杭州西湖公园绿地春季植物群落色彩量化分析

周江浩 蔡建国 张雨熙 舒美英

摘要 选取杭州西湖花港观鱼及太子湾公园典型植物群落为研究对象，利用Matlab自拟程序提取植物群落图像色彩，结合SBE美景度评价分析植物群落色彩与公众视觉偏好的相关性。结果表明：群落样地的色相占比以黄色系和黄绿色系为主，明度和饱和度主要为中饱和度—低明度模式；美景度评价结果表明，植物群落春季视觉景观质量较好，红色（H1）、橙红色（H2）、橙色（H3）、橙黄色（H4）、灰色（GR）占比及春花类植物物种数量与美景度评价结果呈显著正相关，绿黄色（H7）、草绿色（H8）与美景度评价结果呈显著负相关。最后提出杭州西湖公园绿地植物群落色彩优化策略。

关键词 植物群落；色彩量化；美景度评价；杭州西湖

中图分类号 S688  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）11-0117-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.11.025

Quantitative Analysis of Spring Plant Community Color in the Green Space of Hangzhou West Lake Park

ZHOU Jiang-hao1，CAI Jian-guo1，2，ZHANG Yu-xi1 et al

（1.School of Landscape and Architecture，Zhejiang A&F University，Hangzhou，Zhejiang 311300;2.Landscape and Architecture Institute Co.Ltd.，Zhejiang A&F University，Hangzhou，Zhejiang 311300）

Abstract The typical plant communities of Hangzhou West Lake Flower Port and Prince Bay Park were selected as the research objects，and the Matlab self-simulated program was used to extract the image color of plant community，and the correlation between plant community color and public visual preference was analyzed based on SBE beauty evaluation.The results showed that the proportion of hue in the community plot was mainly yellow and yellow-green，and the brightness and saturation were mainly medium saturation-low brightness mode.The results of beauty evaluation showed that the quality of the visual landscape of plant communities in spring was good，and the proportion of red （H1），orange-red （H2），orange （H3），orange-yellow （H4），gray （GR） and the number of spring flowers were significantly positively correlated with the beauty evaluation results，and green-yellow （H7） and grass green （H8） were significantly negatively correlated with the beauty evaluation results.In this regard，the color optimization strategy of plant community in Hangzhou West Lake Park was proposed.

Key words Plant communities;Color quantification;Beauty evaluation;Hangzhou West Lake

基金项目 国家自然科学基金项目“基于植物固碳能力和群落碳汇作用分析的低碳城市园林植物景观模式研究——以杭州西湖风景名胜区为例”（31270743）。

作者简介 周江浩（1999—），男，浙江温州人，硕士研究生，研究方向：风景园林植物应用。*通信作者，副教授，硕士生导师，从事植物景观设计和生态效益评估、植物多样性、家庭园艺研究。

收稿日期 2023-08-07

植物作为景观中最重要的元素之一，通过色彩、质感和形式传达审美情怀。植物的色彩是人主观视觉的第一特征，是影响景观视觉质量的重要因素［1］。与其余景观要素不同，植物是自然因素的体现，并且有着丰富的四季变化［2］。春季是植物景观重要的观赏季节，春季花卉色彩是人们最关注的景园色彩之一［3］。近年来，已有大量关于公园绿地植物色彩观赏特征及应用的研究［4］，但针对植物群落春季色彩特征的研究仍相对较少，且少有研究开展春季植物群落色彩与公众视觉偏好间的相关性分析。笔者针对杭州西湖花港观鱼及太子湾公园植物群落进行色彩量化解析，结合SBE美景度评价提取优质植物群落，并提出相应景观色彩优化策略，以期为城市公园绿地植物群落景观色彩提升改造提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

西湖风景名胜区位于杭州市区西部，与杭州城区紧密相融，为首批国家级重点名胜风景区之一。该地区属亚热带季风气候区，四季分明，植物资源丰富［5］。太子湾公园、花港观鱼公园位于杭州西湖西南面，是杭州重要的风景游憩地，2处公园植物景观规划建设至今已有数十年，公园内植物物种丰富，植物群落季相变化明显，色彩鲜明。

1.2 群落样地设置

在公园内选取12个色彩典型的植物群落进行实地调查，样地以道路、水体等景观要素为边界，保证群落样地的完整性。群落样地根据立地位置分为草坪边缘群落、临水群落、景观建筑边缘群落。调查记录样地内的植物物种组成、植物数量、空间位置关系、生活型及植物观赏特征。

