4種觀花地被耐踐踏性主成分及隸屬函數(shù)分析

李艷輝 崔雅芳 牟寧寧 崔瀠心 張雨辰 郭金輝 王宇辰

摘要 為了更好地開發(fā)利用蛇莓、委陵菜、紫花地丁、紅花酢漿草4種觀花地被植物，采用人工踐踏法進行試驗處理，以不踐踏為對照，測定踐踏處理下4種觀花地被植物的SOD、POD、MDA、葉綠素、葉面積、根長、根重等生理生化指標。采用主成分分析法和隸屬函數(shù)加權法對4種觀花植物進行耐踐踏性指標的選取和耐踐踏性綜合評價。結果表明，各生理指標反映耐踐踏性能力從高到低為根長>根重>SOD>葉面積>POD>MDA>葉綠素。4種觀花地被植物的耐踐踏性為蛇莓>紅花酢漿草>委陵菜>紫花地丁。

關鍵詞 觀花地被;耐踐踏性;主成分分析;隸屬函數(shù)

中圖分類號 S 688.4文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2022）02-0134-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.02.035

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

PrincipalComponentandSubordinateFunctionAnalysisofTramplingResistanceof4 FlowerPlantsofGroundCover

LI Yan-hui，CUI Ya-fang，MOU Ning-ning et al

（Beijing Zoo，Beijing 100044）

Abstract For better development and utilization of 4 flower plants of ground cover Duchesnea indica，Potentilla chinensis，Viola philippica，Oxalis corymbosa，artificial trampling was used for the experimental treatment，with no trampling as the controlled trial to measure the change values of 7 morphological and physiological indexes of 4 flower plants of ground cover under trampling treatment，including superoxide dismutase （SOD），peroxidase （POD），malondialdehyde （MDA），chlorophyll，leaf area，root length，and root weight.Principal component analysis and weighted subordinate function was used to select 4 flower plants of ground covers trampling resistance index and comprehensive evaluation of trampling resistance.The results showed that the order of correlation between the selected 7 physiological indicators and tramp resistance was root length> root weight >SOD> leaf area> POD >MDA> chlorophyll.The order of tramp resistance was Duchesnea indica>Oxalis corymbosa>Potentilla chinensis>Viola philippica.

Key words Flower plants of ground cover;Trampling resistance;Principal component analysis;Membership function method

基金項目 北京動物園自管課題“地被植物在節(jié)約型園林建設中的選擇與應用”（KGBZ201912）。

作者簡介 李艷輝（1982—），女，河北邯鄲人，農藝師，碩士，從事園林綠化研究。*通信作者，高級工程師，從事園林綠化研究。

收稿日期 2021-04-01

耐踐踏是指草坪草、地被植物在經(jīng)受踐踏脅迫后，能自身恢復或通過科學的養(yǎng)護管理后恢復到原草坪、地被質地程度的一種特性[1]，在開放型生態(tài)園林中，地被植物的耐踐踏性是評價其生態(tài)適應性的一項重要指標。為了更好地了解蛇莓、委陵菜、紫花地丁、紅花酢漿草的生態(tài)適應性，筆者測定了4種觀花地被在踐踏處理下所發(fā)生的形態(tài)和生理生化指標的變化，分析其與植物耐踐踏性之間的關系，運用主成分分析和隸屬函數(shù)相結合的方法對4種地被植物的耐踐踏性進行綜合評定，以期為其在構建城市綠化體系中的應用提供指導和科學依據(jù)[2]。

1 材料與方法

1.1 供試材料 供試品種為紅花酢漿草（Oxalis corymbosa）、委陵菜（Potentilla chinensis）、蛇莓（Duchesnea indica）、紫花地?。╒iola philippica）。試驗苗均為無病蟲害、長勢良好的2年生苗，在相同條件下進行統(tǒng)一的水分和養(yǎng)分管理。

1.2 試驗方法 在北京動物園后院試驗田進行踐踏處理。采用隨機區(qū)組設計，設4個踐踏處理水平：0步（對照）、10步、20步、30步。每個處理重復3次。踐踏方式采用人工踐踏，踐踏者體重為50 kg，每隔1 d踐踏1次，共踐踏20次后測定各項指標[3]。

