基于灰色關聯度的海壇島野生灌木資源綜合評價

何雅琴, 謝艷秋, 賴敏英，劉健行, 楊銘, 曾紀毅, 鄧傳遠

基于灰色關聯度的海壇島野生灌木資源綜合評價

何雅琴, 謝艷秋, 賴敏英，劉健行, 楊銘, 曾紀毅, 鄧傳遠*

福建農林大學園林學院, 福州 350002

以海壇島102種野生灌木為研究對象, 采用灰色關聯度分析法對其進行了綜合評價, 根據關聯度大小劃分了開發利用等級。旨在合理開發利用海壇島野生灌木資源, 為濱海城市的園林綠化材料提供參考。結果表明: 1)海壇島野生灌木資源種類豐富, 分布于41科72屬102種, 桑科Moraceae為優勢科, 榕屬為優勢屬; 2)海壇島野生灌木區系地理成分多樣, 熱帶成分豐富; 3)該類資源適應性強, 原生境以海岸林、山坡灌叢為主(59.80%); 有63.73%的灌木耐干旱、耐貧瘠, 部分耐鹽堿(51.96%); 灌木的觀賞價值較高, 在觀賞部位、觀賞期、觀賞色彩指標得分均≥2; 4)參評的102種野生灌木中有54 種與理想種關聯度≥0.7, 其中海桐()、雀梅藤()、車桑子()、草海桐()、濱柃()、柞木()、黑面神()等17種野生灌木綜合評價高(關聯度≥0.8), 可優先應用于園林綠化, 并引種推廣。

灰色關聯度; 海壇島; 野生灌木; 園林應用; 觀賞價值

0 前言

野生灌木是指未經馴化、無明顯主干、根系發達的木本植物, 作為新型園林材料, 在植物群落中起橋梁、紐帶和豐富空間層次性等作用[1-2]。野生灌木主要特點是種類豐富、姿美花艷、耐修剪、適應性強、覆蓋面廣、生長快、養護成本低, 是構成自然景觀和植物群落的重要部分。它不僅具有防風治沙、涵養水源、空氣凈化、防止水土流失、保護野生動物等生態意義, 還有開發利用的經濟效益[3-4], 引起了國內外廣大學者的關注, 主要對灌木的美景度、抗旱性、耐鹽性、耐寒性及水源涵養能力等方面進行了研究[5-8], 但是極少單獨對野生灌木進行綜合評價, 常與喬木、草本混合評價[9-11]。海壇島共有植物127科369屬541種[12], 其中野生植物資源豐富且大部分鄉土植物仍處于待開發利用狀態, 前人的研究以資源調查、區系分析、功能性狀、物種多樣性、篩選應用方面的較多[12-18], 缺乏對當地野生灌木資源進行系統分析和綜合評價。本研究選取海壇島的102種野生灌木作為研究對象,利用灰色關聯度分析法[19]對參評種的優劣進行全面評價, 篩選出景觀價值高、適應能力強、開發應用潛力大的園林造景材料, 以期為平潭等海濱城市的野生灌木資源園林開發利用提供參考依據, 同時對豐富當地園林植物群落的多樣性, 突出園林的地方特色具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 自然概況

海壇島(亦稱平潭島)隸屬于福建省平潭綜合試驗區, 位于25°15′—25°45′ N、119°32′—120°10′ E, 為福建第一大島, 面積267.13 km2, 屬南亞熱帶海洋性季風氣候, 年均氣溫19.6 ℃; 年降雨總量約14064 mm; 風力達7級以上的日數125 d, 年均風速9 .0 m·s-1, 夏秋之交多臺風。地貌以平原、丘陵為主, 土壤以磚紅壤性紅壤、風沙土及鹽土為主, 土層瘠薄。島上灌叢群落分布廣泛, 灌木層優勢種明顯, 主要有濱柃()、算盤子()、豺皮樟()、車桑子()等[20]。

