蔡美萍,袁 媛,陳清西
(福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院,福建福州 350002)
夏鵑(Rhododendronpulchrum),由R.indicum和R.eriocarpum(Hayata)Nakai雜交或變異而來,屬常綠灌木,為晚花杜鵑品種[1]。其種類繁多,花色艷麗,枝葉纖細(xì),且樹冠豐滿,發(fā)枝力強,極耐修剪,特別適合于盆景的制作[2]。目前,在夏鵑的引種及盆景制作的品種選擇上,多以人為喜好為主要判斷依據(jù),易造成盲目引種或造景效果不佳等問題。因此,亟需一套較客觀、系統(tǒng)的定量分析方法,來比較各夏鵑品種的盆景應(yīng)用價值,以提供指導(dǎo)[3]。
層次分析法(Analytic Hierarchy Process,簡稱AHP),是運用多因素分級處理來確定權(quán)重的方法,是一種定性和定量相結(jié)合的系統(tǒng)化、層次化的分析方法[4],適合于處理多因素問題中各評價指標(biāo)權(quán)重因子的確定,具有良好的有效性、可靠性和實用性[5]。此外,K-Means聚類法,是一種基于劃分的經(jīng)典聚類算法,該算法的基本目標(biāo)是將n個點的數(shù)據(jù)集合劃分為k類,使每一類都具有較高的相似性,是研究(樣品或指標(biāo))分類問題的一種統(tǒng)計分析方法[6-7]。在應(yīng)用上,K-Means 聚類法多與層次分析法、模糊數(shù)學(xué)法、灰色系統(tǒng)理論等評價體系相結(jié)合使用[8-10]。
近幾年,層次分析法已被逐漸應(yīng)用于觀賞植物的引種、優(yōu)良品種選擇、景觀評價及休閑農(nóng)業(yè)等相關(guān)研究領(lǐng)域[11-14],在紫薇[15]、芍藥[16]、切花菊[17]、觀賞甘薯[18]等品種中已有相關(guān)報道。AHP在杜鵑的種質(zhì)資源及觀賞性等方面雖有相關(guān)研究[19-22],但在盆景應(yīng)用方面卻鮮見相關(guān)報道。本研究采用AHP及K-Means聚類分析法,以引種的83個夏鵑品種在盆景應(yīng)用上的特點為評價重點,利用周年觀測數(shù)據(jù)、市場調(diào)查并結(jié)合專家群體判斷,對引種的夏鵑品種進行評價及分級,篩選出適合于盆景制作應(yīng)用的夏鵑品種,為夏鵑品種的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。
夏鵑引種試驗基地位于福建省東北部的周寧縣盧下洋66.67 hm2花卉區(qū)內(nèi),地處鷲峰山脈東麓,地勢由西北向東南傾斜,平均海拔800 m。地處27°7′12″N,119°19′48″E,屬中亞熱帶季風(fēng)山地氣候,冬長夏短,云霧多,雨量充沛,日照少。年平均相對濕度為83%,年平均氣溫為13~17℃,最冷的1月年平均氣溫為3~7 ℃,極端最高氣溫為35.6 ℃,極端最低氣溫為-8.9 ℃(1983年12月31日),年降水量在1 800~2 200 mm,比較適合夏鵑的種植和生長。
以福建天藍(lán)藍(lán)生態(tài)有限公司引進的83個3年生的地栽夏鵑品種作為本研究的試驗材料,杜鵑花品種及綜合評價見表1。
1.3.1 評價方法 層次分析法、K-Means均值聚類分析法、最小歐式距離法。
1.3.2 調(diào)查方法 文獻(xiàn)研究法、實地觀測法、問卷調(diào)查法(郵件咨詢)。
1.3.3 測量方法 參考徐忠等的方法[21]略作修改。
