慕德宇房乐瑶张睿王治华刘瑾

(1.山东建筑大学艺术学院，山东 济南 250101；2.山东建筑大学园林植物研究所，山东 济南 250101)

0 引言

水是园林建设中的“血液”与“灵魂”，水景作为园林景观设计中的精髓，在城市景观绿化中发挥着不可替代的作用，成为园林景观中不可缺少的部分[1-2]。 水生植物是组成园林水景的重要素材，在丰富水景景观效果、净化水体、稳固堤岸、保持水体生态平衡、创造园林意境等方面有着极其重要的意义[3]，是园林景观规划设计不可或缺的主要内容之一。 近年来，随着生态型城市建设的提出[4]，为满足生态学理念，水生植物种类的多样化、景观化已经成为园林水景的重要指标之一。 如何科学合理地利用植物材料，发挥其在园林水景中的生态与景观功能就显得尤为重要。

水生植物具有较高的观赏性，按照生活类型，通常可以将其分为挺水植物、浮水植物、漂浮植物、沉水植物等4 类。 不同生活型水生植物种类丰富程度及种间的合理搭配会影响水体质量的改善、景观效果的呈现、水体生态系统维持等方面。 目前，针对水生植物在园林水景中的应用研究主要集中在水生植物资源调查及种类的主观性综合分析[5-6]、应用现状与净化能力研究[7-8]，及其资源与配置模式[9-11]等，而针对水生植物资源现状调查及客观性综合评价研究罕见报道。 此外，随着育种手段的提升，越来越多的水生观赏植物引入城市园林绿化，然而受气候因素影响，同种植物在不同地域、城市的观赏效果、景观持续性、生态功能等因素差异较大[12-13]。因此，有必要针对城市中水生植物应用现状、配置模式、适应性等特性进行客观、合理地综合性评价与分析，为城市水生植物景观营造提供依据。

济南作为一座历史文化名城，拥有72 名泉，享有“四面荷花三面柳，一城山色半城湖”的美誉，坐拥“山、泉、湖、河、城”独特风貌，具备得天独厚的水资源优势。 近几年，济南市越来越重视生态城市的建设，城市水景建设高速发展，水生植物的开发应用与研究在当前城市水景建设中显得格外重要。 然而，水景绿化方面的研究就相对滞后[14]。 因此，了解济南市公园水生植物现状及配置情况，明确当前济南水生植物选择应用的不足之处，从而科学合理地搭配水生植物已成为济南水景建设亟待解决的问题。 为此，文章通过实地调查济南城市公园水生植物开发应用、生长适应以及观赏价值等，采用层次分析和聚类分析的方法综合分析与评价济南市公园主要水生植物的种类分布、应用现状、景观效果及开发潜力，旨在为济南城区园林水景绿化提供理论基础。

1 研究方法

1.1 研究区概况

济南市位于山东省中西部，地处鲁中南低山丘陵与鲁西北冲积平原的交接带上，地势南高北低。其南临泰山，北跨黄河，背山面水，因境内有72 名泉，河流资源丰富、泉水遍布，又称泉城。 研究区位于东经116°11′～117°44′、北纬36°01′～37°32′，属暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明、春季干旱少雨、夏季炎热多雨且雨热同季，秋季较为清爽、冬季气温低。 其年均温度为14.2 ℃，而极端最高、最低温度分别为40.5、-19.7 ℃。 常年平均降水量在650～700 mm之间，无霜期可达210 d，冬季一般在11 月上旬至次年3 月下旬。 土壤主要以褐土、棕壤为主；土层厚度在3～10 m 之间。

1.2 调查方法

利用卫星地图、查阅资料并结合实地考察，踏查了济南城区现有水域，全面了解济南城区河、湖、泉、池、溪等水体类型，系统掌握水生植物种类、分布、生长、适应、搭配等相关信息，为调查点的选择、标准样方的布设以及评价指标体系的构建提供依据。

1.2.1 调查点的选择

根据济南城区公园景观水体特征及分布区域，选取水生植物相对丰富、人流量高且具有代表性的大明湖公园、趵突泉公园、泉城公园、五龙潭公园、济南植物园、济南森林公园作为调查研究对象。

1.2.2 标准地和标准样方的确定

在全面踏查的基础上，依据6 处公园水体类型、大小以及水生植物的异质性和典型性布设标准样地、选择标准样方(见表1)。 每处公园布设标准样地＞6 块，每块标准地中选择有代表性的标准样方＞3 个，其规格为1 m×1 m。