1.2 數據獲取

2018年3月至2019年11月, 在植物開花和果熟期間, 采用樣線法和標準樣地法對海壇島的16座山體展開野生灌木資源調查, 分別是帝仔山、狗仔山、將軍山、天大山、小雄山、瑞嶺山、北山、猴仔山、金仔山、君山、南寨山、東嶼、嶺前山、標準沙場后山、西樓山、白犬山。每座山體分別沿山體底部(環形樣線)和山脊走向及其垂直方向(十字形樣線)設置樣線, 共計32條, 長度約86 km。樣線調查過程中, 采用GPS儀記錄軌跡和樣線長度, 拍攝植物照片, 采集標本并記錄種名、原生境、觀賞期、觀賞部位等數據。每座山體隔約500 m設置≥3個20 m×20 m樣方, 共計93個, 于大樣方四角選取4個面積為5 m×5 m樣方記錄灌木名稱、數量、觀賞部位、頻度分布等數據, 共計372個5 m×5 m樣方。查閱《福建植物志》[21]、《中國植物志》[22]、《中國入侵植物名錄》[23]、《南方濱海耐鹽植物資源》[24]等書籍資料作為參考依據。

1.3 研究方法

按照宋滿珍[25]劃分標準, 將野生灌木劃分為典型灌木、灌木小喬木兼備、藤狀灌木和亞灌木4種類型。參照李紅杰[26]劃分原則, 根據野生灌木不同觀賞部位劃分為3種類型, 分別為觀花灌木、觀果灌木、觀枝葉灌木。根據世界種子植物科的分布區類型系統[27]和中國種子植物屬的分布區類型系統[28],對海壇島野生灌木的科、屬的區系成分進行統計分析。

在野外實地調查灌木資源情況和觀賞特點的基礎上, 結合相關學者的研究[25,29-32], 確定了評價標準(表1), 共設置了4個等級, 最高值取3, 最低值取0。共邀請30人進行評分, 其中風景園林專業人士10人, 育種人員10人, 一般群眾10人, 對硬性指標(觀賞部位、觀賞期、抗逆性、原生境、分布范圍、資源數量)采取直接打分的方法, 對軟性指標(觀賞色彩)采取30人打分取平均值的方法。然后計算每一物種性狀的關聯系數和關聯度, 并按其與理想種的關聯度來確定開發利用等級, 篩選出景觀效果佳、抗逆性強、適應廣的優良種。

運用灰色關聯度分析法, 將參評的102種野生灌木視為一個灰色系統, 參評的每一野生灌木作為本系統中的一個因素, 對每一野生灌木性狀的量化值進行標準化及無綱量化處理后, 設為理想種, 其各性狀均賦值3, 視為參考數列, 即理想野生灌木編號, 待評價種的調查性狀組成比較數列(=1,2,3,…102), 即參評野生灌木編號, 其中為性狀指標(=1,2,3,…7), 通過以下公式計各參評種與理想種的關聯系數和關聯度。最后將關聯度降序排列, 參試種的關聯度越大, 表明該灌木各性狀與理想種的性狀相似度越高, 其開發利用等級越高, 反之則越低[18]。相關計算公式為:

表1 海壇島野生灌木評價標準

2 結果與分析

2.1 海壇島野生灌木物種組成

海壇島的野生灌木資源統計共102種(表2), 涉及41科72屬, 研究區以典型灌木(49種)為主, 依次是灌木小喬木兼備(29種)、藤狀灌木(17種)、亞灌木(7種), 分別占總種數的48.04%、28.43%、16.67%、6.86%, 其中常綠灌木最多(62種), 占總種數的60.78%, 其次是落葉灌木38種(37.25%), 半常綠灌木僅2種。野生灌木含種數最多的科是桑科Moraceae, 共3屬9種, 占本研究屬、種數的4.17%、8.82%, 是海壇島野生灌木的優勢科。薔薇科Rosaceae次之(4屬8種), 占本研究屬、種數的5.56%、7.84%, 這2科7屬17種野生灌木分別占本研究科、屬、種數的4.88%、9.72%、16.67%。榕屬為優勢屬, 含種數最多, 共計6種。僅含一種的有19科, 占總科數46.34%; 共54屬僅含一種, 占本研究屬的75.00%。該區野生灌木中單科單屬共計27種, 單科單屬優勢明顯, 可見海壇島的野生灌木資源不僅種類豐富, 而且類型多樣。

