竹类植物在北京地区的抗寒性分析与评价

王金革，包峥焱，李心竹，李 岩，张 袆，朱 莹*

(1.北京市植物园管理处，北京100093；2.北京市花卉园艺工程技术中心，北京100093)

我国是世界竹子分布的中心，竹类资源丰富，现有竹类植物40属500 余种，有竹林面积 400 hm2以上，绝大多数集中在南方地区，北方竹子分布较少，在甘陕南部和黄淮地区有少量的散生竹区[1]。竹类植物四季常青，枝叶茂盛，是极其重要的非木材可再生林业资源[2]，也是园林绿化的重要材料，素有“岁寒三友”之称，具有丰富的文化内涵，深受我国人们的喜爱。竹类植物在园林绿地中具有广泛的应用前景，但其分布具有明显的地带性和区域性，栽培区域也多集中在南方。北方地区，温度是一些极具经济价值和观赏价值的竹种得不到进一步推广种植的主要限制因子[2]。20世纪60～70年代，我国开展了“南竹北移”的引种驯化工作，将一些抗性较强的散生竹引种到黄河以北流域[3]。同时，竹类植物的抗寒性研究也日益为人们所关注，且多集中在生理指标的测定上[3-12]，但对极端低温条件下竹类植物的抗寒性评价较少[13-14]。

北京植物园从20世纪70年代初开始从南方引种竹类植物[14-15]，目前露地种植的竹类植物已达 11属60种(含变种、变型)。受全球气候变暖的影响，在没有极端低温的条件下，很多竹类植物在北京植物园能够正常生长并露地越冬。但在2010年1月，北京地区极端低温达到-18.9 ℃，王金革等[13]对北京植物园种植的竹类植物抗寒性进行了评价，筛选出包括金镶玉竹、黄槽竹、黄竿京竹等12种抗寒性强的竹类植物。2021年1月，北京地区又遇到了-20.4 ℃的极端低温，创1972年以来新低。北京植物园的竹类植物在这次极端低温下受到了不同程度的影响，不同种类在极端低温下的表现存在着明显差异。为了筛选出抗寒性强、适宜在北京地区栽植的竹类植物，笔者对11属60种(含变种、变型、品种)竹类植物进行了抗寒性调查，并应用层次分析法(AHP)进行分析与评价，运用K-means聚类分析对评价值进行等级划分，建立系统科学的竹类植物抗寒性评价体系，筛选出抗寒性较强的种类，以期为竹类植物在北京地区的园林应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料选择北京植物园竹园内的11属60种(含变种、变型、品种)竹类植物进行观测，常规养护管理60种。基本情况见表1。

1.2 试验地概况北京植物园竹园位于卧佛寺西侧(116°12′00″E，40°00′22″N)，是以栽培、展示竹亚科植物为主的专类园，地处小西山麓，属山前暖区带范围，湿热条件比较优越[16]，是典型的北温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春秋季较短。年平均气温11.6 ℃，年降水量600 mm左右，大部分集中于7、8月[16]。

表1 60种竹类植物基本情况

1.3 评价方法结合竹类植物在北京植物园极端低温下的适应性、更新能力和观赏性，邀请园林专家现场打分，并运用层次分析法[16-17]确定评价指标，建立评价模型。采用1～9比率标度法[17]比较指标的相对重要性，量化各项指标，计算各因素权重。制订评价标准，根据历年对竹类植物的观测记录及2020年极端低温，对竹类植物适应性、更新能力和观赏性进行评价打分，并计算出评价综合分值，进行等级划分。

1.3.1评价模型的构建。结合专家打分，构建了4个层次的竹类植物综合评价结构模型(图1)。 该模型包含目标层(A)、准则层(B)、因子层(C)和最底层(D)。目标层(A)为竹类植物抗寒性评价；准则层(B)为竹类植物抗寒性评价的主要因子，分别为适应性(B1)、更新能力(B2)及观赏性(B3)；因子层(C)为11个具体评价指标，是隶属准则层(B)的主要评价因子，由植株各结构因子的冻害率以及出笋、成竹率与各结构因子的观赏效果等11个指标组成；最底层(D)为待评价的60个竹类植物。

图1 竹类植物抗寒性评价模型Fig.1 Evaluation model for cold resistance of bamboos

1.3.2权重的计算。采用1～9标度法，邀请专家分别对准则层、因子层各因子的相对重要度进行两两比较构建判断矩阵，计算准则层权重、因子层权重(表2～5)及总排序值(表6)，并进行一致性检验(CR<0.100 0，说明该矩阵具有满意的一致性)。

1.3.3各评价指标记录与评分标准制订。以竹园内60种竹类植物为观测对象，在历年物候观测记录的基础上，结合2020年冬季极端低温进行调查记录。2021年春季采取抽样调查方法，每种竹类植物选取2 m×2 m 的3个样地，对竹类植物叶片、小枝、侧枝、竹杆及竹鞭冻害情况，冻害后母株展叶、出笋及成竹情况，竹类植物的叶、杆和竹林观赏性进行调查、评价并评分(标准采用5分制)，结果见表7。

