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基于AHP法的重庆主城区乡村绿化植物选择评价

作者: 卢文韬,秦华 时间:2021-1-18 阅读次数:475

植物是绿化景观营造的基本要素,也是乡村聚落植物景观建设工作的核心载体,植物选择关系到植物景观建设的成败、植物景观形成的快慢以及是否能够发挥功效等关键问题。基于对重庆主城区乡村聚落植物调查结果,分析了植物物种组成、应用频度、生长势以及配置形式等,采用AHP法探讨了重庆主城区乡村绿化植物选择,期望构建科学、合理、客观的植物选择评价体系,对今后乡村植物的选择和配置提供参考。

1/研究区域与样地选择

本文研究区域主要包括渝中区、江北区、沙坪坝区、九龙坡区、渝北区、南岸区、北碚区、巴南区、大渡口区,占地面积约为5472.68km2,约占重庆市总面积的1/15[1]。缙云山、中梁山、铜锣山、明月山自北向南延伸,城市面积不断扩大,嘉陵江、长江两条河流自西向东,贯穿于整个重庆主城区,形成了“两水四山”的城市地理格局。地形由南北向长江河谷倾斜,地貌以缓坡丘陵为主[2]。

以各行政区的兼容性、示范引领的典型性、全面性作为调查选择原则。在初步收集资料和预调研的基础上,筛选出现状已经完成建设,选取九龙坡区金凤镇海兰村、九凤村、石板镇高农村、走马镇金马村;巴南区干湾村;北碚区东阳街道西山坪村、静观镇素心村;南岸区南山街道双龙村;沙坪坝区中梁镇龙泉村、曾家镇虎峰山村、歌乐山镇天池村为调查对象。

2/研究方法

2.1植物调查法

以主城区交通图和地形图为基础,于2019年春、夏、秋、冬四季进行植物调查,在村庄内选取有代表性的路线沿着线路进行,记录植物种类、名称、观赏特征、生长情况等信息。

2.2植物选择评价法

2.2.1问卷调查法

采用问卷调查的方式,对当地村民进行调查访谈,访问内容包括当地民风民俗,对当地植物的了解、对乡村绿化的看法、对当前乡村的满意度,以及对乡村绿化发展的支持度等。

2.2.2层次分析法

层次分析法(Analytic Hierarchy Process,简称为AHP法)是美国运筹学家Saaty教授提出的一种定性与定量相结合的决策分析方法[3,4,5]。其特点在于将需要解决的问题拆成多个准则层和指标层,将复杂的问题分解成若干个层次,逐步分析解决,并可将人的主观判断和定性分析用数量分析表述、转换和处理,整个评价过程较为科学、客观[6,7,8]。运用层次分析法建立综合评价体系,对植物的生长状况、经济效益、观赏特性、生态效益等各方面指标进行综合评价。邀请专家对初步筛选出的植物进行打分。最终推荐出重庆乡村植物建设的骨干树种和基调树种,为重庆市乡村植物景观建设提供参考和依据。

3/调查结果与分析

3.1重庆主城区乡村植物种类构成

  乔木 灌木 草本 藤本 合计
36 36 44 11 100
占比% 36.00 36.00 44.00 11.00  
68 45 77 16 206
占比% 33.01 21.84 37.37 7.77  
78 49 86 16 229
占比 34.06 21.39 37.55 6.98  
 

根据实地调查、标本采集。利用重庆维管植物检索表进行鉴定,并结合中国植物志、中国高等植物图鉴、中国植物物种信息数据库、网络等有关文献资料。12个调研村庄,共有229种植物(包括庭院常见的经济作物种以及各类绿地常见的野生草本和灌木),隶属100科206属,其中乔木有36科68属78种;灌木36科45属49种;草本44科77属86种;藤本11科16属16种。(表1)