2.2 野生灌木植物地理成分分析

2.2.1 野生灌木植物科的區系組成

采用世界種子植物科的分布區類型的劃分原則[27], 海壇島的野生灌木植物資源科劃分了6個分布區類型和2個變型(表3)。按科的分布區類型分析, 熱帶成分最多, 共計26科(占63.41%)。其中以泛熱帶分布為主, 共計17科, 占調查總科數的41.46%; 其次世界分布有11科, 占總科數的26.83%, 這2種類型科數之和占總科數的68.29%, 溫帶成分僅含4科, 分別是百合科(Liliaceae)、忍冬科(Caprifoliaceae)、胡頹子科(Elaeagnaceae)、金縷梅科(Hamamelidaceae), 占調查總科數的9.76%。可見, 海壇島野生灌木科的分布區類型中熱帶成分優勢顯著。

2.2.2 野生灌木植物屬的區系組成

根據中國種子植物屬分布區類型的劃分方法[28], 將海壇島野生灌木屬劃分為13個分布區類型(表4), 占中國屬所有分布區類型的86.67%。其中, 泛熱帶分布最豐富(28屬), 占研究屬數的38.89%, 說明該分布類型在海壇島野生灌木屬中占優勢; 北溫帶分布次之, 共計9屬, 占總屬數的12.50%。海壇島野生灌木屬區系分布中熱帶成分最多, 占總屬數的70.83%, 其次是溫帶成分共14屬, 占研究屬的19.44%。世界分布、舊世界溫帶分布、中國特有及地中海區、西亞至中亞分布各含一屬, 分別是懸鉤子屬()、火棘屬()、芙蓉菊屬()、闊苞菊屬()。

表2 海壇島野生灌木資源

續表

續表

表3 海壇島野生灌木植物科分布區類型

表4 海壇島野生灌木植物屬分布區類型

2.3 野生灌木綜合性狀分析

由于復雜多樣的海島生境, 海壇島孕育了較多濱海特色的鄉土樹種。數據表明, 海壇島大部分野生灌木資源數量豐富、觀賞效果好、適應廣。野生灌木觀賞種類可劃分為觀花、觀果、觀枝葉, 分別占總種數的77.45%、73.53%、46.08%, 觀花灌木有胡枝子()、玉葉金花()、細葉野牡丹()、單葉蔓荊()等79種植物; 觀果灌木主要有杜虹花()、天仙果()、紫珠()、構棘()、朱砂根()等75種植物, 其果形奇特, 顏色鮮艷; 觀枝葉灌木包括紅枝蒲桃()、烏飯樹()、山烏桕()、算盤子等47種植物, 同時具備觀花、觀果、觀枝葉特性的野生灌木共24種(占23.53%), 如火棘()、濱柃、鐵包金()、九里香()、南燭()等灌木的觀賞部位評分均為3分。灌木的色彩得分均≥2分, 說明花果色均鮮艷或葉片具有季相變化, 色彩得分最高的是鹽膚木(), 其具有橘紅色的果實, 花白色, 葉為紫紅色。觀賞周期超過4個月的灌木有68種, 占總種數的66.67%。灌木的原生境以海岸林和山坡灌叢為主(59.80%), 其次是濱海沙地和基巖海岸(25.50%), 大部分灌木耐干旱、耐貧瘠, 占總數的(63.73%), 依次是耐鹽堿(51.96%)、抗風沙(39.22%)、耐水濕(29.41%)。野生灌木資源數量豐富, 頻度＞80%的有45種, 占總數的44.12%, 如濱海沙地生態類群中的優勢種: 單葉蔓荊、草海桐()、箣柊(); 鹽生濕地中的優勢種: 秋茄()、苦郎樹()、桐花樹(); 基巖海岸中優勢種: 了哥王()、薜荔()、海桐()、芙蓉菊()、碩苞薔薇()、單葉蔓荊; 海岸林中的優勢種: 濱柃、福建胡頹子()、黑面神()、白檀()、雀梅藤()、茅莓()等34種。

