杭州西湖秋季植物群落色彩的定量研究

劉艷偉，蔡建國,3*，舒美英

(1. 浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，杭州 311300；2. 浙江農(nóng)林大學(xué)暨陽學(xué)院，諸暨 311800；3. 浙江農(nóng)林大學(xué)園林設(shè)計院有限公司，杭州 311300)

目前對于植物群落美景度的調(diào)查研究主要集中在植物群落結(jié)構(gòu)及植物群落生態(tài)等方面[1-2]。調(diào)查園林植物景觀不僅要了解植物的形態(tài)生理特征，還應(yīng)認真研究植物群落色彩配置理論。色彩給人最直接、最強烈的視覺感受，會引起一定的生理變化，產(chǎn)生一定的心理活動[3]，也是群落景觀美景度評價中權(quán)重占比較高的因素[4-5]。而對于植物色彩的研究多集中在單株植物色彩量化[6]，植物群落色彩配置的理論有待進一步研究。

杭州西湖作為5A 級國家景區(qū)，經(jīng)南線、北線環(huán)境改造，如今大多已形成特色鮮明、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、具有豐富變化、能滿足相應(yīng)功能的植物景觀，并得到普遍認可。秋季是植物季相變化最強烈的季節(jié)，是植物葉色變化的關(guān)鍵時期。作者對西湖秋季植物群落中秋色葉色彩面積占比進行量化研究，以期對亞熱帶地區(qū)秋季植物景觀的配置方式提供一定指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

杭州位于東經(jīng)118°21′ ～ 120°30′， 北緯29°11′ ～30°33′，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨量充沛。夏季氣候炎熱；冬季寒冷干燥，春秋兩季植物色彩豐富且氣候宜人，是觀光旅行的好時節(jié)。全年平均氣溫在18 ℃左右。

杭州西湖是自然風(fēng)貌與人文景觀并舉的國家重點風(fēng)景名勝區(qū)，其三面環(huán)山、一面圍城的地勢格局和亞熱帶季風(fēng)氣候的氣候特點，為營造豐富的植物群落景觀創(chuàng)造了先天獨厚的條件。此外，杭州作為重要的歷史古都，城市發(fā)展悠久，文化底蘊深厚，可以說西湖是集自然、人文、藝術(shù)于一身的園林景觀。西湖豐富的植物群落景觀，得到大家廣泛的認可和喜愛。因此，以西湖秋季植物群落景觀為研究對象，對于指導(dǎo)亞熱帶地區(qū)秋季植物景觀的配置具有積極的意義。

1.2 調(diào)查范圍

植物群落取自3 個公園：曲院風(fēng)荷公園、花港觀魚公園和太子灣公園（圖1）。這些公園觀賞度高，文化底蘊深，植物群落景觀多樣且色彩豐富，對秋季植物群落色彩定量研究具有重要意義。

圖1 調(diào)查范圍Figure 1 Survey scope

1.3 研究方法

于11 月中旬，在晴朗、能見度高的天氣條件下拍攝 47 處樣地的景觀照片。依據(jù)拍攝規(guī)范：順光條件下拍攝且不使用閃光燈；統(tǒng)一使用佳能60S照相機，采用16 mm 的焦距，保持拍攝高度相同，選取3 個公園中觀賞點處的植物群落景觀進行攝影；盡量保證區(qū)域內(nèi)無建筑物、輸電線路、野生動物儀器設(shè)備等非構(gòu)景要素； 拍攝照片的日期盡量接近[7-8]。

1.3.1 秋色葉色域面積占比的計算 秋色葉色域面積占比指標(biāo)，即在人視域范圍內(nèi)的植物群落景觀，視野中秋色葉顏色面積所占植物群落面積的百分比，這一指標(biāo)主要是借助照片來衡量植物群落空間的秋色葉面積占比。有研究證明基于照片的景觀偏好評價與基于現(xiàn)場景觀評價是高度相關(guān)的[9-10]，故本次研究以照片作為計算人的視野中秋色葉面積占比的評價媒介。

