全 文 ：第 33卷 第 5期
2005年 9月 东 北 林 业 大 学 学 报JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UN IVERSITY Vo.l 33 No. 5Sep. 2005
干旱胁迫条件下臭柏群落灌丛生长的模糊综合评价分析1)
姜真杰 温国胜 范金凤
(浙江林学院 ,临安 , 311300) (东北林业大学)
摘 要 在对干旱胁迫环境下臭柏适应性进行研究的过程中 , 发现存在大量模糊现象和模糊数据 ,通过适当
给出模糊综合评判矩阵和权值 , 可以运用模糊综合评判方法分析干旱对臭柏群落灌丛生长的影响 , 结果表明该方
法与模拟实验结果一致 , 并使评价结果更具体 、直观。
关键词 模糊综合评价;臭柏;干旱胁迫
分类号 S718. 512. 3
Fuzzy Com prehensive A ssessm en t on the Grow th of Sab ina vu lgaris Patches under Drough t Stre ss /Jiang Zhenjie,
W en Guosheng(Zhe jiang Fo restry Co llege, L in’ an 311300, P. R. China);Fan Jinfeng(NortheastForestry University) / /
Jou rna l of No rtheast Fo restry Un ive rsity. -2005, 33(5). - 3 ～ 5
In the study o f adaptab ility o fSabina vulgaris under drough t stress, a la rge num be r of fuzzy da ta and phenom enaw e re
found. The effect of drough t on Sabina vu lgaris cou ld be ana lyzed by constructing a fuzzy comp rehensive asse ssmentm a trix
and w eigh t prope rly. Result indica ted that the result by the m ethod o f fuzzy comprehensive asse ssment w as consistent w ith
tha t o f the sim ula tion expe rim en.t M oreove r, the asse ssment conclusion w as mo re spec ific and in tuitionistic.
K ey words Fuzzy com prehensive assessm ent;Sabina vulgaris;D rought stress
面对日益严重的沙漠化 ,人类进行了各种尝试。大量的
研究结果表明 , 选择耗水少 、生态效益显著的植物是防风固沙
的一个重要途径 [ 1] 。臭柏(Sabina vulgaris)是一种低蒸腾 、低
水势的植物 , 在干旱 、半干旱地区能很好地保持生长与沙地水
分的平衡 , 生长旺盛 , 具有明显的防风固沙作用 ,一直受到人
们的关注 [ 2～ 4] 。臭柏主要集中分布在我国的西北地区 ,天然
分布以毛乌素沙地面积最大 [ 1] 。多年来 , 不少学者对其生理
生态学特性进行了大量的研究 ,通过野外实地测量得到了大
量真实可靠的数据 , 并对相关数据进行了各种分析 , 已经取得
许多有价值的成果 [ 1, 5 ～ 7] 。其中臭柏群落灌丛在干旱环境下
的生长模拟实验和野外调查研究长达 6 a之久 , 模拟实验和
野外调查结果均表明:在干旱胁迫条件下 , 臭柏群落灌丛的生
长受到一定的限制 , 尤其在高出地下水位 2 m以上的沙丘上 ,
个体生长困难 , 生长量下降日趋明显 ,强干旱胁迫区生长几乎
停止 [ 8] 。由于研究过程中存在大量的模糊现象和模糊概念 ,
笔者试图运用模糊综合评价方法对调查资料进行分析 , 并做
进一步的界限区分 , 从数学的角度出发 , 客观地分析结论的正
