基于层次分析法的皖北地区引种的彩叶植物综合评价1

张晓玮，龚雪梅，李琳，周志翔，柳丹

（1.阜阳职业技术学院生化工程系，安徽阜阳236031；2.华中农业大学园艺林学学院，武汉430070；

3.浙江农林大学环境与资源学院，杭州311300）

彩叶植物是一类观赏价值和体验价值较高的植物，能够在整个生长季节或生长季节的某一阶段，较稳定地呈现明显区别于自然绿色的其他色彩[1]，从而改变单一绿色植物的单调乏味，提升艺术效果，丰富色彩。目前，我国经济发达地区相继引入驯化包括金色、花叶、银灰色、红色、紫色等叶色类型多变的乔、灌、藤等彩叶植物，它们在植物景观领域已经得到较大范围推广[2]，颇受欢迎。

有关彩叶植物前期的研究多数集中在彩叶植物树种的推介及展望、资源调查和繁殖繁育等方面，对彩叶植物的适应性评价研究不多，且多集中于北方地区。也有部分研究利用高效液相色谱（HPLC）、分子标记扩增片段长度多态性（AFLP）等技术对国内外植物的遗传多样性、种质资源鉴定、生漆主要成分（漆酚、漆酶、漆树多糖）等进行了大量研究[3-6]。而对皖北地区彩叶植物综合评价的研究还未有报道。本文将基于美国运筹学家托马斯·萨提提出的层次分析法，对引种到皖北地区的43种彩叶植物进行综合评价。层次分析法（analytic hierarchy process,AHP）首创于20世纪70年代，它是一种定性与定量相结合的决策分析方法，其突出特点是可以将复杂问题分解成若干个层次，在较原问题简单得多的层次上逐步分解分析，并可将人的主观判断和定性分析用数量分析表述、转换和处理[7]。因此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[8-12]。本文目的在于筛选出适应皖北地区的、应用价值高的彩叶植物，为皖北地区的城市绿化增添新的色彩。

1 研究方法

1.1 调查地点及方法

2015年9月至2017年8月，分别在春、夏、秋、冬4个时间段，对皖北地区（含阜阳市、亳州市、淮北市、宿州市、蚌埠市）的所有城市公共绿化用地及公园等进行实地调查和现场拍摄照片，并查阅文献，调查近5年在皖北地区引种驯化且应用较为广泛的彩叶植物种类。对于不能直接确定种类的彩叶植物，经拍照、采集标本后，对照工具书进行鉴定。

1.2 研究对象

通过调查，选取皖北地区近年来引种驯化成功并应用较为广泛的彩叶植物43种（表1），作为综合评价的对象。

1.3 方法

基于实际情况及合理衡量各评价因子，构建出皖北地区彩叶植物综合评价模型，对这43种彩叶植物利用层次分析法进行评价。

1.3.1 彩叶植物综合评价模型

在充分考察引种植物特性的前提下，建立出由4层结构的递阶层次评价模型[13]，分别是目标层、约束层、标准层及最基层。除此之外，考虑到其形态特征、生态适应性和生物学特性，选用叶形、花朵、耐寒性、生长量等12种因子[14]作为标准层评价指标，构建彩叶植物综合评价模型（图1）。

1.3.2 彩叶植物综合评价方法

根据每种植物的评分标准计算综合评价指数，进而来综合评价彩叶植物。以彩叶植物为评价主体，在充分考察植物的生物学特性、生态适应性、观赏性，以及前人方法[15-16]的基础上构建出新的5分制综合评价指标（表2），以此为标准全面了解和评价皖北地区引种的43种彩叶植物。

2 结果与分析

2.1 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结构模型的要求，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[17]。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-C、C-P），构建总计5个判断矩阵（表 3），它们是 A-Ci、C1-Pi、C2-Pi、C3-Pi和 C4-Pi，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。权重的计算和判断矩阵的一致性检验按照许树柏[18]的设计进行。为了保证应用层次分析法得到的结果合理，需要对构造的判断矩阵进行一致性检验。在研究中，5个判断矩阵的一致性比率（consistency ratio,CR）＜0.1（表3），都有令人满意的一致性[12,19]。