计算公式：

叶片冻害率=叶片受冻数/总叶片数×100%

小枝冻害率=小枝受冻数 /总小枝数×100%

侧枝冻害率=侧枝受冻数/总侧枝数×100%

竹杆冻害率=竹杆受冻数/总竹杆数×100%

竹鞭冻害率=竹鞭受冻数/总竹鞭数×100%

萌芽展叶率= 新展叶数/总芽数×100%

出笋率=出笋数/总立竹数×100%

成竹率=新竹数/总出笋数×100%

表2 A-Bi判断矩阵及一致性检验

表3 B1-Ci判断矩阵及一致性检验

表4 B2-Ci判断矩阵及一致性检验

表5 B3-Ci判断矩阵及一致性检验

表6 各评价指标层的权重及总排序值

表7 竹类植物的评价指标和评分标准

1.3.4综合评价值的计算及分级。将每个竹类植物的11个评价指标得分值分别与各指标的权重相乘后求和，得出各竹类植物的综合评分值。用K-means聚类分析对综合评分制进行聚类分析，并运用最小距离法划分为4个等级[16]。

1.4 数据分析用yaahp V 10.0进行模型构建、权重计算和一致性检验，用Excel 2019进行综合评价分值的计算，用SPSS 21.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 评价模型和指标层排序由表6可知，准则层3个评价准则适应性(B1)、更新能力(B2)和观赏性(B3)的权重分别是0.490 5、0.311 9、0.197 6，其中适应性(B1)比重最大，其次是更新能力(B2)。在总权重值中，竹鞭冻害率C5的总权重值最高，为0.185 9，权重值在0.064 1～0.539 0，总排序值在0.031 4～0.185 9。

在北京地区，影响竹类植物生长发育的主要因素是冬季的低温，适应性在3个评价准则中最重要，它关系到竹类植物能否在北京地区存活，是在北京地区生存和发展的重要因素。竹类植物一般通过竹笋繁衍后代，维持竹林持续发展，因此更新能力为次要因素。在园林应用中，除了考虑竹类植物生存和发展，还需考虑观赏性，因此观赏性排在适应性和更新能力之后。在11个评价因子中，竹鞭冻害率影响竹类植物的存活率，是竹类植物生命维系和发展的关键，因此总排序值最高；其次是出笋率，出笋率反映的是竹类植物繁衍后代的能力，是竹林能否持续发展的关键。再次是竹杆冻害率，竹杆冻害率反映在竹林内是营养物质的储存和消耗的多少，冻害程度越深，竹林内消耗越大，储存越少，影响竹林的生长势。其余因子如叶片冻害率、竹林效果、叶片受影响程度等比重较小。该研究中，竹鞭冻害率、出笋率2个因子为主要影响因素，竹杆冻害率、成竹率、竹杆受影响程度、侧枝冻害率4个因子为次要因素，叶片受影响程度、小枝冻害率、母株展叶率、竹林效果、叶片冻害率5个因子为一般评价因素。

2.2 竹类植物的评分值及评价等级根据评价指标和评分标准进行评分，依据11个因子的权重值计算出各竹类植物的评分值，用聚类分析划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4个等级(表8)。其中，最高分为安吉金竹4.999 5，最低分黄皮绿筋竹 2.037 6，二者分数相差较大。评价等级Ⅰ级有28种，包括安吉金竹、阔叶箬竹、金镶玉竹、早园竹、鹅毛竹等，占总数的46.7%。这些种类具有较强的适应性，极端低温下，植株叶片轻微受冻，小枝、侧枝、竹杆、竹鞭均正常；冻害后植株在6月完成换叶，出笋和成竹情况较好，母株生长发育及繁殖能力均未受影响，恢复能力强；经过恢复，在外观形态上，叶片、竹杆及竹林观赏效果均未受影响，在北京地区可大力推广应用。评价等级Ⅱ级有11种，包括白哺鸡竹、善变箬竹、箬竹等，占总数的18.3%。这些种类在适应性、更新能力和观赏性个别性状上稍有缺陷，可以在北京地区适当推广应用。评价等级Ⅲ级有17种，包括黄槽斑竹、笔竿竹、美丽箬竹等，这些种类在观赏性、适应性或更新能力个别性状上稍差，在特定的小环境可以推广应用。评价等级 Ⅳ 级有4种，包括白纹东根笹、对花竹、黄皮绿筋竹等。这些种类是受冻害影响最大的，1月的低温，使植株的叶片、小枝、侧枝全部受冻死亡，竹杆大部分受冻，个别竹种竹鞭受冻；春季出笋、新竹均细小、植株低矮。这类植物作为专类园的种质资源保存，对栽植环境和管理水平要求较高，不宜在北京地区推广应用。

