李宇泊， 楊艷麗， 李永強， 方強恩*， 白小明

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070； 2.草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室， 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，甘肅省草業(yè)工程實驗室， 中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心， 甘肅 蘭州 730070)

鄉(xiāng)土地被植物是指在當?shù)靥幱谔烊粻顟B(tài)的地面覆蓋植物，包括草本植物和一些低矮的灌木，植株一般較低，枝葉繁茂，繁殖力強，具有較高的觀賞價值[1-3]。目前，在我國城鎮(zhèn)綠化中主要引用外來植物，這些植物普遍存在品類單一、色彩單調(diào)、群落不穩(wěn)定、管護成本高等諸多問題[4]，大量外來植物的應(yīng)用不但導(dǎo)致綠化景觀趨同，“千城一色”現(xiàn)象嚴重，而且城市文化和特色也被嚴重削弱。由于鄉(xiāng)土地被植物具有種類豐富、適應(yīng)性廣、生態(tài)功能強、景觀效果獨特、承載鄉(xiāng)土地域文化等特點，近年來越來越受到關(guān)注[5-6]，尤其在當前我國新型城鎮(zhèn)化和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景下，鄉(xiāng)土地被植物的研究對新時期城鄉(xiāng)景觀的可持續(xù)發(fā)展和高質(zhì)量建設(shè)具有重大價值[7]。

黃土高原是我國四大高原之一，包含有盆地、山地和丘陵以及黃土覆蓋的高平原，生境多樣，植物種類豐富，約有種子植物3 224種[8]。但另一方面，這里是我國歷史悠久的農(nóng)墾區(qū)，也是現(xiàn)代重要的重工業(yè)基地，長期受氣候和人為因素影響，水資源缺乏，土地瘠薄，生態(tài)脆弱，城市綠化基礎(chǔ)普遍較差，目前在城鎮(zhèn)綠化中存在的突出問題有：盲目引種外來植物以求快速擴大綠地覆蓋率、為加快綠化景觀建設(shè)不計代價把大樹從異地移栽進城[9]等等。這些極端的做法不但種植養(yǎng)護成本高，而且存在很多生態(tài)安全隱患。從生態(tài)、經(jīng)濟、人文可持續(xù)發(fā)展的角度看，對于自然條件嚴酷的西北黃土高原地區(qū)，應(yīng)用鄉(xiāng)土植物開展綠化景觀建設(shè)無疑是一條適宜的途徑。目前，許多省市區(qū)在鄉(xiāng)土植物的資源調(diào)查與評價方面已開展了大量研究，但主要集中在華東、華中、華南等地區(qū)[10-11]，針對西北黃土高原地區(qū)鄉(xiāng)土地被植物資源的研究鮮有報道。

層次分析法(Analytic hierarchy process，AHP)是國內(nèi)植物資源評價中使用最廣的一種數(shù)學(xué)方法，目前已廣泛應(yīng)用在觀賞植物的資源開發(fā)、品種性狀、景觀價值、觀賞價值綜合評價等方面[12-16]。本研究針對西北黃土高原植物和氣候特點，以科學(xué)、實用、簡捷的原則，采用AHP構(gòu)建了鄉(xiāng)土地被植物園林應(yīng)用綜合評價體系，并對蘭州市鄉(xiāng)土地被植物進行評價實踐，以期為西北地區(qū)鄉(xiāng)土地被植物的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 綜合評價體系的構(gòu)建

1.1.1確立評價指標 鄉(xiāng)土地被植物種類繁多，性狀多樣，對其應(yīng)用進行科學(xué)評價時，指標的選擇至關(guān)重要。本文參考了近10多年來發(fā)表的地被植物質(zhì)量評價相關(guān)文獻[3-7,10-11,13-26]，運用頻數(shù)統(tǒng)計法[26]，綜合考慮黃土高原園林應(yīng)用實際要求，篩選出了株高、生育期、綠期、覆蓋度、株型、花型花色、觀賞期、抗逆性、分布、資源豐富度、繁殖難易程度、開發(fā)新穎性等共12個指標，分類構(gòu)成園藝學(xué)特性、園林觀賞性、生態(tài)適應(yīng)性、開發(fā)新穎性四大指標體系，建立綜合評價指標層次結(jié)構(gòu)模型，該模型包括3個層次，即目標層(A)、約束層(B)、標準層(C)(見圖1)。

