基于灰色關(guān)聯(lián)法的野生鐘花櫻觀賞性綜合評(píng)價(jià)

謝金蘭，鄧春亮，張冬生，黃錦榮，葉雪蘭，陳新強(qiáng)，陳桂瓊

(1.梅州市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東 梅州 514011； 2.嘉應(yīng)學(xué)院，廣東 梅州 514015)

鐘花櫻(Cerasuscampanulata(Maxim.))又名鐘花櫻桃、福建山櫻花、臺(tái)灣櫻桃、山桃等，屬薔薇科櫻屬，廣泛分布于江西省山地、丘陵，粵、閩、桂、臺(tái)也有分布[1]。其花朵較大，花朵紅色，傘形花序，花先葉開(kāi)放，花期2—3月。美如桃花般絢爛，富麗堂皇，是園林綠化、美化的極佳樹(shù)種，具有很高觀賞應(yīng)用開(kāi)發(fā)價(jià)值[2]。鐘花櫻和其他種雜交出多個(gè)價(jià)值極高的品種，如花期最早的寒櫻、椿寒櫻、陽(yáng)光櫻等，但由于應(yīng)用開(kāi)發(fā)較晚，人工培植難于滿足當(dāng)前園林需求[3]。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)鄉(xiāng)土植物資源開(kāi)發(fā)利用的興起，野生鐘花櫻的研究逐漸引起關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)對(duì)野生鐘花櫻的研究主要集中在對(duì)鐘花櫻的資源和群落結(jié)構(gòu)的調(diào)查、繁殖、引種、栽培等方面[4-8]。因此，研究梅州地區(qū)野生鐘花櫻的觀賞價(jià)值，以挖掘地方旅游資源，發(fā)展地方特色景點(diǎn)，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及對(duì)梅州生態(tài)建設(shè)推廣綠化觀賞樹(shù)種具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)關(guān)于植物觀賞性評(píng)價(jià)多使用層次分析法，或在層次分析法基礎(chǔ)上運(yùn)用熵技術(shù)修正權(quán)重來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[9-16]。然而，層次分析法作為一種主觀賦權(quán)法，雖然有分析思路清晰，使用數(shù)據(jù)較少的優(yōu)點(diǎn)。但該法判斷矩陣的構(gòu)造，當(dāng)矩陣維數(shù)n較大時(shí)，構(gòu)建判斷矩陣需要進(jìn)行n(n-1)/2次的兩兩比較判斷，計(jì)算量大，且當(dāng)需兩兩比較的元素過(guò)多時(shí)，心理學(xué)實(shí)驗(yàn)表明判斷容易混亂，容易造成較大失誤。熵技術(shù)賦權(quán)法是一種客觀賦權(quán)法，其原始數(shù)據(jù)來(lái)源于評(píng)價(jià)矩陣的實(shí)際數(shù)據(jù)，其用評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)所有評(píng)價(jià)方案的差異大小來(lái)決定其權(quán)系數(shù)的大小，因此權(quán)系數(shù)具有絕對(duì)的客觀性，但該法沒(méi)有考慮到?jīng)Q策者的主觀意愿，實(shí)際中，往往出現(xiàn)權(quán)重結(jié)果與各屬性的實(shí)際重要程度相悖的情況，難以給出明確的解釋。近年來(lái)關(guān)于植物觀賞性綜合評(píng)價(jià)權(quán)重的確定方法，多數(shù)是層次分析法與熵技術(shù)結(jié)合使用，以達(dá)到較理想的效果，而這又加大了權(quán)重計(jì)算的復(fù)雜度。因此，如何從多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題中形成一套簡(jiǎn)便客觀、適用的綜合評(píng)價(jià)方法仍然是一個(gè)急待解決的課題。本文正是基于多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法，以野生鐘花櫻的觀賞性評(píng)價(jià)為例，運(yùn)用簡(jiǎn)便而實(shí)用的Delphi法[17]確定鐘花櫻評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，大大降低了計(jì)算的復(fù)雜度。并在Delphi法確定的權(quán)重基礎(chǔ)上，運(yùn)用計(jì)算量較小的灰色關(guān)聯(lián)分析法[18]對(duì)鐘花櫻的觀賞性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 梅州地區(qū)自然資源概況及調(diào)查范圍

梅州地處粵東，與福建交界，為典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫19.5～21.8 ℃，年均降水量1637～1693 mm，年均日照時(shí)間1865～1893 h。土壤以棕壤和褐土為主。鐘花櫻具有突出的抗逆性，耐高溫和陰涼，適宜我國(guó)南方溫?zé)釟夂騕19]。