以生長勢中等,能夠代表品種整體生長狀況的單株作為觀測對象,并掛牌標(biāo)示。在相同生境條件下,每個夏鵑品種選擇3~5株植株作為觀測對象;對于不同栽培生境,每一生境條件下選擇3~5株作為觀測對象。觀測時期為2014年6月至2016年6月。4月下旬至6月中旬1~2 d觀測1次,其他時間1周觀測1次?;ㄉ卣鞯挠^測以英國皇家園藝協(xié)會(RHS)出版的比色卡(RHScolorchart)為標(biāo)準(zhǔn),花朵盛開時以直尺測量2個垂直方向的長度,取其均值為花徑。其中表型性狀測量方法參照杜鵑DUS測試指南[23]的相關(guān)測量部位及測量方法。
表1 供試杜鵑花品種及綜合評價值和等級
由于夏鵑病蟲害種類較多,同時受季節(jié)和氣候等因素影響,難以在短期內(nèi)對夏鵑的病蟲害詳細(xì)作出評價,本試驗僅調(diào)查了夏鵑最主要的害蟲(軍配蟲)情況,以夏鵑花期軍配蟲危害情況,作為夏鵑品種盆景應(yīng)用病蟲害抗性的評價指標(biāo)。病蟲害抗性的計算方法參考張冬菊的方法[24],用品種病蟲害指數(shù)=花期品種軍配蟲危害株數(shù)/品種總株數(shù)來衡量。目前,夏鵑盆景多以嫁接方式進行造型,因此,繁殖難易程度用品種嫁接成活率=品種嫁接成活數(shù)/品種總嫁接數(shù)×100%來衡量。
1.3.4 調(diào)查問卷的設(shè)計 評價指標(biāo)的確定。本試驗邀請園藝、園林等相關(guān)領(lǐng)域的專家及從事杜鵑盆景行業(yè)的技術(shù)人員,填寫專家意見征詢表,以確定選取哪些指標(biāo)作為評價指標(biāo)。共發(fā)放調(diào)查問卷30份,收回問卷30份,回收率為100%。
評價指標(biāo)重要度的確定。共包括2份問卷。問卷1:邀請園藝、園林、盆景造型等專業(yè)背景的教師及學(xué)生,采用1~9標(biāo)度法比較指標(biāo)間的相對重要性,量化各項指標(biāo)并構(gòu)建判斷矩陣。共發(fā)放調(diào)查問卷70份,收回問卷70份,回收率為100%。問卷2:邀請園藝及非園藝專業(yè)人士各100人,對14項指標(biāo),參照評分標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)資料進行主觀感受的賦分,采用1~5分制進行打分。其中花徑、花期長短、花期遲早、花豐富度、繁殖難易程度、病蟲害抗性等指標(biāo),主要根據(jù)課題組觀測的數(shù)據(jù)進行打分,其他指標(biāo)主要根據(jù)所拍攝的83個夏鵑品種相關(guān)照片進行打分。共發(fā)放調(diào)查問卷200份,收回問卷196份,回收率為98%。
1.3.5 統(tǒng)計分析方法 利用Microsoft Excel 2003軟件[25-26]對14個評價指標(biāo)的權(quán)重和各品種的綜合評價分值進行計算,制作圖表。利用IBM SPSS Statistics 22.0統(tǒng)計軟件[27]對83個夏鵑品種進行聚類分析,劃分等級。
2.1.1 評價指標(biāo)的確定 通過現(xiàn)場觀測、資料調(diào)研和專家咨詢等方法,最終篩選出花色、花型、花徑、花期長短、花期遲早、花豐富度、殘花狀況、株型、葉形、葉色、繁殖難易程度、生長勢、病蟲害抗性、抗逆性等14個評價指標(biāo)。
