層次分析法在鐵線蓮引種評價(jià)和篩選上的應(yīng)用

孫印兵，于文勝，張 慧，張京偉，羅珍珍*

（1.煙臺市園林建設(shè)養(yǎng)護(hù)中心，山東 煙臺264000；2.煙臺市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 煙臺265500）

鐵線蓮隸屬毛茛科（Ranunculaceae）鐵線蓮屬（Clematis L.），具有豐富的花色和嬌艷的花朵，是極佳的庭院栽植藤本植物，素有“藤本皇后”之美譽(yù)。鐵線蓮分布于世界各地，約300 余種，廣泛分布于除南極洲以外的各個(gè)大洲，主要分布于北溫帶。我國有150 余種，全國均有分布，主要分布于亞熱帶地區(qū)的西南地區(qū)。鐵線蓮耐干旱，喜溫暖濕潤和半陰環(huán)境，大多數(shù)種均有耐寒力[1]。目前，煙臺地區(qū)未見鐵線蓮新優(yōu)品種的引進(jìn)和栽培報(bào)道。為此，對引種的20 個(gè)鐵線蓮新優(yōu)品種進(jìn)行了觀察和研究，利用層次分析法（AHP）[2-4]對其環(huán)境適應(yīng)性、觀賞性及物候表現(xiàn)進(jìn)行綜合分析與評價(jià)，篩選出觀賞性狀優(yōu)良且適應(yīng)煙臺地區(qū)環(huán)境條件的鐵線蓮品種，建立了鐵線蓮的綜合評價(jià)體系，為生產(chǎn)實(shí)踐提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)在煙臺市園林建設(shè)養(yǎng)護(hù)中心科研所進(jìn)行。引種材料均于2018年5月從日本引進(jìn)，共20個(gè)品種，分別為：P1：‘約瑟芬’；P2：‘伊麗莎白’；P3：‘斯塔西’；P4：‘紀(jì)三井寺’；P5：‘夢光’；P6：‘哦啦啦’；P7：‘哈尼亞’；P8：‘玉髓’；P9：‘佛蘭西斯瑪麗’；P10：巴黎風(fēng)情’；P11：‘伍斯特美女’；P12：‘自行車島’；P13：‘紅星’；P14：‘奧林匹克80’ ；P15：‘晴山’；P16：‘圓空’；P17：‘佛勒里’；P18：‘天空’；P19：‘皇后’；P20：‘康秀’。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 鐵線蓮物候期的調(diào)查

以引種的20 個(gè)鐵線蓮品種為調(diào)查對象，選定5株生長發(fā)育正常的植株作為標(biāo)準(zhǔn)株，連續(xù)調(diào)查2年( 2018-2019年) 的全年物候期。物候期觀測項(xiàng)目有萌芽期、展葉期、始花期、黃枯期。以5 株2年觀測期的平均值作為原始數(shù)值。

1.2.2 綜合評價(jià)模型的建立

采用層次分析法，參照觀賞植物常用評價(jià)指標(biāo)，結(jié)合鐵線蓮的具體觀賞特性和各指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)、相互影響及層次隸屬關(guān)系，建立鐵線蓮綜合評價(jià)模型。采用Saaty 的1～9 比率標(biāo)度法[5]比較指標(biāo)相對重要性，由專家組量化各項(xiàng)指標(biāo)。其中:A 為目標(biāo)層，為品種選擇綜合排序；B 為準(zhǔn)則層，包括適應(yīng)性、觀賞性、物候表現(xiàn)3 個(gè)指標(biāo)；C 為指標(biāo)層，選入以生長勢、分蘗能力、抗逆性為主的適應(yīng)性指標(biāo)[6]，花、藤長等性狀為主的觀賞性指標(biāo)，展葉期、始花期、末花期為主的物候期指標(biāo)；P 為方案層，由鐵線蓮的20個(gè)品種構(gòu)成。由此構(gòu)成鐵線蓮的4 級AHP 綜合評價(jià)模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 判斷矩陣的構(gòu)造及指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)層次分析法理論[7,8]建立層次分析模型的各級判斷矩陣，計(jì)算矩陣最大的特征根λmax、一致性指標(biāo)及相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，得到鐵線蓮的評價(jià)指標(biāo)體系以及層次總排序結(jié)果。對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)（表1），AHP 各層級判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率C.R.均小于0.10，說明一致性檢驗(yàn)是滿意的，建立的判斷矩陣是合理的。

