基于融合運(yùn)行法的森林公園植物景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)——以北京市青龍湖森林公園為例

曹逸倫 | Cao Yilun

1 森林公園植物景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

森林公園是以大面積人工林或天然林為主體而建造的公園[1]。植物是森林公園的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是森林公園景觀資源的重要成分[2]。合理評(píng)價(jià)森林公園植物景觀，是正確評(píng)價(jià)并合理利用森林公園的前提[2-3]。在過去半個(gè)世紀(jì)中，森林公園植物景觀質(zhì)量評(píng)估主要依賴于專家評(píng)判（Expert Parameters）和公眾感知（Sensory Parameters)。前者主要以專家評(píng)判為主導(dǎo)，后者則基于公眾感知、評(píng)價(jià)，并主要用于應(yīng)用環(huán)境感知和景觀評(píng)估研究。這兩種方法都有一個(gè)基本的景觀質(zhì)量概念，即環(huán)境的生物物理特征和人類的感知或體驗(yàn)是必要的相互作用的組成部分[4]。

近年來，國內(nèi)外專家在這兩種方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸和優(yōu)化。Daniel等提出了基于心理物理學(xué)的模型[5]，讓被試者給不同風(fēng)景圖片評(píng)分并度量的SBE法（Scenic Beauty Estimation）。Hull等對(duì)四種不同林分進(jìn)行了美景度研究[6]，指出天然森林的景觀質(zhì)量最高。顏玉娟等綜合多種方法構(gòu)建了湖南陽明山森林公園植物景觀評(píng)價(jià)體系[2]，并對(duì)其未來開發(fā)利用提出構(gòu)想。王娜等基于AHP法（Analytic Hierarchy Process）構(gòu)建了森林公園科普旅游評(píng)價(jià)體系[7]，選擇美感度、豐富度、完整性等16個(gè)評(píng)價(jià)因素構(gòu)建判斷矩陣。

1.1 專家打分法

專家打分法是指通過征詢專家的意見，對(duì)專家意見進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理、分析和歸納的過程[8]。專家評(píng)測從人類感知和審美出發(fā)，將景觀的生物物理特征轉(zhuǎn)化為不同設(shè)計(jì)參數(shù)，作為景觀質(zhì)量的通用指標(biāo)。

專家打分法因精確度、可靠度和有效性不足而受到質(zhì)疑。因?yàn)檫@種方法一般只確定三種質(zhì)量等級(jí)，大致分為高、中、低。通常相當(dāng)大比例的地區(qū)被歸類為中等。為此，相關(guān)學(xué)者在此基礎(chǔ)上提出優(yōu)化改進(jìn)措施。一方面采用更加精確的劃分評(píng)價(jià)方式，如為各項(xiàng)打分指標(biāo)賦值（1～10分值）。另一方面，通過引入AHP層次分析法，構(gòu)建判斷矩陣，并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行回歸分析[9]。

1.2 基于公眾感知的方法

與僅僅采用專家打分的方式相反，基于感知的評(píng)估通常具有更高的可靠性[10]。基于感知的方式是指將景觀的生物物理特點(diǎn)視為刺激物，經(jīng)由進(jìn)程相對(duì)直接的感受—知覺過程，喚起與審美相關(guān)的心理反應(yīng)[11]。

首先將參與評(píng)價(jià)的人群分為不同評(píng)判組，而后進(jìn)行評(píng)測。其中景觀的變化，通常比觀察者對(duì)這些景觀判斷之間的變化要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，即景觀差異大于觀察者與景觀的相互作用。同時(shí)，基于感知的指數(shù)提供了精確的間隔尺度，以區(qū)分僅在視覺特征上表現(xiàn)出細(xì)微差異的景觀[12]。簡而言之，基于感知的評(píng)估，已經(jīng)達(dá)到了公認(rèn)的測量系統(tǒng)精度和可靠性的標(biāo)準(zhǔn)[13]。但同時(shí)，由于個(gè)人在審美、鑒賞能力層面的差異，導(dǎo)致結(jié)果會(huì)附加很強(qiáng)的個(gè)人主觀色彩。

1.3 融合運(yùn)行法

為尋求互補(bǔ)、保證科學(xué)，融合運(yùn)行法（Cognitive Constructs）則應(yīng)運(yùn)而生[7-12]。簡而言之這類方法即為前兩類方法的綜合。在專家評(píng)測環(huán)節(jié)，專家以其專業(yè)素養(yǎng)為基礎(chǔ)，進(jìn)行重要性比較，或是給各項(xiàng)指標(biāo)的重要性打分，從而確定指標(biāo)權(quán)重。然后由各小組實(shí)地調(diào)查，對(duì)評(píng)價(jià)景觀進(jìn)行分類拍照，并以一定標(biāo)準(zhǔn)（通常分為5～7個(gè)等級(jí)：非常好、較好、好、一般、較差、差等）對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行小組評(píng)價(jià)[13-15]。同時(shí)，為了減少專家個(gè)人在評(píng)判中的主觀性，在專家打分這一環(huán)節(jié)可以同時(shí)征求多位專家的意見（即成立專家組），對(duì)其中的一些差異較大的因子進(jìn)行再討論和再分析。隨后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)和景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)的相關(guān)性分析[15]，選取相關(guān)性較高的指標(biāo)并確定權(quán)重，建立數(shù)學(xué)模型。然后按照實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)，綜合計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)得分，并匯總得出總分。最后依照得分排序，得分越高的區(qū)域，景觀質(zhì)量越好[16-17]。

