李翔 杜小姣 朱敏群 黃慧青

摘要：在華南地區(qū)實地調(diào)查中收集了30種具有一定耐陰性的園林植物，先在60%的光照條件下預試驗2個月，從中篩選出15種作為供試材料，經(jīng)60 d光脅迫試驗，測得與生長、生理和景觀特征相關(guān)的12個指標參數(shù)，采用AHP法構(gòu)建出了耐陰植物綜合評價指標體系。通過綜合評價將15個參試品種劃分3類：評分3.0～4.0的為耐陰品種，可耐遮陰85%的陰生環(huán)境；評分2.0～3.0的為較耐陰品種，可耐遮陰75%的陰生環(huán)境；評分1.0～2.0的具有一定耐陰性，可耐遮陰60%的陰生環(huán)境。篩選出了江南星蕨等5種耐陰蕨類植物，小駁骨等3種較耐陰植物和鳥尾花等7種具一定耐陰能力的植物。

關(guān)鍵詞：耐陰植物；層次分析法；評價指標

中圖分類號：S 688文獻標識碼：A文章編號：1009-5500（2015）05-0084-07

近年來，隨著國民經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程加快，城市建筑密度也在迅速增加，由高層建筑、立交橋和片林等造成的陰蔽、半陰蔽土地不斷增多，形成了大量的陰生環(huán)境[1，2]。

耐陰植物在園林植物群落中具有不可替代的獨特作用，能在陽光很少的區(qū)域和陰濕的環(huán)境中良好生長，綠化環(huán)境，保持水土，因此，耐陰植物已逐漸成為陰生環(huán)境綠化的主要材料之一[3]。然而由于對耐陰植物研究開發(fā)不足，使許多陰生環(huán)境綠化難，尤其是在陰生環(huán)境不能形成喬、灌、草及陰性、陽性和中性等多種生態(tài)類型植物相互依存的自然生態(tài)群落，林下大面積土地裸露，不僅景觀不悅，而且產(chǎn)生了許多環(huán)境問題。

試驗通過系統(tǒng)工程學中的層次分析法（AHP）[4]，結(jié)合植物對光脅迫反映特點進行引種試驗，觀測植物葉片結(jié)構(gòu)、生理和景觀效應指標的變化[5-8]，通過綜合分析，提出評價指標體系，對各指標在評價體系中所占的權(quán)重進行具體分析，最后應用該評價指標體系對植物耐陰性進行綜合評價，以期為陰生環(huán)境綠化所需植物的選擇及耐陰種質(zhì)的篩選提供依據(jù)。

1材料和方法

1.1試驗材料

通過查閱文獻和在華南地區(qū)實地調(diào)查，共收集到30種具有耐陰性的園林植物，先在60%的光照條件下觀察2個月，從中篩選出15種易成活、觀賞價值高的植物作為本項研究的供試材料（表1），并移入黑色遮陰網(wǎng)下常規(guī)管理20 d，60 d后取樣分析。

1.2光脅迫處理方法

試驗于2013年10月～2014年6月在深圳市職業(yè)技術(shù)學院東校區(qū)進行。試驗設對照（全光照）和3個遮陰處理，用黑色遮陰網(wǎng)搭建不同規(guī)格的遮陰棚，3個遮陰處理的遮陰度分別為85%，75% 和60%[9]。

1.3評價指標測定方法

利用常規(guī)制片法，制作葉片切片，在顯微鏡下測量葉面積、表皮組織、柵欄組織、海綿組織和葉片厚度；氣孔密度用火棉膠涂片法測定[10]；葉綠素采用Arnom法，葉片含水量采用干重法[11-13]；用LI-6400型光合儀測定光合作用[14]；色澤、健康狀況（直立及柔軟程度等）和均一性等采用目測或直接測量法[15]。

