基于層次分析法的榆林地區(qū)彩葉植物綜合評(píng)價(jià)

郭麗麗,趙 楠,梁倩雨,張 敏,劉翠英

(榆林學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院,陜西 榆林 719000)

彩葉植物是觀賞植物種類(lèi)之一,主要表現(xiàn)在植物的整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)或某個(gè)生長(zhǎng)階段,相對(duì)穩(wěn)定地顯示區(qū)別于自然綠色的其他色彩[1],能夠豐富城市園林綠地色彩,提升園林植物應(yīng)用的藝術(shù)性效果。如今,我國(guó)部分地區(qū)相繼對(duì)彩色植物進(jìn)行引種馴化,主要有金色、花葉、銀灰色、紅色、紫色等葉色類(lèi)型豐富的喬木、灌木、藤本等彩色葉植物。彩色植物受到園林設(shè)計(jì)師的廣泛關(guān)注,已經(jīng)在園林景觀領(lǐng)域大范圍推廣。

關(guān)于彩葉植物園林應(yīng)用的綜合評(píng)價(jià)前人的研究較少,且主要集中于較發(fā)達(dá)的地區(qū),對(duì)榆林地區(qū)彩葉植物綜合評(píng)價(jià)的研究應(yīng)用還未有報(bào)道[2-5]。層次分析法(AHP)是一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法,多年來(lái)在園林植物引進(jìn)、植物資源及景觀價(jià)值評(píng)價(jià)等方面廣泛應(yīng)用[5-6]。本研究通過(guò)層次分析法構(gòu)建榆林市彩葉植物綜合評(píng)價(jià)模型,對(duì)榆林市的152 種彩葉植物從其形態(tài)特征、生態(tài)適應(yīng)性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià),旨在篩選出適宜榆林市以及周邊半干旱區(qū)園林綠化應(yīng)用,且觀賞價(jià)值較高的彩葉植物。

1 研究區(qū)域概況

榆林市位于陜西省的最北端,地理坐標(biāo)北緯N36°57′～39°34′,東經(jīng)E107°28′～111°15′,總占地面積 43 578 km2,約占全省總面積的 22%。屬毛烏素沙地與黃土高原過(guò)渡地帶,為暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,主要特點(diǎn)是四季分明,雨熱同期。年平均氣溫8.5 ℃,平均降水量 413.9 mm,日照時(shí)間2 593.5～2 914.4 h,無(wú)霜期145～169 d。土壤類(lèi)型主要為風(fēng)沙土和黃綿土,有維管植物1068 種,植被類(lèi)型較少,自然生條件較差,適生植物種類(lèi)較少。

2 研究方法

2.1 調(diào)查地點(diǎn)及方法

本研究以榆林市范圍內(nèi)具有代表性的公園、居住區(qū)、城市干道、廣場(chǎng)等為調(diào)查樣地,在2019 年3 月至2021 年11 月進(jìn)行實(shí)地調(diào)查并拍攝照片,記錄植物物候期。結(jié)合實(shí)地調(diào)查及查閱文獻(xiàn),整理出榆林地區(qū)野生彩葉植物名錄。

2.2 研究對(duì)象

從調(diào)查整理的植物名錄中,根據(jù)生長(zhǎng)環(huán)境、觀賞價(jià)值及生長(zhǎng)表現(xiàn)等指標(biāo),初步篩選出榆林地區(qū)彩葉植物43 科77 屬152 種作為綜合評(píng)價(jià)的對(duì)象,其中喬木100 種,灌木50 種,藤本2 種。

2.3 評(píng)價(jià)方法

在廣泛征求專(zhuān)業(yè)人士和研究團(tuán)隊(duì)成員意見(jiàn)的基礎(chǔ)上,合理的進(jìn)行衡量和選取代表性評(píng)價(jià)因子,運(yùn)用可視化建模與計(jì)算輔助軟件yaahp10.5 建立榆林地區(qū)彩葉植物綜合評(píng)價(jià)模型,對(duì)選取的152 種彩葉植物進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析。