确性 [ 9, 10] 。
1 材料和方法
1. 1 野外调查
调查地位于中国毛乌素沙地开发整治研究中心北试验
地 , 地处北纬 38°57′～ 39°01′, 东经 109°02′～ 109°17′, 海拔
1 200 ～ 1 350 m。 本区总面积 87. 14 km2 , 其中流动沙地占
65%, 固定 、半固定沙地占 10%, 滩地占 25%。该地区属温带
大陆型半干旱气候区 ,年平均降水量 360 mm , 降水主要集中
于 7、 8、9三个月 , 约占年降水量的 60% ～ 70%;年平均蒸发量
2 300 mm , 是年均降水量的 6倍多。风大沙多 , 年均风速 3. 3
m s- 1 , 大风多发生在 4 ～ 5月份。
1)国家自然科学基金资助项目(30240033)。
第一作者简介:姜真杰 ,女 , 1968年 4月生 ,浙江林学院信息工程
学院 ,讲师。
收稿日期:2004年 12月 30日。
责任编辑:李金荣。
在调查区内选择 24个固定臭柏群落灌丛 , 于 1996 ～ 2000
年每年 7 ～ 8月份调查一次。调查项目有群落灌丛半径 、面
积 、中心最大树高及中心距地下水的距离。
1. 2 模糊综合评价方法
模糊综合评价是对各种受不确定因素影响的因子构造模
糊子集 ,得到模糊指标的量化 ,并利用模糊变换原理综合各项
指标。其具体实现步骤如下 [ 9]:
(1)建立评价对象因素集 , U={u
1
, u
2
, u
3
, … , u
n
}, 其中
u i代表 n个评价指标 , 分别赋予不同的权重 , 具体的权重分配
由经验或专家评分的方式给出。
(2)建立评价集 , V ={v1 , v2 , v3 , … , vm}。代表评价等级 、
分类的集合 , 每一等级可对应一个模糊子集。分别求出各单
一因素对评价集的隶属度 ,由于所取评价因子与群落灌丛生
长量成正相关关系 , 故选用升半梯形分布函数 ,该函数为分段
函数 ,可求出各指标的实际隶属度 , 以模糊关系矩阵 R表示 ,
每个 rij代表 ui隶属于 vj的程度。
R=
r11 r12 … r1m
r21 r22 … r2m
…
rn1 rn2 … rnm
,
(3)确定加权模糊向量 , 在臭柏群落灌丛生长的模糊综
合评价中 ,因为考虑到干旱对群落灌丛生长量的负面影响随
强度的加大而逐渐增强 , 所以其权重的确定以越干旱则权重
越大。得到行向量 A ={a i|i=1, 2, … , n},可知 A是 U上的
一个模糊子集 , A中的元素本质上是因素 ui的权重。(4)通过模糊矩阵的合成计算 A R , 求出模糊变换的结
果 B={bj|j=1, 2, … ,m},它是 V上的一个模糊子集 ,其中 b j
=∨n
i=1(a i∧ ri j), ( j=1, 2, … , m)。
如果评价结果∑m
j=1b j≠1,对其结果进行归一化处理。最终
的总体评价结果根据 B中各项的最大隶属度确定。
DOI牶牨牥牣牨牫牱牭牴牤j牣cnki牣dlxb牣牪牥牥牭牣牥牭牣牥牥牪
2 结果与分析
以 1996年至 2000年实测的毛乌素沙地天然臭柏群落灌
丛数据为研究对象 , 选取群落灌丛半径年平均生长量 、面积年
平均生长量以及中心最大树高年平均生长量作为评价因子进
行模糊综合评价。调查区内共选择了 24个固定群落灌丛作
为样本 , 每年 7 ～ 8月份采集一次数据。
模糊关系矩阵 R的建立由 rij的隶属度确定 , 隶属函数的
构造采用升半梯形分布函数计算 ,即
rij=
1 sj≥ci
sj /ci 0
式中:sj表示第 j个因子的实测数据 , ci是第 j个因子 5 a总的
平均生长量。若 s
j
超过 c
i
或呈负增长 ,则分别取值为 1和 0,
否则根据 sj年增长变化量计算变化率。
加权模糊向量的确定为:a i =d i /dm , 式中:d i表示第 i个
样本距地下水位的距离;dm 表示所有样本中距地下水位的最
大距离。
根据模糊矩阵的复合运算结果 ,得到表 1 ～表 3。从表中
最后一列数据(最大隶属度)可以清晰看出 , 随着地下水位的
降低 , 群落的半径 、面积和树高生长受干旱影响更加严重。表