表1預試驗篩選出的參試植物

Table 1Selected plants after pre-trial test

序號科名名稱拉丁名1水龍骨江南星蕨Microsorum fortunei2鳳尾蕨闊葉鳳尾蕨Pteris esquirolii 3水龍骨胄葉線蕨Colysis hemitoma4鐵線蕨鐵線蕨Adiantum capillus-veneris5爵床金葉擬美花Pseuderanthemum carruthersii6爵床鳥尾花Crossandra infundibuliformis 7爵床叉花草Strobilanthes hamiltoniana8爵床馬可蘆莉Ruellia makoyana9鐵角蕨長葉鐵角蕨Asplenium prolongatum10爵床珊瑚花Cyrtanthera carnea11爵床波斯紅草Strobilanthes dyerianus12杜鵑花紅唇花Justicia brasiliana13爵床金脈爵床Sanchezia oblonga14柏科小駁骨Justicia gendarussa15爵床 金苞花Pachystachys lutea1.4指標體系的建立

1.4.1評價指標選擇把反映植物生長的葉片結(jié)構(gòu)指標、生理指標和景觀指標作為植物耐陰性綜合評價的一級指標[16]。

（1）葉片結(jié)構(gòu)指標：以葉片厚度、柵欄組織/海綿組織及氣孔密度作為影響植物生長的主要因子和評價指標。

（2） 生理指標：以同種植物在不同光處理下含水量、葉綠素a/b值及光補償點作為生理質(zhì)量評價指標。

（3） 景觀指標：耐陰植物的景觀質(zhì)量包括：色澤、健康狀況（柔軟程度）、均一性和冠幅3項指標[17，18]。

1.4.2綜合評價指標體系的層次結(jié)構(gòu)設計供試植物耐陰性綜合評價的層次結(jié)構(gòu)設計見圖1。將所選擇的各指標按屬性分成若干組，形成不同層次，使得上一層次對下一層次有支配作用，下一層次對上一層次有影響作用[19-21]。

圖1植物耐陰性綜合評價的層次結(jié)構(gòu)

Fig.1The hierarchical structure of comprehensive evaluation for plant shading tolerance1.4.4求解判斷矩陣的特征向量與最大特征根的數(shù)學模型

（1） 計算判斷矩陣每一行元素的乘積 Mi

Mi=∏nj=1aij

i，j =1，2，3，…，n（2）計算Mi的 n 次方根Wi

Wi=nMi

i=1，2，3，…，n

（3）對向量W=[W1W2……Wn]T正規(guī)化

W i=Wi∑nj=1Wj

則W=[W1W2…………Wn]T即為所求的特征向量。

（4）計算判斷矩陣最大特征根λmax

λmax=ni=1（AW）inwi

式中：（AW）i為AW的第 i 個元素。

（5）檢驗判斷矩陣的一致性

CI=λmax-nn-1，n=4 ，CR=CIRI

式中：CI為一致性指標；n為矩陣階數(shù)；RI為平均隨機一致性指標；CR為隨機一致性指標。

（6）層次總排序及其一致性檢驗

CI =mj=1αiCIj

RI =mj=1αiRIj

CR=CIRI

式中：αi為特征向量；CIi和RIi分別為與αi對應層次（ B層或?qū)覥） 中判斷矩陣的一致性指標和隨機一致性指標。

用Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2結(jié)果與分析

2.1植物耐陰性指標的分級與各耐陰指標綜合評分

根據(jù)實測統(tǒng)計數(shù)據(jù)對參試植物各項耐陰性指標進行4級制分級。標準分值的標定方法依據(jù)供試品種對光脅迫反應性狀的實測值與全光照的定量值之間的相對值確定，按1～4的標度確定分值等級。其中，景觀指標依據(jù)遮陰85%下的實際表現(xiàn)進行評分，其他指標依據(jù)遮陰度85%實測值與全光照對應的相對值來確定。因此，該標準分值被認為只適用于本次試驗被評定的15個品種，如果擴大應用，可根據(jù)試驗品種的性狀反應給予新的分值標度，為了避免試驗誤差引起的判斷失誤，可根據(jù)經(jīng)驗剔除或修正偏激數(shù)據(jù)[22]。參試的15個植物品種分級標度范圍見表2。

表2供試植物耐陰性指標體系及適應性評級標準

Table 2Shading tolerance indexes of tested plants and adaptation evaluation criterion

