基于層次分析法的野生藤本垂直應用篩選研究

付艷茹，張 婷，莫健彬，奉樹成*

(1.上海植物園科研中心，上海 200231； 2.上海城市植物資源開發應用工程技術研究中心，上海 200231)

在當今城市人口膨脹，城市建筑密度日益增加，城市用地競爭激烈，城市熱島效應加劇的局面下，垂直綠化占地面積小、綠化面積大、見效速度快、生態效益高的優勢逐漸凸顯[1-2]。傳統的垂直綠化指利用攀援植物進行建筑物或構筑物的立面或頂面綠化和美化。隨著科技的發展，垂直綠化已不僅限于攀援植物，紅花檵木、毛鵑、鵝掌藤、梔子等也出現在了高高的墻壁上[3-4]。但這種綠化模式技術難度大，造價成本高，不利于廣泛推廣[5]。藤本植物是垂直綠化的重要材料，生長迅速、攀緣能力強、可塑性高，有著其他植物不可替代的優勢和作用[6]。目前城市中垂直綠化僅集中于幾個常用種，如凌霄、紫藤、藤本月季、爬山虎等，多為落葉植物，冬季景觀效果差，無法滿足“三季有花，四季常綠”的景觀要求。中國野生藤本植物資源豐富，且有很多觀賞價值很高的常綠植物資源，亟待開發利用[7-8]。

垂直綠化應遵循植物生物學特性，盡可能選擇觀賞價值高、適應性強，攀援力強的藤本資源，可大大降低養護成本和栽培技術難度。目前針對垂直牽引應用的藤本植物引種與選育，研究較少。為豐富垂直應用藤本資源，對33種野生藤本植物開展野外調研、引種馴化和物候觀測，并用層次分析法對其進行綜合評價，以期為篩選出更多適于上海地區露地生長的優良垂直應用藤本種質提供參考。

1 試驗材料

2017年從與上海維度相近的湖北、浙江、四川、湖南引種33種野生藤本植物(表1)，種植于上海植物園科研中心基地中，采用竹竿或繩索進行垂直牽引。基地氣候四季分明，7月最熱，1月最冷。2015～2019年最高氣溫為41.7℃，最低氣溫為-6.9℃。年平均降雨量1490.57 mm，土壤pH為7.3～7.7。

表1 引種的野生藤本植物資源Table 1 Introduced resources of wild lianas

續表1 引種的野生藤本植物資源Table 1 Introduced resources of wild lianas

2 研究方法

依據相關研究，對所引種野生藤本植物進行成活率統計，并對引種成活的植物進行物候觀測、生物學特性觀察、適應性觀測、繁殖及栽培情況記錄[6,10-16]。

2.1 物候觀測和生物學特性觀察

自2018年1月至2020年4月對引種成活的33種藤本植物進行連續物候觀測及生物學特性觀察。指標包括：萌芽期、展葉期、葉形、葉色、葉片大小、葉片質地、現蕾期、初花期、盛花期、末花期、花型、花色、花朵大小、花序長短、果形、果色、果期、攀援方式等。

2.2 適應性觀測

耐熱性觀測：2018年7～8月間，出現2次連續6 d最高溫度達37℃及以上，觀測記錄高溫前后每種植物的生長狀況。

耐旱性觀測：每種植物選5株長勢均勻、狀態健康的植株作為處理對象，連續10 d不給水分，分別觀測和記錄處理前后土壤含水量變化及每種植物斷水前后的生長狀況。

耐光和耐蔭性觀測：每種植物選10株，分為2組，1組用黑色遮陰網進行遮陰，遮陰率為50%，1組不遮陰。處理時間為1年，分別記錄每種植物在遮陰50%和全光照環境下的生長狀況。