3.2乡村植物选择评价

3.2.1指标设计

通过大量文献阅读与资料查找,对涉及园林植物树种评价内容的12篇文章进行摘录整理,在综合专家意见、文献研究结果的基础上,结合重庆地区乡村植物应用特点和实际,确定重庆主城区乡村绿化植物选择评价模型。该模型包括了三层,即目标层、准则层和指标层,目标层(A)为重庆主城区乡村聚落绿化植物选择评价;准则层(B)包括观赏特性、生态适应性、生长状况、经济效益以及文化内涵5个因子;指标层(C)涵盖了18个指标因子。为保证结果的客观性,本文邀请相关专业的35位研究生对标准层的标准进行打分,得到判断矩阵并进行一致性验证,通过验证后得到权重见表2。(表2)

目标层(A) 准则层(B) 指标层(C)
重庆主城区乡村聚落植物选择评价(A) 观赏特性(B1) 观花(C1)、观叶(C2)、观果(C3)、季相变化(C4)
生长状况(B2) 生长指数(C5)、耐水湿能力(C6)、耐高温能力(C7) 抗病虫害能力(C8)
生态效益(B3) 阻止粉尘(C9)、遮蔽强光(C10)、净化空气(C11)
经济效益(B4) 购置成本(C12)、养护管理成本(C13)、食用价值(C14) 药用价值(C15)、其他价值(C16)
文化内涵(B5) 乡土特色性(C17)、文化寓意(C18)

由表2可知,在准则层(B)相对于目标层(A)的相对权重计算中,经过一致性检验,得出各自相对权重值W,从权重计算结果看,生长状况B1>经济效益>生态效益B3>观赏特性B4>文化内涵B5。生长状况权重最高。在指标层(C)对目标层(A)的权重中,生长指数的权重值最大,W为0.1676,其次是购置成本、管理养护成本以及抗病虫害能力。

3.2.2确定权重值及一致检验

(1)构造判断矩阵

标度 标度含义
1 两个因素相比较,二者具有同样的重要性;
3 两个因素相比较,前一个因素比后一个稍重要;
5 两个因素相比较,前一个因素比后一个较重要;
7 两个因素相比较,前一个因素比后一个很重要;
9 两个因素相比较,前一个因素比后一个绝对重要;
2、4、6、8 两个因素相比较,前一个比后一个取相邻标度中间值;
倒数 若因素i与j的重要性之比为aij,那么元素j与元素i重要性么比为aji。
 

确定各评价因子占整个层级的权需要对同一层级的因子进行两两比较,从而构造出判断矩阵,反映人们对各因素相对重要性的认识。本文主要参照常用的1-9及其倒数的标度方法进行两两比较的赋值。在两个因子相互比较时,通常采用数字 1、3、5、7、9 分别表示一个因子比另外一个因子的重要度,分别为相等、微重要、较重要、很重要、绝对重要, 2、4、6、8 则分别表示重要性处于中间值,具体标度及其含义见表3。(表3)

(2)评价因子权重值的计算方法

计算准则层(B)的权重值就是计算判断矩阵 A-B 的最大特征根λmax,找出其对应的特征向量W,特性向量W即为B层各因子相对于A层相对重要性的权重值,以此类推,计算出C层各因子相对于B层某因子的相对重要性的权重值。关于λmax和W权重的确定,计算方法采用方根法进行计算,具体的步骤如下:

第一步:计算出判断矩阵 A 每一行元素的乘积:(i,j-1,2,3,...,n)

第二步:将 Mi分别开n次方:

第三步:归一化处理方根向量:Wi- W-(W1,W2,W3...,Wn)T 即为所求特征向量。

第四步:计算出判断矩阵的最大特征根λmax:λmax-,其中(AW)! 表示向量 AW 的第i个分量。

(3)层次单排序和一致性检验

根据所求的特征向量W中的分量即为对应的评价因子的权重值,即单层次排序。层次单排序之后,需要进行一致性检验,一致性检验的计算方法为:CI-λmax-n/n-1(计算一致性指标)和 CR-CI/RI(计算一致性比例),其中 CI 代表一般一致性指标,n 代表判断矩阵中的阶数,RI 代表判断矩阵随机一致性指标,RI 的值与判断矩阵的阶数存在一定的关系,见表4。(表4)

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9
RI 0 0 0.56 0.89 1.11 1.23 1.32 1.46 1.59