中存在几个特例 , 主要考虑环境因素的影响 , 比如羊群啃食 、
人为破坏等。该结果与模拟实验结果一致 [ 3] , 将 24个群落按
照地下水位分成 3类:第一类地下水位为 138 ～ 190 cm , 第二
类地下水位为 246 ～ 322 cm , 第三类地下水位为 408 ～ 488 cm。
容易发现这三类群落样本的生长情况受干旱的影响逐步加
大 , 以第三类的影响最为严重。
表 1 1996～ 2000年群落灌丛半径生长情况及受干旱的影响程度
地下水
位 /cm
群落灌丛半径生长变化实测值 /cm
1996 1997 1998 1999 2000
最大隶
属度
138. 0 7. 6 13. 1 6. 5 3. 8 16. 6 0. 3
144. 0 - 0. 8 15. 9 13. 7 13. 7 3. 9 0. 2
147. 0 4. 8 12. 0 8. 9 7. 4 3. 9 0. 3
151. 0 12. 5 27. 8 23. 3 12. 5 8. 1 0. 3
153. 5 - 8. 4 33. 5 15. 7 - 9. 9 4. 1 0. 2
155. 5 6. 8 26. 6 8. 2 10. 7 6. 8 0. 3
158. 5 11. 8 23. 6 10. 0 16. 9 - 19. 5 0. 3
170. 5 8. 8 17. 6 1. 3 14. 9 - 7. 2 0. 3
179. 0 6. 0 20. 3 16. 1 7. 6 - 7. 8 0. 3
185. 5 10. 0 14. 9 - 2. 3 20. 1 14. 3 0. 3
188. 0 3. 1 15. 9 10. 4 7. 4 3. 8 0. 4
245. 5 34. 5 13. 7 20. 8 8. 6 0. 4
253. 0 20. 3 0. 3 8. 5 30. 0 2. 8 0. 4
265. 5 4. 8 37. 5 - 3. 0 - 0. 3 4. 5 0. 3
285. 0 5. 8 19. 4 15. 6 13. 0 5. 8 0. 5
297. 0 6. 8 14. 1 17. 0 16. 0 11. 3 0. 6
305. 0 17. 5 28. 0 - 14. 4 4. 4 7. 6 0. 5
321. 5 3. 0 34. 3 - 4. 7 5. 6 - 3. 4 0. 3
407. 5 9. 0 21. 8 1. 1 15. 1 5. 1 0. 6
422. 5 7. 0 34. 4 - 18. 8 3. 1 1. 6 0. 5
425. 2 - 2. 5 30. 0 15. 6 - 3. 4 13. 6 0. 7
457. 7 3. 8 43. 1 16. 8 9. 4 - 6. 7 0. 6
470. 5 10. 4 10. 6 13. 8 - 5. 7 0. 8
488. 0 23. 8 5. 9 15. 4 8. 1 0. 8
表 2 1996 ～ 2000年群落灌丛面积变化情况及受干旱的影响程度
地下水
位 /cm
群落灌丛面积变化实测值 /m2
1996 1997 1998 1999 2000
最大隶
属度
138. 0 4. 0 6. 2 0. 9 1. 8 9. 2 0. 3
144. 0 - 0. 4 4. 9 4. 2 6. 2 1. 1 0. 2
147. 0 2. 4 5. 8 2. 9 - 2. 2 1. 9 0. 2
151. 0 6. 8 15. 5 8. 9 7. 3 4. 7 0. 3
153. 5 - 3. 8 12. 8 0. 1 - 5. 1 1. 8 0. 1
155. 5 1. 5 6. 2 1. 9 2. 7 1. 7 0. 3
158. 5 6. 3 12. 8 - 12. 7 27. 6 - 10. 6 0. 2
170. 5 3. 8 7. 9 5. 7 7. 1 -3. 4 0. 3
179. 0 1. 6 6. 3 4. 7 2. 8 -2. 4 0. 3
185. 5 2. 6 4. 0 - 1. 2 5. 4 4. 0 0. 3
188. 0 1. 0 5. 2 5. 5 2. 5 1. 3 0. 4
245. 5 0 22. 1 24. 4 14. 9 5. 9 0. 4
