基于层次分析法对柳树观赏性及适应性的综合评价

郭佳惠，教忠意，何旭东，诸葛强*，周 洁*

(1.南京林业大学生物与环境学院，江苏 南京 210037；2江苏省林业科学研究院，国家林业和草原局柳树工程技术研究中心，江苏 南京 211153)

柳树是杨柳科(Salicaceae)柳属(Salix)和钻天柳属(Chosenia)的总称，落叶乔木或灌木，全球520余种，我国有257种、122变种和33变型[1]。柳树具有适应性强、种类多、生物量大、轮伐期短、容易繁殖等特点，其分布地区涉及湿地景观、盐碱地、干旱生境等多种类型。柳树树形多姿，展叶早、落叶迟，观赏价值高，是重要的园林观赏树种[2]。柳树的枝条皮色变异极为丰富，具有多种枝色类型，由深绿至浅绿，或由浅黄至棕色，或由浅红至紫红呈连续分布[3]。有育种学家利用白柳和爆竹柳杂交选育出“奥林匹克火炬柳”，树干由浅黄色逐渐过渡到橙色，在冬天1年生小枝呈鲜红色，被广泛用于护岸、园林风景林的构建。理想的林木株型结构影响林木的生物量分配和光能利用率[4]，同时也是园林景观的重要组成部分。分枝数量及分枝角度等分枝形态结构是影响株型结构的重要因素[5]。所以对不同种柳树的皮色、株型、分枝特性、雌雄育性、适应性等进行综合评价，是柳树种质资源筛选的重要依据。

观赏性状评价没有固定的评价方法，目前多指标综合评价方法主要有百分制法、层次分析法、模糊数学法、灰色关联度法、主成分分析法等[6]。层次分析法(AHP)是园林植物观赏性评价运用最多的方法[7]。园林树木的观赏特性通常包括树形、叶、花朵、果实、枝干等方面，这些方面又包括大小、形状、色彩、质地等不同性状[6-8]，如枝干观赏特性集中体现在枝干形态、小枝颜色、主干颜色、株型等方面[9]。目前，利用层次分析法已在郁金香[10]、荷花[11]、海棠[12]、多头切花菊[13]、蜡梅[14]、桃花[15]等观赏植物中开展了花色、花香、花量等方面的品种及适应性引种评价，筛选出了适合不同气候特征、立地类型的林木花卉品种。刘丽[6]利用层次分析法对20个柳树无性系建立了北方柳属乔木柳观赏性的结构模型，但关于灌木柳柳树观赏性状的综合评价还鲜见报道。本研究选择20个冬季枝条颜色艳丽、具有观赏价值的柳树无性系作为试验材料，初步建立了基于柳树树形、枝干、皮色、育性、适应性等观赏性及适应性的评价层次结构模型。通过对观赏柳树建立综合评价体系，以期筛选出观赏价值高、适应性好、抗逆性强、落叶后枝色艳丽的优良观赏柳树品种，满足园林景观建设对观赏树种新的需求，美化现代城乡环境。

1 材料与方法

1.1 试验材料

江苏省林业科学研究院沿海造林试验站位于江苏省盐城市大丰区川东镇(120°13′～120°56′E, 32°56′～33°36′N)，其中第4区为国家柳树良种基地部分种质资源保存区，该地区位于亚热带与暖湿带的过渡地带，距海边2 km左右，海拔约3 m，年平均气温14.1 ℃，无霜期213 d，常年降水量1 042.2 mm，日照时间2 238.9 h，四季分明，土壤为轻度盐碱[土壤含盐量(质量分数)为0.1%～0.2%]。本研究所用材料来自江苏省林业科学研究院沿海造林试验站，有20个柳树种和优良无性系，均为灌木柳。包含欧洲红皮柳、钻石柳、宫布氏柳、杞柳、黄花柳、花叶柳、簸箕柳和毛枝柳的杂交F1代、尖叶紫柳×欧洲红皮柳的杂交子代、蒿柳×宫布氏柳的杂交子代，共9种(表1)。2019年3月育苗，株行距为20 cm×60 cm。2021年1月进行柳树生长情况的观测及记录，2021年3月初统一观测各柳树无性系的开花萌芽状况。柳树表型性状调查参照GB/T 26910—2011《植物新品种特异性、一致性、稳定性测试指南 柳属》进行。

