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    基于层次分析法的刺槐品种观赏用材价值综合评价

    时间:2023-02-14 17:05:09 来源:千叶帆 本文已影响

    马安宝,仲伟国,董元夫,毛秀红,张元帅,王因花,梁 燕,乔艳辉,荀守华*

    (1.山东省林业科学研究院,山东 济南 250014;
    2.费县国有大青山林场,山东 费县 273402)

    刺槐属(Robinia L.)植物具有很高的观赏、用材等价值,耐干旱瘠薄,耐盐碱,适宜多种土壤和气候条件。近百年来,国内外林木育种学者对刺槐(Robinia pseudoacacia L.)开展了广泛的遗传改良[1],极大丰富了种质资源,提升了刺槐品种的应用价值。为扩充国家重点林木良种基地刺槐种质资源,促进其合理开发利用,本项目先后引进收集和选育刺槐属种、变种、变型、种源、家系、无性系、良种、新品种等370 余份,采用迁地保存方式,在山东省费县国有大青山林场建立刺槐属种质资源库,面积16 hm2。由于刺槐属不同种质的形态特征和生物学特性差异较大,在品种资源的利用上缺乏一套完整、科学的评价体系对其观赏价值和用材价值进行综合评价。近年来,层次分析法(AHP)在观赏园艺植物评价与选育方面得到广泛应用[2-6]。为此,本研究从收集保存的种质资源中选择观赏类刺槐13 种、用材类刺槐147 种,采用层次分析法分别建立观赏刺槐和用材刺槐评价体系,对160 种刺槐进行表型综合评价,为刺槐属种质资源的合理开发利用提供科学依据。

    1.1 刺槐属5 种乔灌木引进

    由于刺槐属植物是我国非原产树种,其自然原种变种需要从国外引进收集。根据地理纬度相同、气候相似原则,把原产美国的刺槐种类迁移我国,丰富我国的刺槐种质资源,扩大育种资源群体,具有重要意义。在国家林业公益性行业科研专项和山东省农业良种工程项目资助下,自2013年以来从美国引进4 种刺槐,分别是粘枝刺槐(Robinia viscosa)、新墨西哥刺槐(Robinia neo-mexicana)、费沃刺槐(Robinia fertilis)和斯拉维刺槐(Robinia×salvinii),从荷兰间接引进1 个刺槐变种,即伞形刺槐(Robinia pseudoacacia var.umbraculifera),开展繁殖和引种栽培试验。经过多年多点引种试验证明,粘枝刺槐、新墨西哥刺槐和伞形刺槐在鲁南、鲁中、鲁东和鲁西北地区能正常生长。其中,粘枝刺槐为灌木至小乔木,开花量大,花冠粉红色,观赏价值较高;
    伞形刺槐为灌木,枝叶密集,自然形成半圆形树冠;
    费沃刺槐能开花结实,但抗寒性较差;
    斯拉维刺槐生长较弱。费沃刺槐和斯拉维刺槐需进一步栽培驯化以提高适应性。

    1.2 国内刺槐种质资源收集保存

    从山东、河南、河北、安徽、江苏等地引进收集毛刺槐、多花刺槐、安北刺槐、金叶刺槐、扭枝刺槐、红花刺槐、桅杆刺槐、单叶刺槐、长叶刺槐和无刺刺槐等12 个刺槐变种变型,引进美国刺槐种源、匈牙利刺槐品种和韩国四倍体刺槐品种17 份栽培保存。收集保存鲁刺1 等系列优良无性系40 份,来源于山东各地,为山东省选刺槐优树或优良品种;
    收集豫刺8001 等系列优良无性系31 份,来源于河南各地,为河南省选刺槐优树或优良品种;
    收集辽刺兴1 等系列优良无性系10 份,来源于辽宁各地,为辽宁省选刺槐优良无性系;
    收集晋刺1 等系列无性系6 份,来源于山西各地,为山西省选刺槐优树或优良品种;
    收集保存北京林业大学选育的‘北林槐1 号’等新品种4 个。

    1.3 自主选育刺槐新品种和无性系

    本项目组自2013年以来系统开展了刺槐选择育种和杂交育种,选育出‘多彩青山’‘紫艳青山’‘壮美青山’‘绿满青山’‘蜜源1 号’和‘青山纽姿’6 个新品种,初选杂刺910 等杂交无性系9 个、LC2 等优树无性系25 个。

    对引进收集和选育的160 份刺槐品种资源,其中,观赏类刺槐13 种,速生用材类刺槐147 种,运用层次分析法(AHP)分别建立综合评价体系[7,8],按照科学性、实用性、系统性的原则,选择设计评价指标、评价因子和评分标准。

