慕德宇房樂瑤張睿王治華劉瑾

(1.山東建筑大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，山東 濟南 250101；2.山東建筑大學(xué)園林植物研究所，山東 濟南 250101)

0 引言

水是園林建設(shè)中的“血液”與“靈魂”，水景作為園林景觀設(shè)計中的精髓，在城市景觀綠化中發(fā)揮著不可替代的作用，成為園林景觀中不可缺少的部分[1-2]。 水生植物是組成園林水景的重要素材，在豐富水景景觀效果、凈化水體、穩(wěn)固堤岸、保持水體生態(tài)平衡、創(chuàng)造園林意境等方面有著極其重要的意義[3]，是園林景觀規(guī)劃設(shè)計不可或缺的主要內(nèi)容之一。 近年來，隨著生態(tài)型城市建設(shè)的提出[4]，為滿足生態(tài)學(xué)理念，水生植物種類的多樣化、景觀化已經(jīng)成為園林水景的重要指標(biāo)之一。 如何科學(xué)合理地利用植物材料，發(fā)揮其在園林水景中的生態(tài)與景觀功能就顯得尤為重要。

水生植物具有較高的觀賞性，按照生活類型，通常可以將其分為挺水植物、浮水植物、漂浮植物、沉水植物等4 類。 不同生活型水生植物種類豐富程度及種間的合理搭配會影響水體質(zhì)量的改善、景觀效果的呈現(xiàn)、水體生態(tài)系統(tǒng)維持等方面。 目前，針對水生植物在園林水景中的應(yīng)用研究主要集中在水生植物資源調(diào)查及種類的主觀性綜合分析[5-6]、應(yīng)用現(xiàn)狀與凈化能力研究[7-8]，及其資源與配置模式[9-11]等，而針對水生植物資源現(xiàn)狀調(diào)查及客觀性綜合評價研究罕見報道。 此外，隨著育種手段的提升，越來越多的水生觀賞植物引入城市園林綠化，然而受氣候因素影響，同種植物在不同地域、城市的觀賞效果、景觀持續(xù)性、生態(tài)功能等因素差異較大[12-13]。因此，有必要針對城市中水生植物應(yīng)用現(xiàn)狀、配置模式、適應(yīng)性等特性進行客觀、合理地綜合性評價與分析，為城市水生植物景觀營造提供依據(jù)。

濟南作為一座歷史文化名城，擁有72 名泉，享有“四面荷花三面柳，一城山色半城湖”的美譽，坐擁“山、泉、湖、河、城”獨特風(fēng)貌，具備得天獨厚的水資源優(yōu)勢。 近幾年，濟南市越來越重視生態(tài)城市的建設(shè)，城市水景建設(shè)高速發(fā)展，水生植物的開發(fā)應(yīng)用與研究在當(dāng)前城市水景建設(shè)中顯得格外重要。 然而，水景綠化方面的研究就相對滯后[14]。 因此，了解濟南市公園水生植物現(xiàn)狀及配置情況，明確當(dāng)前濟南水生植物選擇應(yīng)用的不足之處，從而科學(xué)合理地搭配水生植物已成為濟南水景建設(shè)亟待解決的問題。 為此，文章通過實地調(diào)查濟南城市公園水生植物開發(fā)應(yīng)用、生長適應(yīng)以及觀賞價值等，采用層次分析和聚類分析的方法綜合分析與評價濟南市公園主要水生植物的種類分布、應(yīng)用現(xiàn)狀、景觀效果及開發(fā)潛力，旨在為濟南城區(qū)園林水景綠化提供理論基礎(chǔ)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

濟南市位于山東省中西部，地處魯中南低山丘陵與魯西北沖積平原的交接帶上，地勢南高北低。其南臨泰山，北跨黃河，背山面水，因境內(nèi)有72 名泉，河流資源豐富、泉水遍布，又稱泉城。 研究區(qū)位于東經(jīng)116°11′～117°44′、北緯36°01′～37°32′，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明、春季干旱少雨、夏季炎熱多雨且雨熱同季，秋季較為清爽、冬季氣溫低。 其年均溫度為14.2 ℃，而極端最高、最低溫度分別為40.5、-19.7 ℃。 常年平均降水量在650～700 mm之間，無霜期可達210 d，冬季一般在11 月上旬至次年3 月下旬。 土壤主要以褐土、棕壤為主；土層厚度在3～10 m 之間。

