21个紫薇品种园林应用价值的综合评价

叶康，秦俊，胡永红，刘建中，王一椒

(1.上海辰山植物园，上海 201602；2.上海城市树木生态应用工程技术研究中心，上海 200020；3.青阳县林业局，安徽 池州 242800)

紫薇属隶属于千屈菜科，本属植物全世界约有55种，分布于热带和亚热带，南至澳大利亚，北到日本；中国有15个种，包含8个特有种[1]。其中，紫薇是非常优良的夏季观花灌木，在我国分布广泛，且在世界广泛栽培，通过不断改良，形成很多品种。

作为观赏植物，紫薇的研究主要包括资源调查[2-6]、品种分类与选育[7-13]、观赏性及适应性评价[14-18]、园林应用与专类园建设[8,18-24]、花期调控技术[25]、快繁技术[26]、管养技术[27-28]及矮化措施[29]等方面。综合评价方面有，李振芳等[14]以初选的42个紫薇单株为试验材料，选取花色等12个性状作为评价指标，基于层次分析法建立了紫薇优良单株综合评价选择体系，筛选出22个优良单株作为品比试验材料，然后基于满意度多维价值理论分析法建立了紫薇优良无性系的多目标评价体系，优选出5个花色鲜艳、综合性状优良的无性系。翁春雨等[16]通过对15份不同紫薇种质资源进行包括繁殖特性等4方面的栽培对比试验，观测分析出苗率等9个方面的性状与数据，利用数量评价的方法定量制定栽培适应性评价标准，综合评价得知，红火箭、红火球、多花紫薇各方面表现都比较优良，适于大量在海南推广使用，为紫薇栽培和园林应用推广提供理论依据。顾帆等[17]选取11个花部性状作为评价指标，通过灰色关联度法分析评价120个国内紫薇品种的观赏价值，建立一套比较全面客观的国内紫薇品种观赏性状评价体系。

层次分析法是在将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案3个层次的基础上进行定性和定量分析的决策方法；主成分分析法确定权重科学客观，有效降低主观赋值的主观影响；聚类分析法既可以将某些未知个体正确的归属到其中的某一类[30]，也可以在未知群体具体分类的情况下，通过数据分析对群体进行分类，是研究植物资源分类和亲缘关系的主要方法之一。层次分析法、主成分分析法和聚类分析法为研究植物品种选育及对其进行综合评价提供了科学方法，在观赏树木[31-34]、花卉[35-37]、果树[38-39]等综合评价及利用上得到了广泛应用。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为来源于国内外的21个品种，分别为丹红紫叶、火红紫叶、赤红紫叶、红火箭、红火球、红叶、飞雪紫叶、银辉紫叶、金晃、姬、紫精灵、猩红、王、阿波罗、川红、百丽、樱桃摩卡、暗香梅子、拿铁咖啡、薄荷蕾丝、红罗马大帝紫薇，均为三年生苗，露地栽培于上海辰山植物园苗圃，常规管养。试验于2020年3—11月进行。

1.2 方法

1.2.1 评价指标的选择及测定

根据观赏植物资源的筛选要素和资源评价目的，参考国内外同类评价的指标体系[30,39-40]，结合试验目的，以问卷形式征询园林专业从业人员、园林专业学生、非园林从业人员及非园林专业学生4类人群意见以确定评价指标。共回收有效问卷120份，最终选择生长势、再生能力、成花能力、株型、树皮形态、新枝颜色、叶色、花期天数、花序大小、花色、抗病虫害能力及耐水湿能力12个性状作为具体评价指标。其中，数量性状测定时，每品种选择生长健壮、整齐一致、无病虫害的5株观察记录，最后求平均值，如花序大小；质量性状测定时，每品种随机选择10株观察记录，如生长势等，而质量性状的花色则采用RHS比色卡测定。为了减少试验测试误差，同一性状测量工作由同一人进行操作。

1.2.2 主成分分析法计算权重

运用SPSS 23.0软件对12个指标进行主成分分析，得到各评价指标的公因子方差，将各公因子方差进行归一化，即得到各指标的权重值[41-42]。

1.2.3 层次分析法计算得分

图1 紫薇品种园林应用价值的综合评价结构模型

表1 紫薇品种园林应用价值综合评价指标的评分标准

1.2.4 聚类分析法划分等级

以21个紫薇品种的综合得分值为指标，以欧式距离的平方为相似尺度，采用组间连接的方法进行系统聚类分析[43]，对21个紫薇品种进行园林应用价值等级划分。以上过程均由Excel 2016及SPSS 23.0软件完成。