2 青龍湖森林公園植物景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1 指標(biāo)篩選

研究區(qū)域位于北京市房山區(qū)青龍湖鎮(zhèn)，處于京郊淺山區(qū)域。東臨青龍湖，西側(cè)為太行山余脈，周邊有數(shù)個(gè)村鎮(zhèn)，青龍湖森林公園規(guī)劃范圍面積為487.7hm2。研究順序?yàn)椋褐笜?biāo)篩選—權(quán)重確定—單個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)計(jì)算—疊加權(quán)重綜合計(jì)算并可視化—得出結(jié)論—提出優(yōu)化方法。參考王娜等對(duì)于研究關(guān)鍵因子的提取[18]，選用圖1中的指標(biāo)開展景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)。

圖1 景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)描述因子

如圖1所示，對(duì)于植物景觀評(píng)價(jià)而言，影響較大的因素有14項(xiàng)，包含美學(xué)效應(yīng)B1中的5項(xiàng)，生態(tài)效應(yīng)B2中的6項(xiàng)和社會(huì)效應(yīng)B3中的3項(xiàng)。在此基礎(chǔ)上，通過自制問卷，將每一因子根據(jù)重要性程度不同，按照1、3、5、7、9打分。然后通過專家打分法，初步篩選出所占權(quán)重最高的因子[19]。問卷題項(xiàng)設(shè)置為：您認(rèn)為XXX（選取因子）對(duì)于森林公園景觀質(zhì)量的重要性程度為XXX（選項(xiàng)）？選項(xiàng)為：1分（無影響）、3分（有一定影響）、5分（影響適中）、7分（影響較大）、9分（影響很大）。回收問卷并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，從原本擬選取的14項(xiàng)指標(biāo)中再篩選、合并，最終決定選取5項(xiàng)因子：美學(xué)效應(yīng)中的季相變化C1和觀賞特性C2；生態(tài)效應(yīng)中的物種豐富度C7、植被覆蓋度C8和喬灌草結(jié)合度C9。

2.2 權(quán)重計(jì)算

研究共發(fā)放問卷91份，回收有效問卷86份。其中專家問卷7份，一般問卷79份（面向相關(guān)領(lǐng)域?qū)W生）。專家問卷由于可信度更高，在實(shí)際計(jì)算時(shí)采用10的權(quán)重系數(shù)。即在參與計(jì)算時(shí)，一份專家問卷結(jié)果以10份普通問卷計(jì)入。運(yùn)用AHP層次分析法進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，得出各因素的權(quán)重值。為了檢驗(yàn)權(quán)重值的合理性，使用一致性指數(shù)C1，檢驗(yàn)指標(biāo)的相對(duì)優(yōu)先級(jí)是否處于邏輯無序狀態(tài)。

公式中，λmax代表判斷矩陣的最大特征根，n 代表相應(yīng)指標(biāo)的個(gè)數(shù)，即矩陣的次序。當(dāng) C1小于0.10時(shí)，計(jì)算出的權(quán)重可以接受。由于此次選用相關(guān)因子較少，并且得出C1=0，即說明完全相關(guān)。剔除3分以下的因子（無影響），由于所選因子，平均得分均大于3分（有一定影響），對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響，故同時(shí)具備有效性。根據(jù)以上權(quán)重計(jì)算，可得出以下計(jì)算方法，權(quán)重統(tǒng)計(jì)結(jié)果參看表1。

表1 權(quán)重統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

運(yùn)用判斷矩陣，構(gòu)建青龍湖森林公園植物景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系。通過對(duì)森林公園的美學(xué)效應(yīng)B1、生態(tài)效應(yīng)B2的計(jì)算可以看出，森林公園的生態(tài)效應(yīng)在公園開發(fā)建設(shè)中具有重要意義。

2.3 評(píng)價(jià)計(jì)算

通過地理信息系統(tǒng)[20]下載到研究樣地區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在ArcMap中，并根據(jù)權(quán)重計(jì)算方法可以得到不同區(qū)域、不同因子的評(píng)分。以喬灌草結(jié)合度評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算為例，首先對(duì)喬灌草結(jié)合程度進(jìn)行劃分：幾乎無法分辨喬灌草結(jié)構(gòu)（0分）、僅有喬灌草其中一層層次（0.33分）、具有兩層層次結(jié)構(gòu)（0.66分）、具有喬、灌、草三層完整結(jié)構(gòu)（1分）。并且根據(jù)實(shí)地調(diào)研照片、游客上傳照片，人工篩選出典型的具有該特征的植物群落照片。通過與場地平面進(jìn)行匹配，作為初始匹配數(shù)據(jù)。而后將運(yùn)用ArcGIS識(shí)別計(jì)算工具對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行劃分，并將數(shù)據(jù)可視化，得到喬灌草結(jié)合度的評(píng)價(jià)圖。同理可得植物覆蓋度的評(píng)價(jià)圖（圖2）。

