摘要: 以湖北省荆州松滋市曲尺河为调查地，对当地蕨类植物资源的观赏性状进行调查统计，通过层次分析法(Analysis Hierarchy Process, AHP)对26种蕨类植物进行观赏价值综合评价，选择根状茎、叶片、孢子囊群三个评价准则和15个评价因子建立曲池河蕨类植物观赏性状评价体系，对26种蕨类植物进行观赏等级划分，以期对蕨类在园林景观中的运用提供依据。结果表明，在一级指标中，叶片所占权重最高，是影响蕨类植物观赏价值最重要的指标。在二级指标中，叶形、幼叶颜色、叶稀有度、叶色对蕨类植物观赏价值的影响权重均超过10%，对评价结果有较大影响。参评植物中，综合评价Ⅰ级的有苏铁蕨(Brainea insignis)、荚囊蕨(Struthiopteris eburnea)、海金沙(Lygodium japonicum)、银粉背蕨(Aleuritopteris argentea)、乌蕨(Odontosoria chinensis)、卷柏(Selaginella tamariscina)，这六种蕨类植物观赏价值较高，具有较好的园林应用前景。
Abstract:
Taking Quchi River, Songzi City, Jingzhou, Hubei Province as the survey site, the ornamental characteristics of local ferns resources were investigated and counted, and the ornamental value of 26 species of ferns was comprehensively evaluated by the analytic hierarchy process (AHP). Three evaluation criteria and 15 evaluation factors were selected to establish the appraisal system of ornamental characteristics of ferns in Quchi River, The ornamental grade of 26 species of ferns was divided in order to provide a basis for the application of ferns in landscape architecture. The results showed that the weight of leaves was the highest among the first-grade indexes, which was the most important index affecting the ornamental value of ferns. In the secondary indicators, the weight of leaf shape, young leaf color, leaf rarity and leaf color on the ornamental value of ferns is more than 10%, which has a great impact on the evaluation results. Among the participating plants, the comprehensive evaluation of grade I included Brainea insignis, Struthiopteris eburnea, Lygodium japonicum, Aleuritopteris argentea, Odontosoria chinensis, and Selaginella tamariscina. These six kinds of ferns have high ornamental value and have good garden application prospects.
1. 引言
蕨类植物门(Pteridophyta)，为维管束的孢子植物(也称高等孢子植物)，绝大多数为中形多年生草本，它们大都喜生于温暖阴湿白森林环境，成为森林植被中草本层的重要组成部分 [1] 。现今世界约有12000种，约占世界总数的1/5。我国是世界上蕨类资源最丰富的地区之一，约有2600多种 [2] 。许多蕨类植物不仅具有食用、药用价值，而且千姿百态，形态优美，给人带来返璞归真的感受，与现代园林倡导的“自然”“生态”的主题相符，具有很高的观赏价值 [3] 。观赏蕨独特的观赏特性、耐阴性，及其令人耳目一新的格调，已经博得了越来越多人们的青睐和欣赏 [4] 。目前，前人有关蕨类植物的研究主要集中在其药用和食用价值上，尽管蕨类植物有着较大的园林应用价值，但未能对蕨类植物的观赏特性进行系统性的研究，仅有少数种类在庭院和室内设计中有运用。因此，构建科学的蕨类植物观赏特性评价体系，不仅能够量化观赏蕨的观赏价值，为其品种选育和推广应用提供参考依据，还对提高城市园林绿化多样性有着重要意义。
