基于层次分析法的榆林地区彩叶植物综合评价

郭丽丽,赵 楠,梁倩雨,张 敏,刘翠英

(榆林学院 生命科学学院,陕西 榆林 719000)

彩叶植物是观赏植物种类之一,主要表现在植物的整个生长季节或某个生长阶段,相对稳定地显示区别于自然绿色的其他色彩[1],能够丰富城市园林绿地色彩,提升园林植物应用的艺术性效果。如今,我国部分地区相继对彩色植物进行引种驯化,主要有金色、花叶、银灰色、红色、紫色等叶色类型丰富的乔木、灌木、藤本等彩色叶植物。彩色植物受到园林设计师的广泛关注,已经在园林景观领域大范围推广。

关于彩叶植物园林应用的综合评价前人的研究较少,且主要集中于较发达的地区,对榆林地区彩叶植物综合评价的研究应用还未有报道[2-5]。层次分析法(AHP)是一种定性与定量相结合的决策分析方法,多年来在园林植物引进、植物资源及景观价值评价等方面广泛应用[5-6]。本研究通过层次分析法构建榆林市彩叶植物综合评价模型,对榆林市的152 种彩叶植物从其形态特征、生态适应性等方面进行评价,旨在筛选出适宜榆林市以及周边半干旱区园林绿化应用,且观赏价值较高的彩叶植物。

1 研究区域概况

榆林市位于陕西省的最北端,地理坐标北纬N36°57′～39°34′,东经E107°28′～111°15′,总占地面积 43 578 km2,约占全省总面积的 22%。属毛乌素沙地与黄土高原过渡地带,为暖温带大陆性季风气候,主要特点是四季分明,雨热同期。年平均气温8.5 ℃,平均降水量 413.9 mm,日照时间2 593.5～2 914.4 h,无霜期145～169 d。土壤类型主要为风沙土和黄绵土,有维管植物1068 种,植被类型较少,自然生条件较差,适生植物种类较少。

2 研究方法

2.1 调查地点及方法

本研究以榆林市范围内具有代表性的公园、居住区、城市干道、广场等为调查样地,在2019 年3 月至2021 年11 月进行实地调查并拍摄照片,记录植物物候期。结合实地调查及查阅文献,整理出榆林地区野生彩叶植物名录。

2.2 研究对象

从调查整理的植物名录中,根据生长环境、观赏价值及生长表现等指标,初步筛选出榆林地区彩叶植物43 科77 属152 种作为综合评价的对象,其中乔木100 种,灌木50 种,藤本2 种。

2.3 评价方法

在广泛征求专业人士和研究团队成员意见的基础上,合理的进行衡量和选取代表性评价因子,运用可视化建模与计算辅助软件yaahp10.5 建立榆林地区彩叶植物综合评价模型,对选取的152 种彩叶植物进行综合评价分析。

2.3.1 彩叶植物综合评价模型

在借鉴前人对彩叶植物资源评价研究成果的基础上,从目标层、约束层、标准层、指标层四个层次结构构建递阶层次评价模型[7]。同时,以彩色植物的整体特征,彩叶特征和生态,适应性为准则层选取冠形美观度、叶色、抗寒性和耐热性等12 种因子等作为标准层评价指标,构建榆林市彩叶植物综合评价模型(图1)。

图1 榆林市彩叶植物综合评价体系构建

2.3.2 彩叶植物综合评价方法

在借鉴前人[8-11]评价方法的前提下建立新的5分制综合评价指标(表1),以此作为评价依据,对榆林市彩叶植物进行全面评价。

表1 彩叶植物具体评价指标和评分标准

3 结果与分析

3.1 判断矩阵、权重值与一致性检验

各评价因素的相对重要性在 AHP 评价体系中被视作关键的判断依据。基于研究目的和彩叶植物评价体系模型的要求,用1～9 比率标度量化的方式,构建不同层次的两两比较判断矩阵。本研究分别选取约束层和目标层、标准层和约束层进行比较判断分别是A-B、B-C,构建4 个判断矩阵(表2),分别是 A-Bi、B1-Ci、B2-Ci、B3-Ci 和 B4-Ci,得出各矩阵的最大特征值(λmax)和对应的特征向量(W),也就是某一层因素相对于上层的相对重要性权重。在研究中,4 个判断矩阵的一致性比率(CR)<0.1(表 2)。