2.3.1 彩葉植物綜合評(píng)價(jià)模型

在借鑒前人對(duì)彩葉植物資源評(píng)價(jià)研究成果的基礎(chǔ)上,從目標(biāo)層、約束層、標(biāo)準(zhǔn)層、指標(biāo)層四個(gè)層次結(jié)構(gòu)構(gòu)建遞階層次評(píng)價(jià)模型[7]。同時(shí),以彩色植物的整體特征,彩葉特征和生態(tài),適應(yīng)性為準(zhǔn)則層選取冠形美觀度、葉色、抗寒性和耐熱性等12 種因子等作為標(biāo)準(zhǔn)層評(píng)價(jià)指標(biāo),構(gòu)建榆林市彩葉植物綜合評(píng)價(jià)模型(圖1)。

圖1 榆林市彩葉植物綜合評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

2.3.2 彩葉植物綜合評(píng)價(jià)方法

在借鑒前人[8-11]評(píng)價(jià)方法的前提下建立新的5分制綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)(表1),以此作為評(píng)價(jià)依據(jù),對(duì)榆林市彩葉植物進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。

表1 彩葉植物具體評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果與分析

3.1 判斷矩陣、權(quán)重值與一致性檢驗(yàn)

各評(píng)價(jià)因素的相對(duì)重要性在 AHP 評(píng)價(jià)體系中被視作關(guān)鍵的判斷依據(jù)?；谘芯磕康暮筒嗜~植物評(píng)價(jià)體系模型的要求,用1～9 比率標(biāo)度量化的方式,構(gòu)建不同層次的兩兩比較判斷矩陣。本研究分別選取約束層和目標(biāo)層、標(biāo)準(zhǔn)層和約束層進(jìn)行比較判斷分別是A-B、B-C,構(gòu)建4 個(gè)判斷矩陣(表2),分別是 A-Bi、B1-Ci、B2-Ci、B3-Ci 和 B4-Ci,得出各矩陣的最大特征值(λmax)和對(duì)應(yīng)的特征向量(W),也就是某一層因素相對(duì)于上層的相對(duì)重要性權(quán)重。在研究中,4 個(gè)判斷矩陣的一致性比率(CR)<0.1(表 2)。

表2 綜合評(píng)價(jià)判斷矩陣、權(quán)重值和一致性檢驗(yàn)

3.2 評(píng)價(jià)因素的權(quán)重值比較

依據(jù)表2 的彩葉植物綜合評(píng)價(jià)判斷矩陣可以得出各層次結(jié)構(gòu)的權(quán)重值,加權(quán)后得到各層次的總序,每個(gè)指標(biāo)C 相對(duì)于最高層 A 的相對(duì)重要性權(quán)重(表3)。數(shù)據(jù)表明,在約束層整體特征(B1)上,生長(zhǎng)勢(shì)(C2)權(quán)重值最大,為0.3678;葉密度(C3)其次,為0.3080,冠形美觀度(C1)排第三,為0.2422;在約束層彩葉特征(B2)上,權(quán)重值依次為葉色(C5)0.6042,彩葉觀賞期(C7) 0.2007,變色率(C6)0.1207,葉形(C4)0.082 和群體變色一致性(C8)0.0744;約束層生態(tài)適應(yīng)性(B3)方面,耐旱性(C9)權(quán)重值最大為0.4192,其次為耐寒性0.2970,抗病蟲(chóng)害能力0.1444,耐熱性0.1394。綜上所述,葉色(C5)、彩葉觀賞期(C7)和耐旱性(C9)是彩葉植物在榆林市選擇彩葉植物時(shí)最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.3 彩葉植物綜合評(píng)價(jià)分值及等級(jí)

通過(guò)表3 中綜合評(píng)價(jià)權(quán)重值比較,可以計(jì)算出榆林市152 種彩葉植物的綜合評(píng)價(jià)分值(表4),由此分出 4 個(gè)等級(jí),其中:權(quán)重值較大的28 種應(yīng)用價(jià)值極高的樹(shù)種為Ⅰ級(jí),綜合評(píng)價(jià)分值在4.5242～4.2509 之間,包括23 種喬木4 種灌木1 種藤本;33 種應(yīng)用價(jià)值較高的樹(shù)種為Ⅱ級(jí),綜合評(píng)價(jià)值在4.1903～4.0629 之間,含29 種喬木3 種灌木1 種藤本;47 種應(yīng)用價(jià)值一般的樹(shù)種為Ⅲ級(jí),綜合評(píng)價(jià)值在3.9608～3.5082 之間,包括30 種喬木17 種灌木;44 種應(yīng)用價(jià)值較差的樹(shù)種為Ⅳ級(jí),綜合評(píng)價(jià)值在3.6693～4.3194,含18 種喬木26 種灌木。

