李艷輝 崔雅芳 牟寧寧 崔瀠心 張雨辰 郭金輝 王宇辰

摘要 為了更好地開(kāi)發(fā)利用蛇莓、委陵菜、紫花地丁、紅花酢漿草4種觀花地被植物，采用人工踐踏法進(jìn)行試驗(yàn)處理，以不踐踏為對(duì)照，測(cè)定踐踏處理下4種觀花地被植物的SOD、POD、MDA、葉綠素、葉面積、根長(zhǎng)、根重等生理生化指標(biāo)。采用主成分分析法和隸屬函數(shù)加權(quán)法對(duì)4種觀花植物進(jìn)行耐踐踏性指標(biāo)的選取和耐踐踏性綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，各生理指標(biāo)反映耐踐踏性能力從高到低為根長(zhǎng)>根重>SOD>葉面積>POD>MDA>葉綠素。4種觀花地被植物的耐踐踏性為蛇莓>紅花酢漿草>委陵菜>紫花地丁。

關(guān)鍵詞 觀花地被;耐踐踏性;主成分分析;隸屬函數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào) S 688.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2022）02-0134-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.02.035

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

PrincipalComponentandSubordinateFunctionAnalysisofTramplingResistanceof4 FlowerPlantsofGroundCover

LI Yan-hui，CUI Ya-fang，MOU Ning-ning et al

（Beijing Zoo，Beijing 100044）

Abstract For better development and utilization of 4 flower plants of ground cover Duchesnea indica，Potentilla chinensis，Viola philippica，Oxalis corymbosa，artificial trampling was used for the experimental treatment，with no trampling as the controlled trial to measure the change values of 7 morphological and physiological indexes of 4 flower plants of ground cover under trampling treatment，including superoxide dismutase （SOD），peroxidase （POD），malondialdehyde （MDA），chlorophyll，leaf area，root length，and root weight.Principal component analysis and weighted subordinate function was used to select 4 flower plants of ground covers trampling resistance index and comprehensive evaluation of trampling resistance.The results showed that the order of correlation between the selected 7 physiological indicators and tramp resistance was root length> root weight >SOD> leaf area> POD >MDA> chlorophyll.The order of tramp resistance was Duchesnea indica>Oxalis corymbosa>Potentilla chinensis>Viola philippica.

Key words Flower plants of ground cover;Trampling resistance;Principal component analysis;Membership function method

基金項(xiàng)目 北京動(dòng)物園自管課題“地被植物在節(jié)約型園林建設(shè)中的選擇與應(yīng)用”（KGBZ201912）。

作者簡(jiǎn)介 李艷輝（1982—），女，河北邯鄲人，農(nóng)藝師，碩士，從事園林綠化研究。*通信作者，高級(jí)工程師，從事園林綠化研究。

收稿日期 2021-04-01

耐踐踏是指草坪草、地被植物在經(jīng)受踐踏脅迫后，能自身恢復(fù)或通過(guò)科學(xué)的養(yǎng)護(hù)管理后恢復(fù)到原草坪、地被質(zhì)地程度的一種特性[1]，在開(kāi)放型生態(tài)園林中，地被植物的耐踐踏性是評(píng)價(jià)其生態(tài)適應(yīng)性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。為了更好地了解蛇莓、委陵菜、紫花地丁、紅花酢漿草的生態(tài)適應(yīng)性，筆者測(cè)定了4種觀花地被在踐踏處理下所發(fā)生的形態(tài)和生理生化指標(biāo)的變化，分析其與植物耐踐踏性之間的關(guān)系，運(yùn)用主成分分析和隸屬函數(shù)相結(jié)合的方法對(duì)4種地被植物的耐踐踏性進(jìn)行綜合評(píng)定，以期為其在構(gòu)建城市綠化體系中的應(yīng)用提供指導(dǎo)和科學(xué)依據(jù)[2]。

1 材料與方法

1.1 供試材料 供試品種為紅花酢漿草（Oxalis corymbosa）、委陵菜（Potentilla chinensis）、蛇莓（Duchesnea indica）、紫花地丁（Viola philippica）。試驗(yàn)苗均為無(wú)病蟲(chóng)害、長(zhǎng)勢(shì)良好的2年生苗，在相同條件下進(jìn)行統(tǒng)一的水分和養(yǎng)分管理。

1.2 試驗(yàn)方法 在北京動(dòng)物園后院試驗(yàn)田進(jìn)行踐踏處理。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)4個(gè)踐踏處理水平：0步（對(duì)照）、10步、20步、30步。每個(gè)處理重復(fù)3次。踐踏方式采用人工踐踏，踐踏者體重為50 kg，每隔1 d踐踏1次，共踐踏20次后測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)[3]。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

根長(zhǎng)的測(cè)定采用直尺測(cè)量法;根重的測(cè)定采用烘干稱(chēng)重法;葉面積的測(cè)定采用葉面積儀法;過(guò)氧化物酶（POD）活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法;超氧化物歧化酶（SOD）活性的測(cè)定采用氮藍(lán)四唑（NBD）光還原法;丙二醛（MDA）含量的測(cè)定采用TBA法;葉綠素（Chl）含量的測(cè)定采用分光光度法[4-5]。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法 用Excel對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算;采用SPSS軟件完成主成分分析;采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)4種地被植物的耐踐踏能力。