耐寒性觀測：2018年12月，出現連續10 d最低氣溫5℃以下，極端低溫0℃以下，觀測并記錄每種植物的生長狀況。

2.3 繁殖和栽培情況記錄

分別對所引藤本種質材料進行播種、扦插、壓條繁殖試驗，統計其發芽率、生根率和成活率，并對生長過程的栽培養護和植株病蟲害情況進行記錄。

2.4 基于層次分析法構建評價模型

2.4.1 評價體系的構建

依據相關研究及藤本植物的生物學特性和垂直應用需求，確定藤本植物垂直應用價值(A)評價指標，主要包括：觀賞價值(B1)、適應能力(B2)和垂直牽引應用潛力(B3)3個方面[6,17]。觀賞價值指標包括花朵觀賞性(C1)、觀花期(C2)、葉片觀賞性(C3)、觀葉期(C4)、果實觀賞性(C5)、觀果期(C6)和植株形態特性(C7)；適應能力指標包括耐熱性(C8)、耐寒性(C9)、耐旱性(C10)、耐光性(C11)、耐蔭性(C12)；垂直牽引應用潛力指標包括抗病性(C13)、抗蟲性(C14)、繁殖能力(C15)、生長速度(C16)、攀援能力(C17)、養護易度(C18)。構建針對垂直牽引應用的藤本植物引種篩選評價體系(圖1)。

圖1 藤本植物垂直綠化應用篩選綜合評價體系Fig.1 Comprehensive evalution system of wild liana for vertical greening

2.4.2 判斷矩陣的構造和各指標權重計算

依據以上評價體系，(1)構造判斷矩陣。以A表示目標，構建權重判斷矩陣I、II、III、IV(表2)。(2)計算重要性排序。根據判斷矩陣，參考園林專家的意見，用1/9-9比率標度對兩兩因子之間進行比較，求出其最大特征根λmax所對應的特征向量wi。所求特征向量wi經歸一化，即為各評價因素的權重分配。(3)一致性檢驗。檢驗公式：CR=CI/RI。其中CR為判斷矩陣的隨機一致性比率；CI為判斷矩陣的一致性指標，CI=(λmax-n)/(n-1)。當判斷矩陣的CR<0.1時或λmax=n，CI=0時，認為矩陣具有滿意的一致性，否則需調整矩陣中的元素以使其具有滿意的一致性(表2中各矩陣判斷都通過了一致性檢驗)。

表2 權重矩陣及一致性檢驗結果Table 2 Weight matrix and consistency test results

續表2 權重矩陣及一致性檢驗結果Table 2 Weight matrix and consistency test results

基于以上判斷矩陣，計算B層對于A層的權重(表3中W1列)，以及C層對于B層的權重(W2列)，將兩個層次的權重相乘計算C層所有因素對于總目標相對重要性的排序權重(W列)，即層次總排序(表3)。

表3 層次總排序Table 3 Index weight

2.4.3 綜合評價

依據野外調查、引種馴化的田間觀測、繁殖試驗和養護工作記錄，參考園林專家意見和相關文獻，制定5分制評分標準(表4)。依據評分標準對所引種的藤本植物進行打分，計算各指標的平均分，再與各指標權重加權綜合，得出各植物的綜合評分。

表4 各評價指標的評分標準Table 4 Scoring criteria for each evaluation index

續表4 各評價指標的評分標準Table 4 Scoring criteria for each evaluation index

續表4 各評價指標的評分標準Table 4 Scoring criteria for each evaluation index

續表4 各評價指標的評分標準Table 4 Scoring criteria for each evaluation index

3 結果與分析

3.1 綜合評價結果

本次評價的引種藤本植物共計12科21屬33種，除崖爬藤和三葉崖爬藤外均為木質藤本。以3分為合格線，4分為優秀線分級，即綜合評價總分大于3分，小于4分為合格，大于4分即為優秀。達到合格線的藤本植物，雖基本能夠適應上海地區天氣，但垂直牽引效果不佳。未達到合格線的藤本植物，均為落葉藤本植物，觀賞期短，適應性較差，生長速度慢。香花雞血藤、常春油麻藤、鈍藥野木瓜、鷹爪楓、黑龍骨、尾葉那藤、五月瓜藤、長花忍冬、淡紅忍冬、三葉木通、木通、清香藤、鄂羊蹄甲、多葉勾兒茶、風龍綜合評分均在4分以上，為垂直牽引的優秀種質資源(圖2)。這些植物的特點主要包括：(1)攀附能力強，尤其是主莖纏繞性強，可省去人工綁扎工作，養護管理技術難度低，工作量小；(2)在上海地區適應性強，可露地栽培；(3)均為常綠木質藤本，觀葉期較長，且兼具觀花觀葉觀果價值。

