原创 郭佳惠等 南京林业大学学报
论文推荐
基于层次分析法对柳树观赏性及适应性的综合评价
郭佳惠1，教忠意2，何旭东2，诸葛强1*，周 洁2*
1.南京林业大学生物与环境学院；2.江苏省林业科学研究院，国家林业和草原局柳树工程技术研究中心。
柳树是杨柳科(Salicaceae)柳属(Salix)和钻天柳属(Chosenia)的总称,落叶乔木或灌木,全球520余种,我国有257个种、122个变种和33个变型。柳树具有适应性强、种类多、生物量大、轮伐期短、容易繁殖等特点,其分布地区涉及湿地景观、盐碱地、干旱生境等多种类型。柳树树形多姿，展叶早、落叶迟,观赏价值高,是重要的园林观赏树种。柳树的枝条皮色变异极为丰富,具有多种枝色类型,由深绿至浅绿,由浅黄至棕色,由浅红至紫红呈连续分布。有育种学家利用白柳和爆竹柳杂交选育出“奥林匹克火炬柳”,树干由浅黄色逐渐过渡到橙色,在冬天1年生小枝呈鲜红色,被广泛用于护岸、园林风景林的构建。理想的林木株型结构影响林木的生物量分配和光能利用率,同时也是园林景观的重要组成部分。分枝数量及分枝角度等分枝形态结构是影响株型结构的重要因素。所以对不同种柳树的皮色、株型、分枝特性、雌雄育性、适应性等进行综合评价,是柳树种质资源筛选的重要依据。
观赏性状评价没有固定的评价方法,目前多指标综合评价方法主要有百分制法、层次分析法、模糊数学法、灰色关联度法、主成分分析法等。层次分析法(AHP)是园林植物观赏性评价运用最多的方法。园林树木的观赏特性通常包括树形、叶、花朵、果实、枝干等方面,这些方面又包括大小、形状.色彩、质地等不同性状,如枝干观赏特性集中体现在枝干形态、小枝颜色、主干颜色,株型等方面。目前,利用层次分析法已在郁金香、荷花,海棠、多头切花菊、蜡梅、桃花等观赏植物中开展了花色、花香、花量等方面的品种及适应性引种评价,筛选出了适合不同气候特征、立地类型的林木花卉品种。刘丽等利用层次分析法对20个柳树无性系建立了北方柳属乔木柳观赏性的结构模型,但关于灌木柳柳树观赏性状的综合评价还鲜见报道。本期论文推荐的作者选择20个冬季枝条颜色艳丽、具有观赏价值的柳树无性系作为试验材料,初步建立了基于柳树树形、枝干、皮色、育性、适应性等观赏性及适应性评价层次结构模型。通过对观赏柳树建立综合评价体系,以期选择观赏价值高、适应性好﹑抗逆性强、落叶后枝色艳丽的优良观赏柳树品种,满足园林景观建设对观赏树种新的需求,美化现代城乡环境。
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作者简介
通讯作者
诸葛强，男，1959年2月生，南京林业大学教授，博士生导师，主要从事植物分子生物学领域的教学和科研工作，重点开展植物细胞和基因工程的研究与技术开发。
通讯作者
周 洁，女，1986年7月生，江苏省林业科学研究院副研究员，主要从事林木遗传育种研究和基因工程的研究。
第一作者
郭佳惠，女，1995年5月生，南京林业大学生物化学与分子生物学专业 硕士研究生。
第一作者
教忠意，男，1978年8月生，江苏省林业科学研究院副研究员，从事林木遗传育种和景观生态研究。
关键词：灌木柳；观赏性状；层次分析法；宫布氏柳；钻石柳
基金项目：江苏省农业科技自主创新资金项目( CX(20)3042);江苏省林业科技创新与推广项目(LYKJ[ 2020]03)。
引文格式：郭佳惠,教忠意,何旭东,等.基于层次分析法对柳树观赏性及适应性的综合评价[J].南京林业大学学报(自然科学版), 2021,45(6):167-174.GUO J H,JIAO Z Y,HE X D,et al.A comprehensive evaluation of ornamental characteristics and adaptability of willows based on analytic hierarchy processes[J].Jourmal of Nanjing Forestry University (Natural Sciences Edition) ,2021,45(6):167-174.DOI：10.12302/j. issn.1000-2006.202106002.