圖1 鄉(xiāng)土地被植物園林應(yīng)用價值綜合評價層次結(jié)構(gòu)模型Fig.1 The hierarchy structure model for comprehensive evaluation of native groundcover plants

1.1.2各評價層次權(quán)重的確定及一次性檢驗 根據(jù)總目標的要求，參考文獻資料[27-32]和專家意見，用1～9量化標度對上述各層次做出兩兩比較判斷，構(gòu)造出A—B，B1—(C1～C4)，B2—(C5～C7)，B3—(C8～C11)共4個判斷矩陣。

為了保證評價結(jié)果的有效性，對判斷矩陣進行一致性檢驗。根據(jù)AHP層次分析法理論，當判斷矩陣具有滿意的一致性時，它的最大特征根稍大于n，且其余特征根近于0。

度量判斷矩陣偏離一致性的指標為CI：

CI=(λmax-n)/(n-1)

度量判斷矩陣一致性的指標為CR，是CI與判斷矩陣隨機一致性指標RI之比，即

CR=CI/RI

當CR<0.1時，可以認為判斷矩陣具有滿意的一致性[13,25]。

在Matlab中編程實現(xiàn)判斷矩陣權(quán)向量的計算及一致性檢驗。

1.1.3層次總排序權(quán)值的求算 計算出標準層C各個評價指標相對于所屬約束層B的加權(quán)值后，與該約束層B的權(quán)值進行加權(quán)綜合，即可得標準層C相對于目標層A的總排序權(quán)值。

1.1.4綜合評價與等級劃分 建立綜合評價指標層次結(jié)構(gòu)模型，確定各評價層次的權(quán)重后，將準則層C的每一項指標分成優(yōu)中劣3個等級，依據(jù)“優(yōu)(85—100分)、中(70—84分)、劣(0—69分)”以百分制給每個等級依次賦分[10]，制定出鄉(xiāng)土地被植物評分標準。綜合評價時，參考評分標準，先給每種植物的12項指標打分，然后結(jié)合AHP法的層次總排序權(quán)重ci運用加權(quán)秩和比法(Weighted rank sum ratio，WRSR)[12]計算得到調(diào)查區(qū)所有植物的綜合評價WRSR值以及回歸方程(y=0.1631x-0.2982)，方程以概率單位Probit為自變量，WRSR值為因變量。最后按照最佳分級原則[12]確定出綜合評價分級標準，見表1。

表1 綜合評價分級標準Table 1 Grade standards for the comprehensive evaluation

1.2 評價體系在蘭州市鄉(xiāng)土地被植物資源評價中的應(yīng)用

蘭州市位于黃土高原西部，具有典型的溫帶半干旱氣候。根據(jù)蘭州地區(qū)地形及植被分布特點，在蘭州市及近郊選出6個實地調(diào)查點，分別為：五泉山、仁壽山、徐家山、九州臺和石佛溝國家森林公園(包括石佛溝和天都山兩個調(diào)查點)(見表2)。2016年至2019年，從6月開始到8月份，多次對以上地區(qū)主要鄉(xiāng)土地被植物資源種類及其分布、生長狀況、形態(tài)特征及生態(tài)習(xí)性等進行實地調(diào)查。調(diào)查期間詳細記錄植物株高、覆蓋度、株型、花型花色、分布、資源豐富度等各項評價指標，以備打分評價。對野外不能識別的植物采集標本，帶回實驗室進行鑒定。參考相關(guān)文獻資料[27-32]，對每種植物的生物學(xué)特性、生活型、生育期、抗逆性、觀賞特性等進行補充整理。