表1 标准样地和样方布设情况表

1.2.3 调查时间

依据水生植物景观的季相性，分别于2021 年4、6、10 月进行样方调查，详细记录济南6 处公园水生植物的有关信息数据。

1.2.4 数据采集

在选定的所有标准样方中现场观测、拍照、记录其水生植物种类、分布、生长、应用、配置、株型、绿期、花期、花色、果型、叶色、生活类型等方面的信息数据；现场难以确定水生植物种类的，采集标本带回室内，查阅文献鉴定物种。

1.3 评价指标体系的构建

1.3.1 评价指标的界定

综合考虑指标体系的系统性和科学性，通过前期查阅资料，参考并借鉴已有的研究成果[12-15]，并结合济南水生植物特点和应用现状，确定水生植物开发应用情况、生长适应情况、观赏价值3 个方面的指标作为准则层，品种开发利用、生活类型、应用情况、健康状况、适应性、株型、花(形、色)、叶(形、色)、果(形、色)、花期、绿期，共11 个因子为指标层。

1.3.2 评价指标权重的确定

按照1～9 互反标度法[16]进行两两比较，确定各指标中每两个因素之间的重要性，数值越大说明其比另一个因素重要性越大，倒数表示两个指标的反比较。 通过专家打分法获取评价指标体系中各指标重要性标度值，然后构建判断矩阵，计算一致性比率(Consistency Ratio，CR)，当CR 值＜0.1 时，说明矩阵构建合理，得出各层矩阵的特征向量，作为各层指标的权重。

为了规范和界定每种水生植物的评分标准，邀请了高校、科研、管理、生产等长期从事园林方面的9 位专家参与评分。 根据问卷调查的统计结果，在保证CR＜0.1 具有满意的一致性的条件下，剔除不一致的问卷，构建具有一致性的判断矩阵，同时计算各个评价因子的权重值。

1.3.3 综合量化评分

根据水生植物的观赏特性，并借鉴现有观赏植物评价标准[17-18]，确定评价指标体系中各个评价因子的评分标准(见表2)。 针对济南城区公园水生植物现状，将其11 类评价因子划分为3 个等级，对应的分值分别为3、2、1。

1.4 数据处理

将各个标准样方调查采集的信息数据，利用电子表格Excel 分类整理和归纳，利用层次分析法yaahp10.3 软件计算出评价因子的权重值，综合量化每项指标，采用统计产品与服务解决方案(Statistical Product and Service Solutions，SPSS)22.0 软件对济南城区公园32 种(或变种)水生植物分别进行层次分析和聚类分析，并用Excel 绘制相关图表。

层次分析法[19](Analytic Hierarchy Process，AHP)中，水生植物综合评价得分V的计算式由式(1)表示为

式中n为因子数，个；B为因子评分；W为因子权重值。

根据式(1)得出济南市常用水生植物的综合评价指数(Composite Evaluation Index，CEI)，由式(2)表示为

式中S为评价分数值；S0为理想值(取每一个因子的最高分与权重值相乘叠加而得)。

综合评价指数作为分级依据，可用于确定各水生植物的评价等级。 85%～100%为Ⅰ级，植物综合表现最好；70%～85%为Ⅱ级，植物综合表现较好；55%～70%为Ⅲ级，植物综合表现一般；CEI 值40%～55%为Ⅳ级，植物综合表现较差[19]。

聚类分析[20-21]计算式由式(3)表示为

式中DKL为GK和GL两类的距离；mK和mL分别为Gk和GL两类中的样品个数；dij为第i个样品与第j个样品之间的相对距离。

2 结果与分析

2.1 水生植物开发应用特色

济南市6 个公园、165 个标准样方的调查数据见表3。 其中，适生性主要参考《中国植物志》[22]和《园林花卉学》[23]并结合实地观测进行评价。 由表3 可知，济南市6 处公园主要应用的水生植物有32 种(或变种)，分别隶属于23 科28 属。 其中挺水植物23 种，占水生植物种类的71.9%；浮水植物3种，占水生植物种类的9.4%；漂浮植物2 种，占水生植物种类的6.2%；沉水植物4 种，占水生植物种类的12.5%。 由此可见:济南市水生植物应用中挺水植物占有较大优势，而浮水、漂浮植物应用种类少，主要以睡莲、浮萍为主；沉水植物主要有金鱼藻、黑藻、狐尾藻、菹草4 种。

