用AHP法构建耐荫植物综合评价指标体系筛选耐荫植物

摘要：在华南地区实地调查中收集了30种具有一定耐阴性的园林植物，先在60%的光照条件下预试验2个月，从中筛选出15种作为供试材料，经60 d光胁迫试验，测得与生长、生理和景观特征相关的12个指标参数，采用AHP法构建出了耐阴植物综合评价指标体系。通过综合评价将15个参试品种划分3类：评分3.0～4.0的为耐阴品种，可耐遮阴85%的阴生环境；评分2.0～3.0的为较耐阴品种，可耐遮阴75%的阴生环境；评分1.0～2.0的具有一定耐阴性，可耐遮阴60%的阴生环境。筛选出了江南星蕨等5种耐阴蕨类植物，小驳骨等3种较耐阴植物和鸟尾花等7种具一定耐阴能力的植物。

关键词：耐阴植物；层次分析法；评价指标

中图分类号：S 688文献标识码：A文章编号：1009-5500（2015）05-0084-07

近年来，随着国民经济发展和城市化进程加快，城市建筑密度也在迅速增加，由高层建筑、立交桥和片林等造成的阴蔽、半阴蔽土地不断增多，形成了大量的阴生环境[1，2]。

耐阴植物在园林植物群落中具有不可替代的独特作用，能在阳光很少的区域和阴湿的环境中良好生长，绿化环境，保持水土，因此，耐阴植物已逐渐成为阴生环境绿化的主要材料之一[3]。然而由于对耐阴植物研究开发不足，使许多阴生环境绿化难，尤其是在阴生环境不能形成乔、灌、草及阴性、阳性和中性等多种生态类型植物相互依存的自然生态群落，林下大面积土地，不仅景观不悦，而且产生了许多环境问题。

试验通过系统工程学中的层次分析法（AHP）[4]，结合植物对光胁迫反映特点进行引种试验，观测植物叶片结构、生理和景观效应指标的变化[5-8]，通过综合分析，提出评价指标体系，对各指标在评价体系中所占的权重进行具体分析，最后应用该评价指标体系对植物耐阴性进行综合评价，以期为阴生环境绿化所需植物的选择及耐阴种质的筛选提供依据。

1材料和方法

1.1试验材料

通过查阅文献和在华南地区实地调查，共收集到30种具有耐阴性的园林植物，先在60%的光照条件下观察2个月，从中筛选出15种易成活、观赏价值高的植物作为本项研究的供试材料（表1），并移入黑色遮阴网下常规管理20 d，60 d后取样分析。

1.2光胁迫处理方法

试验于2013年10月～2014年6月在深圳市职业技术学院东校区进行。试验设对照（全光照）和3个遮阴处理，用黑色遮阴网搭建不同规格的遮阴棚，3个遮阴处理的遮阴度分别为85%，75% 和60%[9]。

1.3评价指标测定方法

利用常规制片法，制作叶片切片，在显微镜下测量叶面积、表皮组织、栅栏组织、海绵组织和叶片厚度；气孔密度用火棉胶涂片法测定[10]；叶绿素采用Arnom法，叶片含水量采用干重法[11-13]；用LI-6400型光合仪测定光合作用[14]；色泽、健康状况（直立及柔软程度等）和均一性等采用目测或直接测量法[15]。

表1预试验筛选出的参试植物

Table 1Selected plants after pre-trial test

序号科名名称拉丁名1水龙骨江南星蕨Microsorum fortunei2凤尾蕨阔叶凤尾蕨Pteris esquirolii 3水龙骨胄叶线蕨Colysis hemitoma4铁线蕨铁线蕨Adiantum capillus-veneris5爵床金叶拟美花Pseuderanthemum carruthersii6爵床鸟尾花Crossandra infundibuliformis 7爵床叉花草Strobilanthes hamiltoniana8爵床马可芦莉Ruellia makoyana9铁角蕨长叶铁角蕨Asplenium prolongatum10爵床珊瑚花Cyrtanthera carnea11爵床波斯红草Strobilanthes dyerianus12杜鹃花红唇花Justicia brasiliana13爵床金脉爵床Sanchezia oblonga14柏科小驳骨Justicia gendarussa15爵床 金苞花Pachystachys lutea1.4指标体系的建立