1.2 調(diào)查方法

利用衛(wèi)星地圖、查閱資料并結(jié)合實地考察，踏查了濟南城區(qū)現(xiàn)有水域，全面了解濟南城區(qū)河、湖、泉、池、溪等水體類型，系統(tǒng)掌握水生植物種類、分布、生長、適應(yīng)、搭配等相關(guān)信息，為調(diào)查點的選擇、標(biāo)準(zhǔn)樣方的布設(shè)以及評價指標(biāo)體系的構(gòu)建提供依據(jù)。

1.2.1 調(diào)查點的選擇

根據(jù)濟南城區(qū)公園景觀水體特征及分布區(qū)域，選取水生植物相對豐富、人流量高且具有代表性的大明湖公園、趵突泉公園、泉城公園、五龍?zhí)豆珗@、濟南植物園、濟南森林公園作為調(diào)查研究對象。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)地和標(biāo)準(zhǔn)樣方的確定

在全面踏查的基礎(chǔ)上，依據(jù)6 處公園水體類型、大小以及水生植物的異質(zhì)性和典型性布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)樣地、選擇標(biāo)準(zhǔn)樣方(見表1)。 每處公園布設(shè)標(biāo)準(zhǔn)樣地＞6 塊，每塊標(biāo)準(zhǔn)地中選擇有代表性的標(biāo)準(zhǔn)樣方＞3 個，其規(guī)格為1 m×1 m。

表1 標(biāo)準(zhǔn)樣地和樣方布設(shè)情況表

1.2.3 調(diào)查時間

依據(jù)水生植物景觀的季相性，分別于2021 年4、6、10 月進行樣方調(diào)查，詳細記錄濟南6 處公園水生植物的有關(guān)信息數(shù)據(jù)。

1.2.4 數(shù)據(jù)采集

在選定的所有標(biāo)準(zhǔn)樣方中現(xiàn)場觀測、拍照、記錄其水生植物種類、分布、生長、應(yīng)用、配置、株型、綠期、花期、花色、果型、葉色、生活類型等方面的信息數(shù)據(jù)；現(xiàn)場難以確定水生植物種類的，采集標(biāo)本帶回室內(nèi)，查閱文獻鑒定物種。

1.3 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

1.3.1 評價指標(biāo)的界定

綜合考慮指標(biāo)體系的系統(tǒng)性和科學(xué)性，通過前期查閱資料，參考并借鑒已有的研究成果[12-15]，并結(jié)合濟南水生植物特點和應(yīng)用現(xiàn)狀，確定水生植物開發(fā)應(yīng)用情況、生長適應(yīng)情況、觀賞價值3 個方面的指標(biāo)作為準(zhǔn)則層，品種開發(fā)利用、生活類型、應(yīng)用情況、健康狀況、適應(yīng)性、株型、花(形、色)、葉(形、色)、果(形、色)、花期、綠期，共11 個因子為指標(biāo)層。

1.3.2 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

按照1～9 互反標(biāo)度法[16]進行兩兩比較，確定各指標(biāo)中每兩個因素之間的重要性，數(shù)值越大說明其比另一個因素重要性越大，倒數(shù)表示兩個指標(biāo)的反比較。 通過專家打分法獲取評價指標(biāo)體系中各指標(biāo)重要性標(biāo)度值，然后構(gòu)建判斷矩陣，計算一致性比率(Consistency Ratio，CR)，當(dāng)CR 值＜0.1 時，說明矩陣構(gòu)建合理，得出各層矩陣的特征向量，作為各層指標(biāo)的權(quán)重。

為了規(guī)范和界定每種水生植物的評分標(biāo)準(zhǔn)，邀請了高校、科研、管理、生產(chǎn)等長期從事園林方面的9 位專家參與評分。 根據(jù)問卷調(diào)查的統(tǒng)計結(jié)果，在保證CR＜0.1 具有滿意的一致性的條件下，剔除不一致的問卷，構(gòu)建具有一致性的判斷矩陣，同時計算各個評價因子的權(quán)重值。

1.3.3 綜合量化評分

根據(jù)水生植物的觀賞特性，并借鑒現(xiàn)有觀賞植物評價標(biāo)準(zhǔn)[17-18]，確定評價指標(biāo)體系中各個評價因子的評分標(biāo)準(zhǔn)(見表2)。 針對濟南城區(qū)公園水生植物現(xiàn)狀，將其11 類評價因子劃分為3 個等級，對應(yīng)的分值分別為3、2、1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