指標等級標準1234葉面積/%>200200～150149～120<120葉片厚度/%<6060～7071～80>80柵欄組織/海綿組織< 7070～80> 80氣孔密度/%< 7070～8081～90>90葉綠素總量/%> 200200～150149～130< 130葉綠素a/b/%<6060～7071～80> 80含水量/%<105105～100101～120>120光補償點/%<3030～5051～60>60色澤好（墨綠）較好（綠）中（淺綠）差（黃綠）健康狀況優(yōu)良中差均一性優(yōu)良中差冠幅/%>5050～4039～30<30對植物耐陰性指標調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行平均值處理（標準化處理），針對供試品種因生理特性不同產(chǎn)生的不具可比性的情況，對各指標的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化，均采用相對值的形式進行比較，使植物指標之間具有可比性（表3）。

相對值=（處理值/對照值）×100%

通過分級標準及耐陰指標的實測相對值（表2，3），對供試品種評分，得出不同耐陰指標的得分（表4）。

表3供試植物耐陰性各項指標相對值

Table 3Relative value of shading tolerance indexes of tested plants%

序號名稱C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C121江南星蕨266.3587.3962.17209.1461.03105.0921.25好優(yōu)優(yōu)78.132闊葉鳳尾蕨191.5369.5867.35216.0959.64104.7223.68較好良良48.633胄葉線蕨206.3170.8370.12250.3956.68103.4219.17較好良良46.224鐵線蕨329.2062.2861.56194.8566.53105.9828.75好優(yōu)優(yōu)37.135金葉擬美花148.1587.6989.8482.39134.9487.54137.3956.15差良中37.13續(xù)表3序號名稱C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C126鳥尾花130.1078.7775.5377.12148.3482.49135.5948.71較好優(yōu)中25.017叉花草123.2050.7577.8992.53121.1986.19150.3763.72好差中87.518馬可蘆莉195.4179.4268.1081.46175.6173.12107.0545.16好良優(yōu)26.269長葉鐵角蕨182.5368.7665.16235.7063.07105.2825.16好優(yōu)優(yōu)38.3910珊瑚花125.3484.6679.7276.47128.3384.40116.3947.15中優(yōu)中46.5111波斯紅草117.9280.4690.1383.26136.0386.34115.2153.66差中差46.2312紅唇花158.1988.6789.7089.15131.7087.80117.4349.15差中差56.2813金脈爵床113.1884.3087.8287.36129.5988.76103.5152.37差良中25.8314小駁骨220.8772.8888.2881.52154.3269.18109.4746.29較好良良27.6515金苞花126.3877.0487.0580.15133.7078.50112.8247.13較好中良28.26注：C1 葉面積；C2 葉片厚度；C3 柵欄組織/海綿組織；C4 氣孔密度；C5 葉綠素總量；C6 葉綠素a/b；C7 含水量；C8 光補償點；C9 色澤；C10 健康狀況；C11 均一性；C12 冠幅，下同

表4供試植物耐陰指標綜合評分

Table 4Score of comprehensive evaluation on shading tolerance of tested plants

序號名稱C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C121江南星蕨4144433444442闊葉鳳尾蕨3344444433333胄葉線蕨4243444433334鐵線蕨4344333444425金葉擬美花2112211213226鳥尾花2222211334217叉花草2221111131248馬可蘆莉3232323343419長葉鐵角蕨33444334444210珊瑚花21231123242311波斯紅草11122122121312紅唇花31122123121413金脈爵床11121122132114小駁骨42123323333115金苞花2212222332312.2評價指標權(quán)重系數(shù)集的確定

依據(jù)圖1 的遞階層次結(jié)構(gòu)、評價要素設置和構(gòu)造各層次之間的兩兩比較判斷矩陣，計算判斷矩陣的特征根和特征向量。判斷矩陣是針對層次結(jié)構(gòu)中的上一層次的某要素，把本層次中的各元素排在矩陣的行與列上，對各元素進行兩兩比較，對其相對重要性進行量化，并選取適當?shù)臄?shù)值（權(quán)重）對該量化的重要性加以表示。

各遞階層次支配的判斷矩陣見表5、6、7、8。

2.2.1準則層單排序及其一致性檢驗

表5植物耐陰性準則層對目標層的判斷矩陣及單排序和一致性檢驗

Table 5The judgment matrix of rule hierarchy to target hierarchy and single arrangement and consistency check

總目標B1B2B3權(quán)重Wi最大特征根λmaxCICRB1111/20.402 1B21/211/20.319 1B31/21/310.278 82.103 3-0.448 4-0.870 8注：B1 葉片結(jié)構(gòu)指標；B2 生理指標；B3 景觀指標，下同