表2 調(diào)查地基本情況Table 2 Basic information of the survey sites

2 結(jié)果與分析

2.1 鄉(xiāng)土地被植物園林應(yīng)用價值綜合評價體系的建立與評價方法

2.1.1綜合評價層次結(jié)構(gòu)模型 通過上述層次分析方法，建立了鄉(xiāng)土地被植物園林應(yīng)用價值綜合評價層次結(jié)構(gòu)模型(圖1)。該模型包括目標層(A)、約束層(B)、標準層(C)3個層次。選擇制約鄉(xiāng)土地被植物開發(fā)利用的4個主要因素：園藝學(xué)特性(B1)、園林觀賞性(B2)、生態(tài)適應(yīng)性(B3)和開發(fā)新穎性(B4)，作為該模型的約束層(B)。這4個特性能反映出鄉(xiāng)土植物的地被覆蓋能力、生育時長、觀賞效果、開發(fā)利用難易程度以及獨特性。標準層(C)是體現(xiàn)上述約束層的具體選擇指標，包括株高(C1)、生育期(C2)、綠期(C3)、覆蓋度(C4)、株型(C5)、花型花色(C6)、觀賞期(C7)、抗逆性(C8)、分布(C9)、資源豐富度(C10)、繁殖難易度(C11)和開發(fā)新穎性(C12)。

2.1.2各層次評價指標權(quán)重及一次性檢驗結(jié)果 構(gòu)造出A—B，B1—(C1～C4)，B2—(C5～C7)，B3—(C8～C11)共4個判斷矩陣，通過Matlab軟件分析，4個判斷矩陣的CR值均小于0.1，都具有滿意的一致性(見表3)。

表3 各層次評價指標的權(quán)重及一次性檢驗Table 3 The weight and one-time test of each level evaluation index in AHP

表4 標準層C的合成排序Table 4 Synthetic ranking of standard layer C in AHP

標準層C對于目標層A的一致性檢驗：

2.1.4鄉(xiāng)土地被植物評分標準 確定層次總排序權(quán)重值后，制定出各指標的評分標準，見表5。

表5 鄉(xiāng)土地被植物評分標準Table 5 Evaluation and scoring standard of native groundcover plants

2.2 蘭州地區(qū)鄉(xiāng)土地被植物園林應(yīng)用價值綜合評價

2.2.1蘭州市鄉(xiāng)土地被植物資源 通過實地調(diào)查，在蘭州市共采集到鄉(xiāng)土地被植物70種，隸屬27科56屬(表6)。種類較多的科主要有毛茛科、禾本科、豆科和菊科。其中，毛茛科植物最多，有10種，這些植物花形獨特，色彩艷麗，主要分布在高山叢林或林緣草叢，如川赤芍(Paeoniaanomalasubsp.veitchii)、翠雀(Delphiniumgrandiflorum)、甘肅耬斗菜(Aquilegiaoxysepalavar.kansuensis)、露蕊烏頭(Aconitumgymnandrum)、大火草(Anemonetomentosa)、小葉鐵線蓮(Clematisnannophylla)等，甘青側(cè)金盞花(Adonisbobroviana)分布在荒漠草地，耐旱性強。禾本科植物有8種，這些植物草叢茂密，分布廣，耐貧瘠，地被覆蓋能力強，如芨芨草、草地早熟禾、羊茅(Festucaovina)、紫羊茅(Festucarubra)、假葦拂子茅(Calamagrostispseudophragmite)等。豆科植物有7種，主要是小灌木，花小繁多，觀賞期長，抗逆性強，如紅花巖黃耆(Corethrodendronmultijugum)、苦馬豆(Sphaerophysasalsula)、狹葉錦雞兒(Caraganastenophylla)、興安胡枝子(Lespedezadavurica)等。菊科植物有6種，鳶尾科植物有4種，其他科植物種數(shù)較少，均在3種以下。