秋色葉色域面積占比的計算法：圖像處理軟件（常用Photoshop）可以統(tǒng)計出一張圖片及圖中任意形狀（選區(qū)）的像素數(shù)，因此廣泛用于任意形狀的面積與分析中[11]。將待計算色彩面積的圖片導(dǎo)入Photoshop 中，通過直方圖查看整個圖像的像素值，記為該圖片的總像素。然后新建圖層，在新的圖層上借助畫筆工具，將圖片中綠色植物所占的部分，手動覆蓋同一顏色，之后在直方圖中查看新建圖層的像素值，該值即為圖片綠色部分像素。再新建一圖層，在新的圖層上將圖片中秋色葉植物所占的部分手動覆蓋同一顏色，之后在直方圖中查看新建圖層的像素值，該值即為圖片黃色部分像素。最后通過計算公式K=秋色葉部分像素/植物群落總像素，計算出植物圖片中的秋色葉樹色彩面積占比，該值即為圖片所代表的觀察點拍攝方向的秋色葉色域面積占比數(shù)值（圖2）。

圖2 像素計算法示意圖Figure 2 Schematic diagram of pixel calculation

1.3.2 SBE 美景度評價 美景度評價法（scenic beauty estimation，簡稱 SBE 法）是 Daniel 和Boster 提出的一種心理物理模式評價方法，是心理物理學(xué)派中最具有科學(xué)性、敏感性、廣泛性的實用方法，該方法給測試者展示不同的風(fēng)景圖片讓其進行打分，最終得到景觀的美景度量化表[12]。

將拍攝的47 張秋季群落的樣本照片制作成幻燈片，設(shè)置每張幻燈片播放的時間為 8 s，70 位評判人員對每張幻燈片上的照片進行植物景觀評分。評價等級從-2～2 依次代表很不喜歡、不喜歡、一般、喜歡和很喜歡5 個等級[13-14]。

為了消除不同個體之間評價標(biāo)準(zhǔn)的差異，采用美景度標(biāo)準(zhǔn)化公式將評判者的評價分值進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。將每張照片對應(yīng)所有評價者的標(biāo)準(zhǔn)化值計算平均分得到該植物群落標(biāo)準(zhǔn)化 Z 值，即該植物群落的美景度值（SBE 值）。SBE 值能夠反映各個植物群落的景觀美學(xué)特性，同時還能反映評判者的審美趨向。具體公式如下：

式中：Zxy是第y個評判者對第x張照片的標(biāo)準(zhǔn)化值；Rxy是第y個評判者對第x張照片的評分值；Ry是第y個評判者對所有的群落樣本的評分值的平均值；Sxy是第y個評判者對所有的群落樣本的評分值的標(biāo)準(zhǔn)差；Zx是第x張照片的景觀標(biāo)準(zhǔn)化得分值；Ny是評判者總?cè)藬?shù)。

通過以上公式能得出每一位評判者對每張植物群落景觀照片的 SBE 值，每個群落植物景觀的所有評判者評判的 SBE 值進行求和算平均值為該群落植物景觀標(biāo)準(zhǔn)化值。

2 結(jié)果與分析

2.1 秋色葉色域面積占比分析

就西湖環(huán)湖區(qū)3 個公園中重要觀景點處的植物群落進行照片拍攝，共獲得47 張秋季植物群落景觀的照片。按照上述方法對秋色葉的面積占比進行量化，并以0.5 為界，將所得數(shù)據(jù)進行分類整理得出如圖3 所示的點狀圖。在47 處景觀照片中，秋色葉色域面積 ＞ 0.5 的照片有17 張，占總數(shù)的36%；秋色葉色域面積 ＜ 0.5 的照片有30 張，占總數(shù)的64%，且有的植物群落秋色葉色域面積占比為0 或接近0。這與亞熱帶常綠闊葉林為主的自然分布特征相吻合。在圖3（a）中秋色葉的面積占比主要分布在0.55 ～ 0.8區(qū)間范圍內(nèi)；圖3（b）中秋色葉的面積占比主要分布在0 ～ 0.5 區(qū)間內(nèi)，數(shù)據(jù)比較分散。于是對所獲得的照片做進一步美景度評價，篩選出人們喜愛的秋季景觀。

圖3 植物群落中秋色葉色域面積占比Figure 3 The proportion of autumnal leaf gamut area in plant community