1.4.1 耐踐踏系數(shù)。

耐踐踏系數(shù)（α）=處理測(cè)定值對(duì)照測(cè)定值×100%（1）

1.4.2 隸屬函數(shù)。

μ j =（X j-X min）/（X max-X min） （j=1，2，…，n）（2）

式中，μ j為第j個(gè)綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，X j為第j個(gè)指標(biāo)測(cè)定值，X min和X max 分別為第j個(gè)綜合指標(biāo)的最小值和最大值[6-7]。

1.4.3 權(quán)重。

W j=p j/ nj=1p j （j=1，2，…，n）（3）

式中，W j為第j個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度;p j為各參試品種第j個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率[7-9]。

1.4.4 綜合評(píng)價(jià)值。

D= nj=1[μ（x j）·W j] （j=1，2，…，n）（4）

式中，D為各參試植物在踐踏處理下的耐踐踏綜合評(píng)價(jià)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 耐踐踏系數(shù) 踐踏結(jié)束后，測(cè)定處理與對(duì)照相應(yīng)的形態(tài)和生理指標(biāo)。根據(jù)各指標(biāo)平均值，用式（1）求出各單項(xiàng)指標(biāo)的耐踐踏系數(shù)α值。由表1可知，踐踏處理下委陵菜的根重、SOD、POD，紅花酢漿草的根長(zhǎng)、SOD、MDA，蛇莓的葉面積、根長(zhǎng)、根重、葉綠素含量，紫花地丁的SOD、葉綠素含量與對(duì)照相比均有所增加（α>100%）。其他單項(xiàng)指標(biāo)與對(duì)照相比均有所下降（α<100%）。

2.2 相關(guān)性分析

在植物抵御踐踏傷害的過(guò)程中，各項(xiàng)指標(biāo)所起到的作用大小不同，因此直接利用單一指標(biāo)對(duì)耐踐踏性進(jìn)行評(píng)價(jià)難以準(zhǔn)確反映出參試植物的耐踐踏性能。應(yīng)該運(yùn)用多種指標(biāo)來(lái)綜合評(píng)價(jià)植物的耐踐踏能力，但可用于評(píng)價(jià)植物抗逆性的指標(biāo)很多，各指標(biāo)之間所提供的信息會(huì)發(fā)生重疊，因而直接用這些指標(biāo)評(píng)價(jià)植物的耐踐踏性結(jié)果會(huì)發(fā)生偏差。

該試驗(yàn)對(duì)4種地被植物的7項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，得到相關(guān)系數(shù)矩陣。由表2可知，7個(gè)生理指標(biāo)間大多存在較高程度的相關(guān)性，且各指標(biāo)間相關(guān)性越高，重疊信息越多。指標(biāo)間相關(guān)性較高，適合進(jìn)行主成分提取。

2.3 主成分分析

以供試植物7個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的耐踐踏系數(shù)作為衡量各植物耐踐踏能力的指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，按主成分的特征值大于1可提取2個(gè)主成分，這2個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)91.226%，符合累計(jì)率大于85%的原則，因此用這2個(gè)主成分作為影響4種地被耐踐踏性的主要指標(biāo)。丟失的少量信息可作為觀察誤差，忽略不計(jì)。這使原來(lái)的7個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為2個(gè)新的相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)[10]。從各綜合指標(biāo)系數(shù)的大小可以看出，第一主成分的特征值為4.363，貢獻(xiàn)率為62.325%，葉面積、根重、SOD、POD在該主成分上有較高載荷，說(shuō)明第一主成分主要反映這4個(gè)指標(biāo)與耐踐踏性的關(guān)系。第二主成分的特征值為2.023，貢獻(xiàn)率為28.901%，葉綠素、根長(zhǎng)、MDA在該成分上有較高載荷，說(shuō)明第二主成分主要反映這3個(gè)指標(biāo)與耐踐踏性的關(guān)系[11]（表3）。

2.4 耐踐踏綜合評(píng)價(jià)

2.4.1 計(jì)算主成分。以Z 1、Z 2表示2個(gè)綜合指標(biāo)，用表3中的成分載荷除以各自根號(hào)下的特征值得到主成分系數(shù)，然后用主成分系數(shù)乘以標(biāo)準(zhǔn)化后的單項(xiàng)指標(biāo)X，得到2個(gè)主成分的表達(dá)式：

Z 1=-0.41X SOD-0.38X? POD-0.32X MDA+0.17X 葉綠素+0.47X 葉面積+0.45X 根重+0.37X 根長(zhǎng)

Z 2= -0.36X SOD+0.31X POD+0.39X MDA-0.65X 葉綠素-0.01X 葉面積+0.14X 根重+0.42X 根長(zhǎng)

