基于园林应用的山西乡土木本植物综合评价体系构建

昌秦湘，高文鑫，李鸿基，郭家雁，郭丽丽，薛 斌

(太原学院 a.园林科学研究所，山西 太原 030012，b.艺术设计系，山西 太原 030032)

0 引言

乡土植物是指在没有人为因素的干扰下,自然发生并且能够自然生长在一定地域内或者是一定生态系统中的植物[1-2]。越来越多的研究表明,乡土植物在恢复当地生态、维持当地生态多样性以及在园林城市、森林城市的建设中发挥着重要的作用[3-9]。相比外来植物对特定区域的生态适应存在的不稳定性,乡土植物具有鲜明的地理区域属性和文化特点,能更适应该地区气候变化,更有利于维护当地生态系统稳定发展,也更能代表此地域范围内的文化特色。但是目前园林建设普遍存在乡土植物应用率不高,外来植物或者归化植物较多的问题,这种现状极不利于当地生态系统的稳定发展[10-12]。2021年6月发布的《国务院办公厅关于科学绿化的指导意见》明确提出,要根据各地不同的自然条件,科学积极地采用乡土植物进行绿化,对待外来植物与草种要慎重[13]。园林建设具有明显的地域特点,对植物生态、审美等需求也因自然和人文背景的不同而不同。因此,建立符合当地乡土植物的综合评价体系,可以理清当地乡土植物的园林应用价值和资源优势,对当地具有多重价值的乡土植物引种筛选和相关产业发展十分必要[14]。

近几年来,已有许多研究者围绕乡土植物评价体系、园林应用开展了研究[15-18]。园林植物的引种及应用要在考量当地文化、经济背景的基础上,研究应用地自然条件特点,因此乡土植物引种应用的评价体系因地域不同而不完全相同[19],而目前关于山西地区乡土木本植物评价的研究较少。位于黄土高原东部的山西,水土流失面积大,十年九旱,种子植物区系共143科、2 576种,山西乡土植物种类比较丰富,但是目前在山西地区应用到的园林绿化中的树种相对较少,仅占12%左右,乡土植物利用率偏低[20-21]。本研究使用层次分析法(AHP),以山西的乡土木本植物资源为研究对象,综合考虑山西自然和人文背景,大量参照乡土植物综合评价的文献研究,全面考虑山西乡土木本植物的特性和价值组成等特点,从生态功能、景观价值、适应能力、社会价值及繁殖管养方面出发,构建山西乡土木本植物综合评价体系,以期为山西乡土木本植物的园林化应用筛选及引种工作提供科学依据。

1 研究区概况

山西省位于中国华北地区(110°14′6″～114°34′4″E,34°34′8″～40°43′4″N),以黄土地貌为主的山地高原,温带大陆性气候,大部分地区海拔在1 000 m以上、年均降水在360～650 mm,年均气温为4～13 ℃,无霜期为80～205 d[22]。

2 研究方法

2.1 综合评价指标的确定和模型构建

本研究采用层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)构建山西乡土木本植物园林应用综合评价体系。AHP法将定性与定量研究相结合,并分层次进行决策分析,常被运用于复杂决策问题[23],也是近年来在植物引种和景观评价中运用较多的一种评价方法[24-27]。根据山西自然条件、乡土木本植物特征及园林绿化需求,在综合园林植物学、植物生理学、生态学、植物栽培学等理论基础上,结合前人相关研究基础[15,28-30],并广泛征询访谈组专家意见后,确定山西乡土木本植物园林化应用综合评价指标及模型,见表1。按照山西乡土木本植物园林化应用综合评价各要素之间的相关性程度,构建了多层次的评价模型结构。其中,“山西乡土木本植物园林化应用综合评价”为:目标层T(target layer);评价层,共分为2个层级,分别为5个一级要素,即约束层C(constraint layer)和23个二级要素,即标准层S(standard layer);最底层B(bottom layer),为待评价的山西乡土木本植物[31]。

表1 综合评价指标及模型

2.2 构造判断矩阵与一致性检验

从一级要素(C:约束层)开始,通过将这个层级上的每一个要素,与上一层级(T:目标层)要素的重要性进行逐一的成对比较,以此构建相应的成对比较判断矩阵;二级要素(S:标准层)也按照上述方法,与上一层次(C:约束层)成对比较,获得数值,以此构成多组判断矩阵。比较的数值取值范围为1～9,“1”代表两者的重要性相同,数值越大,说明两个要素的重要性差别越大,“9”为极端重要[23]。

本次赋值邀请15位园林育种(2位)、栽培(2位)、生态(3位)、设计(4位)、工程(2位)、植保(2位)方面的专家参与两两比较赋值,矩阵最终数值为访谈专家组成员赋值的算数平均值,四舍五入取整数得出。同时,为避免在赋值过程中因知识结构、主观方面的因素等而造成误差,需对构成的矩阵逐一进行一致性检验。一致性检测分别用于每一组专家赋值的检测,还用于专家组数据取算数平均值后的赋值检验。检验的具体公式如下:

(1)

(2)

(3)