2013年3月—2016年6月間，梅州市林業(yè)科學(xué)研究所組織專家對(duì)梅州地區(qū)各市縣的野生櫻花資源進(jìn)行全面調(diào)查，從8個(gè)野生鐘花櫻群落中篩選出花量大、樹(shù)形優(yōu)美的成年野生鐘花櫻植株共55株，分別為梅縣區(qū)石坑鎮(zhèn)(24°22′N、115°50′E)、梅縣區(qū)梅南鎮(zhèn)(24°5′N、116°9′E)、梅江區(qū)清涼山自然保護(hù)區(qū)(24°14′N、116°17′E)、梅江區(qū)西陽(yáng)鎮(zhèn)(24°15′N、116°18′E)、蕉嶺縣皇佑筆自然保護(hù)區(qū)(24°44′N、116°15′E)、平遠(yuǎn)縣長(zhǎng)田鎮(zhèn)(24°15′N、116°18′E)、大埔縣銀江鎮(zhèn)(24°15′N、116°20′E)及豐順縣八鄉(xiāng)山鎮(zhèn)(24°13′N、116°19′E)等8個(gè)地區(qū)，其中梅江區(qū)西陽(yáng)鎮(zhèn)最多，有31株，占總數(shù)的一半以上。所調(diào)查的鐘花櫻分布在各市縣區(qū)的丘陵、山谷中。編號(hào)掛牌，進(jìn)行3 a連續(xù)觀察。

1.2 方法

1.2.1 指標(biāo)體系的建立 根據(jù)梅州市林業(yè)科學(xué)研究所專家組的長(zhǎng)期調(diào)查觀測(cè)及研究得出，影響野生鐘花櫻觀賞效果的主要因子為株型、花量、花色、花瓣大小、花朵大小，花期等。因此專家組以此6項(xiàng)特征，建立野生鐘花櫻觀賞性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，指標(biāo)體系及測(cè)量方法見(jiàn)表1。并在櫻花盛開(kāi)時(shí)節(jié)(2018年1月5日—2月26日)對(duì)梅州市境內(nèi)長(zhǎng)期調(diào)查所標(biāo)識(shí)的55株野生鐘花櫻植株進(jìn)行外業(yè)調(diào)查，測(cè)量各項(xiàng)指標(biāo)值。

表1 鐘花櫻評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及指標(biāo)測(cè)量方法

1.2.2 Delphi法確定指標(biāo)權(quán)重 由于各指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)中所起的作用不盡相同，因此綜合評(píng)價(jià)中的關(guān)鍵問(wèn)題是指標(biāo)的權(quán)重問(wèn)題。權(quán)重的客觀與否，決定著評(píng)價(jià)的好壞。而實(shí)際操作中，我們總希望能夠用較簡(jiǎn)單的方法獲得較客觀的權(quán)重。因此本文使用Delphi專家評(píng)議法[17]求解各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

首先由梅州市林業(yè)科學(xué)研究所專家組(共13位，其中正高1人，副高7人，中級(jí)職稱5人)，各自評(píng)選出鐘花櫻6項(xiàng)指標(biāo)的重要性序列值ei(表2)，然后對(duì)每位專家給出的重要性序列值ei進(jìn)行兩兩對(duì)比設(shè)計(jì)：

(1)

式中：ei(k)為第k位專家給出的第i項(xiàng)指標(biāo)的重要性序數(shù)；ej(k)為第k位專家給出的第j項(xiàng)指標(biāo)的重要性序數(shù)。于是得到13個(gè)元素只有0和1的設(shè)計(jì)矩陣Aij(k)。

表2 13位專家給出的6項(xiàng)指標(biāo)的重要性序列值ei

1.2.3 灰色關(guān)聯(lián)野生鐘花櫻綜合評(píng)價(jià) 自我國(guó)學(xué)者鄧聚龍1982年首次提出灰色系統(tǒng)理論后，灰色關(guān)聯(lián)分析已被用于社會(huì)、科技、經(jīng)濟(jì)、管理等多個(gè)領(lǐng)域?；疑P(guān)聯(lián)度分析(GRA)是一種多因素統(tǒng)計(jì)分析方法。其根據(jù)因素間發(fā)展態(tài)勢(shì)的相近程度，即序列曲線幾何形狀的相似程度來(lái)衡量因素之間相關(guān)關(guān)系是否緊密，揭示事物動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的特征和程度。曲線越接近，相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)度就越大，反之就越小[18]。

表3 指標(biāo)權(quán)重排序

野生鐘花櫻觀賞性評(píng)價(jià)對(duì)象55株，評(píng)價(jià)指標(biāo)6項(xiàng)(均為高優(yōu)指標(biāo))。根據(jù)梅州市林業(yè)科學(xué)研究所專家組測(cè)量的55株野生鐘花櫻6項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值，進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)計(jì)算。

1)指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化處理：

(2)

標(biāo)準(zhǔn)化處理后，即得比較數(shù)列xi={xi(k)|k=1，2，…，6}，i=1，2，…，55。取各指標(biāo)的最大值，得到虛擬最優(yōu)單株，即參考數(shù)列x0={x0(k)|k=1，2，…，6}。

2)計(jì)算比較數(shù)列xi對(duì)參考數(shù)列x0在第k個(gè)指標(biāo)上的關(guān)聯(lián)系數(shù)：

(3)

2 結(jié)果與分析

2.1 灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)結(jié)果的排序與分級(jí)