表1 柳树各无性系特征

1.2 综合评价层次分析模型的建立

1.2.1 层次结构模型的构建

按照层次分析法对层次隶属关系和指标关联性的要求，建立柳树观赏价值及适应性综合评价模型(表2)。模型分为3层：第1层为目标层(T)，包括柳树无性系观赏性评判(T1)，柳树无性系生长适应性评判(T2)；第2层为准则层(C)，包括观赏价值(C1)，生长适应性(C2)，共2个性状；第3层是因子层(F)，隶属于上一层次，是体现准则层对柳树各性状评判有代表性的具体性状指标[6]。

表2 柳树观赏性及适应性评价体系的层次模型

1.2.2 判断矩阵构造及一致性检验方法

1.3 各项指标测定

对研究区各柳树无性系的11个性状(株高、干型、主干颜色、小枝颜色、分枝角度、分枝数、雌雄花的育性、生长保存率、抗病性、萌芽早晚、开花早晚)进行观测，在多个无性系中选择生长中等的1～2年生柳树个体作为观察对象。在苗圃地中间，从每个无性系选择5株进行观察测量，依据不同性状取10～20个样本，结果以平均值表示[6]。柳树表型性状调查参照GB/T 26910—2011《植物新品种特异性、一致性、稳定性测试指南 柳属》。枝条颜色变化采用RHS-英国皇家园林协会植物比色卡。抗病能力为抗黑斑病强弱：1级表示植株抗性强，其生长健壮，枝条基本不受病虫害侵害；2级表示植株抗性中等，其生长较健壮，受害率少于30%；3级表示植株抗性弱，其长势差。分枝角度为一级分支与主干的夹角，调查方法为：在3个方向上，每株选择有代表性的一级侧枝，测定其分枝伸展方向与主干的夹角(如果主干不明显，估测与垂直方向的夹角)[23]。分枝数是每株柳树的一级分枝数，取平均值[23]。2021年3月初统一观测各柳树无性系的开花萌芽状况，特征按照《中国物候观察方法》实施[24]，主要观察项目有萌芽及开花的早晚。萌芽期为植株芽鳞露出绿色幼嫩枝叶 50%以上的日期。

1.4 数据处理

采用 Excel 2016 计算参试柳树无性系各具体性状的基本描述统计量及判断矩阵计算值。

2 结果与分析

2.1 判断矩阵及一致性检验结果

发放柳树观赏性状评分调查问卷并咨询20位专业为林学、林木遗传育种、园林设计、观赏园艺等领域的相关专家，对调查问卷进行分析整理，按综合得分进行各项指标重要性的排序。不同层次的判断矩阵和一致性检验结果见表3。在准则层观赏价值(C1)和生长适应性(C2)中，主干颜色(F3)和抗病虫害指数(F9)权重较大，分别为0.351 7和0.413 3。为确保判断矩阵具有合理性，进行一致性检验，3个判断矩阵的CR值(一致性检验指标)均小于0.10，表示此判断矩阵合理，计算的权重值也较可靠。

表3 柳树综合评价体系各层次的判断矩阵及一致性检验结果

依据准则层相对目标层的权重和指标层相对准则层的权重，计算指标层相对目标层的权重[25]，结果见表4。根据表4，主干颜色(F3)、小枝颜色(F4)、株高(F1)对柳树的观赏性贡献较大，权重分别为0.281 3、0.193 0、0.127 7，是评价观赏性状的首要指标；雌雄花育性(F7)、抗病性(F9)、生长保存率(F8)、干型(F2)、萌芽早晚(F10)的权重居中，属一般指标；其他因素，如分枝数(F6)、分枝角度(F5)、开花早晚(F11)相对而言属辅助性指标。

表4 柳树综合评价体系因子层(F)相对于目标层(T)的总排序结果

2.2 指标评分标准

各因子的评分标准是在对各柳树无性系进行充分观察后，查阅相关文献并咨询相关专家，且结合其他园林植物设定的观赏性及适应性评价标准基础上，制定以下各指标的评分标准(表5)。各项评价指标的值域为[1，4]，各级值分别为1，2或1，2，3或1，2，3，4。