    2.1 观赏刺槐评价体系的构建

    观赏类刺槐包括粘枝刺槐等4 个种和伞形刺槐等7 个变种变型,人工选育的观赏刺槐新品种‘紫艳青山’和‘青山纽姿’也属于此类,共计13 种。选择花B1、叶B2、植株B3、枝条B4、荚果B5 等营养器官和生殖器官形态特征作为评价指标,并根据其重要性设计得分权重;
    对每个指标设计2~4 个评价因子,每个因子设计3~4 个评分标准,建立观赏刺槐综合评价体系,见表1。

    表1 观赏刺槐综合评价指标、因子和评分标准

    2.2 用材刺槐评价体系的构建

    人工选育的刺槐优良品种和无性系主要以速生用材为育种目标,鲁刺系列优良无性系、豫刺系列优良无性系、辽刺系列优良无性系等都属于用材类刺槐。评价指标选择生长量B1、干形B2 和抗逆性状B3,并根据其重要性设计得分权重;
    对每个指标设计2~4 个评价因子,每个因子设计3 个评分标准,建立用材刺槐综合评价体系,见表2。

    表2 用材刺槐综合评价指标、因子和评分标准

    3.1 观赏刺槐综合评价

    根据对观赏刺槐品种资源多年栽培和观察[9],按照综合评价体系和各评价因子的评分标准,对13 种观赏刺槐进行综合评价。13 种观赏刺槐来源是,‘紫艳青山’和‘青山纽姿’来自山东,其他种类均来源于美国,即原产美国后扩散到世界各地。各评价因子(C1 至C13)得分总计为综合值,按照5<综合值≤7 为Ⅰ级,3<综合值≤5 为Ⅱ级,1<综合值≤3 为Ⅲ级的标准,将13 种观赏刺槐分为3 个等级,见表3。

    表3 观赏刺槐综合评价表

    从表3看出,综合评价为Ⅰ等的观赏刺槐有多花刺槐、毛刺槐、安北刺槐、金叶刺槐、红花刺槐、‘紫艳青山’和‘青山纽姿’,共计7 种,占比54%,其观赏价值最高;
    综合评价为Ⅱ等的观赏刺槐有粘枝刺槐、扭枝刺槐、无刺刺槐、单叶刺槐和长叶刺槐,共计5 种,占比38%,其观赏价值较高;
    综合评价为Ⅲ等者只有伞形刺槐,占比8%,观赏价值较低。由于伞形刺槐无花无果,所以其综合值低;
    但是由于该种刺槐分枝密集,自然形成半圆形树冠,作为园林景观植物或行道树栽植,具有特殊观赏价值。见图1。

    图1 观赏刺槐Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级分类比列

    3.2 用材刺槐综合评价

    根据对用材类刺槐生长量、干形和抗逆性多年观测调查结果[10],按照综合评价体系和各评价因子的评分标准,对147 种用材刺槐进行综合评价。各评价因子(C1 至C8)得分总计为综合值,按照5<综合值≤7 为Ⅰ级,3<综合值≤5 为Ⅱ级,1<综合值≤3 为Ⅲ级的标准,将147 种用材刺槐分为3 个等级。

    综合评价为Ⅰ等的用材刺槐共计76 种,分别是‘多彩青山’‘壮美青山’‘绿满青山’新品种,杂刺10210、杂刺42102、LC16 等优树无性系,鲁刺系列、豫刺系列、辽刺系列等少数优良无性系、匈牙利刺槐品种、美国刺槐无性系等,其速生性好,高生长和胸径生长量大,主干通直,抗逆性较强,适宜培育刺槐用材林。综合评价为Ⅱ等的用材刺槐共计71 种,分别是‘大青山1 号’‘大青山2 号’、杂刺914、LC2、LC4 等,部分鲁刺系列无性系、豫刺系列无性系、辽刺系列无性系等,其速生性较好,高生长和胸径生长量较大,主干直,抗逆性也较强,适宜培育刺槐用材林。综合评价Ⅲ等的用材刺槐为零,说明人工选育的刺槐良种或无性系均为优良等级。见图2和表4。