253. 0 7. 3 10. 7 1. 0 0. 2
265. 5 1. 3 12. 0 - 2. 4 0. 6 1. 1 0. 3
285. 0 4. 2 14. 3 13. 4 8. 0 5. 3 0. 6
297. 0 3. 9 8. 2 9. 3 9. 9 6. 0 0. 6
305. 0 2. 8 4. 9 - 1. 7 0. 7 1. 3 0. 5
321. 5 0. 5 22. 8 - 39. 0 2. 6 -0. 7 0. 2
407. 5 2. 6 6. 3 - 0. 4 1. 1 1. 5 0. 6
422. 5 2. 2 11. 7 - 17. 9 1. 5 0. 5 0. 2
425. 2 - 1. 0 8. 8 2. 9 4. 5 5. 6 0. 7
457. 7 1. 8 19. 9 8. 9 5. 8 -4. 6 0. 6
470. 5 18. 5 4. 1 1. 9 5. 5 -2. 3 0. 6
488. 0 13. 6 5. 8 - 2. 8 4. 4 2. 5 0. 7
表 3 1996～ 2000年群落灌丛中心树高生长情况及受干旱的影响程度
地下水
位 /cm
群落灌丛中心树高生长变化实测值 /cm
1996 1997 1998 1999 2000
最大隶
属度
138. 0 -47. 0 26. 0 0 0 0 0. 2
144. 0 -48. 0 52. 0 0 0 0 0. 2
147. 0 -28. 0 36. 0 - 12. 0 0 0 0. 2
151. 0 -11. 0 12. 0 15. 0 0 0 0. 2
153. 5 -40. 0 46. 5 8. 5 0 0 0. 2
155. 5 14. 0 2. 0 0 0 0 0. 3
158. 5 -75. 0 80. 0 - 4. 0 0 0 0. 1
170. 5 -11. 0 36. 0 27. 0 0 0 0. 2
179. 0 -21. 0 28. 0 9. 0 0 0 0. 2
185. 5 -40. 0 40. 0 3. 0 0 0 0. 3
188. 0 4. 0 2. 0 - 28. 0 0 0 0. 1
245. 5 18. 0 8. 0 - 22. 0 0 0 0. 4
253. 0 - 5. 0 7. 0 6. 0 0 0 0. 4
265. 5 - 7. 0 15. 0 1. 0 0 0 0. 4
285. 0 -10. 0 20. 0 6. 0 0 0 0. 5
297. 0 -28. 0 36. 0 - 1. 0 0 0 0. 4
305. 0 - 3. 0 18. 5 - 18. 5 0 0 0. 3
321. 5 10. 0 - 7. 0 6. 0 0 0 0. 4
407. 5 - 5. 0 15. 0 5. 0 0 0 0. 5
422. 5 - 6. 0 41. 0 - 5. 5 0 0 0. 2
425. 2 -15. 0 6. 0 2. 0 0 0 0. 7
457. 7 -103. 0 110. 0 - 9. 0 0 0 0. 6
470. 5 -43. 0 38. 0 19. 0 0 0 0. 6
488. 0 26. 0 - 14. 0 1. 0 0 0 0. 6
3 结论与讨论
通过选择合理的模糊评判矩阵 ,运用模糊综合评价方法
可以更直观地对干旱条件下臭柏群落灌丛的生长情况进行分
4 东 北 林 业 大 学 学 报 第 33卷
析和验证 , 且分析结果更可靠 、合理。
毛乌素沙地不同地理条件下臭柏灌丛的生长量是不同
的 , 这种差异与地下水位的关系密切 ,即随着距地下水位距离
的增大 , 干旱胁迫逐渐加剧 , 臭柏灌丛的半径生长量逐渐减
小 , 最大树高也有降低的趋势。干旱胁迫对臭柏生长的抑制 ,
特别是强干旱胁迫条件下 , 臭柏个体生长连年下降 , 以致于个
体难以维持 , 逐渐枯死 [ 8] 。这种干旱胁迫与臭柏灌丛生长的
关系可在模糊综合评价中的最大隶属度上被定量地表现出
来。
臭柏年生长量与降水量 , 特别是生长期的降雨量呈正相
关 [ 8] 。经分析 , 1996 ～ 2000年 , 群落灌丛半径年生长量有下
降趋势 , 特别是沙丘上部的臭柏群落灌丛中心衰退现象明显 ,