1目的
柳树枝条颜色变异丰富。对柳树落叶后枝条颜色、观赏性状、适应性、育性等进行综合评价,为观赏柳树种质资源筛选和新品种选育提供参考依据。
2方法
选择20个枝条颜色丰富的柳树无性系作为试验材料,根据层次分析法(AHP),设置观赏性、适应性2个目标层,在此基础上设置11个因子层,对各指标进行量化打分,确定各评价指标的权重值和赋值,初步建立基于柳树枝条皮色、树形、育性等的观赏性状和保存率、萌芽性等适应性的评价层次结构模型,以筛选出观赏性状优良、适应性好的柳树新品种。
2.1 试验材料
江苏省林业科学研究院沿海造林试验站位于江苏省盐城市大丰区川东镇(120°13'~120°56'E，32°56'~33°36'N) ,其中第4区为国家柳树良种基地部分种质资源保存区,该地区位于亚热带与暖湿带的过渡地带,距海边2 km左右,海拔约3 m,年平均气温14.1 ℃,无霜期213 d,常年降水量1 042.2 mm,日照时间2238.9 h,四季分明,土壤为轻度盐碱(土壤含盐量为0.1% ~0.2%)。本研究所用材料来自江苏省林业科学研究院沿海造林试验站,有20个柳树种和优良无性系,均为灌木柳。包含有欧洲红皮柳、钻石柳、宫布氏柳、杞柳、黄花柳、花叶柳、簸箕柳和毛枝柳的杂交F1代、尖叶紫柳x欧洲红皮柳的杂交子代、蒿柳×宫布氏柳的杂交子代,共9种(表1)。2019年3月育苗,株行距为20 cm×60 cm。2021年1月进行柳树生长情况的观测及记录,2021年3月初统一观测各柳树无性系的开花萌芽状况。柳树表型性状调查参照CB/T 26910—2011《植物新品种特异性、一致性、稳定性测试指南 柳属》进行。
▼表 1 柳树各无性系特征
▲彩枝柳树试验林（红色，黄色，金桔，紫色）
2.2 研究方法
2.2.1 层次结构模型的构建定
按照层次分析法对层次隶属关系和指标关联性的要求,建立柳树观赏价值及适应性综合评价模型(表2)。模型分为3层:第1层为目标层(T),包括柳树无性系观赏性评判T1 ,柳树无性系生长适应性评判T2;第2层为准则层(C),包括观赏价值(C1) ,生长适应性(C2),共2个性状;第3层是因子层(F),隶属于上一层次,是体现准则层对柳树各性状评判有代表性的具体性状指标。
▼表 2 柳树观赏性及适应性评价体系的层次模型
2.2.2 判断矩阵构造及一致性检验方法
按照Satty提出的一致性比率检验法对构造的评价体系建立各层次的判断矩阵。该方法的关键就是随机一致性指标( RI , random index ,公式中记为ln)的代表性,即随机抽取样本判断矩阵的一致性指标( Cl , consistency index ,公式中记为lc)平均值能否代替全体样本判断矩阵的CI平均值。首先,对林业﹑柳树研究、园林设计等领域的专家展开问卷调查,采用1-9标度法对判断矩阵中的多个因素两两比较后,进行对立打分,写出判断值,分别设置绝对重要(9分)、十分重要(7分)、比较重要(5分)、稍微重要(3分)、同样重要(1分),8分,6分、4分、2分表示两个重要等级的中间值,若元素i与元素j的重要性之比为aij,则元素j与元素i的重要性之比aji= 1/aij。综合专家们的意见后,将判断值四舍五入取整构建判断矩阵A。以方根法求最大特征根λmax和权重值W,λmax=1/n·∑in[(WA)i/Wi],式中;n为层数量,WA为矩阵A的特征向量,Wi为所求的特征向量。随机一致性比率(CR, consistency ratio ,公式中记为RC)计算方法为RC =IC/IR,其中,一致性指标IC= (λmax-n)/( n-1)。IR为随机一致性指标,按矩阵阶数1~12分别赋值0、0、0.52、0.89、1.12、1.26、1.36、1.41 、1.45、1.49、1.53。当IR≤0.10时,矩阵中各值的判断具有满意的一致性,数据可用;IR>0.10时,则判断矩阵不符合一致性要求,需重新修正。
