层次分析法在铁线莲引种评价和筛选上的应用

孙印兵，于文胜，张 慧，张京伟，罗珍珍*

（1.烟台市园林建设养护中心，山东 烟台264000；2.烟台市农业科学研究院，山东 烟台265500）

铁线莲隶属毛茛科（Ranunculaceae）铁线莲属（Clematis L.），具有丰富的花色和娇艳的花朵，是极佳的庭院栽植藤本植物，素有“藤本皇后”之美誉。铁线莲分布于世界各地，约300 余种，广泛分布于除南极洲以外的各个大洲，主要分布于北温带。我国有150 余种，全国均有分布，主要分布于亚热带地区的西南地区。铁线莲耐干旱，喜温暖湿润和半阴环境，大多数种均有耐寒力[1]。目前，烟台地区未见铁线莲新优品种的引进和栽培报道。为此，对引种的20 个铁线莲新优品种进行了观察和研究，利用层次分析法（AHP）[2-4]对其环境适应性、观赏性及物候表现进行综合分析与评价，筛选出观赏性状优良且适应烟台地区环境条件的铁线莲品种，建立了铁线莲的综合评价体系，为生产实践提供了理论依据和技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本试验在烟台市园林建设养护中心科研所进行。引种材料均于2018年5月从日本引进，共20个品种，分别为：P1：‘约瑟芬’；P2：‘伊丽莎白’；P3：‘斯塔西’；P4：‘纪三井寺’；P5：‘梦光’；P6：‘哦啦啦’；P7：‘哈尼亚’；P8：‘玉髓’；P9：‘佛兰西斯玛丽’；P10：巴黎风情’；P11：‘伍斯特美女’；P12：‘自行车岛’；P13：‘红星’；P14：‘奥林匹克80’ ；P15：‘晴山’；P16：‘圆空’；P17：‘佛勒里’；P18：‘天空’；P19：‘皇后’；P20：‘康秀’。

1.2 试验方法

1.2.1 铁线莲物候期的调查

以引种的20 个铁线莲品种为调查对象，选定5株生长发育正常的植株作为标准株，连续调查2年( 2018-2019年) 的全年物候期。物候期观测项目有萌芽期、展叶期、始花期、黄枯期。以5 株2年观测期的平均值作为原始数值。

1.2.2 综合评价模型的建立

采用层次分析法，参照观赏植物常用评价指标，结合铁线莲的具体观赏特性和各指标间的关联、相互影响及层次隶属关系，建立铁线莲综合评价模型。采用Saaty 的1～9 比率标度法[5]比较指标相对重要性，由专家组量化各项指标。其中:A 为目标层，为品种选择综合排序；B 为准则层，包括适应性、观赏性、物候表现3 个指标；C 为指标层，选入以生长势、分蘖能力、抗逆性为主的适应性指标[6]，花、藤长等性状为主的观赏性指标，展叶期、始花期、末花期为主的物候期指标；P 为方案层，由铁线莲的20个品种构成。由此构成铁线莲的4 级AHP 综合评价模型。

2 结果与分析

2.1 判断矩阵的构造及指标权重

根据层次分析法理论[7,8]建立层次分析模型的各级判断矩阵，计算矩阵最大的特征根λmax、一致性指标及相应的权重系数，得到铁线莲的评价指标体系以及层次总排序结果。对判断矩阵进行一致性检验（表1），AHP 各层级判断矩阵的随机一致性比率C.R.均小于0.10，说明一致性检验是满意的，建立的判断矩阵是合理的。

根据AHP 对铁线莲各项指标进行综合评价，铁线莲的准则层B 中的三大因子权重分别为适应性B1、观赏性B2 和物候表现B3，对应的权重向量WB为（0.149,0.785,0.066）T，B2 的权重最大，说明观赏性在评价指标中占有非常大的比重，是评价铁线莲优良品种的最重要指标。在观赏性的指标中，判断矩阵B2-C 的权重向量为（0.050,0.281,0.281,0.106,0.282）T，花量C6、花色C7 和花径C9 这3 个指标的权重值均达到0.281 及以上，是最重要的观赏指标。适应性也是评价铁线莲品种的重要指标，其中，生长势是适应性指标中的重要评价标准，在指标层中的权重达到0.502。相比观赏性与适应性，物候表现在所占权重最小，是评价铁线莲品种优劣的次要指标，其中始花期和末花期在物候表现中权重最大，展叶和黄枯期对于物候表现指标则不重要。这些理论分析结果和实际情况具有很好的一致性，说明了建立的铁线莲综合评价指标具有很好的适用性和合理性。因此指标层C 的综合权重向量WC=（0.075,0.033,0.033,0.009,0.039,0.221,0.221,0.083,0.221,0.005,0.027,0.027,0.005）T也是科学合理的。