1.3 指標測定方法

根長的測定采用直尺測量法;根重的測定采用烘干稱重法;葉面積的測定采用葉面積儀法;過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法;超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用氮藍四唑（NBD）光還原法;丙二醛（MDA）含量的測定采用TBA法;葉綠素（Chl）含量的測定采用分光光度法[4-5]。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法 用Excel對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和計算;采用SPSS軟件完成主成分分析;采用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法綜合評價4種地被植物的耐踐踏能力。

1.4.1 耐踐踏系數(shù)。

耐踐踏系數(shù)（α）=處理測定值對照測定值×100%（1）

1.4.2 隸屬函數(shù)。

μ j =（X j-X min）/（X max-X min） （j=1，2，…，n）（2）

式中，μ j為第j個綜合指標的隸屬函數(shù)值，X j為第j個指標測定值，X min和X max 分別為第j個綜合指標的最小值和最大值[6-7]。

1.4.3 權重。

W j=p j/ nj=1p j （j=1，2，…，n）（3）

式中，W j為第j個綜合指標在所有綜合指標中的重要程度;p j為各參試品種第j個綜合指標的貢獻率[7-9]。

1.4.4 綜合評價值。

D= nj=1[μ（x j）·W j] （j=1，2，…，n）（4）

式中，D為各參試植物在踐踏處理下的耐踐踏綜合評價值。

2 結果與分析

2.1 耐踐踏系數(shù) 踐踏結束后，測定處理與對照相應的形態(tài)和生理指標。根據(jù)各指標平均值，用式（1）求出各單項指標的耐踐踏系數(shù)α值。由表1可知，踐踏處理下委陵菜的根重、SOD、POD，紅花酢漿草的根長、SOD、MDA，蛇莓的葉面積、根長、根重、葉綠素含量，紫花地丁的SOD、葉綠素含量與對照相比均有所增加（α>100%）。其他單項指標與對照相比均有所下降（α<100%）。

2.2 相關性分析

在植物抵御踐踏傷害的過程中，各項指標所起到的作用大小不同，因此直接利用單一指標對耐踐踏性進行評價難以準確反映出參試植物的耐踐踏性能。應該運用多種指標來綜合評價植物的耐踐踏能力，但可用于評價植物抗逆性的指標很多，各指標之間所提供的信息會發(fā)生重疊，因而直接用這些指標評價植物的耐踐踏性結果會發(fā)生偏差。

該試驗對4種地被植物的7項生理指標進行相關性分析，得到相關系數(shù)矩陣。由表2可知，7個生理指標間大多存在較高程度的相關性，且各指標間相關性越高，重疊信息越多。指標間相關性較高，適合進行主成分提取。

2.3 主成分分析

以供試植物7個單項指標的耐踐踏系數(shù)作為衡量各植物耐踐踏能力的指標進行主成分分析，按主成分的特征值大于1可提取2個主成分，這2個主成分的累計貢獻率達91.226%，符合累計率大于85%的原則，因此用這2個主成分作為影響4種地被耐踐踏性的主要指標。丟失的少量信息可作為觀察誤差，忽略不計。這使原來的7個單項指標轉換為2個新的相互獨立的綜合指標[10]。從各綜合指標系數(shù)的大小可以看出，第一主成分的特征值為4.363，貢獻率為62.325%，葉面積、根重、SOD、POD在該主成分上有較高載荷，說明第一主成分主要反映這4個指標與耐踐踏性的關系。第二主成分的特征值為2.023，貢獻率為28.901%，葉綠素、根長、MDA在該成分上有較高載荷，說明第二主成分主要反映這3個指標與耐踐踏性的關系[11]（表3）。

2.4 耐踐踏綜合評價

2.4.1 計算主成分。以Z 1、Z 2表示2個綜合指標，用表3中的成分載荷除以各自根號下的特征值得到主成分系數(shù)，然后用主成分系數(shù)乘以標準化后的單項指標X，得到2個主成分的表達式：

Z 1=-0.41X SOD-0.38X? POD-0.32X MDA+0.17X 葉綠素+0.47X 葉面積+0.45X 根重+0.37X 根長

Z 2= -0.36X SOD+0.31X POD+0.39X MDA-0.65X 葉綠素-0.01X 葉面積+0.14X 根重+0.42X 根長

根據(jù)2個主成分表達式可求出每種參試地被植物的綜合指標值Z 1、Z 2。從2個主成分表達式也可以看出，綜合指標Z 1主要依賴葉面積、根重、SOD，綜合指標Z 2主要依賴葉綠素、根長和MDA。