2.4 野生灌木與理想種的關聯度

通過對各項指標評分和關聯系數的計算, 獲得野生灌木與理想種的關聯度(表5)。將關聯度進行降序排列, 并劃分了3個開發利用等級, 與理想種的關聯度越大, 其開發利用價值越高。參評的102種野生灌木中有17種(占總數的16.67%)與理想種的關聯度≥0.8 , 綜合評價高, 可優先開發利用, 引種推廣, 分別為海桐、雀梅藤、車桑子、草海桐、濱柃、柞木()、黑面神等均為群落優勢種, 不僅適應性強分布廣, 而且濱海特色顯著。其中海桐的各性狀綜合得分最高, 與理想種的關聯度高達0.89, 其花香果艷、株形優美、四季常綠, 常應用于礦區綠化、海岸防潮林及防風防火林, 各項指標得分均在前列。與理想種的關聯度≥0.7的灌木有54種, 占總數的52.94% , 主要有苦郎樹、南燭()、算盤子、構棘、截葉鐵掃帚()、芙蓉菊、桃金娘()、闊苞菊()、金錦香()等, 該類灌木具有巨大的開發應用潛力, 在海壇島野生資源量豐富、花果期長、色彩鮮艷、適應強、分布范圍廣, 但因部分指標得分低排名相對靠后, 應開展優良種類的選育和馴化工作, 加快轉基因技術研究, 有助于新品種的應用。與理想種的關聯度≥0.6的灌木有89種, 占總數的87.25% , 該類資源觀賞性較強得分高, 但在資源數量、原生境、抗逆性、分布范圍等指標評分低, 導致關聯度值偏低, 可針對性地開發利用或小范圍應用。

表5 海壇島野生灌木與理想種的關聯系數和關聯度(≥0.8)

3 討論

海壇島野生灌木資源豐富, 隸屬于41科72屬102種, 其中27種為單科單屬, 可見研究區植物種類多樣, 但海壇島野生灌木在園林觀賞植物引種利用率較低[33]。海壇島野生灌木植物資源科含6個分布區類型及2個變型, 屬分布區類型13個, 說明海壇島的野生灌木資源的區系地理成分復雜多樣。有17科屬于泛熱帶分布(占研究科的41.46%), 泛熱帶分布28屬(占研究屬的38.89%), 充分體現了海壇島野生灌木植物區系屬熱帶性質, 該結果與海壇島種子植物區系成分相似[12,14]。該類資源適應廣, 原生境以海岸林、山坡灌叢為主(59.80%), 有63.73%的灌木耐干旱、耐貧瘠, 部分耐鹽堿(51.96%)、抗風沙(39.22%), 該結果與特殊的海島環境有關聯[34], 張嘉靈[10]和葉志勇[12]等認為海壇島土層瘠薄、多風沙天氣、淡水資源缺乏、鹽漬化嚴重, 使野生灌木具有較強的抗逆性和適應性, 易引種減少成本, 在園林野生植物引種馴化中占優勢[35]。將這些野生灌木資源進行耐干旱、抗風沙、耐鹽性、水源涵養、覆蓋率等方面的研究, 對篩選和培育新品種具有意義。

參評的102種野生灌木中有17種與理想種關聯度≥0.8, 該類植物綜合性狀表現好, 評價得分高, 可優先應用于園林綠化, 并引種推廣。如草海桐資源數量豐富, 抗逆性強, 防風防潮固沙, 為典型的海岸景觀樹種, 管理粗放, 可單植、列植、叢植; 單葉蔓荊是濱海沙地中的先鋒種, 其耐鹽堿、耐旱、耐貧瘠、防風固沙、覆蓋能力強并且花色靚麗、葉墨綠有光澤, 可群植、孤植、沿海綠化所用; 再如濱柃、梔子()、海桐等植物在巖質海岸適應性強, 對生境無要求, 與高偉[36]等人的研究結果相一致; 其中54種野生灌木與理想種的關聯度≥0.7, 在觀賞性狀和抗逆性性狀均表現良好, 是構建濱海特色景觀的重要樹種, 應著重開發利用, 如算盤子的果形如算盤珠且鮮紅耀眼, 葉片具有明顯的季相變化, 可為優良色塊、叢植于林下, 也可群植、片植作綠帶。與理想種關聯度≥0.6的野生灌木有89種, 該類植物可選擇性開發利用, 部分植物整體表現良好, 但在某項指標得分偏低影響了綜合評分, 包括杜虹花、細圓藤()、輪葉蒲桃()、扶芳藤()、蓬蘽()、青江藤()、六月雪()等觀賞價值高, 但在研究區適應性差, 數量較少, 該類資源在實踐中應采取適地適樹的原則, 充分考慮其區系地理成分、原生境, 才能發揮美化環境的功能。