表1 铁线莲应用价值和评价指标权重

2.2 铁线莲各指标的无量纲化及综合评分

供试铁线莲20 个品种的13 个指标平均值见表2。为排除由于各指标的单位及数值数量级间的差别所造成的影响，对各指标值作无量纲化处理：di,j=bi,j/max(b1,j,b2,j,…,b20,j) (i=1,2,…,20,j=1,2,…,13)

其中，di,j表示品种Pi的指标Cj无量纲化的标准值，bi,j表示品种Pi的指标Cj的评价值。将标准化处理后的指标值构成矩阵D=[di,j]，乘以指标层综合权重向量WC，即得到20 个品种的综合分值WZ:

WZ= D*WC=（0.801，0.778，0.747，0.697，0.887，0.705，0.757，0.713，0.825，0.826，0.848，0.791，0.633，0.773，0.713，0.772，0.875，0.749，0.902，0.777）T。

根据铁线莲综合得分排序（表3），将引种的铁线莲划分为5 个等级:Ⅰ级包括 ‘皇后’、‘梦光’、‘佛勒里’3 个品种，观赏性状优异，生长表现强健，非常适合在烟台地区进行栽培和园林应用; Ⅱ级包括 ‘伍斯特美女’、‘巴黎风情’、‘佛兰西斯玛丽’、‘约瑟芬’4 个品种，观赏性状优秀，生长表现好，适合在烟台地区生产应用；Ⅲ级为 ‘自行车岛’、‘伊丽莎白’、‘康秀’、‘奥林匹克80’、‘圆空’、‘哈尼亚’6 个品种，观赏性和适应性等均有不错的表现，具有一定的应用推广价值；Ⅳ级为‘天空’、‘斯塔西’、‘玉髓’、‘晴山’、‘哦啦啦’5 个品种，适应性与观赏价值综合评定较低；Ⅴ级‘纪三井寺’和‘红明星’2 个品种，综合评价最低，在本地引种的应用价值低。

表2 铁线莲20 个品种的各项指标值

表3 铁线莲品种分级结果

3 结论与讨论

层次分析法（AHP）是采用定性与定量相结合的方法，将人的主观判断用数量形式表达和处理。其丰富的数学原理为该方法的准确性提供了可信的基础，同时吸纳专家的阅历、经验、智慧和判断力，从而使评价决策建立在更扎实科学的基础上[9]。用判断矩阵来确定各指标对综合评价的影响权重消除了因偶然因素造成的认识上的差异，使各个分析指标的权重更加客观合理[10]。因此，AHP 逐渐在观赏植物的选择和资源评价等方面得到了广泛的应用[11]。

对于铁线莲优秀品种的选择，以往主要靠个人经验。由于评价中非定量性状较多，且各性状的相对重要性不等，在引种筛选时不能很好的进行观赏性和适应性等的综合评价。本研究采用AHP 层次分析法，通过确立4 级层次模型，构造各层级两两比较的判断矩阵，来确定不同指标对品种评价的权重影响，同时各级判断矩阵的一致性好，模型具有很好的客观性和准确性[12]。准则层的观赏性指标和适应性指标所占比重很大，分别为0.785 和0.149；在指标综合权重中，花量、花色、花径是最重要的观赏性指标，生长势是最重要的适应性指标，它们在整个评价体系中占有重要地位；而展叶期、枯黄期则所占比重最小，对分析结果的影响甚微，基本可以忽略不计。该评价体系符合铁线莲对其重要观赏性状如花色丰富、花型饱满、花期持久等方面的要求，也符合生产上对铁线莲生长势、抗逆性的要求。

对引种的20 个铁线莲品种进行综合评价，筛选出‘皇后’、‘梦光’、‘佛勒里’3 个Ⅰ级品种，‘伍斯特美女’等4 个Ⅱ级品种，观赏性和适应性均非常优秀，适合在烟台地区大规模引种和应用；筛选出‘自行车岛’等6 个Ⅲ级品种，‘天空’等5 个Ⅳ级品种，适应性与观赏价值综合评定略低，具有一定的应用推广价值；Ⅴ级包括‘纪三井寺’和‘红明星’2个品种，本地综合应用价值低。铁线莲品种的综合评价与生产栽培过程中的综合表现极为相符。因此，采用AHP 建立的铁线莲品种综合评价体系可以有效筛选出符合生产实际的新优品种，为新优品种的应用及推广提供科学依据。