根據(jù)AHP 對鐵線蓮各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)，鐵線蓮的準(zhǔn)則層B 中的三大因子權(quán)重分別為適應(yīng)性B1、觀賞性B2 和物候表現(xiàn)B3，對應(yīng)的權(quán)重向量WB為（0.149,0.785,0.066）T，B2 的權(quán)重最大，說明觀賞性在評價(jià)指標(biāo)中占有非常大的比重，是評價(jià)鐵線蓮優(yōu)良品種的最重要指標(biāo)。在觀賞性的指標(biāo)中，判斷矩陣B2-C 的權(quán)重向量為（0.050,0.281,0.281,0.106,0.282）T，花量C6、花色C7 和花徑C9 這3 個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值均達(dá)到0.281 及以上，是最重要的觀賞指標(biāo)。適應(yīng)性也是評價(jià)鐵線蓮品種的重要指標(biāo)，其中，生長勢是適應(yīng)性指標(biāo)中的重要評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在指標(biāo)層中的權(quán)重達(dá)到0.502。相比觀賞性與適應(yīng)性，物候表現(xiàn)在所占權(quán)重最小，是評價(jià)鐵線蓮品種優(yōu)劣的次要指標(biāo)，其中始花期和末花期在物候表現(xiàn)中權(quán)重最大，展葉和黃枯期對于物候表現(xiàn)指標(biāo)則不重要。這些理論分析結(jié)果和實(shí)際情況具有很好的一致性，說明了建立的鐵線蓮綜合評價(jià)指標(biāo)具有很好的適用性和合理性。因此指標(biāo)層C 的綜合權(quán)重向量WC=（0.075,0.033,0.033,0.009,0.039,0.221,0.221,0.083,0.221,0.005,0.027,0.027,0.005）T也是科學(xué)合理的。

表1 鐵線蓮應(yīng)用價(jià)值和評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

2.2 鐵線蓮各指標(biāo)的無量綱化及綜合評分

供試鐵線蓮20 個(gè)品種的13 個(gè)指標(biāo)平均值見表2。為排除由于各指標(biāo)的單位及數(shù)值數(shù)量級間的差別所造成的影響，對各指標(biāo)值作無量綱化處理：di,j=bi,j/max(b1,j,b2,j,…,b20,j) (i=1,2,…,20,j=1,2,…,13)

其中，di,j表示品種Pi的指標(biāo)Cj無量綱化的標(biāo)準(zhǔn)值，bi,j表示品種Pi的指標(biāo)Cj的評價(jià)值。將標(biāo)準(zhǔn)化處理后的指標(biāo)值構(gòu)成矩陣D=[di,j]，乘以指標(biāo)層綜合權(quán)重向量WC，即得到20 個(gè)品種的綜合分值WZ:

WZ= D*WC=（0.801，0.778，0.747，0.697，0.887，0.705，0.757，0.713，0.825，0.826，0.848，0.791，0.633，0.773，0.713，0.772，0.875，0.749，0.902，0.777）T。

根據(jù)鐵線蓮綜合得分排序（表3），將引種的鐵線蓮劃分為5 個(gè)等級:Ⅰ級包括 ‘皇后’、‘夢光’、‘佛勒里’3 個(gè)品種，觀賞性狀優(yōu)異，生長表現(xiàn)強(qiáng)健，非常適合在煙臺地區(qū)進(jìn)行栽培和園林應(yīng)用; Ⅱ級包括 ‘伍斯特美女’、‘巴黎風(fēng)情’、‘佛蘭西斯瑪麗’、‘約瑟芬’4 個(gè)品種，觀賞性狀優(yōu)秀，生長表現(xiàn)好，適合在煙臺地區(qū)生產(chǎn)應(yīng)用；Ⅲ級為 ‘自行車島’、‘伊麗莎白’、‘康秀’、‘奧林匹克80’、‘圓空’、‘哈尼亞’6 個(gè)品種，觀賞性和適應(yīng)性等均有不錯(cuò)的表現(xiàn)，具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值；Ⅳ級為‘天空’、‘斯塔西’、‘玉髓’、‘晴山’、‘哦啦啦’5 個(gè)品種，適應(yīng)性與觀賞價(jià)值綜合評定較低；Ⅴ級‘紀(jì)三井寺’和‘紅明星’2 個(gè)品種，綜合評價(jià)最低，在本地引種的應(yīng)用價(jià)值低。