表2 综合评价判断矩阵、权重值和一致性检验

3.2 评价因素的权重值比较

依据表2 的彩叶植物综合评价判断矩阵可以得出各层次结构的权重值,加权后得到各层次的总序,每个指标C 相对于最高层 A 的相对重要性权重(表3)。数据表明,在约束层整体特征(B1)上,生长势(C2)权重值最大,为0.3678;叶密度(C3)其次,为0.3080,冠形美观度(C1)排第三,为0.2422;在约束层彩叶特征(B2)上,权重值依次为叶色(C5)0.6042,彩叶观赏期(C7) 0.2007,变色率(C6)0.1207,叶形(C4)0.082 和群体变色一致性(C8)0.0744;约束层生态适应性(B3)方面,耐旱性(C9)权重值最大为0.4192,其次为耐寒性0.2970,抗病虫害能力0.1444,耐热性0.1394。综上所述,叶色(C5)、彩叶观赏期(C7)和耐旱性(C9)是彩叶植物在榆林市选择彩叶植物时最重要的评价指标。

3.3 彩叶植物综合评价分值及等级

通过表3 中综合评价权重值比较,可以计算出榆林市152 种彩叶植物的综合评价分值(表4),由此分出 4 个等级,其中:权重值较大的28 种应用价值极高的树种为Ⅰ级,综合评价分值在4.5242～4.2509 之间,包括23 种乔木4 种灌木1 种藤本;33 种应用价值较高的树种为Ⅱ级,综合评价值在4.1903～4.0629 之间,含29 种乔木3 种灌木1 种藤本;47 种应用价值一般的树种为Ⅲ级,综合评价值在3.9608～3.5082 之间,包括30 种乔木17 种灌木;44 种应用价值较差的树种为Ⅳ级,综合评价值在3.6693～4.3194,含18 种乔木26 种灌木。

表3 彩叶树种综合评价指标体系标准层C 对于目标层A 的总排序

表4 152 种彩叶树综合评分值及分级结果

应用价值极高的Ⅰ级树种有金叶槐(Sophora japonica‘jinye’)、金枝槐(Sophorajaponica‘Winter Gold')、五角枫(Acermono)、杏(Armeniaca vulgaris)、白桦(Betulaplatyhylla)、白蜡(Fraxinus Chinensis)、银杏(Ghinkgobiloba)、复叶槭(Acernegundo)、金叶风箱果(Physocarpusopulifoliusvar.luteus)、旱柳(Salixmatsudana)、五叶地锦(Parthenocissusquinquefolia) 等28 种(表5)。这些种树叶色鲜艳,以金色或红色为主,彩色叶期长,变色一致性高,树形美观,适应性很强。

表5 综合评分为Ⅰ级的28 种彩叶树种

应用价值较高的Ⅱ级树种包括紫叶小檗(Berberisthunbergiivar.atropurpurea)、红叶榆叶梅(Amygdalustriloba)、榆树(Ulmuspumila)、香茶藨子(RibesodoratumWendland)、红宝石海棠(Malus×micromalus‘Ruby’)、紫叶稠李(Padus virginiana‘CanadaRed’)、绦柳(Salixmatsudana f.pendula.)、南蛇藤(Celastrusorbiculatas) 等33种。这些树种叶色艳丽,树形较美观,适应性能力强,但有些彩叶观赏期稍短,有些变色一致性稍差。

应用价值一般的Ⅲ级树种包括榆叶梅(Amygdalustriloba)、暴马丁香(yringeamurensis)、日本晚樱(Cerasusserrulatavar.lannesiana)、金银木(Loniceramaackii)、沙枣(Elaeagunsangustifolia)、蒙古莸(Cargopterismongholica)等47 种,由于这些树种或叶色较暗,或呈彩期短暂,或冠形不突出,或者生态适应性较差。

