馴化的再認(rèn)識(shí)[C]//2007年中國(guó)園藝學(xué)會(huì)觀賞園藝專業(yè)委員會(huì)年會(huì).2007：1-3.

Selection of New Zealand Landscape Plant Provenance for Plant Introduction in Shanghai

Yu Xinping Zhang Deshun

(College of Architecture & Urban Planning, Tongji University, Shanghai 200092, China)

According to the climate similarity theory, New Zealand was selected as a zone from which Shanghai could introduce landscape plant using Euclidean Distance and Fuzzy Analogy Preferred Ratio. Monthly average temperature, mean minimum temperature, maximum temperature, average annual sunshine hours, mean annual precipitation, annual average relative humidity and altitudes of 30 locations in New Zealand were chosen as the analyzing factors in this paper. The results showed that the difference in climate between Blenheim and Shanghai was the smallest, followed by Hamilton, Gisborne, Christchurch, Masterton, Alexandra, and then Nelson and Napier; the region of northeast coastal land of Marlborough, the center coastal land of Canterbury, the center of Otago in south island, and the region of Central Waikato, the south coastal land of Gisborne, and the northeast of Wellington in north island were the suitable area for landscape plant introduction to Shanghai.

landscape plant, fuzzy analogy preferred ratio, introduction, Shanghai, New Zealand

2016-11-04

余新萍(1981-)，女，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林規(guī)劃與設(shè)計(jì)。E-mail: 112515542@qq.com

張德順(1964-)，男，博導(dǎo)，教授，IUCNSSC 委員，中國(guó)植物學(xué)會(huì)理事，主要研究方向?yàn)閳@林植物景觀學(xué)原理與方法，生態(tài)與園林規(guī)劃設(shè)計(jì)等。E-mail: zds@#edu.cn

10.3969/j.issn.1672-4925.2017.01.008