將各個標(biāo)準(zhǔn)樣方調(diào)查采集的信息數(shù)據(jù)，利用電子表格Excel 分類整理和歸納，利用層次分析法yaahp10.3 軟件計算出評價因子的權(quán)重值，綜合量化每項指標(biāo)，采用統(tǒng)計產(chǎn)品與服務(wù)解決方案(Statistical Product and Service Solutions，SPSS)22.0 軟件對濟南城區(qū)公園32 種(或變種)水生植物分別進行層次分析和聚類分析，并用Excel 繪制相關(guān)圖表。

層次分析法[19](Analytic Hierarchy Process，AHP)中，水生植物綜合評價得分V的計算式由式(1)表示為

式中n為因子數(shù)，個；B為因子評分；W為因子權(quán)重值。

根據(jù)式(1)得出濟南市常用水生植物的綜合評價指數(shù)(Composite Evaluation Index，CEI)，由式(2)表示為

式中S為評價分?jǐn)?shù)值；S0為理想值(取每一個因子的最高分與權(quán)重值相乘疊加而得)。

綜合評價指數(shù)作為分級依據(jù)，可用于確定各水生植物的評價等級。 85%～100%為Ⅰ級，植物綜合表現(xiàn)最好；70%～85%為Ⅱ級，植物綜合表現(xiàn)較好；55%～70%為Ⅲ級，植物綜合表現(xiàn)一般；CEI 值40%～55%為Ⅳ級，植物綜合表現(xiàn)較差[19]。

聚類分析[20-21]計算式由式(3)表示為

式中DKL為GK和GL兩類的距離；mK和mL分別為Gk和GL兩類中的樣品個數(shù)；dij為第i個樣品與第j個樣品之間的相對距離。

2 結(jié)果與分析

2.1 水生植物開發(fā)應(yīng)用特色

濟南市6 個公園、165 個標(biāo)準(zhǔn)樣方的調(diào)查數(shù)據(jù)見表3。 其中，適生性主要參考《中國植物志》[22]和《園林花卉學(xué)》[23]并結(jié)合實地觀測進行評價。 由表3 可知，濟南市6 處公園主要應(yīng)用的水生植物有32 種(或變種)，分別隸屬于23 科28 屬。 其中挺水植物23 種，占水生植物種類的71.9%；浮水植物3種，占水生植物種類的9.4%；漂浮植物2 種，占水生植物種類的6.2%；沉水植物4 種，占水生植物種類的12.5%。 由此可見:濟南市水生植物應(yīng)用中挺水植物占有較大優(yōu)勢，而浮水、漂浮植物應(yīng)用種類少，主要以睡蓮、浮萍為主；沉水植物主要有金魚藻、黑藻、狐尾藻、菹草4 種。

在所有調(diào)查類型的水生植物中:禾本科的水生植物種類應(yīng)用最多，占總數(shù)的15.6%；其次是雨久花科，占其總數(shù)量的9.4%。 觀花的水生植物包括荷花、睡蓮、菖蒲、黃菖蒲、千屈菜、梭魚草、雨久花等，其中荷花和睡蓮應(yīng)用品種最多，花色也極為豐富；觀葉的水生植物有慈姑、澤瀉、蘆葦、花葉蘆葦、蘆竹、花葉蘆竹、風(fēng)車草等；觀果的水生植物種類較少，主要有香蒲、小香蒲。 在32 種(或變種)水生植物中:耐旱性強的種類有蘆葦、花葉蘆葦；耐寒性強的水生植物有菖蒲、黃菖蒲、燈心草、水芹、水蔥、荇菜、浮萍；不耐寒的水生植物有梭魚草、雨久花、再力花、小香蒲、菰。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，6 處公園在水生植物的運用和搭配方面各有特色。 水生植物種類應(yīng)用最多的為濟南植物園31 種、森林公園28 種；水生植物種類應(yīng)用最少的為趵突泉公園，其種類僅為7 種。 由于植物園是濟南的科普教育基地，設(shè)計建有水生植物園，利用木棧道將水體分割成不同區(qū)域，其間搭配不同的水生植物，水體景觀豐富且觀賞性高；而森林公園中的水體景觀以展現(xiàn)濕地景觀為主，突出自然美，水生植物種類如蘆葦、香蒲等占據(jù)比例適中，頗有田園野趣之味；另外，在水生植物栽植形式方面，泉城公園采用竹筏式的浮床形式擴大了水生植物的應(yīng)用范圍。

