景观视角下湿地植物入侵性评价研究

杨晓楠， 颜玉娟， 王钟曼， 曹嵛鑫

(中南林业科技大学风景园林学院， 湖南 长沙 410004)

近年来，生物入侵已经成为全球性的热门话题，外来物种入侵中国的形势相当严峻，对外来生物进行风险分析和建立预警机制能够以最经济的手段达到最优的效果[1]。目前，我国已经出现了很多对已经定性的入侵植物的研究，例如紫茎泽兰Ageratinaadenophora、水葫芦Eichhorniacrassipes、空心莲子草Alternantheraphiloxeroides和加拿大一枝黄花Solidagocanadensis等，并且取得了大量的研究成果[2-3]。也有一部分学者利用澳大利亚杂草评估系统、外来物种入侵风险指数评估体系、层次分析法等对一些种进行入侵风险评价[4-5]，或者根据地区特点建立当地入侵植物风险评价体系[6-7]，但相对来说数量不多。

湿地被称为“地球之肾”，有较高的生物多样性和生态净化能力，但也具有脆弱性，一旦遭受外来物种的入侵将难以修复。随着湿地的开发以及人们对新奇植物的喜好，在湿地植物景观的设计上，很多外来物种被引入种植，不仅带来了很大的生态安全隐患，还有可能适得其反，破坏原本的景观效果。湖南境内水系发达，湿地资源依托于丰富水资源广泛存在，湿地类型齐全，也引入了不少外来植物。笔者观察湖南省会长沙的湿地后，发现很多外来植物存在的地方景观效果不佳甚至极差，因此有必要从景观的角度对其中一些植物进行入侵性评价，对景观设计者的植物应用提出建议和警示。

1 湿地植物的选取和概述

笔者以长沙市为例，通过对湿地的观察和调研，选取景观效果较差并疑似有入侵现象的湿地植物作为备选对象，又通过查阅文献了解它们的研究现状，最终确定了对再力花Thaliadealbata、香菇草Hydrocotylevulgaris、蒲苇Cortaderiaselloana、粉绿狐尾藻Myriophyllumaquaticum和睡莲Nymphaeatetragona等5种湿地植物进行深入调查和研究，并将其特征进行概述整理(表1)。

续表1 5种湿地植物的概述Tab.1 Summary of 5 wetland plants中文名生活型繁殖特性传播和扩散原产地及传入方式入侵历史研究现状文献睡莲多年生浮水草本分株繁殖和种子繁殖,在野外以分株繁殖为主有意传播,可通过水流扩散原产北半球温带地区、亚洲热带地区和大洋洲,作为观赏植物引入—《中国外来植物》中指出其适应性极强,占领水域的速度非常快,可以对水域造成一定的污染,并且可能发生虫害,应控制其引种于适当水域[12]

2 研究方法

层次分析法(AHP法)是美国运筹学家A. L. Saaty提出的，在系统工程中对非定量事件作定时分析的一种简便方法，也是对人们主观判断作出客观描述的一种有效方法。在AHP法中将决策问题按总目标、各层子目标、评价准则直至具体的方案的顺序分解为不同的层次结构，再对具体准则的重要性程度两两相比来构造判断矩阵和进行一致性检验，确定指标权重，最后根据需要得出结论。

2.1 建立入侵性评价体系

本文基于层次分析法(AHP法)建立目标层、准则层和指标层3个层次的评价指标结构模型，借助前人关于入侵植物风险评价研究和景观评价研究的研究成果[21-22]，参考澳大利亚杂草评估系统和外来物种入侵风险指数评估体系等评价方法，选取适用于本次研究的评价因素，确定3个准则层(B1-B3)和10个指标层(C1-C10)的评价体系(详见表2)。

表2 入侵性评价AHP模型Tab.2 AHP model of intrusion assessment目标层A准则层B指标层C指标类型植物景观的层次性C1定性群落景观B1植物与其生境的和谐性C2定性植物景观的视觉舒适度C3定性植物物种多样性C4定量湿地植物入侵性景观评价群落生态B2生活型结构多样性C5定量群落结构的稳定性C6定性繁殖特性C7定量个体生态B3传播和扩散C8定量传入方式C9定量入侵历史C10定量

2.2 指标评价标准

本文对长沙市水体进行了调研，每种被研究的植物选取5个典型的、面积均为100 m2的样方，记录样方的名称、位置和样方内植物的生活型。对于水生植物计算其相对盖度，对于草本计算其相对高度、相对频度和相对盖度，对于灌木计算其相对高度、相对密度和相对盖度，对于乔木计算其相对高度、相对密度和相对显著度，并以此为基础计算它们的重要值[23]。同时由同一个人在主要观赏角度拍摄样方照片，尽量将样方种群完整取景。

2.2.2 定性指标 通过问卷调查的方式，将问卷发放给37名园林、风景园林等相关专业的大三、大四学生进行调查，填写人须均已修过植物配置相关课程，对所调查的定性指标有一定的判断力。问卷中包含野外调研中拍摄的25个样方(每种植物5个)的照片，填写人分别从C1、C2、C3和C6四个指标的角度，按照表4中的标准进行评分。每个样方的指标得分为所有填写人评分的均值，而每种植物的指标得分为所测得的5个样方得分的均值。