圖2 喬灌草結(jié)合度（左）、植物覆蓋度（右）評(píng)價(jià)圖

根據(jù)喬、灌、草三者的結(jié)合程度，從1.00至0，顏色越深則代表結(jié)合程度越高。研究表明，值低于0.33的部分層次結(jié)構(gòu)單一、季相變化不明顯。而值介于0.66～1.00的部分喬灌草結(jié)合程度良好。研究區(qū)域大部分位于這一區(qū)間，由此可得出喬、灌、草結(jié)合程度良好的結(jié)論。研究區(qū)域的植物覆蓋度介于37%～70%，植物覆蓋程度一般。

隨后將選用研究的五項(xiàng)指標(biāo)：季相變化、觀賞特性、物種豐富度、植物覆蓋度、喬灌草結(jié)合度，依次使用ArcGIS對(duì)所管理的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。得到各項(xiàng)指標(biāo)的分析圖以后，利用疊加分析，輸入各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，得出最終的植物景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果（圖3）。

圖3 植物景觀質(zhì)量綜合分析圖

圖3中，分?jǐn)?shù)大于0.6的區(qū)域，植物景觀質(zhì)量較高。如圖，評(píng)分大于0.6分以上的區(qū)域占研究區(qū)域的50%左右，故這些區(qū)域植物的景觀質(zhì)量較高。剩下未達(dá)到0.6的部分，說明總體植物景觀度不高。從圖中可以看出，研究樣地中30%左右的區(qū)域?yàn)樗{(lán)色至藍(lán)綠色，這部分區(qū)域的綜合評(píng)價(jià)在0.2～0.4分。需要在提升植物的覆蓋率、提高植物豐富度等方面，投入更多的人力和物力。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

根據(jù)上述研究，在森林公園植物景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)中，生態(tài)效應(yīng)B2為最重要的因素，其次則需考慮到美學(xué)效應(yīng)。其中，5個(gè)最重要的影響因素的重要性排序?yàn)椋褐参锔采w度（0.32285）、季相變化（0.21635）、物種豐富度（0.18645）、喬灌草結(jié)合度（0.14286）、觀賞特性（0.13149）。

以青龍湖森林公園為例，其北部和西北部植被綜合指數(shù)較高，植被狀況相對(duì)較好；而中部及中南部相對(duì)較低，需要改善。綜合分析可得，植物景觀質(zhì)量高的區(qū)域，一般具有較高的植物覆蓋率、較為豐富的季相變化、較高的物種豐富度和較好的喬、灌、草結(jié)合度。而植物景觀質(zhì)量相對(duì)較低的區(qū)域，這些指標(biāo)也相對(duì)較低。

從青龍湖森林公園植物的整體分析可以看出，植物群落的整體季相價(jià)值偏低、中部和南部區(qū)域的植物覆蓋度偏低。因此在維護(hù)、管理中，要將精力集中在中部和南部區(qū)域的植物景觀塑造上。一方面通過栽植和補(bǔ)種措施，提升該區(qū)域的植物覆蓋率和物種豐富度。另一方面，為了提升植物群落的色彩美，需要將常綠植物和異色葉植物搭配，觀花植物與觀果植物相結(jié)合。并且要以鄉(xiāng)土植物為主，充分考慮到各種植物的習(xí)性以及開花時(shí)間等，優(yōu)勢互補(bǔ)。

3.2 展望

本文基于融合運(yùn)行法，對(duì)北京市青龍湖森林公園植物景觀質(zhì)量進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，并得出森林公園植物景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)中最重要的5個(gè)因素及其權(quán)重排序；對(duì)未來森林公園規(guī)劃、建設(shè)以及管理具有一定的借鑒意義。但由于評(píng)價(jià)因子的選擇及打分過程會(huì)受到評(píng)價(jià)者主觀因素的影響，在今后工作中，應(yīng)該通過更精細(xì)化的分類及增大樣本數(shù)量來提高可信度。

在未來的規(guī)劃建設(shè)中，植物景觀的營造應(yīng)該成為森林公園建設(shè)的重點(diǎn)。通過改善植物配植，統(tǒng)一規(guī)劃，打造植物覆蓋率高、季相豐富、物種豐富度高、喬灌草結(jié)合度高、具備一定觀賞特性的森林公園植物群落。并且應(yīng)充分發(fā)揮森林公園的價(jià)值，讓游客在感受生態(tài)、自然的同時(shí)也能夠有不同的景觀體驗(yàn)。

資料來源：

圖1：作者根據(jù)參考文獻(xiàn)[6-9]匯總加工而成；表1：作者整理自繪；

圖2～3：作者根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果整理自繪。