蘭州市鄉(xiāng)土地被植物中，我國特有植物較多，本次共調(diào)查到10種，分別是甘青鐵線蓮(Clematistangutica)、黃花角蒿(Incarvilleasinensisvar.przewalskii)、密生波羅花(Incarvilleacompacta)、澇峪小檗(Berberisgilgiana)、松潘小檗(Berberisdictyoneura)、甘西鼠尾草(Salviaprzewalskii)、川赤芍、甘青側(cè)金盞花、甘肅耬斗菜、露蕊烏頭、毛杓蘭(Cypripediumfranchetii)。其中，毛杓蘭是我國一級保護植物。

2.2.2蘭州鄉(xiāng)土地被植物園林應(yīng)用價值綜合評價 參照上述AHP法評價體系及基于WRSR法的綜合評價分級方法，對蘭州地區(qū)70種鄉(xiāng)土地被植物逐一進行記分評價，得到WRSR值總排序表(表6)。從綜合評價結(jié)果可以知，蘭州地區(qū)I級鄉(xiāng)土地被植物有13種，II級31種，III級14種，IV級12種。I級鄉(xiāng)土地被植物有草地早熟禾、芨芨草、長芒草(Stipabungeana)、紫羊茅、羊茅、紫花地丁(Violaphilippica)、早開堇菜(Violaprionantha)、黃花補血草(Limoniumaureum)、拂子茅(Calamagrostisepigeios)、二色補血草(Limoniumbicolor)、假葦拂子茅、紅花巖黃耆和白刺(Nitrariasibirica)。這些植物在株型、花色、綠期、葉型、地被覆蓋能力上都表現(xiàn)良好，分布廣，易繁殖，抗逆性強，在蘭州地區(qū)的種質(zhì)資源十分豐富。

II級鄉(xiāng)土地被植物有細葉鳶尾、旋覆花(Inulajaponica)、紅砂(Reaumuriasongarica)、狹葉錦雞兒、百里香(Thymusmongolicus)、球果群心菜(Cardariachalepensis)、苦馬豆、北景天(Sedumkamtschaticum)、中亞早熟禾(Poalitwinowiana)、寬葉獨行菜(Lepidiumlatifolium)、披針葉黃華(Thermopsislanceolata)、地膚(Kochiascoparia)、頂羽菊(Acroptilonrepens)、興安胡枝子、狼毒(Stellerachamaejasme)、阿爾泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)、寸草(Carexduriuscula)、灌木亞菊(Ajaniafruticnlosa)、蒙古芯芭(Cymbariamongolica)、異穗苔草(Carexheterostachya)、小葉鐵線蓮、細葉石頭花(Gypsophilalicentiana)、宿根亞麻(Linumperenne)、黃花角蒿、苦豆子(Sophoraalopecuroides)、馬藺(Irislactealvar.chinensis)、石竹(Dianthuschinensis)、中麻黃(Ephedraintermedin)、異葉青蘭(Dracocephalumheterophyllum)、甘青側(cè)金盞花、拐軸鴉蔥(Scorzoneradivaricate)共31種植物，這些植物園藝學(xué)特性和觀賞性能普遍良好，易于繁殖，但適應(yīng)性相對較弱，種質(zhì)資源較少，這類植物在種植利用時，需要提供良好的栽培條件。

III級鄉(xiāng)土地被植物有細葉早熟禾(Poapratensissubsp.angustifolia)、蒙古蕕(Caryopterismongholica)、甘青鐵線蓮、小葉金露梅(Potentillaparvifolia)、白穎苔草(Carexduriusculasubsp.Rigescens)、蕕(Caryopterisdivaricate)、澇峪小檗、松潘小檗、大火草、柳穿魚(Linariavulgaris)、歪頭菜(Viciaunijuga)、密生波羅花、黃芩(Scutellariabaicalensis)、香蒲(Typhaorientalis) 共14種植物，這些植物有很高的觀賞價值，繁殖較容易，但種質(zhì)資源數(shù)量少，常生長在特定環(huán)境中。這類植物可以依照其習(xí)性特征進行開發(fā)應(yīng)用，如柳穿魚、澇峪小檗、大火草、歪頭菜等可用于林下草地綠化，香蒲可用于濕地綠化。