通常情况下,当 CR<0.10 时,判断矩阵一致性检验通过,当 CR>0.10 时,则需要进行不断的调整修正,直到通过一致性检验为止。

(4)层次总排序及一致性检验

层次总排序即指标层对目标层的相对重要性排序,计算方式是采用单层次排序得到的权重值与相对应的准则层的权重值相乘。通过评价模型自上而下对各个元素进行权重计算,得到整个评价系统所有元素的相对权重值,并进行一致性检验,检验方式同单层次排序的方法相同。

3.2.2权重计算结果与分析

(1)准则层权重关系

根据表5建立的综合评价模型,采用问卷调查的方法向专家学者发放调查问卷,共发放了45份专家调查问卷,回收有效调查问卷为40份,通过对结果的反复比较,计算出各评价因子的矩阵数值,建立判断矩阵 A-B、B1-C、B2-C、B3-C、B4-C,然后将数据输入到层次分析法的辅助软件——yaahp软件中进行计算,求解向量并经过调试通过一致性检验,得到权重值。(表5)

A B1 B2 B3 B4 B5 权重(W) 一致性检验
B1 1 1/4 1/2 1/3 2 0.1134 λmax-4.0957 CR0.0196<0.1
B2 4 1 3 2 5 0.4231
B3 2 1/3 1 1/2 2 0.1292
B4 3 1/2 2 1 4 0.2669
B5 1/2 1/5 1/2 1/4 1 0.0674

 

(2)指标层权重关系

观赏特性B1 观花C1 观果C2 观叶C3 季相变化C4 权重(W) 一致性检验
观花C1 1 3 1 2 0.3629 λmax-4.020 6CR-0.0077 <0.1
观果C2 1/3 1 1/2 1 0.148
观叶C3 1 2 1 2 0.3261
季相变化C4 1/2 1 1/2 1 0.163

 

观赏特性的指标层包括4个指标。由表6可知,观赏特性(B1)准则层权重排序为观花(C1)>观叶(C3)>季相变化(C4)>观果(C3),观花(C1)的权重最高,其次是观叶C2的权重。(表6)

生长状况B2 生长指数C5 耐水湿能力C6 耐高温能力C7 抗病虫害能力C8 权重(W) 一致性检验
生长指数C5 1 3 4 3 0.5252 λmax:4.1580 CR:0.0592 <0.1
耐水湿能力C6 1/3 1 1 1/2 0.1106
耐高温能力C7 1/4 1 1 1/2 0.0784
抗病虫害能力C8 1/3 2 2 1 0.2258

 

如下表7所示,生长特性指标中,各指标的权重顺序为生长指数C5>抗病虫害能力C8>耐水湿能力C6>耐高温能力C7,说明植物生长势更受人们的关注,因为植株的长势最为明确的表达了植物的生长健康状态。病虫害抵抗能力也较为重要,其表达了植物抵抗环境侵蚀的能力。(表7)

生态效益B3 阻滞粉尘C9 遮蔽强光C10 净化空气C11 权重(W) 一致性检验
阻滞粉尘C9 1 1/3 1/2 0.1571 λmax:3.0536 CR:0.0516<0.1
遮蔽强光C10 3 1 3 0.5936
净化空气C11 2 1/3 1 0.2493

 

由下表8得知,在准则层生态效益(B3)下各指标的相对权重计算中,经过一致性检验,得出各自相对权重值W,权重排序为遮蔽强光C10>净化空气C11>阻滞粉尘C9,重庆地区夏季炎热,固植物的遮蔽强光能力也极为重要,以更好的满足人们舒适度。(表8)

经济效益B4 购置成本C12 管理养护成本C13 食用价值C14 药用价值C15 其他价值C16 权重(W) 一致性检验
购置成本C12 1 1 4 4 5 0.3659 λmax:5.0869 CR:0.0194 <0.1
管理养护成本C13 1 1 4 4 5 0.3659
食用价值C14 1/4 1/4 1 1 3 0.1111
药用价值C15 1/4 1/4 1 1 2 0.0999
其他价值C16 1/5 1/5 1/3 1/2 1 0.0571

 