在所有调查类型的水生植物中:禾本科的水生植物种类应用最多，占总数的15.6%；其次是雨久花科，占其总数量的9.4%。 观花的水生植物包括荷花、睡莲、菖蒲、黄菖蒲、千屈菜、梭鱼草、雨久花等，其中荷花和睡莲应用品种最多，花色也极为丰富；观叶的水生植物有慈姑、泽泻、芦苇、花叶芦苇、芦竹、花叶芦竹、风车草等；观果的水生植物种类较少，主要有香蒲、小香蒲。 在32 种(或变种)水生植物中:耐旱性强的种类有芦苇、花叶芦苇；耐寒性强的水生植物有菖蒲、黄菖蒲、灯心草、水芹、水葱、荇菜、浮萍；不耐寒的水生植物有梭鱼草、雨久花、再力花、小香蒲、菰。

调查发现，6 处公园在水生植物的运用和搭配方面各有特色。 水生植物种类应用最多的为济南植物园31 种、森林公园28 种；水生植物种类应用最少的为趵突泉公园，其种类仅为7 种。 由于植物园是济南的科普教育基地，设计建有水生植物园，利用木栈道将水体分割成不同区域，其间搭配不同的水生植物，水体景观丰富且观赏性高；而森林公园中的水体景观以展现湿地景观为主，突出自然美，水生植物种类如芦苇、香蒲等占据比例适中，颇有田园野趣之味；另外，在水生植物栽植形式方面，泉城公园采用竹筏式的浮床形式扩大了水生植物的应用范围。

2.2 园林观赏综合性评价

2.2.1 层次分析法

(1) 评价因子权重评分

通过层次分析法得出水生植物综合评价因子权重(见表4)，其中准则层中开发应用情况(B1)、生长适应情况(B2)、观赏价值(B3)的权重分别为0.14、0.29 和0.57，B3 的权重值最高，说明在进行公园水体景观植物配置时，影响水生植物应用的因素中，观赏价值处于首要地位，是水生植物选择时最先考虑的因素。 在指标层的权重值中，花期(C10)的权重值最高，其次是健康状况(C4)和绿期(C11)，说明水生植物的花期长短、健康状况和绿期长短尤为重要。

表4 层次结构模式及各评价因子权重值表

(2) 综合评价结果

依据层次分析法和表4 所得权重，整理汇总165 个标准样方的调查数据。 济南公园主要运用的32 种水生植物综合评价等级结果见表5。

表5 植物综合评价指数CEI 及等级表

综合评价指数在85.00%～100.00%之间的有4 种，分别为荷花、睡莲、再力花、花叶芦竹，其中综合评价指数最高的是分值为94.26%的荷花，其次是分值为92.38%的睡莲。

综合评价指数在70.00% ～85.00%之间的有12 种，分别为菖蒲、黄菖蒲、梭鱼草、慈姑、香蒲、芦苇、花叶芦苇、芦竹、水蓼、粉美人蕉、水葱、荇菜。

综合评价指数在55.00% ～70.00%之间的有9 种，分别为千屈菜、雨久花、凤眼蓝、泽泻、小香蒲、菰、风车草、灯心草、黑三棱。

综合评价指数在40.00% ～55.00%之间的有7 种，分别为水芹、浮萍、眼子菜、菹草、金鱼藻、黑藻和狐尾藻。

2.2.2 聚类分析评价法

基于层次分析法计算获得32 种水生植物在开发应用、生长适应以及观赏价值方面的11 个因子的各项综合评价指标量化结果(见表6)，采用组间连接方法进行系统聚类分析，同时绘制出32 种水生植物的11 个主要评价指标聚类分析(如图1 所示)。

图1 32 种水生植物开发应用与观赏效果聚类分析图

表6 32 种水生植物主要评价指标量化表单位:%

聚类分析表6 中的水生植物评价指标，可将其分为4 类。

K1 类包括荷花、睡莲、菖蒲、千屈菜、黄菖蒲、芦苇、芦竹、花叶芦苇、再力花、花叶芦竹，共有10 种植物。 其应用广泛、生长适应情况和观赏价值都很高，是济南公园水体造景的基础材料和主要应用种类。

K2 类包括梭鱼草、雨久花、泽泻、菰、慈姑、风车草、凤眼蓝、荇菜、粉美人蕉，共有9 种植物。 其具有观赏价值高，健康状况较好，应用情况较少，开发应用潜力大，在水生植物开发利用时应予以重视。

