21個紫薇品種園林應用價值的綜合評價

葉康，秦俊，胡永紅，劉建中，王一椒

(1.上海辰山植物園，上海 201602；2.上海城市樹木生態應用工程技術研究中心，上海 200020；3.青陽縣林業局，安徽 池州 242800)

紫薇屬隸屬于千屈菜科，本屬植物全世界約有55種，分布于熱帶和亞熱帶，南至澳大利亞，北到日本；中國有15個種，包含8個特有種[1]。其中，紫薇是非常優良的夏季觀花灌木，在我國分布廣泛，且在世界廣泛栽培，通過不斷改良，形成很多品種。

作為觀賞植物，紫薇的研究主要包括資源調查[2-6]、品種分類與選育[7-13]、觀賞性及適應性評價[14-18]、園林應用與專類園建設[8,18-24]、花期調控技術[25]、快繁技術[26]、管養技術[27-28]及矮化措施[29]等方面。綜合評價方面有，李振芳等[14]以初選的42個紫薇單株為試驗材料，選取花色等12個性狀作為評價指標，基于層次分析法建立了紫薇優良單株綜合評價選擇體系，篩選出22個優良單株作為品比試驗材料，然后基于滿意度多維價值理論分析法建立了紫薇優良無性系的多目標評價體系，優選出5個花色鮮艷、綜合性狀優良的無性系。翁春雨等[16]通過對15份不同紫薇種質資源進行包括繁殖特性等4方面的栽培對比試驗，觀測分析出苗率等9個方面的性狀與數據，利用數量評價的方法定量制定栽培適應性評價標準，綜合評價得知，紅火箭、紅火球、多花紫薇各方面表現都比較優良，適于大量在海南推廣使用，為紫薇栽培和園林應用推廣提供理論依據。顧帆等[17]選取11個花部性狀作為評價指標，通過灰色關聯度法分析評價120個國內紫薇品種的觀賞價值，建立一套比較全面客觀的國內紫薇品種觀賞性狀評價體系。

層次分析法是在將與決策有關的元素分解成目標、準則、方案3個層次的基礎上進行定性和定量分析的決策方法；主成分分析法確定權重科學客觀，有效降低主觀賦值的主觀影響；聚類分析法既可以將某些未知個體正確的歸屬到其中的某一類[30]，也可以在未知群體具體分類的情況下，通過數據分析對群體進行分類，是研究植物資源分類和親緣關系的主要方法之一。層次分析法、主成分分析法和聚類分析法為研究植物品種選育及對其進行綜合評價提供了科學方法，在觀賞樹木[31-34]、花卉[35-37]、果樹[38-39]等綜合評價及利用上得到了廣泛應用。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為來源于國內外的21個品種，分別為丹紅紫葉、火紅紫葉、赤紅紫葉、紅火箭、紅火球、紅葉、飛雪紫葉、銀輝紫葉、金晃、姬、紫精靈、猩紅、王、阿波羅、川紅、百麗、櫻桃摩卡、暗香梅子、拿鐵咖啡、薄荷蕾絲、紅羅馬大帝紫薇，均為三年生苗，露地栽培于上海辰山植物園苗圃，常規管養。試驗于2020年3—11月進行。

1.2 方法

1.2.1 評價指標的選擇及測定

根據觀賞植物資源的篩選要素和資源評價目的，參考國內外同類評價的指標體系[30,39-40]，結合試驗目的，以問卷形式征詢園林專業從業人員、園林專業學生、非園林從業人員及非園林專業學生4類人群意見以確定評價指標。共回收有效問卷120份，最終選擇生長勢、再生能力、成花能力、株型、樹皮形態、新枝顏色、葉色、花期天數、花序大小、花色、抗病蟲害能力及耐水濕能力12個性狀作為具體評價指標。其中，數量性狀測定時，每品種選擇生長健壯、整齊一致、無病蟲害的5株觀察記錄，最后求平均值，如花序大小；質量性狀測定時，每品種隨機選擇10株觀察記錄，如生長勢等，而質量性狀的花色則采用RHS比色卡測定。為了減少試驗測試誤差，同一性狀測量工作由同一人進行操作。

1.2.2 主成分分析法計算權重

運用SPSS 23.0軟件對12個指標進行主成分分析，得到各評價指標的公因子方差，將各公因子方差進行歸一化，即得到各指標的權重值[41-42]。

1.2.3 層次分析法計算得分

圖1 紫薇品種園林應用價值的綜合評價結構模型

表1 紫薇品種園林應用價值綜合評價指標的評分標準

1.2.4 聚類分析法劃分等級

以21個紫薇品種的綜合得分值為指標，以歐式距離的平方為相似尺度，采用組間連接的方法進行系統聚類分析[43]，對21個紫薇品種進行園林應用價值等級劃分。以上過程均由Excel 2016及SPSS 23.0軟件完成。