表1 引种的彩叶植物名录Table 1 List of introduced color-leaf species

2.2 评价因素的权重值比较

根据表3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，也就是每个指数P相对于最高层A的相对重要性权重（表4）。可以看出，在约束层叶部观赏价值C1上，叶色（P2）总排序权重值最大，为0.320 8；呈彩期（P3）排第二，为0.170 4；至于约束层其他观赏价值C2，则是标准层权重值花朵（P4）最大，为0.047 4；树姿（P8）和果实（P5）紧随其后，各为 0.020 8和0.019 2；约束层生态适应性C3方面，耐寒性（P9）占据了最大的权重值，为0.167 5；同时考虑到约束层生物学特性C4，繁育力（P12）以0.059 6的权重值也成为一项不容忽视的指标。以上所述中，叶片颜色（P2）、叶片呈彩期（P3）和耐寒性（P9）这3个因子是彩叶植物在皖北地区引种和应用最重要的评价指标。

表2 引种的彩叶植物具体评价指标和评分标准Table 2 Specific evaluation indicators and scoring criteria of introduced color-leaf species

表3 综合评价判断矩阵、权重值和一致性检验Table 3 Comprehensive assessment of judgment matrix,weight value and consistent testing

2.3 引种的彩叶植物综合评价分值及等级

通过表4中43种引种的彩叶植物的各项权重值，可以计算得出它们在综合评价下的分值（表5），由此分出4个等级，其中：13种应用价值极高的优秀树种为Ⅰ级（综合评价值＞3.8）；16种应用价值较高的树种为Ⅱ级（综合评价值在3.5～3.8之间）；11种应用价值一般的树种为Ⅲ级（综合评价值为3.0～3.5）；3种应用价值较差的树种为Ⅳ级（综合评价值＜3.0）。

应用价值极高的Ⅰ级优秀树种分别为金叶复叶槭、金森女贞、金山绣线菊等。这13种树色彩鲜艳、呈彩期长，叶色以金色或红色为主，适应性及繁育能力都很强。

应用价值较高的Ⅱ级树种包括洒金桃叶珊瑚、金叶红瑞木、红火箭紫薇、挪威枫等。这些彩叶树种叶色表现较好，但有些呈彩期稍短，有些叶形稍显单一，但适应性和繁育能力较强。

应用价值一般的Ⅲ级树种包括糖槭、柳叶栎、花叶络石等。其应用价值一般，多是由于这些树种叶色观赏价值较低或者生态适应性较差，比如常绿树种蓝冰柏，其叶色呈霜蓝色，而槭树科的许多树种对温度变化较为敏感，等等。

应用价值较差的Ⅳ级树种包括小丑火棘、杜英、水松。这些树种叶色表现一般，呈彩期较短，耐寒性较差，如杜英，适应性一般，整体利用价值不高。

表4 引种的彩叶树种综合评价指标体系标准层P对于目标层A的总排序Table 4 Total ordering weight value of comprehensive assessment indicator system for standard layer P to target layer A in introduced color-leaf species

表5 引种的彩叶植物综合评价等级及分值Table 5 Comprehensive assessment grades and scores of introduced color-leaf species

3 讨论

随着人们生活质量的不断提高，彩叶植物是美丽中国和美丽乡村建设的重要绿化素材，人们对城市环境绿化中应用的彩叶植物的品质要求也越来越高，因此，对彩叶植物进行适应性评价也显得非常重要。从当前研究植物评价的方法来看，大多数采用在生态性、适应性和是否易于管理上进行评价的综合评分方法[20-21]，具体主要有层次分析法、百分制计分法、多元统计分析法[22-23]等，每种都有其优点和不足。

本研究基于层次分析法，综合利用前人的研究方法，针对皖北地区的气候、土壤、环境及栽培习惯等多方面因素，筛选较为科学的影响因子，建立了一套彩叶植物的综合评价系统，系统地分析了皖北地区引种的彩叶植物。通过对皖北地区43种引种的彩叶植物的综合评价，有助于丰富当地彩叶植物种类，为皖北地区筛选出应用价值较高的彩叶植物。此外，彩叶植物综合评价得分不高并不表明其没有利用价值，若给予适宜的环境条件并加强栽培养护管理，仍可在园林景观绿化中推广应用[24]。

朱云辰等[10]将层次分析法应用到浙江大学紫金港校区东区的植物景观评价中，对未来的植物景观营造提供了依据。黄彦青等[11]通过层次分析法对大连引进的13种彩叶树种进行综合评价，认为耐寒性在评价指标中权重值最大。严慧玲等[12]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，取得了满意效果。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C1上，叶色（P2）和呈彩期（P3）的权重值较大。说明植株呈彩期和叶色因素在引种彩叶植物评价中占有最重要的地位，这在朱倩玉等[24]的研究中也有所体现。具体到皖北地区，彩叶植物能否成功越冬，将直接影响到其应用效果，而植物的耐寒性（P9）在生态适应性评价因子中占有最大权重，也证实了这点；除此之外，在生物学特性评价因子中占较大权重的是有较高的繁殖力（P12）、能进行大规模推广应用，因此，繁育力也是约束层C4中重要的评价指标。