2.1.2 評分標(biāo)準(zhǔn)的確定 各評價指標(biāo)具體評分標(biāo)準(zhǔn),是在對引種夏鵑的生物學(xué)特性、觀賞性以及生長適應(yīng)性充分觀察的基礎(chǔ)上,結(jié)合調(diào)研結(jié)果及實際觀測數(shù)據(jù),最終擬訂了5分制夏鵑品種盆景應(yīng)用的綜合評分標(biāo)準(zhǔn)(表2)。
2.1.3 層次分析模型的建立 以篩選出的14個與夏鵑盆景應(yīng)用密切相關(guān)的評價指標(biāo),并依據(jù)其相互關(guān)系建立遞階層次結(jié)構(gòu)評價模型。模型分4層。目標(biāo)層A:為對夏鵑品種資源的綜合評價(劃分其等級);約束層B:由花觀賞性、整體觀賞性、適應(yīng)性3個部分組成,作為對A層的約束層;標(biāo)準(zhǔn)層C:由花色、花型、花徑等14個指標(biāo)組成;最底層D:由供試的83個夏鵑品種組成。由此構(gòu)成了由總目標(biāo)、主要性狀、評價指標(biāo)等組成的多層次評價體系,夏娟品種盆景評價指標(biāo)及模型見圖1。
表2 夏鵑品種盆景應(yīng)用綜合評價指標(biāo)及評分標(biāo)準(zhǔn)
2.1.4 判斷矩陣的構(gòu)建及一致性檢驗 在充分利用相關(guān)專家、技術(shù)人員的經(jīng)驗和判斷的基礎(chǔ)上,對夏鵑品種定量和非定量因素進行統(tǒng)一度量,構(gòu)建判斷矩陣。根據(jù)已構(gòu)建的層次模型,以發(fā)放問卷形式,邀請相關(guān)專家依據(jù)各因子間的相對重要性標(biāo)度(表3),進行對立打分,后用求平均值四舍五入取整法建立A-B,B1-C,B2-C,B3-C共4個矩陣,并計算出對應(yīng)的判斷矩陣的最大特征值(λmax)和對應(yīng)特征向量(W),結(jié)果見表4~表7。
根據(jù)AHP理論,當(dāng)判斷矩陣具有滿意的一致性時,其特征根大于n,且其余特征根近于0[28]。所以,為保證結(jié)論的可靠性和合理性,需對判斷矩陣進行一致性檢驗。根據(jù)定義:CR=CI/RI,其中一致性指標(biāo)CI=(λmax-n)/(n-1),平均隨機一致性指標(biāo)(RI)系數(shù)取值見表8。當(dāng)CR值小于0.1,說明該矩陣具有滿意一致性,否則需對判斷矩陣進行調(diào)整[29]。
從表4可以看出,夏鵑品種應(yīng)用綜合評價體系中約束層三類因子權(quán)重值分別為花觀賞性(B1)0.649 1,整體觀賞性(B2)0.279 0,適應(yīng)性(B3)0.071 9。其中花觀賞性所占權(quán)重最大,為綜合評價的重要指標(biāo),表明在夏鵑盆景適宜品種篩選過程中,首要目標(biāo)是選擇花觀賞性佳的優(yōu)異植株,其次要考慮到植株整體觀賞性和適應(yīng)性。由表5~表7可以看出,花觀賞性評價因子B1-C層的各個具體評價指標(biāo)的權(quán)重值大小排序為:花色(0.365 0)>花型(0.256 5)>花豐富度(0.169 4)>花期長短(0.091 4)>花徑(0.055 8)>花期遲早(0.034 7)>殘花狀況(0.027 1),表明花色、 花型和花豐富度是評價花觀賞性的主要指標(biāo),花期長短、花徑、花期遲早和殘花狀況相對而言只能作為輔助評價指標(biāo);在整體觀賞性評價因子B2-C中,株型所占權(quán)重最大,葉色次之,葉形最小,權(quán)重值分別為:0.661 2、0.271 8、0.067 0;適應(yīng)性評價因子B3-C層的各個具體評價指標(biāo)的權(quán)重值大小排序為:生長勢(0.531 8)>繁殖難易程度(0.270 2)>病蟲害抗性(0.122 1)>抗逆性(0.076 0),表明在盆景應(yīng)用中對夏鵑的生長勢強弱和繁殖難易程度要求較高,其次是病蟲害抗性和抗逆性。評價結(jié)果與實踐相比,具有較高的一致性,說明該模型及評價方法具有較佳的適合度、可信度。
