層次分析法在鐵線蓮引種評價和篩選上的應用

孫印兵，于文勝，張 慧，張京偉，羅珍珍*

（1.煙臺市園林建設養(yǎng)護中心，山東 煙臺264000；2.煙臺市農業(yè)科學研究院，山東 煙臺265500）

鐵線蓮隸屬毛茛科（Ranunculaceae）鐵線蓮屬（Clematis L.），具有豐富的花色和嬌艷的花朵，是極佳的庭院栽植藤本植物，素有“藤本皇后”之美譽。鐵線蓮分布于世界各地，約300 余種，廣泛分布于除南極洲以外的各個大洲，主要分布于北溫帶。我國有150 余種，全國均有分布，主要分布于亞熱帶地區(qū)的西南地區(qū)。鐵線蓮耐干旱，喜溫暖濕潤和半陰環(huán)境，大多數種均有耐寒力[1]。目前，煙臺地區(qū)未見鐵線蓮新優(yōu)品種的引進和栽培報道。為此，對引種的20 個鐵線蓮新優(yōu)品種進行了觀察和研究，利用層次分析法（AHP）[2-4]對其環(huán)境適應性、觀賞性及物候表現進行綜合分析與評價，篩選出觀賞性狀優(yōu)良且適應煙臺地區(qū)環(huán)境條件的鐵線蓮品種，建立了鐵線蓮的綜合評價體系，為生產實踐提供了理論依據和技術支持。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

本試驗在煙臺市園林建設養(yǎng)護中心科研所進行。引種材料均于2018年5月從日本引進，共20個品種，分別為：P1：‘約瑟芬’；P2：‘伊麗莎白’；P3：‘斯塔西’；P4：‘紀三井寺’；P5：‘夢光’；P6：‘哦啦啦’；P7：‘哈尼亞’；P8：‘玉髓’；P9：‘佛蘭西斯瑪麗’；P10：巴黎風情’；P11：‘伍斯特美女’；P12：‘自行車島’；P13：‘紅星’；P14：‘奧林匹克80’ ；P15：‘晴山’；P16：‘圓空’；P17：‘佛勒里’；P18：‘天空’；P19：‘皇后’；P20：‘康秀’。

1.2 試驗方法

1.2.1 鐵線蓮物候期的調查

以引種的20 個鐵線蓮品種為調查對象，選定5株生長發(fā)育正常的植株作為標準株，連續(xù)調查2年( 2018-2019年) 的全年物候期。物候期觀測項目有萌芽期、展葉期、始花期、黃枯期。以5 株2年觀測期的平均值作為原始數值。

1.2.2 綜合評價模型的建立

采用層次分析法，參照觀賞植物常用評價指標，結合鐵線蓮的具體觀賞特性和各指標間的關聯(lián)、相互影響及層次隸屬關系，建立鐵線蓮綜合評價模型。采用Saaty 的1～9 比率標度法[5]比較指標相對重要性，由專家組量化各項指標。其中:A 為目標層，為品種選擇綜合排序；B 為準則層，包括適應性、觀賞性、物候表現3 個指標；C 為指標層，選入以生長勢、分蘗能力、抗逆性為主的適應性指標[6]，花、藤長等性狀為主的觀賞性指標，展葉期、始花期、末花期為主的物候期指標；P 為方案層，由鐵線蓮的20個品種構成。由此構成鐵線蓮的4 級AHP 綜合評價模型。

2 結果與分析

2.1 判斷矩陣的構造及指標權重

根據層次分析法理論[7,8]建立層次分析模型的各級判斷矩陣，計算矩陣最大的特征根λmax、一致性指標及相應的權重系數，得到鐵線蓮的評價指標體系以及層次總排序結果。對判斷矩陣進行一致性檢驗（表1），AHP 各層級判斷矩陣的隨機一致性比率C.R.均小于0.10，說明一致性檢驗是滿意的，建立的判斷矩陣是合理的。

根據AHP 對鐵線蓮各項指標進行綜合評價，鐵線蓮的準則層B 中的三大因子權重分別為適應性B1、觀賞性B2 和物候表現B3，對應的權重向量WB為（0.149,0.785,0.066）T，B2 的權重最大，說明觀賞性在評價指標中占有非常大的比重，是評價鐵線蓮優(yōu)良品種的最重要指標。在觀賞性的指標中，判斷矩陣B2-C 的權重向量為（0.050,0.281,0.281,0.106,0.282）T，花量C6、花色C7 和花徑C9 這3 個指標的權重值均達到0.281 及以上，是最重要的觀賞指標。適應性也是評價鐵線蓮品種的重要指標，其中，生長勢是適應性指標中的重要評價標準，在指標層中的權重達到0.502。相比觀賞性與適應性，物候表現在所占權重最小，是評價鐵線蓮品種優(yōu)劣的次要指標，其中始花期和末花期在物候表現中權重最大，展葉和黃枯期對于物候表現指標則不重要。這些理論分析結果和實際情況具有很好的一致性，說明了建立的鐵線蓮綜合評價指標具有很好的適用性和合理性。因此指標層C 的綜合權重向量WC=（0.075,0.033,0.033,0.009,0.039,0.221,0.221,0.083,0.221,0.005,0.027,0.027,0.005）T也是科學合理的。