2 结果与分析

2.1 紫薇品种的生长表现

基于21个紫薇品种的生长状况，采用拟定的5分制评分标准，对每个紫薇品种的12个性状分别进行打分(表2)。

表2 不同紫薇品种评价指标

2.2 应用价值的评价指标

2.2.1 主成分分析

表3显示，对选取的株型、叶色、成花能力等12个评价指标进行主成分分析。通过方差分解，提取株型、叶色、新枝颜色、花色、花序大小5个主成分，其方差贡献率分别为26.64%、18.94%、14.55%、13.38%和8.72%。前5个主成分的累计贡献率已达82.23%。由此说明，以株型、叶色、新枝颜色、花色、花序大小作为综合评价指标来反映和评价紫薇品种园林应用价值的信息可靠性在80%以上。

2.2.2 评价指标权重

将主成分分析得到的公因子方差进行数据归一化，即得到各指标权重。表4显示，株型的权重值最高，其次是叶色、耐水湿能力和花期，新枝颜色的权重值在12个指标中最低。因此，在紫薇引种时，可优选株型饱满、叶色艳丽、耐水湿能力强以及花期长的品种。

表3 方差分解主成分提取分析

2.3 21个紫薇品种的园林应用价值综合评价

2.3.1 应用聚类

由图2可知，根据聚类结果，21个紫薇品种可分为3类，每类包括7个品种。

表4 公因子方差

2.3.2 应用评价

21个紫薇品种的园林应用价值可分为3级(表5)。其中，薄荷蕾丝、丹红紫叶、红叶、火红紫叶、红火箭、阿波罗和红火球被划分为Ⅰ级，这7个品种不仅株型紧凑、长势好、抗性强、几无病虫害，而且花序大、花期长、花色艳丽。尤其红火箭适应性广，抗逆性强；新枝及新叶酒红色，老叶绿色略带红晕，叶芽在开花前为深红色，开花时变成樱桃红；圆锥花序，最长可达57 cm，犹如火箭，花色鲜红、艳丽；多次开花，花期超过4个月，是珍贵的大红紫薇品种。因此，可增加这些品种在上海地区园林中的应用。红罗马大帝、猩红、赤红紫叶、飞雪紫叶、樱桃摩卡、紫精灵和银辉紫叶被划分为Ⅱ级，花期不及Ⅰ级品种长，一般在3个月左右，花朵大小中等，长势一般，抗病虫害能力适中，或不耐水湿，可有选择地应用，且需适当加强水肥管理。姬、川红、金晃、王、暗香梅子、百丽和拿铁咖啡被划分为Ⅲ级，长势较差，不耐水湿，株型凌乱，枝条柔软，花期短，不适合园林中应用。

图2 21个紫薇品种园林应用价值的综合评价得分的聚类分析

表5 紫薇品种园林应用价值综合评价得分及评级

3 小结与讨论

综合应用层次分析法、主成分分析法和聚类分析法对21个紫薇品种的园林应用价值进行综合评价。结果显示，21个紫薇品种可分为3个等级：Ⅰ级为综合得分值在3.5分以上，园林应用价值高，包含薄荷蕾丝、丹红紫叶、红叶、火红紫叶、红火箭、阿波罗和红火球7个品种；Ⅱ级为综合得分值在3.0～3.5分，为应用价值一般的品种，筛选出红罗马大帝、猩红、赤红紫叶、飞雪紫叶、樱桃摩卡、紫精灵和银辉紫叶7个品种；Ⅲ级为综合得分值在3.0分以下，应用价值低，不适合园林应用，筛选出姬、川红、金晃、王、暗香梅子、百丽和拿铁咖啡7个紫薇品种。筛选出的Ⅰ级品种可以直接在上海园林中推广应用。

评价指标根据紫薇外部形态特征及环境适应过程中表现出的表型特征来进行筛选，选择株型、叶色、新枝颜色、花色、花序大小、花期、树皮形态、抗病虫害能力、耐水湿能力、生长势、再生能力、成花能力12个性状作为评价指标，经主成分分析结果可知，前5个主成分的方差贡献率达82.2%，可概括出花期、树皮形态、抗病虫害能力、耐水湿能力、生长势、再生能力和成花能力7个指标，包含品种性状的绝大多数信息。

指标权重的合理性直接影响评价结果的准确性，因此在综合评价中，指标权重的确定方法占有重要地位。层次分析法具有系统、灵活、简洁的优点，然而其评价指标权重的确定主要通过大量问卷数据的分析，最终结果与评价人员的侧重点和意愿有很大关系，易受主观因素影响，导致评价结果主观性较强[42]。本研究依据客观数据之间的关系，用主成分分析法替代层次分析法计算各项指标的权重，使得多指标综合评价中的评价结果更为客观与科学。