目前尚未形成統一的海島野生灌木資源應用評價系統[1-2], 其中評價指標和權重值的設置是否科學對評價結果十分關鍵, 因此, 指標和權重值的選擇應在參照前人研究的基礎上, 再根據研究對象和研究目的進行調整[37]。本文采用灰色關聯度法對海壇島102種野生灌木各性狀優劣進行綜合評判, 運用極差法對各指標性狀的量化值進行標準化及無綱量化處理, 使結果更客觀[38]。但從最終關聯度大小排列看, 出現個別參評種評分結果與實踐結果不一致的現象, 如苧麻景觀效果差最終評分低, 但其固土力強, 覆蓋率高, 再生能力強, 是優良經濟植物; 野茉莉、紅枝蒲桃、鵝掌柴等觀賞價值高但適應性差。在今后研究中, 可將加權關聯度和等權關聯度進行比較分析, 并繼續完善評價指標和權重值的設置。

4 結論

該研究通過對海壇島野生灌木的物種組成和區系分析得出, 該區域野生灌木資源種類豐富, 科屬分布區類型多樣且熱帶性質顯著。采用灰色關聯度法對海壇島102種野生灌木進行了綜合評價, 結果篩選出17種野生灌木(與理想種關聯度≥0.8的)可優先開發運用到園林綠化中; 關聯度≥0.7的54種野生灌木, 應著重開發利用; 關聯度≥0.6的89種野生灌木, 可選擇性開發利用。野生灌木資源作為園林綠化的重要材料, 應加強對野生植物資源的調查與保護工作。

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Comprehensive evaluation of wild shrub resources in Haitan Island based on Grey Correlation Degree

HE Yaqin, XIE Yanqiu, LAI Minying, LIU Jianxing, YANG Ming, ZENG Jiyi, DENG Chuanyuan*

College of Landscape Agriculture, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China

This article takes 102 wild shrubs in Haitan Island as the research object, comprehensively evaluates it by the grey correlation analysis method, and divides the development and utilization grade according to the correlation degree. It aims to rationally develop and utilize wild shrub resources on Haitan Island, and provide a reference for the landscaping materials of coastal cities.The results showed that: 1) There are abundant wild shrub resources in Haitan Island, distributed in 41 families, 72 genera and 102 species, Moraceae in the family is dominant andis dominant in the genera; 2)The wild shrub flora in Haitan Island is diverse in geographical components and rich in tropical elements; 3) This kind of resources has strong adaptability, the original habitat is mainly coastal forest and hillside shrub(59.8%), 63.73% of the shrubs are drought-resistant, barren-resistant(51.96%) , theornamental value of the shrubs is relatively high, the scores of ornamental position, ornamental period and ornamental color indexes are all≥2; 4) Among the 102 wild shrubs evaluated, 54 species showed a correlation degree with the ideal species higher than 0.7. Moreover, 17 species showed a degreeof correlationwith the ideal species higher than 0.8, such as,,,,,andwhich can be applied to landscape greening as well as introduced and popularized preferentially.

grey correlation degree; Haitan Island; wild shrubs; landscape application; ornamental value

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.06.018

S58

A

1008-8873(2021)06-146-09

何雅琴, 謝艷秋, 賴敏英, 等. 基于灰色關聯度的海壇島野生灌木資源綜合評價[J]. 生態科學, 2021, 40(6): 146–154.

HE Yaqin, XIEYanqiu, LIU Jianxing, et al. Comprehensive evaluation of wild shrub resources in Haitan Island based on Grey Correlation Degree[J]. Ecological Science, 2021, 40(6): 146–154.

2020-05-18;

2021-06-27

福建農林大學科技創新專項基金項目(CXZX2019086); 福建省區域發展科技項目計劃(2018Y3006); 福建農林大學藝術學院園林學院學科專業建設項目(YSYL-bdpy-3); 2019年度福建省科技特派員工作經費(KTP19186A)

何雅琴(1996—), 女, 湖南懷化人, 在讀碩士, 研究方向為海島植物資源應用研究, E-mail: 1187428983@qq.com

通信作者:鄧傳遠(1971—), 男, 福建三明人, 副教授, 博士, 研究方向為海島植物資源與海島生態優化研究, E-mail: dengchuanyuan@163.com