2.4.2 隸屬函數(shù)分析。

根據(jù)式（2）計算出每個參試植物綜合指標的隸屬函數(shù)值μ 1、μ 2（表4）。在踐踏處理下，蛇莓的μ 1值最大（1.000），說明蛇莓在Z 1這一綜合指標上表現(xiàn)為最耐踐踏;委陵菜的μ 1值最?。?.000），說明委陵菜在Z 1這一綜合指標上表現(xiàn)為最不耐踐踏。紅花酢漿草的μ 2值最大（1.000），說明紅花酢漿草在Z 2這一綜合指標上表現(xiàn)為最耐踐踏;紫花地丁的μ 2值最?。?.000），說明紫花地丁在Z 2這一綜合指標上表現(xiàn)為最不耐踐踏。

2.4.3 權重的確定。根據(jù)綜合指標貢獻率62.325%、28.901%（表3），用式（3）可計算出各綜合指標的權重。經(jīng)計算，2個綜合指標的權重分別為0.683、0.317，該權重值可以反映出各單項指標在耐踐踏生理機能中的重要性。權重值越大，表明重要性越大，反之亦然。經(jīng)綜合分析可知，4種地被植物在踐踏處理下，各指標反映其耐踐踏能力表現(xiàn)為根長>根重>SOD>葉面積>POD>MDA>葉綠素。

2.4.4 綜合評價。用式（4）計算各參試植物的綜合耐踐踏能力的大小，經(jīng)計算，委陵菜、紅花酢漿草、蛇莓、紫花地丁4種地被植物的耐踐踏綜合評價值分別為0.246、0.342、0.896、0.081（表4）。根據(jù)各參試植物的D值可對參試植物耐踐踏性的強弱進行排序，結果為蛇莓>紅花酢漿草>委陵菜>紫花地丁。

3 討論

地被植物是指自然生長高度或經(jīng)人工修剪控制高度在1 m以下、最下分枝較貼近地面、枝葉密集能較好覆蓋地面并具有較強擴展能力、抗污染力強、易于粗放管理的植物。觀花地被植物是指地被植物中花期長、花色艷麗的一類以觀花為主要目的的植物，是構建節(jié)約型、低碳型園林的重要素材。為此，該試驗從北京動物園多種地被植物中初步篩選出生長面積較大、綜合性狀比較優(yōu)良、有推廣應用價值的4種觀花地被品種，通過主成分分析和隸屬函數(shù)相結合的方法進行抗逆性評價。

主成分分析和隸屬函數(shù)相結合的分析方法在草業(yè)、作物、地被植物的抗逆性乃至草坪草的耐踐踏性研究中應用很多，但在觀花地被植物的耐踐踏性評價方面鮮見報道。主成分分析法既可以克服信息的重疊和指標的相關性，又可以根據(jù)綜合指標的貢獻率確定各綜合指標在綜合評價中所占權重，還可以反映出各單項指標在耐踐踏生理機能中的重要性。該試驗通過主成分分析法將7個單項指標綜合成為2個相互獨立的綜合指標Z 1、Z 2，2個指標的貢獻率分別為62.325%、28.901%，累計貢獻率為91.226%。隸屬函數(shù)法可以將不同度量單位的測定值轉換為純數(shù)值，使其具有可比性。4種地被植物中，蛇莓的綜合評價值最大（0.896），耐踐踏性最強;其次為紅花酢漿草，綜合評價值為0.342;紫花地丁的綜合評價值最小（0.081），耐踐踏性最弱。

雖然采用主成分分析和隸屬函數(shù)加權相結合的方法為植物抗逆性的判定提供了科學的評判依據(jù)，但是作為植物耐踐踏性鑒定指標的理化指標較多，且不同植物由于形態(tài)結構特征、生理生化特性的不同，對踐踏的反映機制也不同。該研究僅選取7項指標對參試地被植物進行耐踐踏性評價，因此，評價系統(tǒng)的全面性、合理性需要在實踐中進一步完善和檢驗[12]。

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