表3 標(biāo)度方法
注:①表示第i個因素相對于第j個因素的影響介于上述2個相鄰等級之間。
表4 A-B判斷矩陣與一致性檢驗
注:A為最終目標(biāo),B為評價的主要性狀,W為所求的特征向量,用和積法計算得到:λmax=3.064 9,CI=0.032 4,CR=0.062 4<0.1(具有滿意的一致性)。
表5 B1-C判斷矩陣與一致性檢驗
注:B1為花觀賞性的主要性狀,C為各評價指標(biāo),W為所求的特征向量,用和積法計算得到:λmax=7.268 1,CI=0.044 7,CR=0.032 9<0.1(具有滿意的一致性)。
表6 B2-C判斷矩陣與一致性檢驗
注:B2為整體觀賞性的主要性狀,C為各評價指標(biāo),W為所求的特征向量,用和積法計算得到:λmax=3.044 1,CI=0.022 0,CR=0.042 4<0.1(具有滿意的一致性)。
同一層次所有因素對于最高層次的相對重要性權(quán)重值的排序為層次總排序,通過計算出各評價指標(biāo)(C)相對于所屬性狀(B)的加權(quán)值后,再與該性狀(B)相對于總目標(biāo)(A)所得的權(quán)值進行加權(quán)綜合,即可計算出各評價指標(biāo)因素(C)相對于總目標(biāo)(A)的權(quán)值,進而得到總排序[30]。根據(jù)層次總排序計算結(jié)果可知,在綜合評價中,花色、株型、花型和花豐富度這4個評價指標(biāo)所占權(quán)重較大。其中花色所占的權(quán)重最大,為23.70%,株型占18.44%,花型占16.65%,花豐富度占 10.99%,這幾個評價指標(biāo)所占權(quán)重總和為69.79%(表9)。結(jié)果表明花色、株型、花型及花豐富度是夏鵑品種盆景應(yīng)用價值綜合評價的決定性因素;葉色、花期長短、生長勢、花徑、花期遲早及繁殖難易程度等所占權(quán)重次之,分別為7.58%、5.93%、3.82%、3.62%、2.25%、1.94%,總權(quán)重為25.16%,為夏鵑品種盆景應(yīng)用價值綜合評價的重要因素;而葉形、殘花狀況、病蟲害抗性、抗逆性等所占權(quán)重最小,分別為1.87%、1.76%、0.88%、0.55%,權(quán)重總和約為5.05%,為評價夏鵑品種盆景應(yīng)用價值綜合評價的一般評價因素。通過建立AHP評價體系,對影響夏鵑品種盆景應(yīng)用的因素進行綜合評價,可為夏鵑的盆景應(yīng)用提供指導(dǎo),避免因盲目開發(fā)而造成所制作盆景的景觀效果差或植株生長不良等問題。
表7 B3-C判斷矩陣
注:B3為適應(yīng)性的主要性狀,C為各評價指標(biāo),W為所求的特征向量,用和積法計算得到:λmax=4.114 2,CI=0.038 1,CR=0.042 8<0.1(具有滿意的一致性)。
表8 1~12階RI值
表9 夏鵑品種應(yīng)用綜合評價體系層次的總排序權(quán)值
依據(jù)14項評價指標(biāo)的評分標(biāo)準(zhǔn),對83個供試夏鵑品種進行逐項打分,再根據(jù)各指標(biāo)的綜合權(quán)重值,計算出各品種的綜合分值。進而應(yīng)用K-Means聚類法對各品種的綜合分值進行聚類分析,獲得的聚類中心分別為3.824 9、3.159 3、2.304 8,再利用最小歐式距離法結(jié)合聚類中心值進行等級劃分。最終將供試的夏鵑品種劃分為3級,其中,Ⅰ級得分>3.51,為盆景應(yīng)用價值最高的夏鵑品種,共19個品種;Ⅱ級得分3.51~2.77,為盆景應(yīng)用價值一般的夏鵑品種,共33個品種;Ⅲ級得分<2.77,為盆景應(yīng)用價值較低的夏鵑品種,共31個品種。
