現代園林植物群落時空擴散模擬方法研究

蔡麗華

(福建農業職業技術學院，福建 福州 350008)

1 引言

傳統的園林城市建設[1～6]，以城市地理位置為依托，根據城市水文特色和人文偏好，建設成一體化的園林城市。隨著旅游業的不斷發展，越來越多的城市建設逐漸將歷史文化和自然元素融入城市園林建設中，根據各自的文化底蘊和自然元素，建設與歷史文化[7，8]、古建筑有關的植物群落文化園林結構，增強城市自然氣息，吸引更多的游客，以此增加城市的經濟收入。為了讓城市建設符合現階段的發展，提出了現代園林植物群落時空擴散模擬方法(圖1)建設現代園林，在傳統園林建設的基礎上[9～14]，以植物群落時空擴散為基礎，設計全新的現代園林景觀，提升園林城市的自然氛圍，帶動當地旅游業的發展。園林綠化建設工程中植物群落的設計與整個園林的形態有著緊密的聯系。

圖1 植物群落時空擴散模擬的建設方法

圖1顯示了植物群落時空擴散模擬的建設方法。在不同城市自然環境與歷史文化的背景下，利用特色植物和當地稀有植物增加園林的亮點。通過設計園林城市植物群落空間布局以展現歷史文化特色，創新原有的園林空間結構，以現代園林特色植物群落資源為條件實現自然元素濃厚的現代園林建設。

2 以植物群落時空擴散模擬方法建設現代園林

2.1 提取城市自然環境特征

城市園林綠化建設的影響因素，主要包括自然環境因素、歷史文化因素。因此根據城市園林的概況，提取城市園林的自然環境特征與歷史文化特征，將其融入到園林建設中。

河湖水資源作為園林建設最主要的自然資源，河流的分布對城市的植物群落生長起到關鍵的作用[15～17]，對任何植物群落來說，水資源是植物群落必不可少的生存條件。城市自然環境特征對當地植物群體影響較大，植物與植物之間，植物與環境之間都具有一定的相關性，以此形成現代園林特有的內部植物群落環境。城市的特色植物群落是指在一定生境條件下由某些植物構成的一個總體。現代園林建設中植被群落的組成可分為自然植被群落以及人工植被群落。自然植被群落是城市特有的氣候及生境條件自然形成的群落。在歷史文化影響下自然群落具有獨特的類別、外觀、分布和構成。人工群落是按現代園林建設需求，配植各種植物，根據人們生活需要，具有觀賞性，能改善環境。

2.2 現代園林設計中植物群落時空的設計要點分析

園林城市建設[18～20]，還需要設計空間結構建設方案，通過空間上對園林文脈與地方特質的回應，形成大尺度山水環境層面審視園林本身空間形態與結構的思路。通過觀察自然山水空間結構，尋找園林與自然環境融合的切入點，建設出具有自然元素植物群落時空特色的現代園林。

將園林設計重心放到山水形勝格局內，融入植物群落，審視綜合效果，將人工建筑、自然景觀、植物群落和園林建筑融為一體，使自然環境與園林空間相互聯系、變化和發展，令現代園林成為承載城市特色自然元素的重要空間載體。為了令設計方案中的園林空間布局誤差最小，利用評估模型測算現代園林建設空間結構設計合格指標，當該模型的計算結果大于1時，證明設計方案合理，可以按照該方案建設園林城市；當該模型的計算結果小于1時，說明該方案不合理，需要重新調整。通過評估模型測算后建設園林，可以最大程度地減小誤差，為合理建設園林提供理論依據。

2.3 植物群落時空擴散模擬的現代園林建設

基于CA(細胞自動機)模型，開發了一種模擬植物群落時空擴散的方法。在標準細胞自動機模型中，狀態集是有限的、離散的集合，并且每個單元是有限的，狀態取其中一個值。為了模擬現代園林植物群落時空擴散的動態過程，將細胞狀態設置為(0,1)，1表示現代園林植物種群的時空擴散，0表示現代園林植被群落沒有時空擴散。在植物群落時空擴散模擬模型中，細胞自動機模型的細胞空間可以通過空間尺度和網格模型與空間數據庫、航空遙感圖像、圖像等進行匹配，完成數據轉換和其他數據準備工作。現代園林植物群落擴散的時空動態變化是一個地理學和生物學的過程。因此，在植物群落時空擴散的模擬模型中，細胞空間由網格表示，網格大小選擇衛星圖像的空間分辨率(30 m×30 m)。在這個意義轉換過程中，空間尺度的概念同時被賦予了細胞空間。同時，在擴散模型中，細胞之間的鄰域被定義為摩爾規則，即與1個細胞相鄰的8個細胞是該細胞的鄰域，并且所有細胞的鄰接定義是一致的，鄰域半徑是1個網格格柵細胞，摩爾規則如圖2所示。

