基于AHP 的濟南地區城市骨干喬木類樹種的選擇評價

楊曉軍，劉 毓，劉紅權，陳慶蕾，李錫寧

（濟南市園林和林業科學研究院，山東 濟南 250102）

骨干樹種選擇，是我國城市綠化建設過程中，樹種規劃的一項研究內容。樹種選擇本著以鄉土植物為主，以引種馴化成功且表現良好的外來樹種為輔的原則；喬、灌、草相結合；速生樹種與慢生樹種相結合；盡快形成城市特有綠化風格和特色。樹種規劃包括基調樹種和骨干樹種的選擇、配置數量比例的確定、各綠地樹種規劃等內容。而骨干樹種是在城市綠地系統規劃中對于樹種規劃部分提出的概念，這一概念現已在樹種規劃中廣為應用。

骨干樹種一般是指具有優異特點，在城市各類綠地中（包括公園、學校、企事業單位、居民區、道路綠地等）發揮骨干作用，作為重點繁殖和應用，具有良好觀賞特性的樹種，并且數量較多，可以形成一定群落景觀的植物種類。骨干樹種可以影響整個人工群落外貌，通常是在整個人工群落中的重要值相對較高并決定該綠地景觀類型的優勢種或建群種[1]。

不同的綠地條件其骨干樹種往往是不同的，既能滿足觀賞需求又能滿足功能需求。骨干樹種具有地帶性特征。根據不同綠地類型，城市骨干樹種一般以20～30 種組成，城市骨干喬木類樹種一般以10～15 種為宜。

2012 年濟南市城市綠地系統規劃[2]中明確了檜柏、白皮松、側柏、大葉女貞、欒樹、五角楓、銀杏、毛白楊（雄株）、臭椿、刺槐10 種骨干樹種，種類較少，不能完全滿足三季有花四季常綠的綠化需求，且部分種類在適應性等方面表現不良。

對濟南植物的現有研究多局限于某一類別、某一風景區的植物資源調查、分析。如楊波[3]等對濟南野生木本觀賞植物資源進行了研究，房義福[4]等對濟南市常綠闊葉樹種作了調查，賀燕[5]等對濟南市木本地被植物的種類、觀賞特性及應用現狀進行了調查與分析，蔡建國[6]等對濟南大明湖公園木本植物配置結構進行了分析，劉珊珊[7]對濟南濱水綠化現狀與植物景觀進行了調查研究，鄭晗[8]對濟南市木本植物區系分析進行了研究，而全面系統地梳理全市各類城市骨干喬木類樹種應用的研究目前還是空白。

濟南地區城市骨干喬木類樹種的選擇是綠地系統規劃內容的組成部分，確定濟南地區的骨干喬木類樹種需要綜合考慮樹種的適宜性，本地資源的應用，引進資源的應用，城市園林樹種的實際應用情況，樹種的觀賞特性以及栽培歷史狀況等，因此如何依據濟南地區的自然環境特征，科學探索濟南地區各類綠地骨干喬木類樹種的優化選擇方法，需要綜合兼顧多因子的影響。探討濟南地區骨干喬木類樹種選擇科學優化的方法，為濟南地區骨干喬木類樹種選擇提供科學依據。

1 研究區概況

濟南位于山東省的中部，地理位置介于北緯36°02′—37°54′，東經116°21′—117°93′，南依泰山，北跨黃河，地處魯中南低山丘陵與魯西北沖積平原的交接帶上，地勢南高北低。地形可分為3 帶：北部臨黃帶，中部山前平原帶，南部丘陵山區帶。屬于暖溫帶大陸性季風氣候區，四季分明，日照充分，2021 年全市年平均氣溫14.9 ℃。1 月最冷，平均氣溫-0.4 ℃；7 月氣溫最高，平均氣溫27.3 ℃。年平均降水量1039.3 mm。

2 研究方法

濟南地區城市骨干喬木類的擬推薦樹種是借鑒北方城市綠地骨干喬木類樹種應用現狀的調研成果，結合濟南地區城市骨干喬木類樹種應用現狀，進行初步篩選確定的。用定性與定量相結合的AHP 層次分析法，建立評價指標體系，進行綜合評價，最終確立濟南地區城市骨干喬木類的推薦樹種。

2.1 層次分析模型的構建

依據層次分析法的模型構建原理與指標選取原則，廣泛征集涵蓋城市園林和林業領域的專家意見，綜合考慮后，構建濟南地區城市骨干喬木類樹種評價的層次結構模型，模型包括目標層：篩選適宜濟南地區城市骨干喬木類樹種；準則層：制約適宜性的觀賞性、適應性和生長性3 個因素；指標層：綜合濟南地區城市喬木類樹種適宜性的16 項因素見表1。

