紫微山國家森林公園芳香植物資源調查及園林應用評價

杜瑩，金水虎，魏子璐，李曉晨

（浙江農林大學林業與生物技術學院，杭州311300）

可釋放香氣、供提取芳香油及其他活性物質的植物統稱為芳香植物。該種植物兼有藥用性和可作香料2 種屬性，并且以芳香性為主要特征[1]。芳香油是芳香植物芳香性的來源，一般由植物次生代謝過程產生，按照其化學成分可分為芳香族化合物、萜類化合物、含氮含硫化合物和脂肪族直鏈化合物等4 類，并以芳香族化合物和萜類化合物為最多。芳香植物以其獨特的芳香性和觀賞性在園林發展史中占有特殊的地位，且由于芳香植物所含的芳香油具有獨特生理活性，現已被廣泛應用于醫藥、食品和化妝品等行業中[2]。近年來，對作為香料工業主要原材料的芳香植物的資源開發與利用也逐漸成為植物資源研究的新熱點。如：劉鵬等[3]根據浙江省各地的自然地理條件，將浙江的芳香植物資源劃為5 個區，并分別探討了各區域內的代表性芳香植物，總結了浙江省芳香植物的分布規律；李昊民等[4]根據調查統計，總結了河南省的芳香植物種類，分析了其主要種的生物學特性、芳香油提取部位與用途及其資源分布狀況等；郝培堯[5]在實地調查的基礎上，概括了北京地區主要的芳香植物資源分布、生物學特性，并對芳香植物資源開發利用提出了具體建議；許鵬翔等[6]優化了芳香植物中芳香油提取分析技術；王書平等[7]鑒定了山東濱州地區芳香植物中的芳香油成分。以上研究都僅對我國芳香植物資源進行了定性和定量研究。寧惠娟等[8]運用層次分析法（analytic hierarchy processes,AHP），基于植物生活型結構的多樣性、植物間協調共生性、植物季相變化與色彩變化等評價因子對杭州花港觀魚公園植物景觀進行了評價分析；唐明[9]運用層次分析法，對唐山地區花卉進行了綜合評價并得到綜合評價模型。以上研究均利用層次分析法對植物景觀及實際應用價值進行了分析，但是，將芳香植物作為特殊園林觀賞植物的同時對芳香植物資源進行整合，并進行定量綜合評價的研究還很少。浙江省紫微山國家森林公園地處華東區系南緣，兼具南北區系性質。因其獨特的地質地貌和多樣的氣候條件，孕育了豐富的芳香植物資源。無論在植物多樣性保護，還是在經濟植物培育方面都具有極高的研究價值。因此，本文首先通過野外考察、采集和鑒定植物標本，系統調查了浙江省紫微山國家森林公園芳香植物的種類和分布情況；然后采用AHP 法對該地區芳香植物的園林開發價值進行了量化綜合評價；最后根據調查和評價結果提出了開發紫微山國家森林公園觀賞性芳香植物資源的建議。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

紫微山國家森林公園位于浙江省衢州市境內（28°43′—28°49′N，118°49′—119°00′E），海拔250～1 450 m，占地面積5 500 hm2。土壤以紅壤和黃壤為主，北部山區由沉積巖發育而成，南部山地多由火山巖發育而成。該地區屬亞熱帶季風氣候區，四季分明，光照充足，溫暖濕潤；年均氣溫10 ℃，年均降水量1 600 mm，10 ℃以上積溫5 000 ℃以上，年均無霜期258 d。由于該地地質地貌復雜，盆地與山地之間海拔差異明顯，垂直溫度分異明顯，因此形成了多種類型的小氣候環境。研究區內的植被為典型的亞熱帶常綠闊葉林，代表了長江中下游地區典型的森林類型。主要組成種類為殼斗科（Fagaceae）、山茶科（Theaceae）、樟科（Lauraceae）和杜英科（Elaeocarpaceae）等地帶性物種，森林覆蓋率達88.9%。按照海拔梯度，植被呈現典型的垂直分布趨勢：溝谷為常綠落葉闊葉混交林，坡頂為常綠闊葉林或針闊混交林，山脊為針葉林或矮曲林[10]。

1.2 調查方法

于2018 年4—12 月采用實地調查和查閱文獻相結合的方法，調查紫微山國家森林公園芳香植物資源。實地調查中，運用樣線與樣方相結合的方法，對紫微山國家森林公園進行線路調查，并實地采集植物標本。其中，重點調查芳香植物的芳香類型、發香持續時間、發香難易程度、發香部位、園林觀賞部位觀賞期、顯示程度、觀賞器官量、花徑、株形、奇特性、資源數量等指標。線路調查后，壓制、鑒定植物標本，并參考《中國芳香植物精油成分手冊》[11]和《中國芳香植物》[12]統計研究區域內芳香植物綠葉期、利用程度、抗病性、生態習性等指標，整理出紫微山國家森林公園芳香植物名錄。