3.2 適宜垂直應用推廣的野生藤本植物

依據綜合評價結果(圖2)，香花雞血藤、常春油麻藤、鈍藥野木瓜、鷹爪楓、黑龍骨、尾葉那藤、五月瓜藤、長花忍冬、淡紅忍冬、三葉木通、木通、清香藤、鄂羊蹄甲、多葉勾兒茶、風龍在上海綜合表現性狀良好，適應性強。目前除常春油麻藤外，均未在園林中廣泛應用，僅香花雞血藤、鈍藥野木瓜、三葉木通、木通在個別專類園中有少量應用，但種苗資源匱乏，其他藤本均未在上海園林中應用。因此，應進一步深入藤本種質資源繁育研究，解決繁殖技術難題，擴繁種苗，并推廣應用。

圖2 引種野生藤本植物資源綜合評分Fig.2 Comprehensive evaluation of wild vine resources introduced

4 結論與討論

4.1 結論

本研究針對垂直應用特點，立足于藤本植物的生物學特性，構建包括觀賞價值、適應能力和垂直應用潛力3個方面共計18個指標的綜合評價體系，將定量計算與定性評價相結合，評價結果具有一定的科學性和有效性。所篩選出的具有良好垂直應用前景的野生藤本植物共計15種，其中豆科3種，木通科6種，夾竹桃科1種，忍冬科2種，木犀科1種，鼠李科1種，防己科1種，以木通科為最多。綜合排名依次為香花雞血藤>常春油麻藤>鈍藥野木瓜>鷹爪楓>黑龍骨>尾葉那藤>五月瓜藤>長花忍冬>淡紅忍冬>三葉木通>木通>清香藤>鄂羊蹄甲>多葉勾兒茶>風龍。這些種質資源能夠較好地適應上海露地環境氣候，且均為常綠木質藤本，觀賞價值和生態價值高，垂直應用潛力大，并可粗放性養護管理，適合在長三角地區推廣應用。

4.2 討論

4.2.1 評價模型存在問題及優化

本評價體系所包括的評價指標主要考慮垂直應用需求和藤本植物自身特點而選擇，對于植物的耐鹽堿性、抗澇性、周期性修剪難度，尚未列入其中。藤本植物蔓性強，生長速度快，引種存在對其他植物群落造成一定的入侵性。因此在藤本植物的引種選育中，應適時的對其進行牽引或修剪，充分發揮其應用價值。

4.2.2 上海地區垂直應用藤本植物應用建議

目前上海垂直綠化應用的形式主要為附壁式、籬垣式、棚架式、立柱式、懸蔓式，其中附壁式綠化主要包括6種類型，分別為模塊式、鋪貼式、攀爬或垂吊式、擺花式、布袋式、板槽式，其中以攀爬或垂吊式簡便易行和造價較低應用較廣[18]。所用藤本植物資源較少，常綠藤本主要仍以爬山虎、絡石、常春藤、扶芳藤為主，此類植物均靠氣生根攀附在建筑物上，成景時間長，一旦成景，植物不易移除，一旦移除，植物和景觀即被破壞。落葉觀花植物主要以藤本月季、凌霄、紫藤和木香花為主，花期過后，冬季景觀效果蕭條。此外，藤本植物生產圃地少，生產水平參差不齊，且多為垂吊式植物盆栽生產和攀援性植物竹竿式綁扎盆栽生產。

藤本植物是立體綠化重要的植物材料，應充分利用其生物學特性，發揮其攀援特性，對開展垂直綠化，降低綠化養護成本，增加城市綠量，改善城市環境質量有重要的經濟價值和生態價值。為進一步優化垂直綠化應用類型，降低資源配置造價，豐富藤本植物種類，提升垂直綠化及其他立體綠化景觀品質，建議：

(1)引種和選育更多適應性廣、纏繞性強的常綠觀花觀果木質藤本植物。纏繞性強的藤本植物是垂直牽引應用的理想材料，可充分發揮其纏繞性，展現其植株自然形態，且垂直牽引造價成本低，養護管理粗放，易于推廣。

(2)開展藤本植物垂直牽引標準化成產。可用繩索進行牽引，從幼苗開始盆栽種植，一苗一繩，根據垂直應用目的，用繩子的長度控制苗的高度，統一規格，一旦成型，可隨時移動進行成品出售或直接應用。