表1 綜合評價層次結構模型

2.2 部分指標詳解

抗旱性：植物對干旱脅迫的反應。根據張德順[9]等所著《應對氣候變化的園林植物選擇與方法》中，通過廣泛調查城市樹木對干旱脅迫的反應（reactions）、參數（parameters）與特征（characteristics）來揭示樹木的耐旱機制。從與樹木耐旱性相關聯的葉片形態（leaf morphology）、氣孔密度（stomatal densities）、萎蔫癥狀、木材解剖和生理等42 個指標中，通過詳細的反復查對，按照其重要性排序，確定了7 個最具重要性的指標。①分布在臨時或永久性干旱立地；②光滑或厚革質的葉片；③葉背藍灰色、或銀白色；④羽狀葉或裂葉；⑤高抗寒性（低于-30℃）；⑥小葉子（長度＜10 cm）；⑦有刺。評分按照植物所占有7個耐旱性指標的數量[9]。

適生區域：山東省綠化委員會辦公室2020 年8月份，印發《山東省國土綠化優良樹種推薦名錄》[10]，確定了喬木、灌木、藤本、竹類等優良樹種130 個，并分別標注了適生區域，分為魯東、魯中南、魯北和魯西四個適生區域，按照植物所占有4 個適生區域的數量評分。

壽命：根據2019 年濟南市開展的古樹名木保護項目中古樹名木資源普查數據，樹木按照存在一二級古樹、存在三級古樹、不存在古樹進行三個等級的劃分[11]。

大樹樹干空腐程度：選取樹種胸徑為35 cm 以上且長勢較為一致的樹木，利用TRU-樹木雷達儀器對樹干進行非侵入性檢測，采集數據，用TreeWin 軟件對采集數據進行分析，得出樹木樹干內部狀態圖，清晰顯示樹木內部的腐爛程度，根據樹干腐爛面積進行評分。

根系：選取樹種胸徑為35 cm 以上且長勢較為一致的樹木，利用TRU-樹木雷達儀器對樹木地表以下1米內根性進行無損掃描，檢測根系不同深度分布密度，用TreeWin 軟件對采集數據進行分析，獲得直徑1 cm以上根的數量及3D 根系圖。每個樹種進行多株測量，統計平均值。

2.3 評價標準的制定

各指標的評分標準是前人在對擬推薦適宜性樹種的觀賞性、適應性和生長性觀察的基礎上，廣泛征求專家意見后制定的。根據擬推薦樹種的特性及評價方法的適宜性，擬定3 分制的評分標準，見表2。

表2 各具體評價指標的評分標準

2.4 判斷矩陣構建及其一致性檢驗

在AHP 評價體系中，各評價因素的相對重要性由專業人士或在廣泛征集大多數人意見的基礎上作出判斷。本文采用1～9 比率標度使之定量化，并構成兩兩比較判斷矩陣。先計算判斷矩陣的最大特征根（λmax）及對應的特征向量（W），然后分別計算某層各因素相對于上層因素的相對重要性權值。采用算術平均法計算出各矩陣的最大特征根及相應的特征向量，步驟為：aij≈aik/ajk，k=1，2，3，…n。若判斷矩陣具有完全的一致性，即aij =aik/ajk，則λmax=n，其余特征根均為零；若判斷矩陣一致性較為滿意，即aij ≈aik/ajk，則λmax稍大于n，其余特征根接近于零。故度量判斷矩陣偏離一致性的指標為：CI=（λmax-n）/（n-1）。判斷矩陣一致性指標CR 為CI 與判斷矩陣的平均隨機一致性指標RI 的比值，即CR=CI/RI，其中RI 具體取值如表3 所示。若CR＜0.10，則該判斷矩陣具有滿意一致性，否則應進行調整。

表3 對于1-9 階的判斷矩陣平均隨機一致性指標RI 取值表

在綜合評價模型建立的層次結構關系基礎上，通過專家評議，構建目標層A 相對于準則層B1、B2、B3；B1相對于C1、C2、C3、C4，B2相對于C5、C6、C7、C8、C9、C10，B3相對于C11、C12、C13、C14、C15、C16的判斷矩陣，計算各平均指標的權重值并對判斷矩陣進行一致性檢驗（表4），形成濟南地區城市骨干喬木類樹種綜合評價基礎。

表4 判斷矩陣及其一致性檢驗

2.5 層次總排序及其一致性檢驗

由第2 層C 和第3 層P 的排序結果，能確定第3 層C 中各評價指標相對于A 的重要性權值，即層次總排序，對多位專家的評分進行匯總后，計算結果如表5 所示。并對整個層次模型的一致性進行檢驗，由于層次總排序的一致性指標值CR＜0.10，因此總排序具有滿意的一致性。

表5 指標層（P）相對于目標層（A）的總排序結果

由表5 可知3 大評價指標中適應性能（0.5931）權重值最高，說明適應性是篩選評價的首要條件，其次是觀賞性能（0.2086）和生長性能（0.1982）。

B 層3 項指標中適宜性的權重最高，觀賞性指標和生長性指標次之。在適應性指標中，考慮到濟南市自然氣候的特點，適生區域、抗病蟲害性和抗澇、堿、風等逆境脅迫能力放在前列；在觀賞性能指標中，樹形和季相變化最為重要，其次為綠葉期和觀賞特異性；在生長性指標中，壽命最為重要，移栽成活難易程度、根系也相對重要。