1.3 研究方法

1.3.1 群落照片采集。

于3月15日至4月26日选取晴朗少云或光线条件较好的阴天对典型群落样地进行照片取样，拍摄时间为10：00—15：00，视点高度固定170 cm，拍摄角度均为顺光。拍摄共得到389种照片，对群落照片进行白平衡及颜色校正，剔除照片内天空、园路等植物要素以外的内容［6］。从拍摄的照片中选取能代表群落样地春季色彩特征的照片进行量化分析。

1.3.2 色彩量化方法。

HSV色彩模式相比于其他色彩模式，更贴近人眼的视觉感知特性，适合应用于植物群落色彩量化解析［7］。HSV色彩模型将色彩信息归为3种属性，即色相H、饱和度S和亮度V，可用三维空间坐标系统表示［8］。将HSV颜色模型非均匀分化为H∶S∶V=19∶4∶4，共304种色彩。量化色彩中，有些颜色是人眼难以区分的。当明度在B0区间，颜色接近黑色，饱和度在S0区间，颜色接近白色或灰色。对明度饱和度在B0及S0区间的相似颜色归一化处理为黑色（BR）、白色（WR）及灰色（GR），最终得到174种颜色（图1）。利用Matlab R2021b软件，编写色彩量化自拟程序，将群落样地春季景观照片导入程序，得到色彩量化结果。

1.3.3 色彩要素指标选择。

选择色相比例（Hi）、饱和度比例（Si）、明度比例（Vi）、冷暖比例（R）、邻近色比（RN）、互补色比（RC）等指标量化群落色彩构成［9-11］（表1）。根据邻近色比与互补色比值关系，确定群落色彩调和类型。

1.3.4 SBE美景度评价。

将春季植物群落照片通过线上问卷平台，向专业组及非专业组评判人员进行发放［12］。专业组人员及非专业组人员各设50名。问卷评价尺度共设5个等级，为非常不喜欢、不喜欢、一般、喜欢、非常喜欢，分别对应1～5分。评判人员根据自身感受对每张照片进行打分。为消除不同个体间评价标准的差异性，对评价结果进行标准化处理［13］：

Zij=（Rij-J）/Sij  （1）

J=1nni=1Rij （2）

Sij=1n-1ni=1（Rij-J） （3）

式中：Zij为第j个评判人员对第i张照片的标准化得分；Rij为第j个评判人员对第i张照片的打分值；J为第j个评判人员对所有照片打分值总和的平均值；Sij为第j个评判人员对所有照片打分值的标准差。

采用等差法将美景度划分为5个等级，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，分别代表最好、好、一般、差和最差［14］。等级划分公式为

Xi=［SBEmax-SEBmim×（Ai-20%）+SEBmin，SEBmax-SBEmin×Ai+SBEmin］（4）

式中：Xi为等级，i取Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，对应的AI～AV为100%、80%、60%、40%、20%；SBEmax为美景度评价最大值；SBEmin为美景度评价最小值。

2 结果与分析

2.1 群落色彩组成特征

2.1.1 群落色彩总体构成。

西湖花港观鱼、太子湾公园春季植物群落的色相整体占比表现为H5（黄色）＞H6（黄绿色）＞H7（绿黄色） ＞H4（橙黄色） ＞H3（橙色） ＞H8（草绿色） ＞H9（绿色）＞H14（蓝色）＞H2（橘红色） ＞H1（红色） ＞H10（蓝绿色）＞H13（蓝青色） ＞H12（青色），其余色相占比均值小于1%（图2）。调查群落的春季色彩以黄色系和黄绿色系为主，分别占比24.57%和23.68%。

群落饱和度整体占比表现为S2（中饱和度）＞S1（低饱和度）＞S3（高饱和度）＞WR（白色），明度整体占比表现为V1（低明度）＞V2（中明度）＞BR（黑色）＞GR（灰色）＞V3（高明度）。2个公园植物群落的明度与饱和度偏向于中饱和度—低明度的构成模式。

2.1.2 不同群落色彩构成。

通过比较各群落色相占比可知（图3），春季L1、L4、L5、L8、L10、L11主色相为黄色，L3、L6、L12主色相为黄绿色。样地落叶类植物配比大于常绿类植物，植物群落优势种为鸡爪槭（Acer palmatum）、无患子（Sapindus saponaria）、垂柳（Salix babylonica）等落叶类乔木，这些树种春季萌发的新叶呈黄绿色，奠定了群落整体黄色及黄绿色的基调。L7、L9主色相为绿黄色，2处样地常绿类植物配比大于落叶类植物，群落优势种为乐昌含笑（Michelia chapensis）、枫杨（Pterocarya stenoptera），这2种植物的春季叶色呈绿黄色，构成群落的整体色彩。L2花港观鱼雪松大草坪群落春季主色相为橙色，样点配植多株东京樱花（Prunus × yedoensis），群落主色相受东京樱花花色的影响。