应用价值较差的Ⅳ级树种包括珍珠梅(Sorbariakirilowii)、紫叶桃(mygdaluspersica'Atropurpurea')、麦李(Cerasusglandulosa)、金叶莸(Caryopteris×clandonensis'WorcesterGold)、接骨木(Sambucuswilliamsii)、黄檗(phellodendra amurense) 等44 种。该级树种叶色观赏一般,呈彩期较短,生态适应性低,综合评价分值作为彩叶树种的利用价值较低。

4 讨论

彩叶植物既可以丰富园林色彩,又具有良好的生态价值,成为近年来园林中广泛应用的观赏植物,也逐渐成为美丽中国和美丽乡村建设的绿化材料。人们对城市环境绿化的品质要求和需求逐渐提高,因此彩叶植物生态适应性评价尤为重要。

本文应用层次分析法,依据榆林市的气候特征、土壤性质、环境质量及栽培习惯等多方面因素,科学的筛选评价因子,从而构建出榆林市彩叶植物的综合评价模型,全面的地分析了榆林市彩叶植物的应用价值,筛选出适宜榆林市以及周边半干旱区园林绿化应用彩叶植物。对于评分较高的植物可以直接利用,对于综合评价分值较低的彩叶植物,选择适宜的生长环境条件、提升养护管理水平,仍可以在园林景观绿化中进行推广应用[12]。

朱云辰等[13]研究对未来的植物景观营造提供了依据。严慧玲等[14]在太行山区植被恢复植物筛选中应用层次分析法,筛选出耐寒性和耐旱性优秀的植物种类,效果显著。本研究对彩叶植物进行了初步的综合评分及排序,结果表明,彩叶植物在约束层 B1 上,叶色(C5)和彩叶观赏期(C7)的权重占比较高。由此证明植株彩叶观赏期和叶色因素在对彩叶植物评价中占有最重要的地位,这在朱倩玉等[15]的研究中也有所体现。具体到榆林市,彩叶植物能否适应季节性干旱、成功越冬,将直接影响到其应用效果,而植物的耐旱性(C9)、耐寒性(C10)在生态适应性评价因子中占有最大权重,也与园林生产实际相符。

本研究也存在一些不足,在彩叶植物评价因子中,许多影响因子目前还很难量化,且选取评价因子不太全面,尤其是整体特征指标中还包括寿命、是否耐移植、耐修剪、繁殖力强弱等生长指标,也未包含果实、枝条、树干、树皮等其他观赏特性指标。在下一步研究中可进一步细化评价指标,对此次综合评分高的彩叶植物应用价值进行深入研究,为日后彩叶植物的实际生产应用提供理论支持。

5 结论

在榆林市彩叶植物综合评价体系模型的构建中,依据筛选出的3 个准则层因素和12 个子准则层因素的权重占比、评分标准及等级划分标准,建立了完整的榆林市彩叶树种评价体系。在榆林市彩叶树种评价体系中,叶色(C5)权重值最大,权重值为0.3587;其次是彩叶观赏期(C7),权重值为0.1192;耐旱性(C9),权重值为0.1045;其他9 个因素权重占较小。通过综合评价指标体系的建立,将榆林市152 种彩叶植物被划分为4 个层次:有28 种彩叶植物评定为Ⅰ级,其整体表现优良,色彩鲜明、呈彩期较长,生态适应性及繁殖育种能力较强,可作为主要彩叶树种在榆林市园林绿地景观推广应用;有33 种彩叶植物评定为Ⅱ级,整体表现优良,生态适应性及繁殖育种能力较强,开发利用前景广阔;有47 种彩叶植物评定为Ⅲ级,在面对榆林市炎热干燥的环境下,其生态适应性较弱,如金叶榆、茶条槭等植物在榆林夏天炎热干燥的气候条件下容易发生枯焦的现象;如果条件允许可以选择在半荫的气候环境下引种栽植,同时需要加强日常养护管理制度,此植物仍然具有较大的利用价值;有44 种彩叶植物评定为Ⅳ级,整体表现不显著、呈彩期较短,叶色表现不太明显,开发应用潜力相对较小。