2.2 SBE 美景度評價

將問卷表中的喜歡、很喜歡歸為積極的景觀評價，不喜歡、很不喜歡歸為消極的景觀評價，一般為中立的景觀評價，對3 種景觀評價態(tài)度出現(xiàn)的頻數(shù)進行統(tǒng)計，得出如圖4 所示的折線圖。由圖4 中的信息可知，對西湖47 處植物群落的美景度評價普遍呈積極的態(tài)度，出現(xiàn)的頻數(shù)大致分布在40 ～ 60區(qū)間范圍內(nèi)，約占評價總?cè)藬?shù)的56% ～ 86%；消極的美景度評價態(tài)度普遍偏低，甚至為零，頻數(shù)最高不超過10；群落32 和35 是僅有的中立評價頻數(shù)大于積極評價頻數(shù)，群落景觀相對較差。就全部數(shù)據(jù)而言，植物群落景觀評價呈現(xiàn)積極的趨勢，側(cè)面體現(xiàn)西湖植物景觀的匠心營造。

圖4 評價態(tài)度出現(xiàn)的頻數(shù)Figure 4 FreKuency of appraisal attitude

圖5 是問卷調(diào)查中積極態(tài)度出現(xiàn)的頻率，以0.5為積極與不積極（中立和消極）的分界線，除群落32 和35 外，其他群落的頻率都高于0.5，呈現(xiàn)積極的評價態(tài)度，觀賞性相對較高；再以0.7 為分界線，將 ＞ 0.7 的群落，列為接受程度很高，觀賞性很高的群落，分別有1、2、4、6、8、11、13、16、17、18、19、21、22、27、28、30 和42 這17 個植物群落（表1）。

表1 色域值大于0.5 圖像處理結(jié)果Table 1 The gamut value more than 0.5 image processing results

圖5 秋季植物群落的積極態(tài)度分布頻率Figure 5 Distribution FreKuency of positive attitude in autumn plant community

從47 個植物群落SBE 標(biāo)準(zhǔn)化值的柱狀分布圖（圖6）中，可獲取SBE 標(biāo)準(zhǔn)化值 ＞ 0 的植物群落為1、2、3、4、6、8、11、12、13、16、17、18、19、21、22、27、28、30、31 和42 這20 個群落。

圖6 秋季植物群落SBE 得分柱狀圖Figure 6 Histogram of SBE score of plant community in autumn

將圖5 中積極評價頻率中＞ 0.7 的數(shù)據(jù)與圖6中＞ 0 的SBE 標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值進行對比分析（圖7），評價頻率變化大致與SBE 標(biāo)準(zhǔn)化值變化呈同步，評價頻率＞ 0.7 的群落序號和SBE 標(biāo)準(zhǔn)化值 ＞ 0 的群落序號大致相同。可見在美景度問卷中，頻率與SBE標(biāo)準(zhǔn)化值均可以表現(xiàn)評價者對群落景觀的態(tài)度。將滿足這兩個條件的群落進行整理，有1、2、4、6、8、11、13、16、17、18、19、21、22、27、28、30和42 這17 個群落。

圖7 秋季植物群落＞0 的SBE 得分值與積極太度分布頻率Figure 7 SBE score of greater than zero and distribution FreKuency of positive attitude in autumn plant community

對17 個群落的秋色葉色域面積的比值進行點狀圖的繪制，如圖8 所示。由圖8 中點的分布可推測，在小于0.5 的數(shù)值中，即圖中圓形的點，秋色葉色彩面積比值接近0.4；在大于0.5 的數(shù)值中，即圖中正方形的點，秋色葉色彩面積比值接近0.7。對圖中圓形的點對應(yīng)的面積比值進行均值計算，得0.377，接近0.4；正方形的點對應(yīng)的面積比值進行均值計算，得0.699，接近0.7。準(zhǔn)化值和積極評價頻率較高。圖片30、 42 雖秋色葉面積占比不到0.1，但 SBE 標(biāo)準(zhǔn)化值和積極評價頻率較高。

圖8 SBE 值＞0 的植物群落的秋色葉色域面積占比Figure 8 The proportion of autumn leaf gamut area of plant community with SBE value more than zero