1.3 評價方法

根據SAATY 提出的層次分析法（AHP），將紫微山國家森林公園內芳香植物的芳香性、觀賞價值、利用潛力和生物學特征等指標從定性到定量轉換，通過判斷矩陣計算其權重，最后進行綜合評定篩選。與其他分析方法相比，本方法可將主觀判斷量化，進而全面、客觀地對目標進行評估，已廣泛應用于植物資源種質篩選和城市景觀評價等方面。采用數據處理系統DPS 17.0（杭州睿豐信息技術有限公司）處理數據，采用層次分析軟件Yaahp V10.3（山西元決策軟件科技有限公司）計算權重。

1.3.1 評價指標的確定和評價模型的構建

參考現有園林植物資源開發利用綜合評價指標[13-14]，并結合芳香植物的芳香性，將芳香植物園林應用綜合評價作為目標層（A），將芳香性、觀賞價值、利用潛力和生物學特征設置為約束層（C）。具體指標如芳香類型、發香持續時間、發香難易程度、發香部位、顏色、花徑、奇特性、顯示程度、觀賞期、觀賞器官量、綠葉期、株形、資源數量、利用程度、抗病性、分布范圍、生長狀況、生態習性等指標構成標準層（P）。調查所得的芳香植物種類構成最底層（D）。最終得到的評價模型見表1。

1.3.2 判斷矩陣的構建和權重計算

根據評價模型，構造出目標層A、約束層C、標準層P的兩兩判斷矩陣（表1）。采用1～9比率標度法量化判斷矩陣中的各相關指標，采用方根法和冪法計算各指標的特征向量Wi及最大特征根λmax，得出某一層中各因素相對上一層中某一因素的相對權重。采用一致性比率（conformity ratio,CR）進行一致性檢驗。CR=CI/RI，其中：CI 為一致性指數（conformity index），RI 為隨機一致性指數（random conformity index）。當CR＜0.10，則矩陣一致性較好。本研究中5 個判斷矩陣的一致性均較好，因此可以根據該矩陣計算P 層相對于A 層的排序權重（表2）。

1.3.3 評分標準和綜合評價值計算

參考現有研究成果，根據芳香植物的芳香性、觀賞價值、利用潛力和生物學特征，在廣泛征求園林專家意見的基礎上，對每個評價指標制定Ⅴ級評價標準（表3）。

2 結果與分析

2.1 芳香植物資源調查結果與分析

2.1.1 芳香植物資源種類

調查統計分析表明，紫微山國家森林公園共有野生種子植物138 科544 屬1 051 種，其中芳香植物75科180屬238種（圖1；附表1，http://www.zjujournals.com/agr/CN/10.3785/j.issn.1008-9209.2019.07.171）。芳香植物種數占紫微山國家森林公園植物總數的22.65%，占浙江省芳香植物總數（共758 種）的31.40%，占我國芳香植物總數（共800種）的29.75%，占世界芳香植物總數（共3 600種）的6.61%。其中，重要經濟植物有馬尾松、杉木、柏木、南方紅豆杉、榧樹、南五味子以及厚樸等。

2.1.2 優勢物種

紫微山國家森林公園的芳香植物中，有裸子植物5 科9 屬9 種，被子植物70 科171 屬229 種，被子植物中又以雙子葉植物占絕對優勢（圖1）。這些芳香植物主要分布于木蘭科（Magnoliaceae；10種）、樟科（Lauraceae；13 種）、薔薇科（Rosaceae；13 種）、唇形科（Labiatae；13 種）、菊科（Compositae；26 種）等5科，分別占該地區芳香植物總數的4.20%、5.46%、5.46%、5.46%和10.92%（附表1）。

2.1.3 芳香油部位統計

紫微山國家森林公園的238 種芳香植物中，芳香部位以葉、花、果實和全草占主要優勢（附表1），分別對應有97、46、42和68種芳香植物通過以上部位產生芳香油，分別占該區域芳香植物總數的40.76%、19.33%、17.65%和28.57%。同時，也有少量芳香植物的芳香油來源于樹脂（如黃山松）、果柄（黃連木）、果殼（柏木）、樹皮（鐵冬青）、塊根（三葉崖爬藤）和嫩芽（光皮樺）等。

表1 綜合評價模型Table 1 Comprehensive evaluation model

2.1.4 部分重要芳香植物精油成分及用途

紫微山國家森林公園內芳香植物種類豐富、分布廣泛，180屬芳香植物中以杉木屬（Cunninghamia）、白豆杉屬（Pseudotaxus）、蠟梅屬（Chimonanthus）等3屬為中國特有屬。根據紫微山國家森林公園芳香植物分布情況，結合國內外芳香植物開發利用趨勢，本文列舉了杉木、蠟梅等17 種代表性芳香植物的主要精油成分和用途（表4）。