如下表9所示,在准则层经济效益(B4)下各指标的相对权重计算中,经过一致性检验,各指标重要性排序为购置成本(C12)=管理养护成本C13>食用价值C14>药用价值C15>其他价值C16。(表9)

文化内涵B5 乡土特色性C17 文化寓意C18 权重(W) 一致性检验
乡土特色性C17 1 4 0.0539 λmax:2.0000
文化寓意C18 1/4 1 0.0135 CR:0.0011<0.1

如表10所示,在准则层文化内涵(B5)中,乡土特色性占的权重较高,原因是乡土植物的存活率和长势比外来树种要高,而文化寓意的权重则较抵。(表10)

(3)准则层和指标层的综合权重关系

目标层(A) 准则层(B) 权重 指标层(C) 权重 C层对A层权重 排序
重庆主城区乡村聚落绿化植物选择评价(A) 观赏特性(B1) 0.1134 观花C1 0.3629 0.0411 9
观果C2 0.148 0.0168 16
观叶C3 0.3261 0.037 10
季相变化C4 0.163 0.0185 15
生长状况(B2) 0.4231 生长指数C5 0.5852 0.1676 1
耐水湿能力C6 0.1106 0.0468 6
耐高温能力C7 0.0784 0.0332 8
抗病虫害能力C8 0.2258 0.0986 4
生态效益(B3) 0.1292 阻滞粉尘C9 0.1571 0.0203 14
遮蔽强光C10 0.5936 0.0867 5
净化空气C11 0.2493 0.0322 11
经济效益(B4) 0.2669 购置成本C12 0.3659 0.1077 2
管理养护成本C13 0.3659 0.01077 3
食用价值C14 0.1111 0.0297 12
药用价值C15 0.0999 0.0267 13
其他价值C16 0.0571 0.0152 17
文化内涵(B5) 0.0674 乡土特色性C17 0.8 0.0539 7
文化寓意C18 0.2 0.0135 18

 

根据表9可知,在指标层(C)对目标层(A)的权重中,通过对指标层中的18个评价指标整体比较可知,生长指数的权重值最大,W为0.1676。(表11)

3.2.3植物选择评价结果

根据已建立的重庆主城区乡村聚落绿化植物选择评价体系,将现状调查的种类导入,进行评估与排序(评估结果见附录1)。乔灌草藤植物评价时,排名前30%的植物推荐为骨干树种,中间30%推荐为基调树种,后30%为一般树种。78种乔木评价结果,排名前25位的建议推荐为骨干树种,在植物绿化中应多加应用;排名前中间25位的可用作基调树种,在群落配置时可有选择性的加以应用;排名靠后的30为总体表现较差,称作一般树种。

经评估,25种骨干树种中,常绿乔木9种,落叶乔木16种;基调树种中,常绿乔木9种,落叶乔木16种;28种一般树种中,常绿乔木12种,落叶乔木16种。从观赏效益来看,桂花、白兰、紫薇、复羽叶栾树花型花色艳丽多样;柚、柑橘、柿子、枇杷等果型奇特,果实可食用,常运用在庭院绿化中;香樟、秋枫、苦楝、黄葛树等植物冠型优美,形态多姿,在道路绿化和公共休闲绿化中多有出现;水杉、乌桕、香椿叶色变化丰富,是较好的观叶植物。从生长状况看,刺槐、垂柳、香椿等耐高温能力较强;水杉、乌桕、竹类等均为较耐湿植物。从生态效益上看,香樟、黄葛树、复羽叶栾树、香椿、榉树等植物遮蔽强光效果、防尘降尘能力都比较明显。从经济效益上看,香椿、苦楝、竹类等购置和养护成本均不高,适应力较强;柑橘、柚子、石榴等具有较强的食用价值;榉树、桉树等能够制作木材。从文化效益上分析,竹类、黄葛树、桂花等均有较强的乡土性和文化象征。根据综合评价值,将乡村植物的景观价值分为3个等级:综合排名前30%的为Ⅰ级;中间30%为Ⅱ级;后30%为Ⅲ级。且其中Ⅲ级植物中,应用价值低,不具备推广价值。在Ⅰ级植物中,乔木30灌木20种,本15种,藤本5种。