IV級鄉(xiāng)土地被植物有三裂繡線菊(Spiraeatrilobata)、甘西鼠尾草、射干(Belamcandachinensis)、甘肅耬斗菜、驢蹄草(Calthapalustris)、耬斗菜(Aquilegiaviridiflora)、銳果鳶尾(Irisgoniocarpa)、川赤芍、柳蘭(Epilobiumangustifolium)、翠雀、露蕊烏頭、毛杓蘭共12種。這類植物雖然觀賞價值高，但對生境要求非常嚴格，繁殖難度大，資源數(shù)量少，不適宜在蘭州地區(qū)種植推廣。

3 討論

3.1 黃土高原地區(qū)鄉(xiāng)土地被植物綜合評價體系分析

在層次分析法中，評價指標及其權(quán)重的設(shè)置非常重要，這兩個方面直接決定著評價結(jié)果的客觀性和準確性。在植物評價體系中，評價指標的選擇一定要與當?shù)丨h(huán)境條件和評價目的相符合。許諾等[5]在華中地區(qū)鄉(xiāng)土地被植物評價時選擇了形態(tài)性狀、觀賞性狀、生長性狀、抗逆性狀等作為評價準則，其中形態(tài)因子的權(quán)重最高，觀賞因子次之。皮梁等[11]在對滇中地區(qū)鄉(xiāng)土地被植物評價時，選擇了觀賞性、適應(yīng)性和適用性3大類指標，這與宋曉梅等[33]在成都市植物園綠地地被植物評價時選擇的指標相似，均十分看重植物的觀賞性。在本研究建立的評價體系中，A—B層指標權(quán)重值的排序是生態(tài)適應(yīng)性>園藝學(xué)特性>園林觀賞性>開發(fā)新穎性，其中生態(tài)適應(yīng)性最為重要。從環(huán)境特點分析，西北黃土高原地處我國內(nèi)陸，氣候干旱，水資源缺乏[34]，土地貧瘠，土壤堿化較嚴重，植物種植成活難度較大[35]，因此，在這種特殊生態(tài)環(huán)境下，抗逆性強、適應(yīng)性廣、易繁殖成為了鄉(xiāng)土植物篩選的最重要指標。此外，黃土高原地區(qū)暖季短，冷季較長，風(fēng)沙大，要求園林綠化需要具備較長的綠期和良好的覆蓋地面的能力，應(yīng)該在保障這些需求的基礎(chǔ)上，才可去顧及植物觀賞效果和新穎性。從本研究結(jié)果中B—C層指標的權(quán)重值看，權(quán)重值較高的指標排序為抗逆性(0.383)>繁殖難易度(0.160)>綠期(0.111)>分布(0.062)>株型(0.057)>覆蓋度(0.045)。可見，與華中、華南地區(qū)地被植物評價指標和權(quán)重設(shè)置不同，本研究建立的評價體系更加強調(diào)黃土高原特殊氣候條件下的生態(tài)適應(yīng)性，而適用性和觀賞性次之，這符合黃土高原地區(qū)的生態(tài)環(huán)境特征和園林植物綠化需求。

表6 蘭州地區(qū)鄉(xiāng)土地被植物綜合評價結(jié)果Table 6 Results of comprehensive evaluation of native groundcover plants in Lanzhou