1.4.1评价指标选择把反映植物生长的叶片结构指标、生理指标和景观指标作为植物耐阴性综合评价的一级指标[16]。

（1）叶片结构指标：以叶片厚度、栅栏组织/海绵组织及气孔密度作为影响植物生长的主要因子和评价指标。

（2） 生理指标：以同种植物在不同光处理下含水量、叶绿素a/b值及光补偿点作为生理质量评价指标。

（3） 景观指标：耐阴植物的景观质量包括：色泽、健康状况（柔软程度）、均一性和冠幅3项指标[17，18]。

1.4.2综合评价指标体系的层次结构设计供试植物耐阴性综合评价的层次结构设计见图1。将所选择的各指标按属性分成若干组，形成不同层次，使得上一层次对下一层次有支配作用，下一层次对上一层次有影响作用[19-21]。

图1植物耐阴性综合评价的层次结构

Fig.1The hierarchical structure of comprehensive evaluation for plant shading tolerance1.4.4求解判断矩阵的特征向量与最大特征根的数学模型

（1） 计算判断矩阵每一行元素的乘积 Mi

Mi=∏nj=1aij

i，j =1，2，3，…，n（2）计算Mi的 n 次方根Wi

Wi=nMi

i=1，2，3，…，n

（3）对向量W=[W1W2……Wn]T正规化

W i=Wi∑nj=1Wj

依据图1 的递阶层次结构、评价要素设置和构造各层次之间的两两比较判断矩阵，计算判断矩阵的特征根和特征向量。判断矩阵是针对层次结构中的上一层次的某要素，把本层次中的各元素排在矩阵的行与列上，对各元素进行两两比较，对其相对重要性进行量化，并选取适当的数值（权重）对该量化的重要性加以表示。

各递阶层次支配的判断矩阵见表5、6、7、8。

2.2.1准则层单排序及其一致性检验

表5植物耐阴性准则层对目标层的判断矩阵及单排序和一致性检验

Table 5The judgment matrix of rule hierarchy to target hierarchy and single arrangement and consistency check

总目标B1B2B3权重Wi最大特征根λmaxCICRB1111/20.402 1B21/211/20.319 1B31/21/310.278 82.103 3-0.448 4-0.870 8注：B1 叶片结构指标；B2 生理指标；B3 景观指标，下同

2.2.2措施层单排序及其一致性检验

表6B1支配下各项耐阴性指标的判断矩阵及单排序和一致性检验

Table 6The judgment matrix of the indexes of shading tolerance under B1 and single arrangement and consistency check

B1C1C2C3C4权重Wi最大特征根λmaxCICRC112340.690 5C21/511/51/30.106 0C31/31/511/50.106 0C41/31/51/710.097 53.107 80.053 90.060 4

表7B2支配下各项耐阴性指标的判断矩阵及单排序和一致性检验

Table 7The judgment matrix of the indexes of shading tolerance under B2 and single arrangement and consistency check

B2C5C6C7C8权重Wi最大特征根λmaxCICRC513570.613 1C61/71350.231 7C71/71/7130.095 3C81/31/51/710.059 84.266 20.088 7-0.099 4

表8B3支配下各项耐阴性指标的判断矩阵及单排序和一致性检验

Table 8The judgment matrix of the indexes of shading tolerance under B3 and single arrangement and consistency check

B3C9C10C11C12权重Wi最大特征根λmaxCICRC912340.705 7C101/911/71/50.075 7C111/31/511/50.108 3C121/21/51/710.110 23.206 20.103 10.115 52.2.3层次总排序及一致性检验

按照公式计算出了植物的各项生长指标，生理指标和景观指标对耐阴性总体目标（A）的重要性排序（表9），即：C1>C9>C5>C2=C3>C4>C6>C12>C11>C7>C10>C8。

应用AHP 程序软件包对15种参试植物耐阴性指标综合评分数据进行分析，对构造判断矩阵的一致性进行检验，3个判断矩阵的平均随机一致性CR值分别为0.060 4、-0.099 4、0.115 5，均达到了CR>0.1的要求，因此，认定3个判断矩阵具可接受的一致性，达到了一致性检验的标准。