式中:λ指判断矩阵的最大特征根;n指所在构建层级的因子数;A代表判断矩阵;W是经归一化处理后的特征向量;CR为检验系数;CI指一致性检验指标;RI指平均一致性检验指标。n对应的RI值见表2[31]。只有在矩阵的CR<0.1时,说明该矩阵符合赋值逻辑,可通过检验,进行下一步探讨,否则就应该逐一检查,重新进行赋值,直到赋值方案的一致性检验通过。

表2 平均随机一致性指标对应取值表

根据山西乡土木本植物园林化应用综合评价指标及模型(表1),按层次构造的6个判断矩阵,进行了一致性的检测(表3)。结果表明:6个判断矩阵的CR值都小于0.1,满足继续下一步探讨的条件。

表3 判断矩阵构建及一致性检验

表3 (续)

2.3 要素总排序权重值的计算

为进一步得到每一个层级中要素与目标层(T)的相对权重,需要对成对判断构建的矩阵权重值再进行加权的综合计算,得到每一个要素对目标层(T)的重要性的权重值(表4)。

表4 各层级要素对目标层(T)权重值和总排序W(A-C，A-S)

3 结果与分析

3.1 约束层要素指标重要性分析

本研究采取层次分析法,结合专家组的赋值,得出一级要素(约束层)对目标层(T)权重值和总排序结果(图1)为:景观价值(权重:0.297 8)=适应能力(权重:0.297 8)>生态功能(权重:0.157 8)=繁殖管养(权重:0.157 8)>社会价值(权重:0.088 8)。可以得出,景观价值及适应能力是山西乡土木本植物园林应用中首要考虑的要素。这与2021年初发布的《山西省国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中对城市园林绿地建设提出要“树立城市特色风貌”“优先使用适应性强的乡土植物”等要求相一致[32]。同时,在山西一系列生态修复治理工程以及国家生态园林城市、森林城市的建设中,乡土木本植物的生态功能以及繁殖管养也是能否顺利推广应用的关键要素。

图1 约束层要素指标重要性分析图

3.2 标准层要素指标重要性分析

从23个二级要素(标准层)指标对目标层(T)权重值和总排序分析(图2)可知:

图2 标准层要素指标重要性分析

1)耐寒(S13)、耐旱(S14)与抗病(S15)(权重:0.085 1)权重排第一位,占比最大。植物需要在适宜的条件下才会正常生长,而山西不同地区存在时长不同的霜冻期[33],且山西还属于严重缺水的省份[34],低温和干旱[35]成为植物引种应用的主要限定因子,因此,为提高园林栽植植物的成活率以及降低后期维护成本,所以在山西园林乡土木本植物筛选的过程中耐寒、耐旱及抗病为首要考虑的3个要素。

2)繁殖方式(S22)与管养成本(S23)(权重:0.078 9)排在第二位,繁殖方式的难易程度决定其是否会成为该地区的优势种群,而且也会影响后期驯化和科学育种[36],在节约型园林建设中应用的植物特点是移植容易成活,能做到节省水肥资源、容易后期管养、节约人力物力[37]。

3)树形(S6)和花(S8)排在第三位(权重:0.068 2),树形和花为植物景观价值最直观的体现,是营造园林景观的重要因素。该研究结果与赵扬辉[16]等人构建的贵阳地区的乡土野生木本植物需着重考虑植物的适应性、抗逆性、繁殖难易度、色彩、观赏期、资源潜力几项因素基本一致。

4)从要素排序整体来看,乡土木本植物的耐寒(S13)、耐旱(S14)、耐盐碱(S16)与抗病(S15)适应能力要素;繁殖方式(S22)和管养成本(S23)繁殖管养要素;树形(S6)、花(S8)、果(S9)、叶(S10)、特有观赏点(S11)和应用类型(S12)的景观价值要素;固碳释氧(S1)、涵养水源(S3)、生物多样性(S5)生态功能要素,这16个标准层面的要素对目标层(T)重要性的权重值达0.876 4,是山西乡土木本植物应用于园林绿化中重要的决定性评价要素。

本研究要素指标的选取满足山西大部分植物的评价需求,但在园林应用中,部分有显著特殊价值类型的植物,因其景观与适应性等方面的突出表现,应根据其特性重新选取要素进行评价。

4 结语

通过加大乡土木本植物的园林绿化应用,可充分发挥山西省乡土木本植物资源优势,丰富园林植物多样性,保障生态安全,促进景观文化本土化,实现园林文化多样性[38],为打造具有山西地域特色以及具有良好生态适应性的生态景观有积极意义。本研究通过专家访谈法与AHP法构建基于山西园林应用的乡土木本植物综合评价体系,通过全面的指标构建,结合山西生态环境特点和园林建设要求,对其进行重要性赋值,以计算各级要素的权重排名,研究得出,山西乡土木本植物园林化应用的引种筛选需着重考虑其适应能力及景观价值,在标准层层面,要着重考虑排在前7位的各评价要素。本研究所构建的综合评价体系,采用了定性与定量相结合的模型,可为山西园林建设、生态修复等选择植物以及山西省开发利用乡土木本植物资源的决策提供参考。