將C 層各指標的權重與其相對應的B層指標的權重相乘，得到用于計算適應性評價結果的各評價指標的組合權重。由組合權重值看出，處于重要地位的指標是適生區域、抗病蟲害能力、抗澇、堿、風等逆境脅迫能力和抗旱性。

3 結果與分析

3.1 擬推薦樹種的初步篩選

《濟南市城市綠地系統規劃（2010-2020 年）》方案中歸納了 “濟南市城市主要園林植物一覽表”，其中常綠喬木有云杉、青杄、紅皮云杉、白皮松、圓柏、側柏、女貞等24 種；落葉喬木有毛白楊、垂柳、欒樹、櫸樹、樸樹、七葉樹、流蘇樹等128 種，合計喬木152 種。《濟南市行道樹結構分析與樹種評價》項目中，通過對新優引種的歐洲椴、建始槭、紫葉稠李、七葉樹、光皮樹、櫸樹、美國紅櫟、雜交馬褂木、燈臺樹、金葉復葉槭、北美紅楓11 個品種連續兩年的觀察，運用樹種適應性評價方法，進行綜合評價，結果表明，櫸樹、七葉樹、燈臺樹、雜交馬褂木4 種表現良好（2.5＜綜合指數＜3.00），可在部分道路推廣試用。

根據《濟南市城市綠地系統規劃（2010-2020 年）》方案中歸納的152 種喬木，結合《濟南市行道樹結構分析與樹種評價》項目中推薦應用的櫸樹、七葉樹、燈臺樹、雜交馬褂木4 種樹木和濟南市城市主要綠地樹種應用現狀以及近年來引種、應用較多的新優品種，初步篩選出19 種適宜喬木，通過建立評價指標體系，進一步篩選出適宜推薦為濟南地區城市骨干喬木類樹種。擬推薦樹種分別為：垂柳（♂）、女貞、馬褂木、七葉樹、流蘇樹、櫸樹、烏桕、杜仲、絲棉木、毛梾、黃連木、楸樹、梓樹、小葉樸、青桐、巨紫荊、楓楊、碧桃、暴馬丁香。

3.2 推薦樹種的綜合評價篩選

3.2.1 推薦樹種的各指標評分

對擬推薦的19 個樹種的綜合評價分別進行賦值和計算，結果見表6。

表6 推薦樹種適宜性綜合評價

從觀賞性指標、適應性指標和生長性指標3 個單項指數結果來看，觀賞性指數較好的是碧桃、七葉樹、小葉樸、毛梾、櫸樹、巨紫荊、烏桕、楓楊、流蘇樹，而杜仲、女貞、絲棉木、梓樹和黃連木的觀賞性指數較一般。適應性指數較強的是流蘇樹、毛梾、小葉樸、絲棉木、杜仲、垂柳(♂)、櫸樹、黃連木、暴馬丁香，而梓樹、烏桕、碧桃、馬褂木、青桐的適應性較一般；生長性指標較好的是小葉樸、青桐、烏桕、梓樹、楸樹、垂柳(♂)、女貞、流蘇、杜仲、七葉樹，而碧桃、巨紫荊、暴馬丁香、馬褂木的生長性較一般。

根據評價結果的分布情況，將19 個樹種的綜合評價分為4 個等級（每級包括上限）。其中Ⅰ級（≥2.5）：綜合評分很高種類，為小葉樸、流蘇樹和毛梾3 種；Ⅱ級（2.0～2.25）：綜合評分較高種類，為絲棉木、垂柳(♂)、杜仲、櫸樹、黃連木、烏桕、楸樹、女貞、七葉樹、暴馬丁香10 種；Ⅳ級（≤2.25）：綜合評分一般，為楓楊、巨紫荊、梓樹、碧桃、青桐、馬褂木6 種。

參考AHP 的綜合評價及各層次評價結果，濟南地區適宜骨干樹種喬木類有小葉樸、流蘇樹、毛梾、絲棉木、垂柳(♂)、杜仲、櫸樹、黃連木、烏桕、楸樹、女貞、七葉樹、暴馬丁香。

4 結論

根據推薦樹種的綜合評價，可為《濟南市城市綠化系統規劃》中有關骨干樹種喬木類規劃部分提供樹種選擇依據。

“骨干樹種喬木類” 可規劃為：常綠針葉樹種：檜柏、白皮松、側柏；常綠闊葉樹種：女貞；落葉闊葉樹種：欒樹、五角楓、銀杏、毛白楊、臭椿、刺槐、小葉樸、流蘇樹、毛梾、絲棉木、垂柳(♂)、杜仲、櫸樹、黃連木、烏桕、楸樹、七葉樹、暴馬丁香。