表2 鐵線蓮20 個(gè)品種的各項(xiàng)指標(biāo)值

表3 鐵線蓮品種分級結(jié)果

3 結(jié)論與討論

層次分析法（AHP）是采用定性與定量相結(jié)合的方法，將人的主觀判斷用數(shù)量形式表達(dá)和處理。其豐富的數(shù)學(xué)原理為該方法的準(zhǔn)確性提供了可信的基礎(chǔ)，同時(shí)吸納專家的閱歷、經(jīng)驗(yàn)、智慧和判斷力，從而使評價(jià)決策建立在更扎實(shí)科學(xué)的基礎(chǔ)上[9]。用判斷矩陣來確定各指標(biāo)對綜合評價(jià)的影響權(quán)重消除了因偶然因素造成的認(rèn)識上的差異，使各個(gè)分析指標(biāo)的權(quán)重更加客觀合理[10]。因此，AHP 逐漸在觀賞植物的選擇和資源評價(jià)等方面得到了廣泛的應(yīng)用[11]。

對于鐵線蓮優(yōu)秀品種的選擇，以往主要靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。由于評價(jià)中非定量性狀較多，且各性狀的相對重要性不等，在引種篩選時(shí)不能很好的進(jìn)行觀賞性和適應(yīng)性等的綜合評價(jià)。本研究采用AHP 層次分析法，通過確立4 級層次模型，構(gòu)造各層級兩兩比較的判斷矩陣，來確定不同指標(biāo)對品種評價(jià)的權(quán)重影響，同時(shí)各級判斷矩陣的一致性好，模型具有很好的客觀性和準(zhǔn)確性[12]。準(zhǔn)則層的觀賞性指標(biāo)和適應(yīng)性指標(biāo)所占比重很大，分別為0.785 和0.149；在指標(biāo)綜合權(quán)重中，花量、花色、花徑是最重要的觀賞性指標(biāo)，生長勢是最重要的適應(yīng)性指標(biāo)，它們在整個(gè)評價(jià)體系中占有重要地位；而展葉期、枯黃期則所占比重最小，對分析結(jié)果的影響甚微，基本可以忽略不計(jì)。該評價(jià)體系符合鐵線蓮對其重要觀賞性狀如花色豐富、花型飽滿、花期持久等方面的要求，也符合生產(chǎn)上對鐵線蓮生長勢、抗逆性的要求。

對引種的20 個(gè)鐵線蓮品種進(jìn)行綜合評價(jià)，篩選出‘皇后’、‘夢光’、‘佛勒里’3 個(gè)Ⅰ級品種，‘伍斯特美女’等4 個(gè)Ⅱ級品種，觀賞性和適應(yīng)性均非常優(yōu)秀，適合在煙臺地區(qū)大規(guī)模引種和應(yīng)用；篩選出‘自行車島’等6 個(gè)Ⅲ級品種，‘天空’等5 個(gè)Ⅳ級品種，適應(yīng)性與觀賞價(jià)值綜合評定略低，具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值；Ⅴ級包括‘紀(jì)三井寺’和‘紅明星’2個(gè)品種，本地綜合應(yīng)用價(jià)值低。鐵線蓮品種的綜合評價(jià)與生產(chǎn)栽培過程中的綜合表現(xiàn)極為相符。因此，采用AHP 建立的鐵線蓮品種綜合評價(jià)體系可以有效篩選出符合生產(chǎn)實(shí)際的新優(yōu)品種，為新優(yōu)品種的應(yīng)用及推廣提供科學(xué)依據(jù)。