表8 竹类植物评分值及等级

3 讨论

3.1 竹类植物种间抗寒性差异较大竹类植物在北京地区属于边缘植物，冬季低温和春季干旱是主要制约因素。低温中竹类植物表现出的抗寒性差异很大。株型较为高大的刚竹属植物，如金镶玉竹、安吉金竹、黄竿乌哺鸡竹等，除了叶片受冻，其他未受影响，表现出较强的抗寒性；而罗汉竹、黄皮绿筋竹等，叶片、小枝、侧枝、竹杆全部受冻，最严重的是黄皮绿筋竹，竹鞭受冻，死亡近半。以上结论与王金革等[13-14]研究结果一致，同时北京地区常用的早园竹、金镶玉竹、黄槽竹等表现出较强的抗寒性。

地被竹中抗寒性较强的是箬竹属的阔叶箬竹、箬叶竹，鹅毛竹属的鹅毛竹等，冬季仅叶片尖缘受轻微冻害，表现出较强的抗寒性，而同是箬竹属的美丽箬竹表现出的抗寒性相对一般。同是地被竹的赤竹属植物，地上部分的抗寒性较差，每年冬季地上部全部枯萎，以地下竹鞭越冬，春季抽枝展叶，出笋成竹继续生长发育，每年周而复始。

杆型中等的矢竹属和苦竹属的狭叶青苦竹，通常地上部分正常越冬，春季正常生长发育，但在极端低温下(-18.9 ℃[13]和-20.4 ℃)，地上部分几乎全部受冻死亡，以地下竹鞭越冬，春季对地上部分进行修剪，重新抽枝展叶、出笋成竹继续生长发育。

3.2 竹类植物抗寒性受多种因素影响竹类植物表现出的抗寒性差异除了受自身因素的影响外，还与竹林的年龄结构、单株的竹龄以及周围环境有关。张玮等[12]对北京植物竹类植物进行抗寒性评价研究表明，正值壮年的竹类植物抗寒性强，新植、栽植时间短和老龄竹抗寒性弱，周围环境也影响竹类植物生长和发育。该研究中，温度比2010年1月更低，冻害程度也更深，但安吉金竹、红哺鸡竹、黄竿乌哺鸡竹抗寒性明显较之前好，这与3种植物当时定植时间短有关。对阔叶箬竹评价差异较大，张玮等[12]在新植、立地条件差、光照不好的情况下，抗寒性差；蔡伟国等[13]的研究和该研究均表明，在阳光充足或半遮阴的地点，表现出抗寒性较强。低温中，阔叶箬竹冬季叶片仅叶尖轻微受冻，出笋成竹及观赏性均未受影响。年龄结构也影响竹类植物的抗寒性，如白哺鸡竹和黄槽石绿竹是栽植多年的竹林，竹林老龄化且开花，生长势转弱，表现出的抗寒性较差。竹类植物的抗寒性除了受以上因素的影响外，还与周围环境因素有关。同一种群的植物处于同一生态位中，资源需求的相似性和资源的稀缺性往往成为邻株植物之间竞争的根源所在[18-20]。竹类植物竹鞭穿透力强，较易侵占到相邻植物的生长空间进行生长、扩张和繁衍，威胁原有植物。如黄皮绿筋竹位于红哺鸡竹与黄竿京竹中间，红哺鸡竹和黄竿京竹生长势强，即使中间有隔板分隔，竹鞭仍然串入到黄皮绿筋竹林内，从而使黄皮绿筋竹生长势变弱，抗寒性减弱。

竹类植物栽植的地域不同，表现出的抗寒性有明显差异。王文哲等[6，21]在研究日照地区竹子抗寒性中，从形态和生理生化方面对23个竹种(品种)的抗寒性进行了研究，认为罗汉竹和矢竹抗寒性强。秦宇[22]在山东省引种观赏竹的抗寒性研究得出，四季竹和矢竹抗寒性强。该研究中，四季竹、罗汉竹和矢竹的受冻情况相对比较严重。四季竹部分叶片干枯，植株上部枯萎。罗汉竹叶片全部干枯，部分竹杆变色，少部分死亡。矢竹地上部分全部死亡，但竹鞭未受太大影响。这与北京地区天气干燥多风，植株比较缺水造成生长势相对较弱，从而降低了抗寒性有关。另外，2021年1月温度更低，仅-20.4 ℃，超过这3种竹类植物所能忍受的范围。

4 结论

该研究运用层次分析法，对北京植物园60个竹类植物进行了评价，并用聚类分析法按评价分数值，划分了4个等级。评价等级为Ⅰ级的竹类植物有28种，占总数的46.7%，这说明近50%的竹类植物在北京地区能够抵御-20.4 ℃极端低温，能够适应北京地区的气候条件，可广泛地推广应用；评价等级Ⅱ级有11种，这部分竹类植物叶片、小枝受轻微影响，抗寒性较强，较适应北京地区气候条件，可以适当地推广应用；评价等级Ⅲ、Ⅳ级的竹类植物，受立地条件、周围环境以及管理措施的影响较大，且需要有一定的管理经验，在此基础上，可以在特定条件下小面积栽植。