3结果
因子层中各指标对总目标的权重大小排序为:主干颜色(F3)>小枝颜色(F4)>株高(F1)>雌雄花的育性(F7)>抗病性(F9)>生长保存率(F8)>千型(FP2)>萌芽早晚(F10)>分枝数(F6)>分枝角度(F5)>开花早晚(F11)。主干颜色(F3)、小枝颜色(F4)、株高(F1)对柳树的观赏性贡献较大,权重值分别为0.281 3,0.193 0,0.127 7,是综合评价柳树观赏性状的主要指标。参试无性系中,宫布氏柳77、78,85,80观赏价值高,可选为红黄色系彩枝柳树品种。
3.1 判断矩阵及一致性检验结果
发放柳树观赏性状评分调查问卷并咨询20位专业为林学、林木遗传育种、园林设计、观赏园艺等领域的相关专家,对调查问卷进行分析整理,按综合得分进行各项指标重要性的排序。不同层次的判断矩阵和一致性检验结果见表3。在准则层观赏价值(C1)和生长适应性(C2)中,主干颜色(F3)和抗病虫害指数(F9)权重较大,分别为0.351 7和0.4133。为确保判断矩阵具有合理性,进行一致性检验,3个判断矩阵的CR值(一致性检验指标)均小于0.10，表示此判断矩阵合理，计算的权重值也较可靠。
▼表 3 柳树综合评价体系各层次的判断矩阵及一致性检验结果
依据准则层相对目标层的权重和指标层相对准则层的权重,计算指标层相对目标层的权重，结果见表4。根据表4,主干颜色(F3)、小枝颜色(F4)、株高(F1)对柳树的观赏性贡献较大,权重分别为0.281 3,0.193 0、0.127 7,是评价观赏性状的首要指标;雌雄花育性(F7)、抗病性(F9)、生长保存率(F8)、干型(F2)、萌芽早晚(F10)的权重居中,属一般指标;其他因素,如分枝数(F6)、分枝角度(F5)、开花早晚(F11)相对而言属辅助性指标。
▼表 4 柳树综合评价体系因子层（Ｆ）相对于目标层（Ｔ）的总排序结果
3.2 指标评分标准
各因子的评分标准是在对各柳树无性系进行充分观察后,查阅相关文献并咨询相关专家,且结合其他园林植物设定的观赏性及适应性评价标准基础上,制定以下各指标的评分标准(表5)。各项评价指标的值域为[1,4] ,各级值分别为1,2或1,2,3或1,2,3,4。
▼表 5 柳树综合评价体系各因子评分标准
3.3 参试柳树无性系的综合评价结果
根据各指标的测量结果和评分标准,对20个柳树无性系进行评分。然后依据Y=∑wiyi(式中:Y表示各无性系的观赏价值及适应性的综合得分，wi表示第i项指标的权重,yi表示第i项指标的得分),计算各柳树无性系观赏性及适应性的综合得分。AHP评价体系中,根据各指标的权重和评分标准(表4、5) ,将各指标所得的分值与各自权重值相乘,然后将所有指标所计算得到的数值相加,得出各无性系的综合得分见表6。由表6可知,综合得分越高,说明柳树无性系的综合观赏性及适应性越好。
▼表 6 柳树各无性系的评价综合得分
将20个柳树无性系的综合得分按照差值平均法划分为3个等级:Ⅰ级(Y≥2.5)为观赏价值极高的种类,包括78、‘苏柳1053’、77、85和 80;Ⅱ级(2.0≤ Y<2.5)为观赏价值较高的种类,包括88、79、87、92、33,P61 ,53、89和P716;Ⅲ级(Y<2.0)为观赏价值较低的种类,包括P594、P646、48、P588、57和91。
4结论
本研究对宫布氏柳、杞柳、黄花柳、钻石柳、花叶柳、欧洲红皮柳等优良柳树无性系进行综合评价,利用层次分析法构建结构模型,筛选的优良彩枝柳树对观赏柳树的品种选育及遗传改良可提供重要参考价值。
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