总排序一致性指标CI=0.069 7，总排序平均随机一致性指标RI=0.893 1，检验系数（随机一致性比例）CR=0.078 0

由于C 层元素间关系较远，相对较独立，所以构造递阶层次结构模型时忽略了各指标（ C层）内部间的相互关系，同时认为准则层（B 层）元素间也相对独立。通过对各指标综合评议，利用AHP 程序分析得到递接层次中各元素的排序权重（表9）。

参试植物12个光胁迫指标的排序权值（表9）和分级评分计算耐阴性总评分进行比较，评分公式：

12WiRij

式中：N 为综合耐阴指数，Wi 为各指标权重，Rij 为各植物耐阴指标分级评分。通过以上公式计算出耐阴植物综合耐阴能力排序（表10）。

表9层次总排序及一致性检验

Table 9The total taxis of hierarchy and consistency check

准则层B1B2B30.402 10.319 10.278 8总排序方案层C10.690 50.277 6C20.106 00.042 5C30.106 00.042 5C40.097 50.039 2C50.613 10.031 1C60.231 70.195 6C70.095 30.073 8C80.059 80.019 1C90.705 70.196 7C100.075 70.021 1C110.108 30.030 1C120.110 20.030 7CIi0.053 90.088 70.103 1CIRICRRIi0.893 10.893 10.893 10.078 70.893 10.088 1CRi0.060 4-0.099 40.115 50.088 1

表10供试植物耐阴能力综合评价

Table 10Comprehensive shading tolerance evaluation of tested plants

序号名称C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12总得分耐阴

等级1江南星蕨4144433444443.603 112胄叶线蕨4243444433333.597 213铁线蕨4344333444423.595 614阔叶凤尾蕨3344444433333.401 315长叶铁角蕨3344433444423.349 116小驳骨4212332333312.975 727马可芦莉3232323343412.888 128金苞花2212222332312.172 729鸟尾花2222211334211.957 9310叉花草2221111131241.878 2311珊瑚花2123112324231.862 0312红唇花3112212312141.850 7313金叶拟美花2112211213221.470 0314波斯红草1112212212131.245 7315金脉爵床1112112213211.204 43权重值0.27000.04250.04250.03920.03110.19560.07380.01910.19670.02110.03010.03073讨论与结论

3.1讨论

研究结果证明，耐阴园林植物具有在弱光条件下为适应光照条件的变化而产生一系列改变，从而保持自身系统的平衡状态，并能进行正常生命活动的能力；耐阴园林植物的生长发育除受光照这一主导因子影响以外，环境中其他因子对其生长发育也有一定的影响。这与多数文献报道相一致[23]，同时启示进一步开展各环境因子间相关性研究是深入研究耐阴园林植物的主要方向之一。

关于光照、温度、水分和土壤等环境因子对耐阴植物影响的研究有一定报道，但仅限于生长发育、产量及有效成分等领域，且主要集中在生长过程和最终产品上，而对品质形成过程中生长及相关景观效应的研究还相当薄弱[24]。

有针对性地研究了园林植物综合评价的指标体系，筛选出了几种耐阴园林植物种质材料，对开发利用乔木下层及其他阴生环境下的弱光空间资源、阴生环境生态绿化的植物群落配置、提高城市绿化的综合效益等具有重要的实用性。

由于城市绿化植物的观赏特性和功能，植物的耐阴性还需考虑植物的形态和发育期，在具体评定和选择中，应进行综合考虑。

3.2结论

1）对植物耐阴性综合评价可以看出，供试的15个品种可以分为3类：评分在3.0～4.0为耐阴品种，可以在遮阴85%的阴生环境种植；评分在2.0～3.0为较耐阴品种，可在遮阴75% 的阴生环境种植；评分在1.0～2.0的品种具有一定耐阴性，可在遮阴60% 的阴生环境种植。

2） 结果表明，江南星蕨、胄叶线蕨、铁线蕨、阔叶凤尾蕨和长叶铁角蕨的总评分较高，耐阴生环境，该结果与其田间栽培试验的表现一致，可作为高层建筑、立交桥和片林等造成的阴-蔽、半阴-蔽阴生环境的绿化植物。

3）小驳骨、马可芦莉和金苞花的总评分较低，说明其耐阴能力仅次于江南星蕨等5种较耐阴植物。

4）鸟尾花、叉花草、珊瑚花、红唇花、金叶拟美花、波斯红草和金脉爵床4个品种的总评分最低，但均具一定的耐阴能力和耐阴潜力。

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