2.2 芳香植物資源園林利用評價與分析

根據表3的評分標準對調查得到的238種芳香植物進行評分，并采用AHP法對所有芳香植物園林利用價值逐一評價，得到紫微山國家森林公園芳香植物園林應用綜合評價值（附表1），根據該綜合評價值可將調查對象劃分為4 個等級。其中：開發利用價值高的Ⅰ級（綜合評價值＞4.0）有9種，包括天目木蘭、黃山木蘭、玉蘭、野含笑、小果薔薇、野薔薇、寬葉金粟蘭、金絲梅和杜鵑；開發利用價值較高的Ⅱ級（＞3.3～4.0）有64 種，包括白豆杉、蕺菜、三白草、山蒟、福建細辛等；開發利用價值一般的Ⅲ級（3.0～3.3）有73種，包括苦苣菜、蒲公英、黃鵪菜、石菖蒲和金錢蒲等；開發利用價值低的Ⅳ級（＜3.0）有92 種，包括旱柳、楊梅、化香、楓楊和光皮樺等。此外，蠟梅的芳香性、利用潛力和生物學特性得分雖然較高，但因其觀賞期、花期較短，綜合評價的結果為Ⅳ級，園林開發利用價值較低；相反，因分布范圍和生態習性導致天目木蘭的生物學特征得分較低，但因其極高的觀賞價值，最終提升了天目木蘭的園林開發利用價值，綜合評定結果為Ⅰ級（附表1）。

表2 C-P判斷矩陣和一致性檢驗結果Table 2 Consistency test results and C-P judgement matrix

3 討論與結論

雖然紫微山國家森林公園芳香植物種類眾多、分布廣泛，但現階段已被開發利用的芳香植物資源還十分有限，有關浙江省芳香植物資源的研究甚少。劉鵬等[3]對浙江省芳香植物的分布和開發利用研究中，僅列出了該區域內代表性芳香植物，以作為開發利用參考。劉志強等[15]雖然對華東地區芳香植物資源及園林應用現狀進行了調查研究，但僅限于對華東地區的150種觀賞價值較高的芳香植物在園林中的應用進行了探討，并未深入開展芳香植物資源調查研究。江燕等[16]對浙江省芳香植物資源的調查研究也僅限于適用于園林應用的芳香植物。本研究對紫微山芳香植物資源進行深入調查研究的結果表明：目前僅有少量芳香植物作為園林觀賞應用，大部分芳香植物資源還未得到合理、科學的利用。因此，以充分保護該地區野生芳香植物資源為基礎，并對其進行合理的開發與利用及服務社會，根據本調查結果特提出如下建議。

表3 各評價指標的評分標準Table 3 Score criterion of evaluation index for fragrant plant

圖1 紫微山國家森林公園芳香植物分類統計Fig.1 Classification and statistics of fragrant plants in Ziweishan National Forest Park

加強芳香植物芳香特性的開發研究。目前，在芳香油成分、含量、揮發物質特性等方面還存在研究空白，極大地限制了芳香植物資源的利用進程。因此，應根據該地區芳香植物資源實際情況，制定科學規劃，有計劃、有步驟地進行開發利用，以便盡快將資源優勢轉化為經濟優勢。具體來講，應搜集、整理、登記、保存和研究該地區有利用價值的芳香植物，特別對于珍稀物種和特有物種應最大限度做好就地保護和遷地保護工作，不斷擴展紫微山國家森林公園芳香植物的利用途徑，以帶動該地區經濟的長足發展。

表4 代表性植物的芳香油成分及用途Table 4 Composition and purpose of fragrant oils of representative plants

根據芳香植物的自身特點，其揮發的芳香物質不但可使人精神愉悅還具有一定的醫療、保健功效，多數芳香植物枝繁葉茂、姿態優美、花香色艷，具有較高的觀賞價值，如白豆杉、益母草等。可結合芳香植物的觀賞、藥用等功能，提供生產、旅游、保健、休閑等多元化服務。同時，因地制宜地推廣栽植園林應用價值較高的芳香植物，如天目木蘭、黃山木蘭、玉蘭、杜鵑、薄荷等。在園林設計過程中混合使用不同喬木、灌木和草本植物，增加綠植景觀層次感的同時，也提升了小生境的物種多樣性。這樣，將芳香植物應用于生態園林建設中，形成綠色經濟新的增長點。并且，在芳香植物園林應用過程中要做到：1）科學設計，適地引種；2）注重生物多樣性；3）合理布局，疏朗結合，錯落有致；4）加強管護，重視病蟲害防治。

此外，本研究以芳香植物芳香性、觀賞價值、利用潛力和生物學特征為一級指標，芳香類型、發香持續時間、發香難易程度、發香部位、顏色、花徑、奇特性、顯示程度、觀賞期、觀賞器官量、綠葉期、株形、資源數量、利用程度、抗病性、分布范圍、生長狀況、生態習性等為二級指標，建立了野生芳香植物綜合評價體系，定量評價了紫微山國家森林公園芳香植物園林開發利用價值。雖然本項研究對紫微山國家森林公園芳香植物的開發應用具有重要指導意義，但評價體系的建立還是以人工主觀選擇為主，缺乏一定的客觀性。仍需進一步完善、修正評價體系，才能完全客觀地反映出研究區域內芳香植物的園林應用價值。