比较各群落饱和度、明度（图4）可知，66.67%的样点春季表现为中饱和度—低明度类型，与群落总体饱和度、明度特征一致，仅25.00%的样点为低饱和度—低明度类型，8.33%样点为中饱和度—中明度类型。

2.1.3 群落色彩调和关系。

调查样地春季色彩在冷暖色构成上表现为暖色系为主体，冷暖色比为1∶10～1∶4，部分样地冷暖色比在1∶2～2∶3。量化样地照片的邻近色比与互补色比，大部分群落春季色彩邻近色比在20%～40%，互补色比在1%以下，说明花港观鱼公园、太子湾公园内植物群落色彩主要为邻补色调和关系。

2.2 群落色彩美景度评价

2.2.1 群落美景度调查结果。该研究共发放100份问卷，回收有效问卷93份。分析图5中2组SBE标准化结果发现，2组评判人员对不同群落的SBE评价结果曲线波动较为一致。进一步对2组SBE评价结果进行方差分析，发现2组样本间均未表现出显著性差异，说明评价人员是否具有专业背景并不影响美景度评价结果。

春季12处植物群落样地美景度为-0.562 9～0.523 4，对美景度结果进行等级划分，等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的范围分别对应（-0.562 9，-0.345 6］，（-0.345 6，-0.128 4］，（-0.128 4，0.088 9］，（0.088 9，0.306 1］，（0.306 1，0.523 4］。从照片美景度散点分布可知（图6），春季西湖群落样地评价结果主要分布在等级Ⅲ、Ⅳ，且数量分布曲线略偏左，可知西湖花港观鱼公园、太子湾公园植物群落春季整体美景度评价较好，侧面体现出西湖植物景观的匠心营造［15］。

2.2.2 景观色彩模型构建。

利用Spearman系数分析SBE美景度值与色彩指标、群落物种构成指标的相关性，结果表明（表2），SBE值与H1（红色）比例（P=0.008）、H2（橘红色）比例（P=0.007）、H3（橙色）比例（P=0.002）、H4（橙黄色）比例（P=0.004）、GR（灰色）比例（P=0.011）、春花类植物物种数量（P=0.037）呈显著或极显著正相关，与H7（绿黄色）比例（P=0.020）、H8草绿色比例（P=0.031）呈显著负相关，与其余色彩构成要素无显著相关性。

将植物群落照片SBE评价结果作为因变量，以上相关性要素作为自变量，采用多元线性回归构建数学模型。利用SPSS 22软件作向后逐步回归，剔除存在共线性的自变量，最终得到H4橙黄色比例与春花类植物物种数量2项影响因素。构建回归模型公式为SBE值=-0.639+5.335H4+0.060春花类物种数量。模型的VIF值＜5，容忍度＞2，说明该模型指标间不存在共线性，且各因子P<0.05，与SBE值存在显著正相关。因此，该回归模型在统计学上是有效的。

2.3 优质植物群落色彩特征分析

SBE美景度评价中，L4、L10植物群落评价得分高，L4为滨水植物群落（图7），植物物种组成：广玉兰+湿地松+鸡爪槭+紫叶李+垂柳+紫薇+西府海棠+碧桃+东京樱花—锦绣杜鹃+佘山羊奶子+金钟花+金边胡颓子+山茶+茶梅+南天竹+阔叶十大功劳—阔叶山麦冬，驳岸边缘栽植有西府海棠（Malus×micromalus）、碧桃（Prunus persica ‘Duplex）等春季观花植物，春季开花时群落内红色系和橙色系色相突出，且明度较高，易构成明显的视觉焦点。植物群落前景搭配有鸡爪槭、垂柳等新叶黄色的植物，背景种植广玉兰（Magnolia grandiflora）、雪松（Cedrus deodara）等明度、饱和度较低的树种，在色彩空间分布上强调中景区域的色彩。L10群落位于太子湾公园逍遥坡（图8），植物物种组成：枫杨+香樟+无患子+榔榆+东京樱花+水杉+鸡爪槭+桂花+大岛樱—沿阶草+郁金香+黄水仙，群落下层大面积种植郁金香（Tulipa gesneriana）、黄水仙（Narcissus pseudonarcissus）等观花地被，草坪边缘中层丛植东京樱花，上层种植枫杨、无患子等树种，为乔—灌—草的复层垂直结构，在视觉层次上形成前景绿—中景橙黄及橙色—背景黄绿色的色彩空间布局。在色彩组成上，2个群落主色相均为H5（黄色），占比均大于30%，H4、H3占比大于10%，群落色彩的邻近色比远大于互补色比，为邻补色调和类型。