层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简称AHP)，是美国匹茨堡大学运筹学家T. L. Saaty于1973年提出的，它是以定性与定量相结合，系统化、层次化分析问题的一种简便方法，客观上提高了评价结果可靠性，并已经广泛应用于生态环境质量评级、材料选优、植物观赏特性价值评价等各方面 [5] [6] 。其基本原理主要将复杂问题中各种因素划分为相互联系的有序层次，使其条理化，再依据一定客观和主观判断的综合结构，通过数学计算得出每一层相对重要性次序权值，通过总排序进行计算、排序。
本研究在调查分析荆州市曲池河蕨类植物资源的基础上，根据蕨类植物的观赏性状确定其综合评价指标，运用AHP法计算各指标的权重，再结合专家对各观赏因子赋予的分值，建立一套科学的荆州市曲尺河蕨类植物观赏特性评价体系。
2. 试验地概况
曲尺河，位于湖北省中南部的荆州松滋市卸甲坪乡。卸甲坪土家族乡位于松滋市西南边陲，武陵山脉东麓，洈河的上游，是典型的山区乡镇，最高海拔815 m，平均海拔650 m，境内群山环抱，素有“荆州屋脊”“松滋高原”之称。地处亚热带过渡性季风气候区内，四季气候分明；春季冷暖多变，雨量递增；夏季炎热潮湿，雨量不均；冬季较长。多年平均气温14℃~16.9℃，最高气温为39.5℃，最低气温为−10.9℃。全年无霜期为260天，年降水量为1050~1300 mm。相对湿度在74~83%之间，年均湿度为78%。其气候非常适宜蕨类植物的生长，加上山势较高，森林覆盖面积较广，人为活动范围较少，适合野外实地调查。
3. 材料与方法
3.1. 材料
选取湖北省荆州松滋市曲尺河流域(东经113˚30'，北纬30˚02')调查的蕨类植物作为研究对象。
3.2. 调查方法
选择线路调查法，沿路对所调查到的蕨类植物进行识别、拍照、记录、采集，若植株本体过大，则选择采集部分组织样本，以便于后续研究。
3.3. 层次分析法
3.3.1. 建立评价指标体系
目前，国内从观赏园艺的角度对蕨类植物的观赏性状研究鲜见报道。根据观赏植物的评价特点与规律，考虑到层次分析法对指标层次结构的设计要求，参照樱花(Prunus serrulata)、蜡梅(Chimonanthus praecox)等观赏植物资源评价指标，通过征集专家、绿化应用人员以及相关学者的意见，认为蕨类植物的观赏标准主要从叶、根茎、孢子囊群及生长习性等方面加以比较鉴定 [7] [8] 。综合各方意见，再结合蕨类的园林应用实际，对根状茎、叶片、孢子囊群3个主要观赏特性价值评价制约因素进行细分，构建15个指标层，并充分考虑各因子的美学特征、视角效果等多方面因素，向相关专家发放调查评分问卷，请他们按要求进行打分，方法采用1~9标度法。
3.3.2. 制定评分标准
为了在定性的基础上定量的对6种蕨类植物的观赏价值进行分级，参照吴林源 [9] 、宋敏 [10] 等方法，以及基于其观赏特性生态学及生物学特征充分观察的基础上，征求专业人员和其他人的意见后制定根据不同种类共同的观赏价值及不同特性拟定5分制的评分标准(表1)。其具体评价指标与表一所对应的指标层一一对应。
在AHP的综合评价体系中，各评价因素的相对重要性是综合评价研究的重要依据。基于AHP方法的原理，根据构建的蕨类植物观赏特性评价模型，通过因素之间的两两比较，来构造目标层A相对于约束层Ci，以及约束层Ci相对于指标层Pi的判断矩阵。完成判断矩阵的构造后，对判断矩阵各层的最大特征根(λmax)及对应的特征向量(W)进行计算，得出各因素与上一层某因素相比较的相对重要性的权重值 [11] [12] [13] 。将通过一致性检验的数据导入软件YAAHP进行处理得到某种蕨类植物的综合得分，最终将26种蕨类植物的综合得分进行分级和排序，对其观赏价值进行综合评价。
Table 1. The appraisal standard of each appraisal index
表1. 各具体评价指标的评分标准
4. 结果与分析
4.1. 荆州松滋市曲尺河蕨类植物种类
调查结果显示，曲尺河流域的蕨类植物一共有26种。分别是苏铁蕨、荚囊蕨、海金沙、银粉背蕨、乌蕨、卷柏、伏地卷柏(Selaginella nipponica)、顶芽狗脊(Woodwardia unigemmata)、芒萁(Dicranopteris pedata)、指叶凤尾蕨(Pteris dactylina)、毛蕨(Cyclosorus interruptus)、剑叶凤尾蕨(Pteris ensiformis)、井栏边草(Pteris multifida)、阔鳞鳞毛蕨(Dryopteris championii)、野雉尾金粉蕨(Onychium japonicum)、狗脊(Woodwardia japonica)、半边旗(Pteris semipinnata)、江南星蕨(Lepisorus fortunei)、鞭叶铁线蕨(Adiantum caudatum)、贯众(Cyrtomium fortunei)、金星蕨(Parathelypteris glanduligera)、对马耳蕨(Polystichum tsus-simense)、日本水龙骨(Goniophlebium niponicum)、针毛蕨(Macrothelypteris oligophlebia)、毛轴碎米蕨(Cheilanthes chusana)、星毛蕨(Ampelopteris prolifera)。