2.2.2措施層單排序及其一致性檢驗

表6B1支配下各項耐陰性指標的判斷矩陣及單排序和一致性檢驗

Table 6The judgment matrix of the indexes of shading tolerance under B1 and single arrangement and consistency check

B1C1C2C3C4權(quán)重Wi最大特征根λmaxCICRC112340.690 5C21/511/51/30.106 0C31/31/511/50.106 0C41/31/51/710.097 53.107 80.053 90.060 4

表7B2支配下各項耐陰性指標的判斷矩陣及單排序和一致性檢驗

Table 7The judgment matrix of the indexes of shading tolerance under B2 and single arrangement and consistency check

B2C5C6C7C8權(quán)重Wi最大特征根λmaxCICRC513570.613 1C61/71350.231 7C71/71/7130.095 3C81/31/51/710.059 84.266 20.088 7-0.099 4

表8B3支配下各項耐陰性指標的判斷矩陣及單排序和一致性檢驗

Table 8The judgment matrix of the indexes of shading tolerance under B3 and single arrangement and consistency check

B3C9C10C11C12權(quán)重Wi最大特征根λmaxCICRC912340.705 7C101/911/71/50.075 7C111/31/511/50.108 3C121/21/51/710.110 23.206 20.103 10.115 52.2.3層次總排序及一致性檢驗

按照公式計算出了植物的各項生長指標，生理指標和景觀指標對耐陰性總體目標（A）的重要性排序（表9），即：C1>C9>C5>C2=C3>C4>C6>C12>C11>C7>C10>C8。

應用AHP 程序軟件包對15種參試植物耐陰性指標綜合評分數(shù)據(jù)進行分析，對構(gòu)造判斷矩陣的一致性進行檢驗，3個判斷矩陣的平均隨機一致性CR值分別為0.060 4、-0.099 4、0.115 5，均達到了CR>0.1的要求，因此，認定3個判斷矩陣具可接受的一致性，達到了一致性檢驗的標準。

總排序一致性指標CI=0.069 7，總排序平均隨機一致性指標RI=0.893 1，檢驗系數(shù)（隨機一致性比例）CR=0.078 0<0.1，表明具有滿意的一致性。2.3綜合評價

由于C 層元素間關(guān)系較遠，相對較獨立，所以構(gòu)造遞階層次結(jié)構(gòu)模型時忽略了各指標（ C層）內(nèi)部間的相互關(guān)系，同時認為準則層（B 層）元素間也相對獨立。通過對各指標綜合評議，利用AHP 程序分析得到遞接層次中各元素的排序權(quán)重（表9）。

參試植物12個光脅迫指標的排序權(quán)值（表9）和分級評分計算耐陰性總評分進行比較，評分公式：

12WiRij

式中：N 為綜合耐陰指數(shù)，Wi 為各指標權(quán)重，Rij 為各植物耐陰指標分級評分。通過以上公式計算出耐陰植物綜合耐陰能力排序（表10）。

表9層次總排序及一致性檢驗

Table 9The total taxis of hierarchy and consistency check

準則層B1B2B30.402 10.319 10.278 8總排序方案層C10.690 50.277 6C20.106 00.042 5C30.106 00.042 5C40.097 50.039 2C50.613 10.031 1C60.231 70.195 6C70.095 30.073 8C80.059 80.019 1C90.705 70.196 7C100.075 70.021 1C110.108 30.030 1C120.110 20.030 7CIi0.053 90.088 70.103 1CIRICRRIi0.893 10.893 10.893 10.078 70.893 10.088 1CRi0.060 4-0.099 40.115 50.088 1

表10供試植物耐陰能力綜合評價

Table 10Comprehensive shading tolerance evaluation of tested plants

序號名稱C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12總得分耐陰

等級1江南星蕨4144433444443.603 112胄葉線蕨4243444433333.597 213鐵線蕨4344333444423.595 614闊葉鳳尾蕨3344444433333.401 315長葉鐵角蕨3344433444423.349 116小駁骨4212332333312.975 727馬可蘆莉3232323343412.888 128金苞花2212222332312.172 729鳥尾花2222211334211.957 9310叉花草2221111131241.878 2311珊瑚花2123112324231.862 0312紅唇花3112212312141.850 7313金葉擬美花2112211213221.470 0314波斯紅草1112212212131.245 7315金脈爵床1112112213211.204 43權(quán)重值0.27000.04250.04250.03920.03110.19560.07380.01910.19670.02110.03010.03073討論與結(jié)論