4 结论

在对皖北地区43种引种的彩叶植物的综合评价中，通过各因素的重要性权重、各评价因素的评分标准与划分等级的标准，构成了完整的彩叶树种评价体系。在皖北地区，叶片颜色（P2）权重值最大，为0.320 8。其次是叶片呈彩期（P3）和耐寒性（P9），分别为0.170 4和0.167 5，其余因素的权重值相对较小。43种引种彩叶植物被分为4个等级：有13种彩叶植物为Ⅰ级，整体表现优良，色彩鲜艳、呈彩期长，适应性及繁育能力都很强，可在皖北地区重点推广应用；有16种彩叶植物为Ⅱ级，整体表现较好，适应性及繁育能力较强，具有较好的开发利用前景；有11种彩叶植物为Ⅲ级，它们不具备强大的生态适应性，如糖槭、茶条槭等在炎热天气和太阳曝晒下易发生枯焦，如选择半荫的环境栽植，同时加强养护管理，仍具较大利用价值；有3种彩叶植物为Ⅳ级，呈彩期不长，叶色表现不突出，应用潜力较小。

然而，此评价分析也存在一定的不足，在诸多评价因子中，有的因子目前还很难量化，且因子选择不够全面，如在生态适应性方面，仅有耐寒性和耐热性，未涉及耐旱性、耐荫性、耐贫瘠性等更多因子；生物学特性指标下没有包含如寿命、是否耐移植和修剪等指标，仅设置了生长量、繁殖力2个指标。因此，下一步应进一步细化评价指标，这样不仅在范围上能包含更多影响因子，而且在数值计算上也会更加精确，在实际生活和工作中也会发挥更大的指导意义。

参考文献(References)：

[1] 减德奎.彩叶树选择与造景.北京:中国林业出版社,2003:8-13.ZHANG D K.Selection and Landscaping of Colorful Leaf Trees.Beijing:China Forestry Press,2003:8-13.(in Chinese)

[2] 徐华金.几种彩叶植物的引种栽培及适应性研究.北京:北京林业大学,2007.XU H J.Studies on cultivation and adaptability of several introduced colored-leaf plants.Beijing:Beijing Forestry University,2007.(in Chinese with English Abstract)

[3] WAN Y Y,LU R,DU Y M,et al.Does Donglan lacquer tree belong to Rhus vernicifera species?International Journal of Biological Macromolecules,2007,41(5):497-503.

[4] FRADE J C,RIBEIRO I,GRACA J,et al.Chemotaxonomic application of Py-GC/MS:Identification of lacquer trees.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis,2010,89(1):117-121.

[5] NIIMURA N.Thermogravimetry-linked scan mass spectrometry:Detection of urushiol from an East Asian lacquer film.Thermochimica Acta,2012,532:164-167.

[6] HONDA T,LU R,SAKAI R,et al.Characterization and comparison of Asian lacquer saps.Progress in Organic Coatings,2008,61(1):68-75.

[7] MENDES P.Demand Driven Supply Chain.Heidelberg,Germany:Springer,2011:149-155.

[8] 李昆仑.层次分析法在城市道路景观评价中的运用.武汉大学学报(工学版),2005,38(1):143-147,152.LI K L.Using analytic hierarchy process in urban road landscape evaluation.Journal of Wuhan University of Hydraulic and Electric Engineering,2005,38(1):143-147,152.(in Chinese with English Abstract)

[9] 赵焕臣.层次分析法:一种简易的新决策方法.北京:科学出版社,1986:10-30.ZHAO H C.Analytic Hierarchy Process:A Sew Simple Decision Method.Beijing:Science Press,1986:10-30.(in Chinese)

[10]朱云辰,毛一平.基于层次分析法的浙江大学紫金港东区植物景观评价.浙江大学学报(农业与生命科学版),2013,39(4):452-459.ZHU Y C,MAO Y P.Evaluation of plant landscape at east Zijingang area of Zhejiang University based on analytic hierarchy process.Journal of Zhejiang University(Agriculture and Life Sciences),2013,39(4):452-459.(in Chinese with English Abstract)

[11]黄彦青,徐祥渊,陈玮,等.基于层次分析法的大连市彩叶树种引种综合评价.北方园艺,2012(16):79-82.HUANG Y Q,XU X Y,CHEN W,et al.The comprehensive evaluation on introduction of colour-leaf species in Dalian City based on AHP.Northern Horticulture,2012(16):79-82.(in Chinese with English Abstract)