2.2 園林觀賞綜合性評價

2.2.1 層次分析法

(1) 評價因子權(quán)重評分

通過層次分析法得出水生植物綜合評價因子權(quán)重(見表4)，其中準(zhǔn)則層中開發(fā)應(yīng)用情況(B1)、生長適應(yīng)情況(B2)、觀賞價值(B3)的權(quán)重分別為0.14、0.29 和0.57，B3 的權(quán)重值最高，說明在進行公園水體景觀植物配置時，影響水生植物應(yīng)用的因素中，觀賞價值處于首要地位，是水生植物選擇時最先考慮的因素。 在指標(biāo)層的權(quán)重值中，花期(C10)的權(quán)重值最高，其次是健康狀況(C4)和綠期(C11)，說明水生植物的花期長短、健康狀況和綠期長短尤為重要。

表4 層次結(jié)構(gòu)模式及各評價因子權(quán)重值表

(2) 綜合評價結(jié)果

依據(jù)層次分析法和表4 所得權(quán)重，整理匯總165 個標(biāo)準(zhǔn)樣方的調(diào)查數(shù)據(jù)。 濟南公園主要運用的32 種水生植物綜合評價等級結(jié)果見表5。

表5 植物綜合評價指數(shù)CEI 及等級表

綜合評價指數(shù)在85.00%～100.00%之間的有4 種，分別為荷花、睡蓮、再力花、花葉蘆竹，其中綜合評價指數(shù)最高的是分值為94.26%的荷花，其次是分值為92.38%的睡蓮。

綜合評價指數(shù)在70.00% ～85.00%之間的有12 種，分別為菖蒲、黃菖蒲、梭魚草、慈姑、香蒲、蘆葦、花葉蘆葦、蘆竹、水蓼、粉美人蕉、水蔥、荇菜。

綜合評價指數(shù)在55.00% ～70.00%之間的有9 種，分別為千屈菜、雨久花、鳳眼藍、澤瀉、小香蒲、菰、風(fēng)車草、燈心草、黑三棱。

綜合評價指數(shù)在40.00% ～55.00%之間的有7 種，分別為水芹、浮萍、眼子菜、菹草、金魚藻、黑藻和狐尾藻。

2.2.2 聚類分析評價法

基于層次分析法計算獲得32 種水生植物在開發(fā)應(yīng)用、生長適應(yīng)以及觀賞價值方面的11 個因子的各項綜合評價指標(biāo)量化結(jié)果(見表6)，采用組間連接方法進行系統(tǒng)聚類分析，同時繪制出32 種水生植物的11 個主要評價指標(biāo)聚類分析(如圖1 所示)。

圖1 32 種水生植物開發(fā)應(yīng)用與觀賞效果聚類分析圖

表6 32 種水生植物主要評價指標(biāo)量化表單位:%

聚類分析表6 中的水生植物評價指標(biāo)，可將其分為4 類。

K1 類包括荷花、睡蓮、菖蒲、千屈菜、黃菖蒲、蘆葦、蘆竹、花葉蘆葦、再力花、花葉蘆竹，共有10 種植物。 其應(yīng)用廣泛、生長適應(yīng)情況和觀賞價值都很高，是濟南公園水體造景的基礎(chǔ)材料和主要應(yīng)用種類。

K2 類包括梭魚草、雨久花、澤瀉、菰、慈姑、風(fēng)車草、鳳眼藍、荇菜、粉美人蕉，共有9 種植物。 其具有觀賞價值高，健康狀況較好，應(yīng)用情況較少，開發(fā)應(yīng)用潛力大，在水生植物開發(fā)利用時應(yīng)予以重視。

K3 類包括香蒲、水蔥、燈心草、黑三棱、小香蒲、水蓼，共有6 種植物。 其觀賞價值較高，健康狀況一般，且綠期長，在應(yīng)用過程中應(yīng)注意選擇適宜其生長的立地條件，并注重后期的養(yǎng)護管理。