將計(jì)算的加權(quán)關(guān)聯(lián)度ri，按大小次序排序，然后用有序樣品聚類法[18]對(duì)ri進(jìn)行分級(jí)，得到分級(jí)結(jié)果見(jiàn)表4。根據(jù)表4的分級(jí)結(jié)果，對(duì)55株野生鐘花櫻的關(guān)聯(lián)度差異性進(jìn)行方差分析，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量F=241.989，顯著性概率P值為P=0.000<0.05，檢驗(yàn)結(jié)果顯著，說(shuō)明關(guān)于關(guān)聯(lián)度的有序樣品聚類分級(jí)結(jié)果合理。

表4 55株野生鐘花櫻關(guān)聯(lián)度分級(jí)結(jié)果

2.2 分級(jí)結(jié)果檢驗(yàn)

被評(píng)為一、二等級(jí)的野生鐘花櫻見(jiàn)圖1～圖12。受野生鐘花櫻生長(zhǎng)的地理位置及地形的影響，使得圖片拍攝效果與實(shí)際存在一定差異。從圖片上看，一級(jí)單株，樹(shù)形優(yōu)美，花量大，顏色鮮艷，觀賞效果好；二級(jí)單株樹(shù)形較好，花量較大，顏色鮮艷，觀賞效果較好；三級(jí)單株觀賞效果次之，四級(jí)觀賞效果最差，從整體上看，各級(jí)單株觀賞效果過(guò)渡明顯，實(shí)際觀賞效果與以上分級(jí)結(jié)果基本一致。說(shuō)明在Delphi法權(quán)重基礎(chǔ)上采用灰色關(guān)聯(lián)分析法得出的野生鐘花櫻觀賞性評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確客觀。

圖1 一級(jí)單株(西陽(yáng)17號(hào))圖2 一級(jí)單株(西陽(yáng)23號(hào))圖3 一級(jí)單株(西陽(yáng)5號(hào))圖4 一級(jí)單株(西陽(yáng)2號(hào))圖5 二級(jí)單株(西陽(yáng)15號(hào))圖6 二級(jí)單株(西陽(yáng)31號(hào))圖7 二級(jí)單株(西陽(yáng)7號(hào))圖8 二級(jí)單株(西陽(yáng)24號(hào))圖9 二級(jí)單株(西陽(yáng)6號(hào))圖10 二級(jí)單株(西陽(yáng)12號(hào))圖11 二級(jí)單株(平遠(yuǎn)1號(hào))圖12 二級(jí)單株(西陽(yáng)13號(hào))

3 結(jié)論與討論

Delphi專家評(píng)議賦權(quán)法是一種主觀賦權(quán)法，是基于專家組給出的評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性序列值，構(gòu)造兩兩比較設(shè)計(jì)矩陣，這種根據(jù)序列值的兩兩比較相對(duì)于層次分析法的比較矩陣的構(gòu)造要簡(jiǎn)單，且比較矩陣也非常簡(jiǎn)潔，元素只有0和1，從而大大減少了計(jì)算上的復(fù)雜性，且其結(jié)果建立在多位專家的兩兩比較設(shè)計(jì)矩陣基礎(chǔ)上，從而使獲得的權(quán)重具有可靠性。但使用該法時(shí)要注意專家必須是相關(guān)領(lǐng)域具有豐富的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。專家在植物觀賞性綜合評(píng)價(jià)上，不管是指標(biāo)體系的建立，還是指標(biāo)重要性序列的給定都必須是專業(yè)的，既要避免遺漏重要指標(biāo)帶來(lái)評(píng)價(jià)上的偏差，又要避免納入過(guò)多無(wú)用指標(biāo)帶來(lái)判斷的失誤和不合理的評(píng)價(jià)。

另外，本研究在評(píng)價(jià)方法上選取灰色關(guān)聯(lián)分析。此法不管對(duì)樣本量的多少還是對(duì)數(shù)據(jù)的分布類型都沒(méi)有要求，可以處理定性與定量相結(jié)合的數(shù)據(jù)，其核心是計(jì)算關(guān)聯(lián)度系數(shù)且計(jì)算量小。本文研究野生鐘花櫻的觀賞性綜合評(píng)價(jià)，指標(biāo)數(shù)據(jù)既有定性又有定量，因此選擇灰色關(guān)聯(lián)分析法是合適的，而且所得最終評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際觀賞效果基本一致。最后在灰色關(guān)聯(lián)度結(jié)果上，運(yùn)用有序樣品聚類法對(duì)55株野生鐘花櫻植株進(jìn)行分級(jí)，并對(duì)分級(jí)結(jié)果進(jìn)行差異性顯著性檢驗(yàn)，進(jìn)一步說(shuō)明所分等級(jí)的合理性。因此，本文使用Delphi法確定的權(quán)重值與灰色關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)法具有科學(xué)性、可行性及推廣性。

最后，本研究評(píng)選出的一級(jí)、二級(jí)單株，將有利于專家進(jìn)一步研究?jī)?yōu)質(zhì)野生鐘花櫻的生長(zhǎng)特性，繁育、推廣觀賞性強(qiáng)的單株櫻花，開(kāi)發(fā)地方特色旅游資源，并有利于梅州生態(tài)建設(shè)因地制宜推廣園林綠化樹(shù)種。