表5 柳树综合评价体系各因子评分标准

2.3 参试柳树无性系的综合评价结果

根据各指标的测量结果和评分标准，对20个柳树无性系进行评分。然后依据Y=∑wiyi(式中，Y表示各无性系的观赏价值及适应性的综合得分，wi表示第i项指标的权重，yi表示第i项指标的得分)[26-28]，计算各柳树无性系观赏性及适应性的综合得分。AHP 评价体系中，根据各指标的权重和评分标准(表4、表5)，将各指标所得的分值与各自权重值相乘，然后将所有指标所计算得到的数值相加，得出各无性系的综合得分见表6。由表6可知，综合得分越高，说明柳树无性系的综合观赏性及适应性越好。

表6 柳树各无性系的评价综合得分

将20个柳树无性系的综合得分按照差值平均法划分为3个等级：Ⅰ级(Y≥2.5)为观赏价值极高的种类，包括78、‘苏柳1053’、77、85和80；Ⅱ级(2.0≤Y<2.5)为观赏价值较高的种类，包括88、79、87、92、33、P61、53、89和P716；Ⅲ级(Y<2.0)为观赏价值较低的种类，包括P594、P646、48、P588、57和91。

3 讨 论

柳树种类较多，遗传变异丰富，枝条颜色从绿色、青色、紫色、金色、红色等呈连续变异，温度、光照、栽培立地条件等环境因素使其颜色不稳定，观赏性状、适应性不一致，影响品种的大面积推广。因此，需要一套准确合理、客观全面的评价标准和体系，对柳树的观赏性及适应性进行综合评价[11]。本研究通过层次分析法建立了柳树观赏性及适应性评判模型，各判断矩阵均具有满意的一致性，构造的矩阵合理，所得权重值具有实际意义[6，29]，初步根据干型、枝条颜色、性别、病害、物候期等性状探索灌木柳的观赏性及适应性评价体系。参选的20个柳树种，其中欧洲红皮柳、钻石柳、宫布氏柳为引进于美国的一批柳树种质资源；黄花柳、杞柳、花叶柳等为收集保存的种质资源；黄花柳冬季枝条紫红色，在江苏大丰基地生长矮小；杞柳为杂交较多的亲本，生物量较大，皮色青色，生长旺盛；花叶柳为观叶品种。‘苏柳1053’为江苏省省级良种，冬季枝条紫红色，适应性强，在江苏各地生长均好，病虫害少。对20个柳树无性系进行层次分析法综合得分表明，Ⅰ级(Y≥2.5)为观赏价值极高的种类有：78、‘苏柳1053’、77、85和80。‘苏柳1053’综合得分最高，冬季枝条紫红色。无性系78、77、85和80 均为宫布氏柳，分枝数较多，分枝角度小于60°，萌芽和开花较早，且78、77主干颜色均为红色系，85和80主干颜色为黄绿色，颜色艳丽，可选为红黄色系柳树品种，观赏价值高。同时这些种质资源保存率达90%以上，说明适应性较好。Ⅱ级(2.0≤Y<2.5)为观赏价值较高的种类，包括88、79、87、92、33、P61、53、89和P716。无性系88(宫布氏柳)主干颜色为黄绿色，颜色偏暗，小枝浅橙色；钻石柳P716冬季枝条呈灰褐色；无性系87(尖叶紫柳 ×欧洲红皮柳)分枝数多，主干颜色为浅橙色；杞柳P61灰绿，生物量高。Ⅲ级(1.5≤Y<2.0)为观赏价值较低的种类，包括P594、P646、48、P588、57和91。P646和P588均为雌株，黄花柳P594冬季枝条呈暗红色，生长保存率低，植株矮小。

本研究通过层次分析法得到一批观赏性和适应性优良的柳树无性系，宫布氏柳78、77、85和80可选为红黄色系柳树，观赏价值高。这一评价体系对于研究柳树新品种的开发利用具有较大的指导意义，可以申报植物新品种并在生产上推广繁育，也可以作为杂交亲本进一步选育彩度更高的柳树新品种，以满足园林景观的需求。