3 结论

色彩量化结果表明，春季杭州西湖公园绿地植物群落的色相占比以黄色系和黄绿色系为主，暖色系色彩比重大于冷色系色彩，所有群落样地均为邻补色调和关系。植物群落的明度和饱和度主要为中饱和度—低明度的构成模式。由于各群落样地常绿树及落叶树配比差异，群落的主色相有所区别。植物群落物种组成以落叶树为主，主色相多为黄色或黄绿色；以常绿树为主，主色相多为绿黄色。

由美景度评价结果可知，春季西湖公园绿地植物群落视觉景观质量较好。对美景度评价进行相关性分析发现，H1、H2、H3、H4、GR、春花类植物物种数量与美景度评价结果呈不同程度的正相关，H7、H8与美景度评价结果呈显著负相关。对优质植物群落分析发现，公众更喜欢主色相黄色，点缀有橙黄色及橙色系春花类植物的群落。

针对上述色彩量化解析及评价结果，笔者提出春季植物群落景观色彩优化建议：①重视中下层观花类植物的应用。中下层植物高度相比上层植物更贴合人的视觉观赏尺度，且杭州地区在亚热带气候条件下，十分适合蔷薇科、杜鹃花科等高观赏价值植物的生长。植物群落在原有植被的基础上，适当点缀红色系、橙黄色系的开花植物，可有效改善春季视觉质量。②注重上层落叶乔木的季相变化特征。植物群落的整体色彩受上层植物叶色影响，而落叶乔木季相变化明显，春季叶色以黄色及黄绿色为主。充分利用落叶植物的季相变化特点，有助于营造层次丰富、色彩多变的植物群落。③重视植物群落的色彩空间布局。春季观花类植物色彩明艳，与园林植物叶色形成对比关系，采用点植或丛植形式可构成群落的视觉焦点。

参考文献

［1］LUO Y Y，HE J，LONG Y L，et al.The relationship between the color landscape characteristics of autumn plant communities and public aesthetics in urban parks in Changsha，China［J］.Sustainability，2023，15（4）：1-27.

［2］ 宋新红.济南城市公园植物景观色彩分析［J］.安徽农业科学，2022，50（10）：100-110，118.

［3］ 娄宇.基于参与者满意度的社区公园植物景观色彩特征研究：以贵阳市为例［D］.贵阳：贵州大学，2021.

［4］ 白洁媛，王洪成.城市公园绿地春季花卉色彩量化及其景观色彩美的营造［J］.中国城市林业，2023，21（2）：67-75.

［5］ 叶琰迪，刘凤丹，胡广.杭州西湖风景区森林植被空间分布格局研究［J］.浙江理工大学学报（自然科学版），2019，41（3）：407-412.

［6］ 周丽，冯雅利，王锦.昆明西华园植物群落色彩量化特征研究［J］.西南林业大学学报（社会科学），2023，7（2）：42-54.

［7］ BURDESCU D D，BREZOVAN M，GANEA E，et al.A new method for segmentation of images represented in a HSV color space［M］//Advanced concepts for intelligent vision systems：Berlin，Heidelberg：Springer Berlin Heidelberg，2009：606-617.

［8］ 田玉敏，林高全.基于颜色特征的彩色图像检索方法［J］.西安电子科技大学学报（自然科学版），2002，29（1）：43-46.

［9］ 杨磊，王秀荣，李宇其，等.贵阳市观山湖公园植物群落景观色彩定量分析［J］.西南林业大学学报（自然科学），2021，41（4）：152-161.

［10］ 史可，左国良，胡海辉.基于公众审美的哈尔滨城市公园植物色彩评价［J］.南京林业大学学报（自然科学版），2022，46（1）：233-240.

［11］ 王安，蔡建国.植物景观色彩量化研究进展［J］.中国城市林业，2022，20（4）：134-139.

［12］ 赵慧楠，蔡建国，赵垚斌.城市公园植物群落特征及多样性和美景度影响机制研究：以杭州西湖周边4个公园为例［J］.中国城市林业，2019，17（5）：43-47.

［13］ 杨超，林世平，马山水.城市生活型街道绿化观赏性评价［J］.中国城市林业，2022，20（6）：119-124.

［14］ 马冰倩，徐程扬，崔义.八达岭秋季景观整体色彩组成对美景度的影响［J］.西北林学院学报，2018，33（6）：258-264.

［15］ 刘艳伟，蔡建国，舒美英.杭州西湖秋季植物群落色彩的定量研究［J］.安徽农业大学学报，2022，49（1）：56-61.