李 翔，杜小姣,2，朱敏群,2，黄慧青,2

(1.厦门日懋城建园林建设股份有限公司，福建 厦门 361101；2.深圳市日昇园林绿化有限公司,深圳 518040)

用AHP法构建耐荫植物综合评价指标体系筛选耐荫植物

李 翔1，杜小姣1,2，朱敏群1,2，黄慧青1,2

(1.厦门日懋城建园林建设股份有限公司，福建 厦门 361101；2.深圳市日昇园林绿化有限公司,深圳 518040)

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。

耐阴植物；层次分析法；评价指标

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，林下大面积土地裸露，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 1 Selected plants after pre-trial test

1.4 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.1 The hierarchical structure of comprehensive evaluation for plant shading tolerance

1.4.4 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

i，j=1,2,3,…，n

(2)计算Mi的n次方根Wi

i=1，2，3，…,n

则W=[W1W2…………Wn]T即为所求的特征向量。

(4)计算判断矩阵最大特征根λmax

式中：(AW)i为AW的第i个元素。

(5)检验判断矩阵的一致性

式中：CI为一致性指标；n为矩阵阶数；RI为平均随机一致性指标；CR为随机一致性指标。

(6)层次总排序及其一致性检验

式中：αi为特征向量；CIi和RIi分别为与αi对应层次( B层或层C) 中判断矩阵的一致性指标和随机一致性指标。

用Excel软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 植物耐阴性指标的分级与各耐阴指标综合评分

根据实测统计数据对参试植物各项耐阴性指标进行4级制分级。标准分值的标定方法依据供试品种对光胁迫反应性状的实测值与全光照的定量值之间的相对值确定，按1～4的标度确定分值等级。其中，景观指标依据遮阴85%下的实际表现进行评分，其他指标依据遮阴度85%实测值与全光照对应的相对值来确定。因此，该标准分值被认为只适用于本次试验被评定的15个品种，如果扩大应用，可根据试验品种的性状反应给予新的分值标度，为了避免试验误差引起的判断失误，可根据经验剔除或修正偏激数据[22]。参试的15个植物品种分级标度范围见表2。

表2 供试植物耐阴性指标体系及适应性评级标准Table 2 Shading tolerance indexes of tested plants and adaptation evaluation criterion

对植物耐阴性指标调查统计数据进行平均值处理(标准化处理)，针对供试品种因生理特性不同产生的不具可比性的情况，对各指标的数据进行转化，均采用相对值的形式进行比较，使植物指标之间具有可比性(表3)。

相对值=(处理值/对照值)×100%

通过分级标准及耐阴指标的实测相对值(表2，3)，对供试品种评分，得出不同耐阴指标的得分(表4)。

表3 供试植物耐阴性各项指标相对值Table 3 Relative value of shading tolerance indexes of tested plants %

注：C1叶面积；C2叶片厚度；C3栅栏组织/海绵组织；C4气孔密度；C5叶绿素总量；C6叶绿素a/b；C7含水量；C8光补偿点；C9色泽；C10健康状况；C11均一性；C12冠幅，下同

表4 供试植物耐阴指标综合评分Table 4 Score of comprehensive evaluation on shading tolerance of tested plants

2.2 评价指标权重系数集的确定

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

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

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

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

2.2.3 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<0.1，表明具有满意的一致性。

2.3 综合评价

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 9 The total taxis of hierarchy and consistency check

表10 供试植物耐阴能力综合评价Table 10 Comprehensive shading tolerance evaluation of tested plants

3 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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Selection of shading tolerance plants based on comprehensive evaluation index system with AHP approach

LI Xiang1,DU Xiao-jiao1,2,ZHU Min-qun1,2,HUANG Hui-qing1,2

(1.XiamenRimaoLandscapeArchitectureCoLtd,XiaMen361000,China；2.ShenzhenRishengGardeningCoLtd,Shenzhen518040,China)

Based on the field survey,30 species of shading tolerant garden plants were selected in southern China.The pre-selection trial was conducted under 60% of full sunlight condition for 2 months and 15 species were selected for further test under light stress for 60 days.12 indexes in terms of growth,physiology and landscape were measured to establish a comprehensive evaluation index system (CEIS).15 selected species were divided into 3 types by using CEIS,including the high shading tolerance plants with the score of 3.0 to 4.0 could grow under 80% of shading,the medium shading tolerance plants with the score of 2.0 to 3.0 could grow under 75% of shading,and the low shading tolerance plants with the score of 1.0 to 2.0 could grow under 60% of shading.Based on CEIS,5 species with high shading tolerance,3 species with medium shading tolerance and 7 species with low shading tolerance were selected.

shading tolerance；plant；comprehensive evaluation；index

2015-06-11；

2015-09-08

深圳市战略新兴产业发展专项(CXZZ20120831 141454246)资助

李翔(1966-)，男，安徽省合肥市人，硕士，园林工程师，从事园林设计和科学研究工作。 E-mail：384719733@qq.com

S 688

A

1009-5500(2015)05-0084-07