根據(jù)2個(gè)主成分表達(dá)式可求出每種參試地被植物的綜合指標(biāo)值Z 1、Z 2。從2個(gè)主成分表達(dá)式也可以看出，綜合指標(biāo)Z 1主要依賴(lài)葉面積、根重、SOD，綜合指標(biāo)Z 2主要依賴(lài)葉綠素、根長(zhǎng)和MDA。

2.4.2 隸屬函數(shù)分析。

根據(jù)式（2）計(jì)算出每個(gè)參試植物綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值μ 1、μ 2（表4）。在踐踏處理下，蛇莓的μ 1值最大（1.000），說(shuō)明蛇莓在Z 1這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)為最耐踐踏;委陵菜的μ 1值最?。?.000），說(shuō)明委陵菜在Z 1這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)為最不耐踐踏。紅花酢漿草的μ 2值最大（1.000），說(shuō)明紅花酢漿草在Z 2這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)為最耐踐踏;紫花地丁的μ 2值最?。?.000），說(shuō)明紫花地丁在Z 2這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)為最不耐踐踏。

2.4.3 權(quán)重的確定。根據(jù)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率62.325%、28.901%（表3），用式（3）可計(jì)算出各綜合指標(biāo)的權(quán)重。經(jīng)計(jì)算，2個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.683、0.317，該權(quán)重值可以反映出各單項(xiàng)指標(biāo)在耐踐踏生理機(jī)能中的重要性。權(quán)重值越大，表明重要性越大，反之亦然。經(jīng)綜合分析可知，4種地被植物在踐踏處理下，各指標(biāo)反映其耐踐踏能力表現(xiàn)為根長(zhǎng)>根重>SOD>葉面積>POD>MDA>葉綠素。

2.4.4 綜合評(píng)價(jià)。用式（4）計(jì)算各參試植物的綜合耐踐踏能力的大小，經(jīng)計(jì)算，委陵菜、紅花酢漿草、蛇莓、紫花地丁4種地被植物的耐踐踏綜合評(píng)價(jià)值分別為0.246、0.342、0.896、0.081（表4）。根據(jù)各參試植物的D值可對(duì)參試植物耐踐踏性的強(qiáng)弱進(jìn)行排序，結(jié)果為蛇莓>紅花酢漿草>委陵菜>紫花地丁。

3 討論

地被植物是指自然生長(zhǎng)高度或經(jīng)人工修剪控制高度在1 m以下、最下分枝較貼近地面、枝葉密集能較好覆蓋地面并具有較強(qiáng)擴(kuò)展能力、抗污染力強(qiáng)、易于粗放管理的植物。觀花地被植物是指地被植物中花期長(zhǎng)、花色艷麗的一類(lèi)以觀花為主要目的的植物，是構(gòu)建節(jié)約型、低碳型園林的重要素材。為此，該試驗(yàn)從北京動(dòng)物園多種地被植物中初步篩選出生長(zhǎng)面積較大、綜合性狀比較優(yōu)良、有推廣應(yīng)用價(jià)值的4種觀花地被品種，通過(guò)主成分分析和隸屬函數(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行抗逆性評(píng)價(jià)。

主成分分析和隸屬函數(shù)相結(jié)合的分析方法在草業(yè)、作物、地被植物的抗逆性乃至草坪草的耐踐踏性研究中應(yīng)用很多，但在觀花地被植物的耐踐踏性評(píng)價(jià)方面鮮見(jiàn)報(bào)道。主成分分析法既可以克服信息的重疊和指標(biāo)的相關(guān)性，又可以根據(jù)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率確定各綜合指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)中所占權(quán)重，還可以反映出各單項(xiàng)指標(biāo)在耐踐踏生理機(jī)能中的重要性。該試驗(yàn)通過(guò)主成分分析法將7個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)綜合成為2個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)Z 1、Z 2，2個(gè)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率分別為62.325%、28.901%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為91.226%。隸屬函數(shù)法可以將不同度量單位的測(cè)定值轉(zhuǎn)換為純數(shù)值，使其具有可比性。4種地被植物中，蛇莓的綜合評(píng)價(jià)值最大（0.896），耐踐踏性最強(qiáng);其次為紅花酢漿草，綜合評(píng)價(jià)值為0.342;紫花地丁的綜合評(píng)價(jià)值最?。?.081），耐踐踏性最弱。

雖然采用主成分分析和隸屬函數(shù)加權(quán)相結(jié)合的方法為植物抗逆性的判定提供了科學(xué)的評(píng)判依據(jù)，但是作為植物耐踐踏性鑒定指標(biāo)的理化指標(biāo)較多，且不同植物由于形態(tài)結(jié)構(gòu)特征、生理生化特性的不同，對(duì)踐踏的反映機(jī)制也不同。該研究?jī)H選取7項(xiàng)指標(biāo)對(duì)參試地被植物進(jìn)行耐踐踏性評(píng)價(jià)，因此，評(píng)價(jià)系統(tǒng)的全面性、合理性需要在實(shí)踐中進(jìn)一步完善和檢驗(yàn)[12]。

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