表3 彩葉樹(shù)種綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系標(biāo)準(zhǔn)層C 對(duì)于目標(biāo)層A 的總排序

表4 152 種彩葉樹(shù)綜合評(píng)分值及分級(jí)結(jié)果

應(yīng)用價(jià)值極高的Ⅰ級(jí)樹(shù)種有金葉槐(Sophora japonica‘jinye’)、金枝槐(Sophorajaponica‘Winter Gold')、五角楓(Acermono)、杏(Armeniaca vulgaris)、白樺(Betulaplatyhylla)、白蠟(Fraxinus Chinensis)、銀杏(Ghinkgobiloba)、復(fù)葉槭(Acernegundo)、金葉風(fēng)箱果(Physocarpusopulifoliusvar.luteus)、旱柳(Salixmatsudana)、五葉地錦(Parthenocissusquinquefolia) 等28 種(表5)。這些種樹(shù)葉色鮮艷,以金色或紅色為主,彩色葉期長(zhǎng),變色一致性高,樹(shù)形美觀,適應(yīng)性很強(qiáng)。

表5 綜合評(píng)分為Ⅰ級(jí)的28 種彩葉樹(shù)種

應(yīng)用價(jià)值較高的Ⅱ級(jí)樹(shù)種包括紫葉小檗(Berberisthunbergiivar.atropurpurea)、紅葉榆葉梅(Amygdalustriloba)、榆樹(shù)(Ulmuspumila)、香茶藨子(RibesodoratumWendland)、紅寶石海棠(Malus×micromalus‘Ruby’)、紫葉稠李(Padus virginiana‘CanadaRed’)、絳柳(Salixmatsudana f.pendula.)、南蛇藤(Celastrusorbiculatas) 等33種。這些樹(shù)種葉色艷麗,樹(shù)形較美觀,適應(yīng)性能力強(qiáng),但有些彩葉觀賞期稍短,有些變色一致性稍差。

應(yīng)用價(jià)值一般的Ⅲ級(jí)樹(shù)種包括榆葉梅(Amygdalustriloba)、暴馬丁香(yringeamurensis)、日本晚櫻(Cerasusserrulatavar.lannesiana)、金銀木(Loniceramaackii)、沙棗(Elaeagunsangustifolia)、蒙古蕕(Cargopterismongholica)等47 種,由于這些樹(shù)種或葉色較暗,或呈彩期短暫,或冠形不突出,或者生態(tài)適應(yīng)性較差。

應(yīng)用價(jià)值較差的Ⅳ級(jí)樹(shù)種包括珍珠梅(Sorbariakirilowii)、紫葉桃(mygdaluspersica'Atropurpurea')、麥李(Cerasusglandulosa)、金葉蕕(Caryopteris×clandonensis'WorcesterGold)、接骨木(Sambucuswilliamsii)、黃檗(phellodendra amurense) 等44 種。該級(jí)樹(shù)種葉色觀賞一般,呈彩期較短,生態(tài)適應(yīng)性低,綜合評(píng)價(jià)分值作為彩葉樹(shù)種的利用價(jià)值較低。

4 討論

彩葉植物既可以豐富園林色彩,又具有良好的生態(tài)價(jià)值,成為近年來(lái)園林中廣泛應(yīng)用的觀賞植物,也逐漸成為美麗中國(guó)和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的綠化材料。人們對(duì)城市環(huán)境綠化的品質(zhì)要求和需求逐漸提高,因此彩葉植物生態(tài)適應(yīng)性評(píng)價(jià)尤為重要。

本文應(yīng)用層次分析法,依據(jù)榆林市的氣候特征、土壤性質(zhì)、環(huán)境質(zhì)量及栽培習(xí)慣等多方面因素,科學(xué)的篩選評(píng)價(jià)因子,從而構(gòu)建出榆林市彩葉植物的綜合評(píng)價(jià)模型,全面的地分析了榆林市彩葉植物的應(yīng)用價(jià)值,篩選出適宜榆林市以及周邊半干旱區(qū)園林綠化應(yīng)用彩葉植物。對(duì)于評(píng)分較高的植物可以直接利用,對(duì)于綜合評(píng)價(jià)分值較低的彩葉植物,選擇適宜的生長(zhǎng)環(huán)境條件、提升養(yǎng)護(hù)管理水平,仍可以在園林景觀綠化中進(jìn)行推廣應(yīng)用[12]。