盆景應(yīng)用價值較高、一般、較低的3個等級所占比率分別為23%、40%、37%。Ⅰ級夏鵑品種包括了五寶綠珠、麗子、日之丸等綜合評分值最高的品種,這些Ⅰ級夏鵑品種的綜合性狀優(yōu)良,具有極佳的應(yīng)用前景,可在今后盆景應(yīng)用中作較多考慮。其特點是花型飽滿,花色鮮艷有光澤,著花量大,同時株型緊湊,生長勢強,較耐修剪,也具有較佳的病蟲害抗性及抗逆性強。Ⅱ級夏鵑品種為和、晃明、夏錦袍等綜合評分值居中的品種,這些夏鵑品種的花觀賞性與整體觀賞性較Ⅰ級夏鵑品種差,生長勢較弱,適應(yīng)性一般。在綜合評價中,表現(xiàn)為某些方面指標(biāo)值較高,其他指標(biāo)值較低,因此,這些Ⅱ級夏鵑品種可作為盆景應(yīng)用的補充材料考慮。彩、光華、新日光等的綜合評分值最低,為Ⅲ級夏鵑品種,這些品種一般存在較大缺陷,觀賞性一般,生長緩慢,植株松散,葉片色澤變淡,不適于盆景應(yīng)用,可作為種質(zhì)資源保存。
從綜合評價結(jié)果可以看出,本研究所選用的評價因子基本能體現(xiàn)夏鵑的品種特性,是夏鵑品種在盆景應(yīng)用中的主要影響因素。與傳統(tǒng)方法相比,本研究綜合評價體系不僅衡量了植株的觀賞價值,而且評估了各品種的抗性,能較全面地反映夏鵑在盆景應(yīng)用中的綜合應(yīng)用價值。在評價體系中花觀賞性和整體觀賞性所占權(quán)重最大,這既符合觀賞效果上對植株花色、花型、花豐富度和株型的要求,又符合盆景造型過程中對植株生長勢強、嫁接后易于成活等的要求。同時,由于盆景具有精細(xì)養(yǎng)護的特點,對適應(yīng)性方面的要求會明顯低于花觀賞性和整體觀賞性。在權(quán)重總排序中花色、株型、花型、花豐富度、葉色、花期長短、生長勢等因子的權(quán)重值較大,體現(xiàn)了本次名優(yōu)品種篩選的目的,符合預(yù)期的結(jié)果。因此,本模型具有一定的借鑒意義。
本研究參照國內(nèi)外觀賞植物資源評價指標(biāo),以夏鵑的夏季城市盆景應(yīng)用為總目標(biāo),運用層次分析法構(gòu)建夏鵑品種應(yīng)用綜合評價模型,運用層次分析法構(gòu)建夏鵑品種盆景應(yīng)用綜合評價模型,可以使視覺美感、生態(tài)應(yīng)用適應(yīng)性、功能性等抽象性評價因素定量化,將定性與定量相結(jié)合,大大提高了評價的客觀性和有效性。在評價模型的建立過程中,通過多樣本(樣本數(shù)>30)調(diào)查后取平均值的辦法,使因子間的相對重要性標(biāo)度的人為主觀因素降到最小。此外,不同栽培條件及氣候環(huán)境差異等因素對夏鵑品種綜合觀賞價值的表現(xiàn)有一定影響,如夏鵑的生長發(fā)育及觀賞特性等性狀在偏酸性土壤中能得到較充分的展現(xiàn),但在偏堿性土壤中則相反,尤其是適應(yīng)性較弱的夏鵑品種的觀賞價值會隨著栽培時間的延長而逐漸降低[21]。因此,夏鵑品種的評價應(yīng)在栽培條件、栽培環(huán)境、引種栽培時間等相對較一致的情況下進行,以提高評價的科學(xué)性。
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