4.2. 各评价指标判断矩阵、权重及一致性检验
征求专家意见，综合后的专家判断矩阵见表2。方法是计算各个具体评价指标(P)相对于所隶属性状(C)加权值后，与性状(C)权值加权综合即可得到各评价指标因素(P)相对于综合评价值(A)权值的总排序值。
从表2可知，各层次单排序计算的CR值均 < 0.1，这意味着本次模型的数据具有客观性、合理性。在蕨类植物观赏特性标准综合评价体系准则层(C)中，各个因子的权重排序为C2 > C3 > C1，其中叶片的权重值最大，说明叶片在人们的视觉评价中占最重要的地位，其中，叶形和叶色方面的权重最大。指标层的排序为P2 < P15 < P1 < P9 = P14 < P6 < P3 = P12 < P13 < P8 < P11 < P5 < P7 < P10 < P4，P4 (叶形)总权重值最大，占18.6%，其次是P10 (叶稀有度)和P7 (幼叶颜色)，分别占13.3%和11.7%，再次是P5 (叶色)占11.1%，P11 (群体枯叶期)占8.9%，P8 (幼叶蜷曲形态)占5.8%，P13 (孢子囊群位置)占5.7%，其他因素的权重值则相对较小。
Table 2. Factorial weights for the comprehensive evaluation of ferns
表2. 蕨类综合评价因子权重
4.3. 综合评价等级
对所调查到的26种蕨类进行观察与记录，并根据表2和所记录的蕨类植物观赏特性对每种植物进行评分，将各指标所得分值与其权重值相乘，并将所有指标所得数值相加，最终得出每一品种相应的综合评价值，并绘制出荆州松滋市曲尺河蕨类植物的综合评价值及等级表(表3)。
Table 3. Evaluation values and grades of ornamental characteristics of Quchi river ferns in Songzi, Jingzhou
表3. 荆州松滋市曲尺河蕨类植物观赏特性评价值及等级
根据综合评价值分布情况和经验将蕨类的观赏价值应用分为4个等级，Ⅰ级(>3.5)为观赏价值最高的种类，共计6种，分别是苏铁蕨、荚囊蕨、海金沙、银粉背蕨、乌蕨、卷柏；Ⅱ级(3.0~3.5)观赏价值较高，共计10种，分别是伏地卷柏、顶芽狗脊、芒萁、指叶凤尾蕨、毛蕨、剑叶凤尾蕨、井栏边草、阔鳞鳞毛蕨、野雉尾金粉蕨、狗脊；Ⅲ级(2.5~3.0)观赏应用价值一般，共计6种，分别是半边旗、江南星蕨、鞭叶铁线蕨、贯众、金星蕨、对马耳蕨；Ⅳ级(<2.5)为观赏价值较差的种类，共计4种，分别是日本水龙骨、针毛蕨、毛轴碎米蕨、星毛蕨。
5. 讨论
蕨类植物的评价方法多种多样。王燕等 [14] 采用调查填表的方式，将45名调查人员对蕨类植物株型、叶型、叶色等的观赏性的评定进行了统计。刘均阳等 [15] 运用德尔菲法对太白山自然保护区内的32种蕨类植物进行了观赏性评价。陈欣瑜 [16] 基于AHP层次分析法对重庆缙云山国家级自然保护区野生蕨类植物的观赏运用价值进行综合评价。
本研究结果表明，该流域所调查到观赏价值为Ⅰ级的蕨类植物主要特征是直立根状茎，叶形较为奇特，叶质为革质较多。在蕨类植物中，由于没有花和果实，部分观赏蕨的孢子囊群并没有足够的美观性，或者难以观察到，叶片成为影响其观赏价值的主要因素。在调查中，不难发现大多数人对蕨类植物的叶形、叶色和叶质的期待值较高，尤其是特异形的叶片和十分规整繁密的叶片排列方式能得到更多的偏爱。数据证明，Ⅰ级观赏价值的蕨类植物多有繁密的叶片，且叶片形态较为稀有。比如排名最高的苏铁蕨，实际中由于其繁密的叶片和规则的密集对称排列以及较大的株型，在植物园、公园、庭院中使用较为广泛。除此以外，卷柏因其独特的生理特性和叶片形态，也备受设计师的青睐。还有荚囊蕨因其有趣的叶片形态，在园林设计中使用的也较为频繁。因此可以确定，蕨类植物观赏特性评价最核心要素在于其叶片。
6. 结论
在本次评价中，约束层的权重值大小顺序为：叶片 > 孢子囊群 > 根状茎。在指标层各因子中，叶形重值最大，其次是叶稀有度幼叶颜色，再次是叶色、群体枯叶期、幼叶蜷曲形态和孢子囊群位置，其他因素的权重值则相对较小。
根据综合评价值分布情况和经验将蕨类的观赏价值应用分为4个等级，Ⅰ级为观赏价值最高的有6种，分别是苏铁蕨、荚囊蕨、海金沙、银粉背蕨、乌蕨、卷柏；Ⅱ级观赏价值较高的有10种，分别是伏地卷柏、顶芽狗脊、芒萁、指叶凤尾蕨、毛蕨、剑叶凤尾蕨、井栏边草、阔鳞鳞毛蕨、野雉尾金粉蕨、狗脊；Ⅲ级观赏应用价值一般的有6种，分别是半边旗、江南星蕨、鞭叶铁线蕨、贯众、金星蕨、对马耳蕨；Ⅳ级为观赏价值较差的有4种，分别是日本水龙骨、针毛蕨、毛轴碎米蕨、星毛蕨。
该研究基于层次分析法，对某一特定区域的蕨类资源的观赏性状进行评价，以期为蕨类植物的推广和应用提供依据。观赏价值的评价因子共有15个，但均隶属于美学范畴，对于蕨类植物的生态适应性没有进行定量和定性分析，还有待于进一步研究。