2.3 相關(guān)性分析

為進一步驗證植物群落美景度評價得分是否與比值0.4 和0.7 有關(guān)，利用SPSS 軟件對兩者進行相關(guān)性分析研究。文章對收集的47 張秋季植物群落的圖像進行美景度評價，將圖像按照分數(shù)由高到低進行排序，以X1、X2、X3…..來表示色域面積占比大于0.5 的圖片序號，以Z1、Z2、Z3…..來表示色域面積占比小于0.5 的照片序號。以K 值代表秋色葉色域面積的比值，為方便計算，用|K- 0.7|、|K-0.4|進行SBE 標(biāo)準(zhǔn)化值與秋色葉色域面積比值的相關(guān)性分析，所得結(jié)果如表1 和表2 所示。

表2 色域值小于0.5 圖像處理結(jié)果Table 2 The gamut value less than 0.5 image processing results

在秋色葉色域面積占比小于0.5 的相關(guān)性分析中，SBE 標(biāo)準(zhǔn)化值與|K-0.4|兩者存在相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)為-0.666，是強負相關(guān)關(guān)系（表3），即SBE標(biāo)準(zhǔn)化值越高，則|K-0.4|越小，秋色葉色域面積占比K 越接近0.4。

秋色葉色域面積占比大于0.5的相關(guān)性分析中，SBE 標(biāo)準(zhǔn)化值與|K-0.7|兩者存在相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)為-0.627，是強負相關(guān)關(guān)系（表3），即SBE 標(biāo)準(zhǔn)化值越高，則|K-0.7|越小，秋色葉色域面積占比K 越接近0.7，這與圖8 所示的結(jié)果相符。

表3 SBE 美景度標(biāo)準(zhǔn)化值與|K-0.7|、| K-0.4|相關(guān)性分析Table 3 SBE beauty degrees of standardized values and | K-0.7 |and | K-0.4 | correlation analysis

由上述相關(guān)性分析結(jié)合圖8 分析可知，在秋色葉色域面積占比小于0.5 的數(shù)據(jù)中，SBE 標(biāo)準(zhǔn)化值分布在0.4 數(shù)值上下；在秋色葉色域面積占比大于0.5 的數(shù)據(jù)中，SBE 標(biāo)準(zhǔn)化值的分布在0.7 左右。

3 結(jié)論

色彩評價是植物景觀評價中的重要部分，從色彩面積對比、美景度評價2 個方面對杭州西湖47處秋季植物群落進行量化分析。

在色彩面積對比量化研究中，通過對秋色葉色域面積占比的數(shù)量統(tǒng)計，47 處植物群落景觀的秋色葉的面積占比分布在0 ～ 0.8 的范圍，分布較散，沒有統(tǒng)一的規(guī)律。比值大于0.5 的群落數(shù)量有17 處，占36%；比值小于0.5 的有30 處，占64%，而且多處景觀中的秋色葉面積占比為0，這與杭州亞熱帶季風(fēng)性氣候的氣候條件相適應(yīng)，在此氣候的影響下，形成以常綠植物為主的植物分布特點，因此秋色葉面積占比小于0.5 的植物群落占比較大。

由美景度評價結(jié)果可知，評價人員對于西湖植物景觀大都持積極的態(tài)度，即對于每一張照片，喜歡、非常喜歡的人數(shù)較多，占總?cè)藬?shù)的56% ～ 86%。美景度標(biāo)準(zhǔn)化值中大于0 的群落景觀共有17 處，其中比值小于0.5 的數(shù)值接近0.4；比值大于0.5 的數(shù)值接近0.7。

對所得結(jié)果進行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，美景度值與|K-0.4|呈強負相關(guān)關(guān)系，與|K-0.7|呈強負相關(guān)的關(guān)系，即在比值＜ 0.5 的植物群落中，秋色葉色域面積占比越接近0.4，則SBE 評價值越高；在比值＞ 0.5的群落中，秋色葉色域面積占比接近0.7，SBE 值較高，觀景效果最好。所得數(shù)值與亞熱帶地區(qū)常綠與落葉數(shù)量種植比值不謀而合，且色域面積數(shù)值接近黃金分割的比值。這與趙秋月等人研究的亞熱帶地區(qū)植物群落主色比例在1/3 ～ 2/3 結(jié)論相吻合[8]，在此基礎(chǔ)之上，對最佳秋季主色比例給與具體的數(shù)值參考。