朱云辰等[13]研究對(duì)未來(lái)的植物景觀營(yíng)造提供了依據(jù)。嚴(yán)慧玲等[14]在太行山區(qū)植被恢復(fù)植物篩選中應(yīng)用層次分析法,篩選出耐寒性和耐旱性?xún)?yōu)秀的植物種類(lèi),效果顯著。本研究對(duì)彩葉植物進(jìn)行了初步的綜合評(píng)分及排序,結(jié)果表明,彩葉植物在約束層 B1 上,葉色(C5)和彩葉觀賞期(C7)的權(quán)重占比較高。由此證明植株彩葉觀賞期和葉色因素在對(duì)彩葉植物評(píng)價(jià)中占有最重要的地位,這在朱倩玉等[15]的研究中也有所體現(xiàn)。具體到榆林市,彩葉植物能否適應(yīng)季節(jié)性干旱、成功越冬,將直接影響到其應(yīng)用效果,而植物的耐旱性(C9)、耐寒性(C10)在生態(tài)適應(yīng)性評(píng)價(jià)因子中占有最大權(quán)重,也與園林生產(chǎn)實(shí)際相符。

本研究也存在一些不足,在彩葉植物評(píng)價(jià)因子中,許多影響因子目前還很難量化,且選取評(píng)價(jià)因子不太全面,尤其是整體特征指標(biāo)中還包括壽命、是否耐移植、耐修剪、繁殖力強(qiáng)弱等生長(zhǎng)指標(biāo),也未包含果實(shí)、枝條、樹(shù)干、樹(shù)皮等其他觀賞特性指標(biāo)。在下一步研究中可進(jìn)一步細(xì)化評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)此次綜合評(píng)分高的彩葉植物應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行深入研究,為日后彩葉植物的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用提供理論支持。

5 結(jié)論

在榆林市彩葉植物綜合評(píng)價(jià)體系模型的構(gòu)建中,依據(jù)篩選出的3 個(gè)準(zhǔn)則層因素和12 個(gè)子準(zhǔn)則層因素的權(quán)重占比、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),建立了完整的榆林市彩葉樹(shù)種評(píng)價(jià)體系。在榆林市彩葉樹(shù)種評(píng)價(jià)體系中,葉色(C5)權(quán)重值最大,權(quán)重值為0.3587;其次是彩葉觀賞期(C7),權(quán)重值為0.1192;耐旱性(C9),權(quán)重值為0.1045;其他9 個(gè)因素權(quán)重占較小。通過(guò)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立,將榆林市152 種彩葉植物被劃分為4 個(gè)層次:有28 種彩葉植物評(píng)定為Ⅰ級(jí),其整體表現(xiàn)優(yōu)良,色彩鮮明、呈彩期較長(zhǎng),生態(tài)適應(yīng)性及繁殖育種能力較強(qiáng),可作為主要彩葉樹(shù)種在榆林市園林綠地景觀推廣應(yīng)用;有33 種彩葉植物評(píng)定為Ⅱ級(jí),整體表現(xiàn)優(yōu)良,生態(tài)適應(yīng)性及繁殖育種能力較強(qiáng),開(kāi)發(fā)利用前景廣闊;有47 種彩葉植物評(píng)定為Ⅲ級(jí),在面對(duì)榆林市炎熱干燥的環(huán)境下,其生態(tài)適應(yīng)性較弱,如金葉榆、茶條槭等植物在榆林夏天炎熱干燥的氣候條件下容易發(fā)生枯焦的現(xiàn)象;如果條件允許可以選擇在半蔭的氣候環(huán)境下引種栽植,同時(shí)需要加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)管理制度,此植物仍然具有較大的利用價(jià)值;有44 種彩葉植物評(píng)定為Ⅳ級(jí),整體表現(xiàn)不顯著、呈彩期較短,葉色表現(xiàn)不太明顯,開(kāi)發(fā)應(yīng)用潛力相對(duì)較小。