K3 类包括香蒲、水葱、灯心草、黑三棱、小香蒲、水蓼，共有6 种植物。 其观赏价值较高，健康状况一般，且绿期长，在应用过程中应注意选择适宜其生长的立地条件，并注重后期的养护管理。

K4 类包括金鱼藻、狐尾藻、黑藻、浮萍、眼子菜、菹草、水芹，共有7 种植物。 其观赏价值较低，应根据实际情况适量选用。

2.2.3 园林观赏综合性评价方法比较

由两种分析评价方法得出的结果可知，两种评价方法均将荷花、睡莲、再力花、芦苇划为景观表现最好的类别(Ⅰ级和K1 类)，金鱼藻、黑藻、狐尾藻、浮萍、菹草、水芹、眼子菜均归为景观表现最差的类别(Ⅳ级和K4 类)，其他水生植物被归类到另外的组别中(见表7)。 其中，层次分析法将32 种水生植物归为Ⅰ级(景观最好等级)的有4 种，聚类分析法将32 种水生植物划分为K1 类(景观最好等级)的有10 种，即在层次分析法划定种类的基础上，又拓展了6 种水生植物为景观最好的类别，为济南公园水生植物开发应用规划留有更多选择。 层次分析法将雨久花、凤眼蓝划分为Ⅲ级(景观一般等级)的主要原因是两种植物在济南公园中的应用频率较少，而聚类分析法将其归为K2 类(景观效果较好等级)，是因其观赏价值较高，是难得的观花水生植物，并且能与其他水生植物搭配形成良好的景观效果。 层次分析法将香蒲、水葱划分为Ⅱ级，是因其在公园应用中出现的频次多，而聚类分析将其划分为K3 类，究其原因是香蒲和水葱在诸如泉城公园等水景处，存在大量倒伏现象，健康状况一般，叶和花观赏性受到影响。 风车草在济南公园中的应用频率较少，层次分析法将其划分为表现一般的Ⅲ级，而聚类分析法将其归为表现较好的K2 类，是因为风车草的叶形独特，其为良好的观叶水生植物，在诸如森林公园的水景植物配置中点缀适宜，恰到好处。 由此可见，聚类分析法在水生植物客观性评价中更为精确，符合实际情况。

表7 两种方法评价结果对比表

层次分析法是运用植物综合评价指数的差值百分比和预设的分级标准进行分级，评分越高，其等级越高，并只能体现植物综合表现，而无法进一步分析植物各准则层表现的差异；聚类分析法是根据对植物各项因子评分的相似性划分类别，同一因子表现相似的植物被划分到同一组别中，表现差异较大的则被划分到不同组别中，以此来达到“物以类聚”的效果，其与植物的总体评分无关，能够体现植物各项指标的表现特征，从而更有利于依据各种水生植物的表现特点，有针对性地指导水景植物的配置。

3 结论

通过上述研究可知:

(1) 济南6 处公园应用的主要水生植物有32 种(或变种)，隶属于23 科28 属，其中挺水植物、浮水植物、漂浮植物、沉水植物分别为23、3、2、4 种。层次分析法将32 种水生植物划分为4 个等级，其中Ⅰ级共4 种，综合景观效果最好；Ⅱ级共12 种，综合景观效果较好；Ⅲ级共9 种，综合景观效果一般；Ⅳ级共7 种，综合景观效果较差。

(2) 聚类分析法将32 种水生植物划分为4 大类，其中K1 类共有10 种，是济南公园水体造景的基础材料和主要应用种类；K2 类共有9 种，其观赏价值高、健康状况较好，应用情况较少而开发应用潜力大，在水生植物开发利用时应予以重视；K3 类共有6 种，其观赏价值较高、健康状况一般、绿期长，在应用过程中应注意选择适宜其生长的立地条件，并注重后期的养护管理；K4 类共有7 种，其观赏价值较低，应根据实际情况适量选用。

(3) 两种评价方法均将32 种水生植物分为4 类，虽然分类结果有差异，但也存在相同之处，如两种分类方法均将荷花、睡莲、再力花、芦苇划为景观表现最好的类别，而金鱼藻、黑藻、狐尾藻、浮萍、菹草、水芹、眼子菜归为景观表现较差的类别。 相比于层次分析法，聚类分析能够体现水生植物各项指标的表现特征，更具客观性，与实地调查结果吻合度高，有利于指导水生植物在生产实际中的景观配置。