2.3 确定指标权重和一致性检验

利用yaahp软件中的“群决策”功能，邀请专家采用1～9标度法[25]构建判断矩阵来对评价体系中的指标两两相比，最后对各专家的判断矩阵进行加权几何平均得出权重。为了检验各元素重要度之间的协调性，对所得权重进行一致性检验，CR(一致性比例)小于0.1则符合要求。

表3 C7-C10指标评价标准Tab.3 Index criteria of C7-C10指标评价标准备注繁殖特性C710分:未表现出所述特性或表现不明显8分:明显表现出1种繁殖特性6分:明显表现出2种繁殖特性4分:明显表现出3种繁殖特性2分:明显表现出4种繁殖特性1分:明显表现出4种以上繁殖特性参考表1中“繁殖特性”一栏,繁殖特性具体分为:(1)兼具有性繁殖和无性繁殖;(2)一年中可多次繁殖;(3)有性繁殖强大,可产生大量种子且种子活力高;(4)无性繁殖强大,可在枝节处生长根茎或匍匐枝,被切割后残体容易形成新的植株;(5)生长速度快,可较快达到成熟期;(6)种子可以特定方式度过不利阶段;(7)抗逆性强,对环境要求不严格传播和扩散C810分:不具备明显扩散现象8分:存在1种扩散方式6分:存在2种扩散方式4分:存在3种扩散方式2分:存在4种扩散方式参考表1中“传播和扩散”一栏,扩散方式具体分为:(1)风力传播;(2)水流传播;(3)人为无意传播或动物携带传播;(4)人为有意传播传入方式C910分:自然传入5分:无意引入2分:有意引入参考表1中“原产地及传入方式”一栏入侵历史C1010分:无入侵历史6分:国外其他气候区有过入侵3分:国内其他气候区有过入侵2分:国外相似气候区有过入侵1分:国内相似气候区有过入侵参考表1中“入侵历史”一栏

表4 定性指标评价标准Tab.4 Evaluation standard of qualitative indexes 指标评价标准指标评价标准植物景观的层次性C110分:植物群落十分错落有致和富有韵律感8分:植物群落有适当的层次和良好的韵律感6分:植物群落层次感一般,整体中规中矩4分:植物群落比较单调,层次比较杂乱2分:植物群落单调,没有层次或层次杂乱植物景观的视觉舒适度C310分:植物景观优美,让人心旷神怡,视觉体验极好8分:植物景观良好,给人比较适宜的视觉体验6分:植物景观一般,没有一定的视觉冲击4分:植物景观较差,给人不好的视觉体验2分:植物景观极差,视觉上难以忍受植物与其生境的和谐性C210分:主体植物能很好地与周围植物共生共存,环境优美8分:主体植物能与周围植物共生共存,环境良好6分:主体植物与周围植物共生共存情况一般,环境一般4分:主体植物与周围植物不协调,环境较差2分:主体植物与周围植物非常不协调,环境极差群落结构的稳定性C610分:植物长势很好,可以长期维持群落结构8分:植物长势好,可以维持较长期的群落结构6分:植物长势一般,可以短期维持群落结构4分:植物长势不好,群落结构有变差的趋势2分:植物长势极差,群落结构已经破坏

2.4 综合评价

将处理后的指标得分与其对应的指标权重相乘，计算加权平均数，将平均数乘以10换算成百分制，得到各评价因素的综合得分，指标综合评价值越大，表示该植物入侵性越弱[26]。再利用差值百分比分级法[27]，根据5种植物的综合得分从景观的视角将其入侵性划分等级，最后对各项结果进行分析比较。

3 结果与分析

3.1 指标权重和一致性检验结果

将专家填写的判断矩阵输入yaahp软件，所得权重结果见表5；对所得权重进行一致性检验，结果见表6～表9。

表5 评价指标权重Tab.5 Evaluation index weights指标C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10权重0.050 10.077 20.064 20.174 80.059 60.239 90.126 30.097 80.061 90.048 2

表6 判断矩阵A-B及一致性检验Tab.6 Judgment matrix A-B and consistency examinationAB1B2B3WiB11.000 00.394 30.586 30.191 5B22.535 91.000 01.387 00.474 3B31.705 60.721 01.000 00.334 2 注: CR=0.000 5<0.1。

表7 判断矩阵B1-C及一致性检验Tab.7 Judgment matrix B1-C and consistency examinationB1C1C2C3WiC11.000 00.684 40.740 70.261 8C21.461 21.000 01.268 20.403 1C31.350 10.788 51.000 00.335 2 注: CR=0.002 7<0.1。

表8 判断矩阵B2-C及一致性检验Tab.8 Judgment matrix B2-C and consistency examinationB2C4C5C6WiC41.000 03.054 00.700 10.368 6C50.327 41.000 00.258 40.125 6C61.428 43.870 61.000 00.505 8 注: CR=0.010 3<0.1。