[12]严慧玲,刘东明,李作恒,等.层次分析法在河北省太行山区植被恢复植物种类筛选中的运用.植物研究,2015,35(5):751-758.YAN H L,LIU D M,LI Z H,et al.Analytic hierarchy process in plant species selection of revegetation in the Taihang Mountains in Hebei Province.Bulletin of Botanical Research,2015,35(5):751-758.(in Chinese with English Abstract)

[13]邓雪,李家铭,曾浩健,等.层次分析法权重计算方法分析及其应用研究.数学的实践与认识,2012,42(7):93-100.DENG X,LI J M,ZENG H J,et al.Research on computationmethodsof AHP weightvectorandits applications.Mathematics in Practice and Theory,2012,42(7):93-100.(in Chinese with English Abstract)

[14]徐琴.长沙乡土植物城市园林适宜性指数研究.湖南,株洲:中南林业科技大学,2013.XU Q.The study on urban landscape suitability index of indigenous plants in Changsha.Zhuzhou,Hunan:Central South University of Forestry and Technology,2013.(in Chinese with English Abstract)

[15]郭金玉,张忠彬,孙庆云.层次分析法的研究与应用.中国安全科学学报,2008,18(5):148-153．GUO J Y,ZHANG Z B,SUN Q Y.Study and applications of analytic hierarchy process.China Safety Science Journal,2008,18(5):148-153.(in Chinese with English Abstract)

[16]刘云华.基于层次分析与模糊评判法的彩叶树种综合评价.福建林业科技,2010,37(4):31-37.LIU Y H.The comprehensive evaluation on colour-leaf species of Heilongjiang Province based on AHP and fuzzy evaluation.Journal of Fujian Forestry Science and Technology,2010,37(4):31-37.(in Chinese with English Abstract)

[17]梁冰,李湛东,陈建芳.北京地区彩叶树种应用的综合评价.广东农业科学,2014(4):64-67,92.LIANG B,LI Z D,CHEN J F.Comprehensive evaluation on the colored-leaf trees’application in Beijing area.Guangdong Agricultural Sciences,2014(4):64-67,92.(in Chinese with English Abstract)

[18]许树柏.层次分析法原理.天津:天津大学出版社,1998,51-59.XU S B.Theory of Analytic Hierarchy Process.Tianjin:Tianjin University Press,1998:51-59.(in Chinese)

[19]吴文林,张利,杨在君,等.四川鼠尾草属植物濒危等级和优先保护级别研究.浙江大学学报(农业与生命科学版),2011,37(2):162-168.WU W L,ZHANG L,YANG Z J,et al.Evaluation of endangered levels and conservation priority classes on Salvia Linn.in Sichuan,southwestern China.Journal of Zhejiang University(Agriculture and Life Sciences),2011,37(2):162-168.(in Chinese with English Abstract)

[20]徐炜.试论园林地被植物综合评选标准.中国园林,1993,9(3):52-54.XU W.Comprehensive appraisal standard of ground cover plants.Chinese Landscape Architecture,1993,9(3):52-54.(in Chinese)

[21]李力,刘玉民,王敏,等.3种北美红枫对持续高温干旱胁迫的生理响应机制.生态学报,2014(22):6471-6480.LI L,LIU Y M,WANG M,et al.Physiological response mechanism of three kinds of Acer rubrum L.under continuous high temperature and drought stress.Acta Ecologica Sinica,2014(22):6471-6480.(in Chinese with English Abstract)

[22]初美静,张英杰,刘学庆,等.层次分析法在兜兰综合评价中的应用.中国农学通报,2017,33(34):111-115.CHU M J,ZHANG Y J,LIU X Q,et al.Comprehensive evaluation of Paphiopedilum by analytic hierarchy process.Chinese Agricultural Science Bulletin,2017,33(34):111-115.(in Chinese with English Abstract)

[23]JACOBSON N S,DOBSON K S,TRUAX P A,et al.A component analysis of cognitive-behavioral treatment for depression.Journal of Consulting and Clinical Psychology,1996,64(2):295-304.

[24]朱倩玉,姜新强,刘庆超,等.青岛地区彩叶树种的综合评价研究.中国农学通报,2016,32(31):13-19.ZHU Q Y,JIANG X Q,LIU Q C,et al.Comprehensive evaluation ofcolored-leaftreesin Qingdao.Chinese Agricultural Science Bulletin,2016,32(31):13-19.(in Chinese with English Abstract)