3.1討論

研究結(jié)果證明，耐陰園林植物具有在弱光條件下為適應光照條件的變化而產(chǎn)生一系列改變，從而保持自身系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，并能進行正常生命活動的能力；耐陰園林植物的生長發(fā)育除受光照這一主導因子影響以外，環(huán)境中其他因子對其生長發(fā)育也有一定的影響。這與多數(shù)文獻報道相一致[23]，同時啟示進一步開展各環(huán)境因子間相關(guān)性研究是深入研究耐陰園林植物的主要方向之一。

關(guān)于光照、溫度、水分和土壤等環(huán)境因子對耐陰植物影響的研究有一定報道，但僅限于生長發(fā)育、產(chǎn)量及有效成分等領(lǐng)域，且主要集中在生長過程和最終產(chǎn)品上，而對品質(zhì)形成過程中生長及相關(guān)景觀效應的研究還相當薄弱[24]。

有針對性地研究了園林植物綜合評價的指標體系，篩選出了幾種耐陰園林植物種質(zhì)材料，對開發(fā)利用喬木下層及其他陰生環(huán)境下的弱光空間資源、陰生環(huán)境生態(tài)綠化的植物群落配置、提高城市綠化的綜合效益等具有重要的實用性。

由于城市綠化植物的觀賞特性和功能，植物的耐陰性還需考慮植物的形態(tài)和發(fā)育期，在具體評定和選擇中，應進行綜合考慮。

3.2結(jié)論

1）對植物耐陰性綜合評價可以看出，供試的15個品種可以分為3類：評分在3.0～4.0為耐陰品種，可以在遮陰85%的陰生環(huán)境種植；評分在2.0～3.0為較耐陰品種，可在遮陰75% 的陰生環(huán)境種植；評分在1.0～2.0的品種具有一定耐陰性，可在遮陰60% 的陰生環(huán)境種植。

2） 結(jié)果表明，江南星蕨、胄葉線蕨、鐵線蕨、闊葉鳳尾蕨和長葉鐵角蕨的總評分較高，耐陰生環(huán)境，該結(jié)果與其田間栽培試驗的表現(xiàn)一致，可作為高層建筑、立交橋和片林等造成的陰-蔽、半陰-蔽陰生環(huán)境的綠化植物。

3）小駁骨、馬可蘆莉和金苞花的總評分較低，說明其耐陰能力僅次于江南星蕨等5種較耐陰植物。

4）鳥尾花、叉花草、珊瑚花、紅唇花、金葉擬美花、波斯紅草和金脈爵床4個品種的總評分最低，但均具一定的耐陰能力和耐陰潛力。

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Selection of shading tolerance plants based on

comprehensive evaluation index system

with AHP approach

LI Xiang1，DU Xiao-jiao1，2，ZHU Min-qun1，2，HUANG Hui-qing1，2

（1.Xiamen Rimao Landscape Architecture Co Ltd，XiaMen 361000，China； 2.Shenzhen Risheng

Gardening Co Ltd，Shenzhen 518040，China）

Abstract：Based on the field survey，30 species of shading tolerant garden plants were selected in southern China.The pre-selection trial was conducted under 60% of full sunlight condition for 2 months and 15 species were selected for further test under light stress for 60 days.12 indexes in terms of growth，physiology and landscape were measured to establish a comprehensive evaluation index system （CEIS）.15 selected species were divided into 3 types by using CEIS，including the high shading tolerance plants with the score of 3.0 to 4.0 could grow under 80% of shading，the medium shading tolerance plants with the score of 2.0 to 3.0 could grow under 75% of shading，and the low shading tolerance plants with the score of 1.0 to 2.0 could grow under 60% of shading.Based on CEIS，5 species with high shading tolerance，3 species with medium shading tolerance and 7 species with low shading tolerance were selected.

Key words：shading tolerance；plant； comprehensive evaluation；index