2 結果與分析

2.1 紫薇品種的生長表現

基于21個紫薇品種的生長狀況，采用擬定的5分制評分標準，對每個紫薇品種的12個性狀分別進行打分(表2)。

表2 不同紫薇品種評價指標

2.2 應用價值的評價指標

2.2.1 主成分分析

表3顯示，對選取的株型、葉色、成花能力等12個評價指標進行主成分分析。通過方差分解，提取株型、葉色、新枝顏色、花色、花序大小5個主成分，其方差貢獻率分別為26.64%、18.94%、14.55%、13.38%和8.72%。前5個主成分的累計貢獻率已達82.23%。由此說明，以株型、葉色、新枝顏色、花色、花序大小作為綜合評價指標來反映和評價紫薇品種園林應用價值的信息可靠性在80%以上。

2.2.2 評價指標權重

將主成分分析得到的公因子方差進行數據歸一化，即得到各指標權重。表4顯示，株型的權重值最高，其次是葉色、耐水濕能力和花期，新枝顏色的權重值在12個指標中最低。因此，在紫薇引種時，可優選株型飽滿、葉色艷麗、耐水濕能力強以及花期長的品種。

表3 方差分解主成分提取分析

2.3 21個紫薇品種的園林應用價值綜合評價

2.3.1 應用聚類

由圖2可知，根據聚類結果，21個紫薇品種可分為3類，每類包括7個品種。

表4 公因子方差

2.3.2 應用評價

21個紫薇品種的園林應用價值可分為3級(表5)。其中，薄荷蕾絲、丹紅紫葉、紅葉、火紅紫葉、紅火箭、阿波羅和紅火球被劃分為Ⅰ級，這7個品種不僅株型緊湊、長勢好、抗性強、幾無病蟲害，而且花序大、花期長、花色艷麗。尤其紅火箭適應性廣，抗逆性強；新枝及新葉酒紅色，老葉綠色略帶紅暈，葉芽在開花前為深紅色，開花時變成櫻桃紅；圓錐花序，最長可達57 cm，猶如火箭，花色鮮紅、艷麗；多次開花，花期超過4個月，是珍貴的大紅紫薇品種。因此，可增加這些品種在上海地區園林中的應用。紅羅馬大帝、猩紅、赤紅紫葉、飛雪紫葉、櫻桃摩卡、紫精靈和銀輝紫葉被劃分為Ⅱ級，花期不及Ⅰ級品種長，一般在3個月左右，花朵大小中等，長勢一般，抗病蟲害能力適中，或不耐水濕，可有選擇地應用，且需適當加強水肥管理。姬、川紅、金晃、王、暗香梅子、百麗和拿鐵咖啡被劃分為Ⅲ級，長勢較差，不耐水濕，株型凌亂，枝條柔軟，花期短，不適合園林中應用。

圖2 21個紫薇品種園林應用價值的綜合評價得分的聚類分析

表5 紫薇品種園林應用價值綜合評價得分及評級

3 小結與討論

綜合應用層次分析法、主成分分析法和聚類分析法對21個紫薇品種的園林應用價值進行綜合評價。結果顯示，21個紫薇品種可分為3個等級：Ⅰ級為綜合得分值在3.5分以上，園林應用價值高，包含薄荷蕾絲、丹紅紫葉、紅葉、火紅紫葉、紅火箭、阿波羅和紅火球7個品種；Ⅱ級為綜合得分值在3.0～3.5分，為應用價值一般的品種，篩選出紅羅馬大帝、猩紅、赤紅紫葉、飛雪紫葉、櫻桃摩卡、紫精靈和銀輝紫葉7個品種；Ⅲ級為綜合得分值在3.0分以下，應用價值低，不適合園林應用，篩選出姬、川紅、金晃、王、暗香梅子、百麗和拿鐵咖啡7個紫薇品種。篩選出的Ⅰ級品種可以直接在上海園林中推廣應用。

評價指標根據紫薇外部形態特征及環境適應過程中表現出的表型特征來進行篩選，選擇株型、葉色、新枝顏色、花色、花序大小、花期、樹皮形態、抗病蟲害能力、耐水濕能力、生長勢、再生能力、成花能力12個性狀作為評價指標，經主成分分析結果可知，前5個主成分的方差貢獻率達82.2%，可概括出花期、樹皮形態、抗病蟲害能力、耐水濕能力、生長勢、再生能力和成花能力7個指標，包含品種性狀的絕大多數信息。

指標權重的合理性直接影響評價結果的準確性，因此在綜合評價中，指標權重的確定方法占有重要地位。層次分析法具有系統、靈活、簡潔的優點，然而其評價指標權重的確定主要通過大量問卷數據的分析，最終結果與評價人員的側重點和意愿有很大關系，易受主觀因素影響，導致評價結果主觀性較強[42]。本研究依據客觀數據之間的關系，用主成分分析法替代層次分析法計算各項指標的權重，使得多指標綜合評價中的評價結果更為客觀與科學。