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三峡库区处于水陆交通要道,自然资源丰富,拥有独特的移民、扶贫和少数民族地区发展等综合政策优势.近年来,库区人地矛盾凸显,经济发展基础仍然十分薄弱.加快优势资源的合理开发,加速构造特色产业体系,提升经济总体实力,同时加强生态环境保护和建设,提升可持续发展能力势在必行.对优良种质资源的开发利用直接关系到三峡库区的经济和社会发展.
漆树(Toxicodendronw acifluum)主要分布于亚洲温暖湿润地区,作为我国重要的经济树种之一,在中国的大部分地区均有分布,以陕西省分布最为广泛[1].从漆树韧皮部采割的次生代谢产物生漆是一种珍贵的生态材料[2].漆树也是许多活性成分的天然宝库[3],其叶、花、根、皮、果实、干漆和木心均可入药,具有止咳、化瘀、通经、杀虫、消肿等功效[4].漆树的许多结构组成部分均可以加工利用,具有很大的潜在开发价值.对漆树种源进行调查研究,对于筛选出一批优良的漆树,以便开发利用具有重要意义.
有研究表明,三峡库区的璧山境内,漆树生态位宽度较大,具有较强的资源利用能力和环境适应能力[5].但是,尚未见到关于库区其他区县的漆树资源的调查报道,而有关三峡库区漆树优质资源较为全面的报道更为少见.与此同时,国内外已有利用高效液相色谱(HPLC)、分子标记扩增片段长度多态性(AFLP)、热解-气相-质谱法(Py-GC/MS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热分析质谱联用技术(TG/DTA-MS)、凝胶色谱、红外光谱(IR)、质谱(NMR)等技术对国内外漆树的遗传多样性、种质资源鉴定、生漆主要成分(漆酚、漆酶、漆树多糖)等进行单方面的大量研究[6-9].但这些研究对于评价漆树资源并不全面.因此,本研究在对三峡库区境内漆树资源进行全面调查的基础上,综合分析其立地条件、生长状况、果实(籽粒)产量等方面的信息,筛选库区内优质漆树资源,旨在为其开发利用,进而加强库区的生态经济发展提供基础数据和理论参考.
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三峡库区(105°50′~121°40′E,28°31′~31°44′N)位于长江中上游,包括受水库调运影响的重庆和湖北的21个县市.东南、东北与鄂西交界,西南与川黔相邻,西北与川陕接壤,约86.5%的面积属于重庆市.约74%的地区为山地.库区地处中亚热带大陆季风气候带,降水和气温有明显的季节变化.年平均气温河谷区17~19 ℃,多年年均降水量1 000~1 200 mm.库区年平均相对湿度变化范围基本在70%~82%之间.主要土壤类型有水稻土、红壤、黄壤、黄棕壤、新积土、石灰土、紫色土、棕壤、黄褐土、粗骨土等.其中,紫色土是库区分布面积最广的土壤类型,黄壤是库区第二大类土壤类型.三峡库区水系发达,江河纵横,水库入库年均径流量4 510亿m3.
三峡库区地带性植被为常绿阔叶林,由于库区开发历史悠久,经过数千年的垦殖,森林植被生态系统的结构和功能已受到严重干扰破坏.库区现有植被类型包括常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、暖性针叶林和温带暗针叶林和灌草丛等.
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本研究100份试验材料来自于三峡库区重庆段的巫山、巫溪、城口、奉节、开县、酉阳等6个区县.挑选生长良好的漆树、采集成熟漆籽,材料具体信息见表 1.在具体的数据采集过程中,采用现场调查法记录漆树生长的立地条件、形态特征、生长量,收集目标树的具有代表性的果实5~10粒,通过室内分析获得其果实(籽粒)产量等相关信息.
1.1. 研究区域概况
1.2. 试验材料
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根据研究目的,本研究共选出26个三峡库区漆树资源优树筛选评价指标,设定2种情况:各指标权重相等(情景1) 以及各指标权重不等(情景2),分别对2种情景下的漆树优选综合评价指数进行计算.计算前,先对非数值型数据进行数值型转换.为避免指标间量纲不同的影响,采用极差标准化法对原始调查数据进行标准化处理.