表1 鐵線蓮應用價值和評價指標權重

2.2 鐵線蓮各指標的無量綱化及綜合評分

供試鐵線蓮20 個品種的13 個指標平均值見表2。為排除由于各指標的單位及數值數量級間的差別所造成的影響，對各指標值作無量綱化處理：di,j=bi,j/max(b1,j,b2,j,…,b20,j) (i=1,2,…,20,j=1,2,…,13)

其中，di,j表示品種Pi的指標Cj無量綱化的標準值，bi,j表示品種Pi的指標Cj的評價值。將標準化處理后的指標值構成矩陣D=[di,j]，乘以指標層綜合權重向量WC，即得到20 個品種的綜合分值WZ:

WZ= D*WC=（0.801，0.778，0.747，0.697，0.887，0.705，0.757，0.713，0.825，0.826，0.848，0.791，0.633，0.773，0.713，0.772，0.875，0.749，0.902，0.777）T。

根據鐵線蓮綜合得分排序（表3），將引種的鐵線蓮劃分為5 個等級:Ⅰ級包括 ‘皇后’、‘夢光’、‘佛勒里’3 個品種，觀賞性狀優(yōu)異，生長表現強健，非常適合在煙臺地區(qū)進行栽培和園林應用; Ⅱ級包括 ‘伍斯特美女’、‘巴黎風情’、‘佛蘭西斯瑪麗’、‘約瑟芬’4 個品種，觀賞性狀優(yōu)秀，生長表現好，適合在煙臺地區(qū)生產應用；Ⅲ級為 ‘自行車島’、‘伊麗莎白’、‘康秀’、‘奧林匹克80’、‘圓空’、‘哈尼亞’6 個品種，觀賞性和適應性等均有不錯的表現，具有一定的應用推廣價值；Ⅳ級為‘天空’、‘斯塔西’、‘玉髓’、‘晴山’、‘哦啦啦’5 個品種，適應性與觀賞價值綜合評定較低；Ⅴ級‘紀三井寺’和‘紅明星’2 個品種，綜合評價最低，在本地引種的應用價值低。

表2 鐵線蓮20 個品種的各項指標值

表3 鐵線蓮品種分級結果

3 結論與討論

層次分析法（AHP）是采用定性與定量相結合的方法，將人的主觀判斷用數量形式表達和處理。其豐富的數學原理為該方法的準確性提供了可信的基礎，同時吸納專家的閱歷、經驗、智慧和判斷力，從而使評價決策建立在更扎實科學的基礎上[9]。用判斷矩陣來確定各指標對綜合評價的影響權重消除了因偶然因素造成的認識上的差異，使各個分析指標的權重更加客觀合理[10]。因此，AHP 逐漸在觀賞植物的選擇和資源評價等方面得到了廣泛的應用[11]。

對于鐵線蓮優(yōu)秀品種的選擇，以往主要靠個人經驗。由于評價中非定量性狀較多，且各性狀的相對重要性不等，在引種篩選時不能很好的進行觀賞性和適應性等的綜合評價。本研究采用AHP 層次分析法，通過確立4 級層次模型，構造各層級兩兩比較的判斷矩陣，來確定不同指標對品種評價的權重影響，同時各級判斷矩陣的一致性好，模型具有很好的客觀性和準確性[12]。準則層的觀賞性指標和適應性指標所占比重很大，分別為0.785 和0.149；在指標綜合權重中，花量、花色、花徑是最重要的觀賞性指標，生長勢是最重要的適應性指標，它們在整個評價體系中占有重要地位；而展葉期、枯黃期則所占比重最小，對分析結果的影響甚微，基本可以忽略不計。該評價體系符合鐵線蓮對其重要觀賞性狀如花色豐富、花型飽滿、花期持久等方面的要求，也符合生產上對鐵線蓮生長勢、抗逆性的要求。

對引種的20 個鐵線蓮品種進行綜合評價，篩選出‘皇后’、‘夢光’、‘佛勒里’3 個Ⅰ級品種，‘伍斯特美女’等4 個Ⅱ級品種，觀賞性和適應性均非常優(yōu)秀，適合在煙臺地區(qū)大規(guī)模引種和應用；篩選出‘自行車島’等6 個Ⅲ級品種，‘天空’等5 個Ⅳ級品種，適應性與觀賞價值綜合評定略低，具有一定的應用推廣價值；Ⅴ級包括‘紀三井寺’和‘紅明星’2個品種，本地綜合應用價值低。鐵線蓮品種的綜合評價與生產栽培過程中的綜合表現極為相符。因此，采用AHP 建立的鐵線蓮品種綜合評價體系可以有效篩選出符合生產實際的新優(yōu)品種，為新優(yōu)品種的應用及推廣提供科學依據。