有些群落灌丛中心已形成 “秃顶” ,这种群落灌丛衰退趋势应
引起足够的重视。因此 ,建议在今后毛乌素沙地臭柏资源利
用管理过程中 , 高出地下水位 2 m以上的沙丘上部可视为强
干旱胁迫区 , 为了防风固沙 ,在人工造林时 , 要控制规模和密
度 , 以减轻干旱胁迫;高出地下水位 2 m以下的沙丘及覆沙滩
地可视为弱干旱胁迫区或无干旱胁迫区 , 可作为人工造林适
宜栽植地段 , 逐渐扩大其造林面积。
参 考 文 献
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学与综合研究 , 2004, 20(4):303 ～ 306
10 刘普寅.模糊理论及其应用.长沙:国防科技大学出版社 , 1998
(上接 2页)钙依赖蛋白激酶 3(ca lcium - dependen t prote in ki-
nase 3)、钙调蛋白(calm odu lin)等;(2)活性氧清除类基因 , 如
M n -SOD(m anganese superox ide d ism utase)、谷胱甘肽还原酶
(g luta thione reductase)等;(3)细胞防御类基因 , 如脱水诱导
蛋白(dehydration - responsive pro te in RD22)、干旱诱导蛋白 1
(drought - induced pro tein 1)等;(4)蛋白质代谢类基因 , 如真
核翻译起始因子 5A - 2(eukaryo tic translation initiation facto r
5A -2)、泛素交联酶(ubiquitin - conjuga ting pro te in)等;(5)细
胞代谢类基因 , 如苹果酸脱氢酶基因(M ala te dehydrogenase)、
硫 -腺苷甲硫氨酸合成酶基因 (S - adenosy lm ethionine syn-
the tase)等;(6)光合作用相关基因 , 如 RuBisCO小亚基 3
(RuB isCO sm a ll subunit 3)、光系统 I反应中心亚基 IV B(Pho-
tosystem I reac tion center subunit IV B)等;另外还发现了一些
功能未知基因和部分新基因。文库中包含大量已知抗旱相关
基因 , 说明消减文库构建成功。
图 5 1%琼脂糖凝胶电泳检测插入片段
M. DL2000;1～ 10.重组质粒 PCR产物
3 讨论
抑制性消减杂交法是寻找重要功能基因的新方法 , 它通
过单链 Tester cDNA的消减均等化 , 以及两轮抑制性 PCR使
高低丰度的差异表达基因均能有效地进行分离 , 并可同时得
到多条片段 [ 5, 6] 。而且它设计巧妙 ,操作简便 , 初始 mRNA只
需 1 ～ 2μg, 前后只需 3 ～ 4 d, 即可得到 PCR扩增的差减 cD-
NA群体。通过 T /A克隆建立 cDNA文库 , 从而方便以后的
筛选 、鉴定等研究工作 ,这些是其它分离差异基因方法所不具
备的优势 [ 7] 。随着人类基因组计划和微生物全基因组测序
的逐渐完成 , 以及基因芯片技术的成熟 , SSH与 M icroarray结
合将促进差异基因的大规模快速筛选 [ 8] 。 SSH技术自 1996
年问世以来便受到广泛关注 , 到目前为止已有许多成功报道 ,
但该技术在动物研究领域应用较多 , 而应用于植物的研究则
较少。植物的抗旱性是数量性状 , 涉及了大量基因的协同作
用 ,因此 , 对抗旱机理的研究需要选择能够同时对众多基因的
表达进行研究的高通量技术。 SSH技术由于具有以上优点 ,
是研究植物抗旱机理的首选技术。
本研究建立了多枝柽柳干旱胁迫诱导表达基因的 SSH
正反 cDNA文库。通过对正反向消减文库克隆的测序和对这
些基因的进一步表达分析 ,将会对柽柳抗旱机理有系统的认
识 ,同时 ,也为柽柳重要抗旱基因的选择和克隆奠定了基础。
参 考 文 献
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5第 5期 姜真杰等:干旱胁迫条件下臭柏群落灌丛生长的模糊综合评价分析