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将26个评价指标按漆树生长的立地条件、形态特征、生长量、果实(籽粒)产量分为4大类,构建以目标层、中间层、指标层为3个层次的漆树优选评价指标体系.其中,目标层为三峡库区漆树资源优树;中间层为生长的立地条件、形态特征、生长量、果实(籽粒)产量,指标层以中间层为依据,建立由26个指标组成的评价指标体系(图 1).
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为后续计算,本研究参考蒋艾平等[10]方法,将坡向、土壤类型、树龄、树形、树皮颜色、树叶颜色、果实颜色、果实形状、生长势等非数值型指标转换为数值型数据(表 2).
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本文根据指标的基本性质和作用,采用极差标准化进行数据变换.本文把标准化分值设定在0~1之间,得出100株漆树优树评价指标的标准化数值,所用处理公式为[11]
正向指标得分:
负向指标得分:
式中,Ai和Bi为参评因子第i级的分级标准化值,xi为参评因子第i级的实际值,xmin和xmax分别为参评因子的最小值及最大值.其中,除了土层厚度为负向指标外(即土层越薄,越不利于漆树生长),其余指标均为正向指标.
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1) 各指标权重相等时(情景1)
不考虑人为因素影响,将26个评价指标设定为相同权重,即各指标权重分别为1/26=0.038 5.
2) 各指标权重不等时(情景2)
评价指标的权重决定了各个因子对最终目标层的贡献大小.为避免片面性和主观性,本研究采用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)对三峡库区漆树资源进行评价,并初步筛选漆树优树.具体而言,在建立评价指标体系后,计算各指标的权重值,采用两两比较的形式对每一层次的因素建立判断矩阵,用Satty TL提出的“1~9比率标度法”(表 3)进行定量评价[12].通过计算判断矩阵的特征值和特征向量,得到各层次因素关于上一层次因素的相对权重(层次单排序权值),并检验矩阵的一致性.当判断矩阵的随机一致性比率CR=CI/RI<0.1时,则认为判断矩阵具有满意的一致性.自上而下地用上一层次因素的相对权重加权求和,求出各层次因素关于总目标的综合重要值(层次总排序权值).
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本研究用综合评价指数法计算出漆树优选评价综合指数(E),根据其分值最终确定漆树的优良程度.
式中,Wi为各种指标的权重,Xi为各指标标准化后数值,n为评价指标的个数.
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将100株漆树视为取样重复,采用独立样本T检验对两种情景下的漆树优选评价综合指数进行分析,数据分析运用SPSS 20.0软件进行.
2.1. 漆树优选综合评价指数计算
2.1.1. 评价指标体系的构建
2.1.2. 非数值型数据的前处理
2.1.3. 评价指标的标准化处理
2.1.4. 各评价权重设定
2.1.5. 漆树优选评价综合指数的构建
2.2. 两种情景下漆树综合评价指数的比较
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根据确定评价指标权重的基本步骤,采用层次分析法分别对目标层和中间层建立判断矩阵(表 4~8),逐层设置出漆树优选评价各指标的权重值(表 9). 26个评价指标中,含油率、生长势、种仁质量、出仁率、千粒质量、果实质量在总指标体系中的权重最大,分别为0.143 9,0.101 5,0.080 3,0.080 3,0.063 8,0.044 5.
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对2种情况下的100株漆树综合评价指数分别计算、排序发现,除个别树木外,情景1中综合评价指数较高的漆树在情景2中指数也较高.情景1和情景2下,100株漆树综合评价指数平均值分别为0.537 0和0.538 2,T检验结果表明,2种情况下的漆树综合评价指数差异无统计学意义(p=0.906>0.05,表 10).总体来看,情景1中100株漆树综合评价指数中位数略高于情景2,但最大值、最小值均低于情景2;与情景1相比,情景2中100株漆树综合评价指数分布更密集,标准差更小(表 10,图 2).
进一步分析表明,在权重不相等的情况下(情景2),排名前20%的树木中,有13株在情景1中排名也在前20%.其余7株分别为WX23,FJ33,FJ22,WX45,CK34,CK28,CK10,在情景1中,其排名分别为25,34,27,24,29,49,52(图 3).