将调研的49为灌木导入评价模型中,展开评估与排序。49种灌木中,排名前16位的成为骨干灌木;中间16为称为基调灌木。后17为称为一般灌木。骨干灌木中,常绿灌木11种,落叶灌木5种;基调灌木中常绿灌木13种,落叶灌木3种;一般灌木中常绿灌木12种,落叶灌木4种。从观赏效益上看,山茶、栀子、蜡梅等为较好的观花灌木;南天竹、迎春、黄杨等为较好的观叶灌木。从生长适应性看,大叶黄杨、迎春、海桐等耐水湿、耐高温能力较强,适应能力较强。从生态效益分析,文竹、枸骨、鹅掌柴等净化空气能力较强。

根据已建立的评价体系,将调研的72种草本(包括15种调研时常见的野生草本)导入评价模型,对其进行评估。前25种草本可用作骨干地被,可多运用;中间25种为基调地被,后22种为一般地被。多数草本植物为多年生草本,具有艳丽的花朵,观赏效果较好,作为乔木或灌木的衬托。骨干地被和基调地被基本能够适应重庆的自然环境,生态适应性较好。

4/结论与讨论

根据调查评价结果,结合重庆地区乡村的特点提出以下建议。

(1)保护古树名木、重视引种驯化。重庆地区植物资源丰富,植物景观层次类型多样,植物景观规划应充分尊重原有植物,在对乡村植物景观现状认知和剖析的基础上进行,合理保护古树名木、风景林、防护林等,可将保护与观赏结合起来,合理利用地形高差,保留原有的地形,并将其与新规划的植物景观相结合,将其作为景点,达到更加吸引游客的目的。同时,有必要对其中观赏价值较高、园林用途较广、经济价值较高的观赏植物,如落羽杉、珙桐、鹅掌楸等,通过采种、扦插、嫁接和组培等技术措施来促进这些观赏植物的大规模快速生产,从而满足园林建设和林分改造的需要,并提高经济效益。

(2)生态经济相结合,实现美学升华。乡村植物景观建设离不开植物的生态效益、经济效益和观赏效益三者的相互协调,为提高乡村植物景观的总体价值,在生长特征良好的前提下应注重生态和经济功能的发挥,如道路绿地植物的边坡绿化、行道树的遮阴与净化空气的功能,水系植物的护岸护坡、净化水质的能力,以及庭院经济果树和其他乔灌木带来的食用功能和木材价值。同时,乡村植物景观的核心是为人服务,为了营造良好的人居环境,植物的观赏价值也是必须要考虑的,必须经过合理规划,在满足生态和经济效益的同时,兼顾其观赏性,提升乡村聚落植物景观的可观赏性。

(3)增加食用类植物的运用。食用类植物在乡村绿化中占据重要的位置,尤其是庭院绿化,特色果树蔬菜是体现乡村绿化的一个重要因素,也是农家乐留住游客的原因之一,重庆乡村可食用的植物种类丰富,可多发展特色果树如柑橘、枇杷等,打造独具特色的乡村名片。

乡村是人与自然和谐共生的生命景观,自然、生态是乡村生态旅游的主要特征。植物作为有生命的景观要素,是乡村风貌的体现,是景观中最重要的组成部分,是乡村居民最常接触到的场地类型,满足了居民日常生活所需,对乡村人居环境、生态安全、生活质量、产业发展以及村民幸福感提升等都起着至关重要的作用,所以植物在乡村生态旅游景观建设中有举足轻重的作用。自然保护区周边乡村不同于一般意义的乡村,其发展既受到一定限制又有其独特的优势。

本研究以实地调研为基础,运用层次分析法对重庆主城区乡村植物进行选择评价,筛选并推荐适合重庆乡村植物景观的骨干树种,为重庆乡村绿化树种选择提供一定参考,也为今后乡村景观建设发展提供一条新的思路。

(注:本文得到重庆市技术创新与应用示范课题(项目编号:cstc2018jscx-mszd0203)资助。略去附件:重庆主城区乡村聚落绿化植物选择评价结果)

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