    图2 用材刺槐Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级分类比例

    表4 用材刺槐综合评价

    序号 品种名称 学名 来源评 分B1 B2 B3 等级综合值C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 LC18 LC19 LC20 LC21 LC22北林槐1 号北林槐2 号北林槐3 号航刺4 号鲁刺1鲁刺2鲁刺7鲁刺8鲁刺9鲁刺10鲁刺11鲁刺13鲁刺14鲁刺28鲁刺32鲁刺37鲁刺38鲁刺40鲁刺42鲁刺46鲁刺47鲁刺50鲁刺57鲁刺59鲁刺61鲁刺62鲁刺63鲁刺68鲁刺78鲁刺80鲁刺84鲁刺86鲁刺87鲁刺89鲁刺90鲁刺97鲁刺102鲁刺103鲁刺152菏刺2 号鲁胶29鲁胶41箭杆1 R.p."LC18"R.p."LC19"R.p."LC20"R.p."LC21"R.p."LC22"R.p."Beilin Huai 1"R.p."Beilin Huai 2"R.p."Beilin Huai 3"R.p."Hangci 4"R.p."Luci 1"R.p."Luci 2"R.p."Luci 7"R.p."Luci 8"R.p."Luci 9"R.p."Luci 10"R.p."Luci 11"R.p."Luci 13"R.p."Luci 14"R.p."Luci 28"R.p."Luci 32"R.p."Luci 37"R.p."Luci 38"R.p."Luci 40"R.p."Luci 42"R.p."Luci 46"R.p."Luci 47"R.p."Luci 50"R.p."Luci 57"R.p."Luci 59"R.p."Luci 61"R.p."Luci 62"R.p."Luci 63"R.p."Luci 68"R.p."Luci 78"R.p."Luci 80"R.p."Luci 84"R.p."Luci 86"R.p."Luci 87"R.p."Luci 89"R.p."Luci 90"R.p."Luci 97"R.p."LC102"R.p."LC103"R.p."LC152"R.p."He Ci 2"R.p."Luci J29"R.p."Luci J41"R.p."Jiangan 1"山东山东山东山东山东北京北京北京北京山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东山东11111111111111 1.5 1 1.5 111111 1.5 111 1.5 1.5 111 1.5 1.5 1.5 1 1.5 1.5 111111 1.5 1.5 11 11111111111111 1.5 1 1.5 111111 1.5 111 1.5 1.5 111 1.5 1.5 1.5 1 1.5 1.5 111111 1.5 1.5 11 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.9 0.9 0.9 0.6 0.6 0.9 0.6 0.9 0.6 0.6 0.9 0.6 0.9 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.9 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0.6 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0.6 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0.6 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0.6 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0.6 0.4 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 5.6 5.6 5.6 5.6 5.1 5.1 5.1 4.8 4.8 6.1 4.8 6.1 5.2 4.8 5.1 4.8 5.1 4.8 5.8 4.8 5.2 4.8 5.8 5.8 4.8 4.8 4.8 5.8 5.8 5.8 4.8 5.8 5.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 5.8 6.2 5.2 5.1ⅡⅡⅡⅡⅡⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅡⅡⅠⅡⅠⅠⅡⅠⅡⅠⅡⅠⅡⅠⅡⅠⅠⅡⅡⅡⅠⅠⅠⅡⅠⅠⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅠⅠⅠⅠ

    序号 品种名称 学名 来源评 分B1 B2 B3 等级综合值C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128箭杆2豫刺8001豫刺8004豫刺8005豫刺8006豫刺8007豫刺8008豫刺8009豫刺8014豫刺8023豫刺8027豫刺8031豫刺8033豫刺8034豫刺8039豫刺8042豫刺8044豫刺8048豫刺8057豫刺83002豫刺84023豫刺3-I豫刺类03豫刺类04豫刺类06豫刺类07豫刺类08豫刺类09豫刺新1豫刺新3民权1民权2辽刺兴1辽刺兴4辽刺兴04辽刺兴6辽刺兴08辽刺兴10辽刺兴11辽刺兴13辽刺兴14辽刺兴15晋刺14晋刺15晋刺19晋刺25晋刺36晋刺86 R.p."Jiangan 2"R.p."Yuci 8001"R.p."Yuci 8004"R.p."Yuci 8005"R.p."Yuci 8006"R.p."Yuci 8007"R.p."Yuci 8008"R.p."Yuci 8009"R.p."Yuci 8014"R.p."Yuci 8023"R.p."Yuci 8027"R.p."Yuci 8031"R.p."Yuci 8033"R.p."Yuci 8034"R.p."Yuci 8039"R.p."Yuci 8042"R.p."Yuci 8044"R.p."Yuci 8048"R.p."Yuci 8057"R.p."Yuci 83002"R.p."Yuci 84023"R.p."Yuci 3-I"R.p."Yuci Lei 03"R.p."Yuci Lei 04"R.p."Yuci Lei 06"R.p."Yuci Lei 07"R.p."Yuci Lei 08"R.p."Yuci Lei 09"R.p."Yuci Xin 1"R.p."Yuci Xin 3"R.p."Minquan 1"R.p."Minquan 2"R.p."Liaoci Xing 1"R.p."Liaoci Xing 4"R.p."Liaoci Xing 04"R.p."Liaoci Xing 6"R.p."Liaoci Xing 08"R.p."Liaoci Xing 10"R.p."Liaoci Xing 11"R.p."Liaoci Xing 13"R.p."Liaoci Xing 14"R.p."Liaoci Xing 15"R.p."Jinci 14"R.p."Jinci 15"R.p."Jinci 19"R.p."Jinci 25"R.p."Jinci 36"R.p."Jinci 86"山东河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南河南辽宁辽宁辽宁辽宁辽宁辽宁辽宁辽宁辽宁辽宁山西山西山西山西山西山西111 1.5 11111111 1.5 111 1.5 1.5 1 1.5 1.5 1.5 1111111 1.5 111 1.5 1 1.5 1 1.5 111 1.5 11 1.5 111 111 1.5 11111111 1.5 111 1.5 1.5 1 1.5 1.5 1.5 1111111 1.5 111 1.5 1 1.5 1 1.5 111 1.5 11 1.5 111 0.9 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.9 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 5.1 4.8 4.8 5.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 5.8 4.8 4.8 4.8 5.8 5.8 4.8 5.8 5.8 6.1 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 4.8 5.8 4.8 4.8 4.8 5.8 4.8 5.8 4.8 5.8 4.8 4.8 4.8 5.8 5.2 4.8 5.8 4.8 4.8 4.8ⅠⅡⅡⅠⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅠⅡⅡⅡⅠⅠⅡⅠⅠⅠⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅠⅡⅡⅡⅠⅡⅠⅡⅠⅡⅡⅡⅠⅠⅡⅠⅡⅡⅡ

    备注:表中学名栏R.p.为Robinia pseudoacacia 的缩写。

    在长期的自然选择和人工遗传改良过程中,刺槐属植物产生了广泛的遗传变异,丰富了该属植物遗传资源。刺槐属植物具有多种优良生物学特性和利用价值,对干旱瘠薄的立地环境有较强的抗性,同时存在遇飓风枝干易折断的弱性,在生产中需要有一套全面、系统、科学的评价标准和方法,对其种质资源的价值用途做准确的评价。本研究在借鉴观赏海棠、杜鹃、桂花等评价体系构建方法的基础上,根据刺槐属植物的生物学特性、生长量和抗逆性,运用层次分析法(AHP)建立了观赏刺槐和用材刺槐综合评价体系。观赏刺槐综合评价体系设计了5 个评价指标,13 个评价因子。其中花B1 占权重最大为0.4,对其设计了3 个评价因子,分别是花色C1、花量C2、花朵大小C3;
    叶B2 权重为0.2,设计了2 个评价因子,分别是叶色C4、叶片大小C5;
    植株B3 权重为0.2,设计了3 个评价因子,分别是生长习性C6、干形C7 和冠形C8;
    枝条B4 权重为0.1,有2 个评价因子,分别是类型C9、毛被C10;
    荚果B5 权重为0.1,有3 个评价因子,分别是颜色C11、数量C12 和大小C13。用材刺槐评价体系设计了3 个评价指标,8 个评价因子。其中生长量B1 占权重最大为0.5,对其设计了2 个评价因子,分别是树高生长量C1、胸径生长量C2;
    主干B2 占权重0.3,对其设计了2 个评价因子,分别是干形C3、尖削度C4;
    抗逆性B3 权重0.2,设计了4 个评价因子,分别是抗干旱C5、耐瘠薄C6、耐盐碱C7 和抗风折C8。这2 类综合评价体系在刺槐品种资源评价中尚属首次应用。

    冯屹东对河南省林科院收集保存的刺槐家系和无性系资源进行了评价[11],主要针对抗旱性、耐涝性、光合特性等进行研究,与本研究比较,没有设计评价指标和评价因子,且试验材料很少,只有4~8 个家系和无性系。本研究对13 种观赏刺槐和147 种用材刺槐进行了表型综合评价,观赏价值为Ⅰ等的刺槐有7 种,观赏价值为Ⅱ等的刺槐有5 种,用材价值为Ⅰ等的刺槐有76 种,用材价值为Ⅱ等的刺槐有71 种。本研究结果为刺槐品种资源合理开发利用提供了重要依据,为育种材料的选择提供了科学参考。

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