综合评定2种情况下的100株漆树综合评价指数及其排序,考虑本研究主要目的是筛选出优良油料漆树木本植物,故优先选择情景2中的综合排序靠前的60株漆树(表 11).其中,城口14株,奉节19株,巫山11株,巫溪16株.
3.1. 指标权重不等时的权重设定
3.2. 漆树优选综合评价指数
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选取26个评价指标,采用AHP法,分别对指标权重相等(情景1) 和不等(情景2)2种情况下的重庆100株漆树进行综合评价表明,100株漆树综合评价指数差异无统计学意义;优先选择各指标权重不等(情景2) 时排名靠前的60株漆树优质树木,分别来源于城口14株,奉节19株,巫山11株,巫溪16株.
就三峡库区漆树的分布而言,本次调查取样在城口居多(表 1).城口地处渝、川、陕3省(市)交界处,气候温和,雨量充沛,日照较足,四季分明,与其他区县相比,更加适合漆树的生长.然而,最终筛选出的60株漆树优树中,来源于城口的仅14株,占优树的23.33%,由此说明,在筛选优质种源时,不仅要考虑区域的地理、气候条件,还需综合考虑植物长势、果实数量和质量等.由此,本文选用层次分析法(AHP)进行三峡库区漆树优树初选较为合理.
层次分析法是20世纪70年代由美国运筹学家Saaty T L提出的一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法,用以解决各类复杂系统分析与决策中目标优选、排序等问题[13],已被广泛运用于各行业[14].在本研究中,在充分考虑以上原则的基础上,选取26个指标对三峡库区范围内漆树种源进行综合评价.为考察AHP法的可靠性,我们对各指标权重相等时(情景1) 和各指标权重不相等时(情景2) 的评价结果进行对比分析.研究表明,2种情况下的漆树综合评价指数差异无统计学意义(表 10),但情景2中的综合评价指数分布更为集中(图 2).这是因为采用AHP法设置权重时,各指标权重不等,有的指标标准化数值大,但该指标权重小,从而减小了不同编号漆树两者乘积之间的差距,进而缩小了综合评价指数分布的范围.
此外,来源于不同区县的漆树具有不同的综合评价指数,最大值和最小值间存在一定差异(表 10),表明其可能存在一定的遗传多样性.由于种群距离较远、基因交流机会少、结实母株减少等原因,从而限制了种群的发展壮大[15-16].很多研究表明,生境片段化将会造成遗传多样性降低[16-17].同时,在种内遗传漂移、突变、迁移等因素的影响下,不同地理位置的同一物种在形态和生理特性等方面产生明显差异,最终形成特定的地理种源.研究树种地理种源间的生长和适应性变异,为研究区域筛选经济性与适应性较佳种源,是种源试验的重要内容[18].李建民[19]对同种源马褂木的研究表明,树高、胸径、冠幅、枝下高随立地条件的改善而增加.周志春等[20]也发现,立地条件差异会影响木荷种源生长性状和分支性状.不同种源的蒙古栎具有不同的生长性状[21].
表型变化是物种进化的重要方面,反映了种群对不同环境的适应状况[22],表型多样性是遗传多样性与环境多样性的综合体现.因此,本研究的考察指标也包括树皮颜色、树叶颜色、果实颜色、果实形状、果实横径、果实纵径、种仁横径、种仁纵径等表现型指标.研究表明,除与果实(籽粒)产量相关的指标权重较高外,有关立地条件的指标权重较低(表 9).这是因为本研究以筛选具有更高经济潜力的漆树为目标,故更加重视漆树的果实(籽粒)状况.
综上所述,本文采用AHP法对三峡库区漆树资源优树进行初选研究.该方法提供了层次思维框架,通过对比进行标度,把定性判断与定量推断结合,增强了科学性和实用性.来源于不同区域的漆树具有不同的综合评价指数,存在一定的地理变异.经AHP法设置指标权重后,100株漆树的综合评价指数分布较各指标权重相等时更为紧密.最终选择运用AHP法分析,得出排名靠前的60株漆树优质树木.
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