K4 類包括金魚藻、狐尾藻、黑藻、浮萍、眼子菜、菹草、水芹，共有7 種植物。 其觀賞價值較低，應(yīng)根據(jù)實際情況適量選用。

2.2.3 園林觀賞綜合性評價方法比較

由兩種分析評價方法得出的結(jié)果可知，兩種評價方法均將荷花、睡蓮、再力花、蘆葦劃為景觀表現(xiàn)最好的類別(Ⅰ級和K1 類)，金魚藻、黑藻、狐尾藻、浮萍、菹草、水芹、眼子菜均歸為景觀表現(xiàn)最差的類別(Ⅳ級和K4 類)，其他水生植物被歸類到另外的組別中(見表7)。 其中，層次分析法將32 種水生植物歸為Ⅰ級(景觀最好等級)的有4 種，聚類分析法將32 種水生植物劃分為K1 類(景觀最好等級)的有10 種，即在層次分析法劃定種類的基礎(chǔ)上，又拓展了6 種水生植物為景觀最好的類別，為濟南公園水生植物開發(fā)應(yīng)用規(guī)劃留有更多選擇。 層次分析法將雨久花、鳳眼藍劃分為Ⅲ級(景觀一般等級)的主要原因是兩種植物在濟南公園中的應(yīng)用頻率較少，而聚類分析法將其歸為K2 類(景觀效果較好等級)，是因其觀賞價值較高，是難得的觀花水生植物，并且能與其他水生植物搭配形成良好的景觀效果。 層次分析法將香蒲、水蔥劃分為Ⅱ級，是因其在公園應(yīng)用中出現(xiàn)的頻次多，而聚類分析將其劃分為K3 類，究其原因是香蒲和水蔥在諸如泉城公園等水景處，存在大量倒伏現(xiàn)象，健康狀況一般，葉和花觀賞性受到影響。 風(fēng)車草在濟南公園中的應(yīng)用頻率較少，層次分析法將其劃分為表現(xiàn)一般的Ⅲ級，而聚類分析法將其歸為表現(xiàn)較好的K2 類，是因為風(fēng)車草的葉形獨特，其為良好的觀葉水生植物，在諸如森林公園的水景植物配置中點綴適宜，恰到好處。 由此可見，聚類分析法在水生植物客觀性評價中更為精確，符合實際情況。

表7 兩種方法評價結(jié)果對比表

層次分析法是運用植物綜合評價指數(shù)的差值百分比和預(yù)設(shè)的分級標(biāo)準(zhǔn)進行分級，評分越高，其等級越高，并只能體現(xiàn)植物綜合表現(xiàn)，而無法進一步分析植物各準(zhǔn)則層表現(xiàn)的差異；聚類分析法是根據(jù)對植物各項因子評分的相似性劃分類別，同一因子表現(xiàn)相似的植物被劃分到同一組別中，表現(xiàn)差異較大的則被劃分到不同組別中，以此來達到“物以類聚”的效果，其與植物的總體評分無關(guān)，能夠體現(xiàn)植物各項指標(biāo)的表現(xiàn)特征，從而更有利于依據(jù)各種水生植物的表現(xiàn)特點，有針對性地指導(dǎo)水景植物的配置。

3 結(jié)論

通過上述研究可知:

(1) 濟南6 處公園應(yīng)用的主要水生植物有32 種(或變種)，隸屬于23 科28 屬，其中挺水植物、浮水植物、漂浮植物、沉水植物分別為23、3、2、4 種。層次分析法將32 種水生植物劃分為4 個等級，其中Ⅰ級共4 種，綜合景觀效果最好；Ⅱ級共12 種，綜合景觀效果較好；Ⅲ級共9 種，綜合景觀效果一般；Ⅳ級共7 種，綜合景觀效果較差。

(2) 聚類分析法將32 種水生植物劃分為4 大類，其中K1 類共有10 種，是濟南公園水體造景的基礎(chǔ)材料和主要應(yīng)用種類；K2 類共有9 種，其觀賞價值高、健康狀況較好，應(yīng)用情況較少而開發(fā)應(yīng)用潛力大，在水生植物開發(fā)利用時應(yīng)予以重視；K3 類共有6 種，其觀賞價值較高、健康狀況一般、綠期長，在應(yīng)用過程中應(yīng)注意選擇適宜其生長的立地條件，并注重后期的養(yǎng)護管理；K4 類共有7 種，其觀賞價值較低，應(yīng)根據(jù)實際情況適量選用。

(3) 兩種評價方法均將32 種水生植物分為4 類，雖然分類結(jié)果有差異，但也存在相同之處，如兩種分類方法均將荷花、睡蓮、再力花、蘆葦劃為景觀表現(xiàn)最好的類別，而金魚藻、黑藻、狐尾藻、浮萍、菹草、水芹、眼子菜歸為景觀表現(xiàn)較差的類別。 相比于層次分析法，聚類分析能夠體現(xiàn)水生植物各項指標(biāo)的表現(xiàn)特征，更具客觀性，與實地調(diào)查結(jié)果吻合度高，有利于指導(dǎo)水生植物在生產(chǎn)實際中的景觀配置。