3.2 評價結(jié)果與實際狀況的對比分析

從最終評價結(jié)果來看(表6)，列入第Ⅰ級的植物，如草地早熟禾、芨芨草、黃花補血草、二色補血草、紅花巖黃耆、紫花地丁等，這些植物在地被特征、資源潛力、生物學(xué)特性、生態(tài)適應(yīng)性等方面均得分較高。在調(diào)查過程中，也發(fā)現(xiàn)該類植物分布廣，數(shù)量多，在蘭州市南北兩山及近鄰區(qū)大面積生長，常形成連片的自然居群景觀[36-39]。評價結(jié)果與實際狀況均表明，這類植物資源豐富，繁殖力和適應(yīng)性強，觀賞性好，開發(fā)潛力大。小葉金露梅、甘西鼠尾草、柳穿魚、歪頭菜、甘肅耬斗菜、川赤芍、銳果鳶尾、露蕊烏頭、翠雀、柳蘭等觀賞價值很高，卻被列入第Ⅲ級甚至第Ⅳ級，其原因主要是受資源數(shù)量、抗逆性或生物學(xué)特性等方面的限制，如川赤芍分布在石佛溝森林公園林下草叢，甘肅耬斗菜、柳蘭、歪頭菜分布在林緣草地，露蕊烏頭、甘西鼠尾草、小葉金露梅等分布在海拔2 400 m以上的林緣草叢、灌叢[36-37]。這些植物分布在特定的氣候生境下，引種推廣難度很大，因此在綜合評價中得分不高。

通過對蘭州市鄉(xiāng)土地被植物評價分析，評價結(jié)果符合實際狀況，表明該評價體系能較準確的反映出鄉(xiāng)土地被植物資源的開發(fā)利用特點。但需要指出的是，鄉(xiāng)土地被植物從收集評價到實際擴繁應(yīng)用需要深入開展大量研究性工作，本文開發(fā)的評價體系，僅供在對黃土高原野生地被植物進行初步評價時使用。此外，層次分析法中對各指標進行打分時會存在一定的人為主觀性，因此，實際應(yīng)用時，一方面，在野外植物資源調(diào)查時要求盡可能采集到植物的詳實信息，對一些重要因子如抗逆性等最好能在室內(nèi)進行試驗測定，以減少評價時的偏差，提高評價準確度；另一方面，對初評結(jié)果要結(jié)合當?shù)鼐唧w的生態(tài)環(huán)境、園林綠化管理條件以及景觀需求等進行核實檢驗，力求初選出適宜的地被植物，為加快鄉(xiāng)土地被植物擴繁應(yīng)用研究提供基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

基于層次分析法建立了黃土高原地區(qū)鄉(xiāng)土地被植物綜合評價體系，該體系中制約地被植物開發(fā)利用的主要因素有4個：園藝學(xué)特性、園林觀賞性、生態(tài)適應(yīng)性和開發(fā)新穎性，這4個因素間權(quán)重值的排序為生態(tài)適應(yīng)性>園藝學(xué)特性>園林觀賞性>開發(fā)新穎性，生態(tài)適應(yīng)性權(quán)重值最高；采用該評價體系對蘭州市調(diào)查到的70種鄉(xiāng)土地被植物進行了評價，以加權(quán)秩和比法綜合評價分級，篩選出Ⅰ級地被植物13種，有草地早熟禾、芨芨草等，開發(fā)利用價值高；II級地被植物有細葉鳶尾、旋覆花等共31種，地被特性較好、可適度開發(fā)；III級地被植物有細葉早熟禾、甘青鐵線蓮等共14種，開發(fā)利用價值一般；IV級地被植物有三裂繡線菊、甘西鼠尾草等12種，這類植物對生境要求嚴格，繁殖難度大，不適宜在蘭州市作地被應(yīng)用。該評價體系選用的指標能準確反映黃土高原鄉(xiāng)土地被植物資源特點，評價結(jié)果符合當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和綠化需求，可以為我國西北黃土高原地區(qū)開發(fā)利用鄉(xiāng)土植物提供參考。