3.2 综合评价结果

为保证量纲一致，故对C4、C5指标的数值乘以10折算成分。其中粉绿狐尾藻折算后的C4数值略超过10，故在不影响最终结果的前提下，将粉绿狐尾藻的该指标数得分按10计算，其他植物分别减去同样的分数。

将5种植物的综合得分划分为四个等级：Ⅰ级(0～25分)为不可引入和利用类、Ⅱ级(26～50分)为少量利用且严格控制类、Ⅲ级(51～75分)为可以利用但须加防范类、Ⅳ级(76～100分)为无入侵性可大量利用类。所研究的5种植物分级详见表10。

表10 评价结果表Tab.10 Evaluation results植物名称综合得分等级再力花43.4Ⅱ级香菇草44.8Ⅱ级蒲苇53.5Ⅲ级粉绿狐尾藻51.0Ⅲ级睡莲52.4Ⅲ级

3.3 各层次综合评价结果分析

(1)从目标层(A1)的综合评价结果来看：在景观视角下，本次研究的5种植物或多或少都有一定的入侵性。其中再力花和香菇草的入侵性相对较大，在长沙洋湖湿地公园中，这两种植物的入侵性在景观上都体现得相当明显。再力花的根茎在缺少限制措施的情况下，以其强大的生长力和繁殖力，已经对部分湿地土壤造成“封锁”，严重抑制了其他湿地植物的生存，因此造成了驳岸景观中地表裸露和植物景观不连续的情况，使景观效果大打折扣；香菇草已经成片地占领了水域，密集的香菇草不仅给人视觉上带来不愉快的体验，还因其对水体生态的破坏而产生的刺激性气味让游客对其种植区域避而远之，而嗅觉体验也正是景观营造的重要部分。因此可以看出两者的实际表现与本次研究评价结果比较一致。相比而言，蒲苇和睡莲入侵性一般，两者在中国引入的时间较长，生态效益和观赏效益很大，睡莲更是栽培品种繁多，两者在全国范围内湿地景观的营造上都受到追捧，并且已趋于归化。但从实际表现来看，在没有控制种植区域的地块，两者仍然出现生长杂乱、观赏效果差以及群落生态和群落内其他植物受到抑制的现象，因此也与本次研究的评价结果相符。粉绿狐尾藻在此次评价中得分较高，原因在于其在少量应用且控制强度大的水体中入侵性不是很明显，说明在植物配置中控制其用量并且实现各种生活型的湿地植物合理搭配，就能很好地发挥其生态作用和观赏特性，形成层次丰富的植物景观。

(2)从准则层和指标层的综合评价结果来看：在群落景观(B1)方面，所研究的5个种的得分相差不大，且植物景观的层次性(C1)、植物与其生境的和谐性(C2)和植物景观的视觉舒适度(C3)3个指标都处于“一般”的评分等级上，说明选取的样方比较典型，也从侧面反映出5种植物的入侵性确实对景观造成了一定的影响，证明了本次实验的可行性。群落景观指标在综合评价中的权重虽不高，但也有相当一部分比例，而在前人对植物入侵性评价中极少考虑到景观因素。在群落生态(B2)方面，2个多样性指标权重较大，也是5种植物之间得分差距较大的指标，其中睡莲得分较低，其部分原因在于植物配置过于追求规模上的视觉效果，忽视了生态上的“平衡”而造成了群落不稳定，若想长期维持景观效果，只能从配置下手或投入大量资金进行后期管理。因此景观设计者在植物配置时，除了追求自然美、意蕴美和异域风情，更应注重景观效果的维持，实现可持续性景观的营造。在个体生态(B3)方面，仅睡莲因归化程度高而得分较高，其他种均得分很低，加上个体生态方面的权重占比很高，说明在营造植物景观时应着重考虑植物的个体生态指标。

4 结论与讨论

在本次评价中，香菇草和再力花被判断为少量利用且严格控制类(Ⅱ级)，与前人的判断和实验分析较为一致，强调了对两种植物的引入应保持警惕；睡莲和蒲苇被判断为可以利用但须加防范类(Ⅲ级)，为前人对其入侵性的判断提供了具体数据支持[12,19]，弥补了空缺；粉绿狐尾藻被判断为可以利用但须加防范类(Ⅲ级)，与前人的判断结果有偏差[11-13,20]，从查阅的文献和数据库来看，粉绿狐尾藻在完全野生的状态下入侵性非常大，因此仍需综合其在各种条件下的生长生存情况进行深入评价。

权重上群落生态>个体生态>群落景观，群落景观上5种植物得分相差不大且处于及格线上下，群落生态中的2个多样性指标权重较大也是得分差距较大的指标，个体生态除睡莲外其他种得分非常低，此现象不容忽视。

该研究以景观视角为主，综合考虑了外来种在景观和生态两个方面入侵性的表现，建立了具有系统性、实用性和灵活性的综合评价体系，无论是景观指标还是生态指标，其评价结果都能在景观视角下得到合理的分析和解释，但是在样方的选取以及照片的拍摄和评价上仍具有一定的主观性。此次评价仅是在景观视角下对所调查的湿地植物入侵性进行初步了解，今后还需进一步深入研究。