圖2 擴散模擬中的摩爾規則

在現代園林植物群落的擴散動力學中，細胞動力學不僅受到局部個體相互作用的影響，還受到各種區域和更大尺度因素的影響，建立了狀態轉移規則，有效模擬了現代園林植物種群的變化過程。設置不同的轉換速率表示相應種群的擴散速率，轉速設置為R=1，2，…，n，在R=1時，擴散模擬的摩爾規則對應1個格柵的半徑，在R=2時，對應2個格柵的半徑，以此類推，從而準確地模擬現代園林植物群落的時空擴散動態。

根據上述設計的現代園林植物群落時空擴散模擬方法，在模擬現代園林植物群落時空擴散動態后，設計的現代園林建設方案，以自然景觀文化資源為驅動，建設獨具自然文化特色的植被長廊。植被長廊的建設包括2種形式：①對已經建立好的或者已存在的文物古跡的外圍建設植被文化墻，人工植被群落分布在長廊上，并結合相應的自然特色植物群落，提升現代園林建設文化內涵；②以自然特色景觀為基礎，融入當地文化特色，在人工植被的進一步修飾下建設文化長廊，通過現代化的技術和手段提高文化長廊的層次感，實現現代美學與傳統美學的有機結合，提高文化長廊的吸引力。圖3是對某城市古建筑設計的植被景觀文化長廊。

圖3 植被景觀文化長廊

3 調查與分析

采用調查的方式，將現代園林植物群落時空擴散模擬方法應用于城市現代園林建設中，與傳統城市園林建設方法進行對比，除本文模擬方法外，其他應用和設計的環境均一致。隨機選取4支隊伍以調查問卷的形式抽樣調查，通過10分制評估不同方法構建的現代園林，評分越高，則表示現代園林建設效果越好，即最后分析調查問卷的結果得出具體結論。

3.1 調查準備

為提高調查結果的準確性和可靠性，本次調查隨機選取幾個城市的4支現代園林設計隊伍，其中隊伍A1、A2內的成員為國內團隊，A3、A4隊伍內的成員為國內和國外人員組合的團隊。

4支隊伍進行實地調查，并且均應用本文現代園林植物群落時空擴散模擬方法和傳統方法設計園林，其中傳統方法建設的園林城市作為對照組測試對象，本文方法植物群落時空擴散模擬方法建設的園林城市為實驗組測試對象。

3.2 結果與分析

整理和分析兩組的4支團隊的調查問卷，比較不同現代園林植被群落分布建設方式下，現代園林建設效果，表4和表5為采用10分制評估現代園林建設效果，其中10分為最高分，表示建設效果極度好；1分表示最低分，即建設效果極度差。表1、2為此次調查問卷評估分數結果的匯總。

表1 實驗組調查結果

表2 對照組調查結果

根據兩組調查結果的評估分數可知，實驗組調查結果最低分為6.1分，最高分達到了9.8分，A1和A2的平均分為9.17分和9.22分，A3和A4的平均分為6.28分和6.37分，A3和A4的平均分相對較低，但是高于對照組的平均分4.01分和4.13分，并且A1和A2的平均分高于對照組的平均分1.50分以上，由此可知，此次研究的現代園林植物群落時空擴散模擬方法的城市特色植被群落建設方法下，本文方法應用現代園林植物群落時空擴散模擬方法設計的現代園林效果更好。設計的現代園林結構將特色植被群落分布文化和景觀文化相融合，可以激發游客的游玩興趣。而傳統方法下的現代園林建設，由于沒有特色的植被群落分布，景觀中沒有濃厚的自然氛圍，植被層次感較差，導致參觀者對園林建設只是簡單視覺觀看，降低了再次旅行的可能性。由此可以看出：此次提出的植物群落時空擴散模擬方法應用于現代園林建設中取得了一定效果，在現實踐中確實能夠進一步提高城市現代園林的自然感官，使游客更好地感受自然，同時具有更強的吸引力。

4 結論與討論

為了提高現代園林的建設效果，研究了現代園林植物群落時空擴散模擬方法，將其應用于現代園林建設中。此次提出的園林植物群落時空擴散模擬方法，以自然特色植物群落時空分布為基礎，通過研究特色歷史文化植物群落和人工群落分布的文化景觀長廊，增添現代園林景觀城市建設中的特色自然信息，激發參觀者的興趣，刺激當地旅游業的發展和提高當地居民的生活舒適度。通過驗證分析可知，設計的園林植物群落時空擴散模擬方法應用于現代園林建設后，其園林建設效果得到了認可，其評估分數達到了9.0分以上，并且A3和A4組的平均分也在6.2分以上，該方法比傳統方法高了1.5分以上，由此可知，園林植物群落時空擴散模擬方法的園林建設效果高于傳統方法，具備更高的應用價值和有效性。但此次研究的方法，并沒有針對性考慮城市氣候因素，包括溫度、濕度、降水、風速等，因此，在應用時空擴散模擬方法建設現代園林時，可能增加現代園林建設的成本，后期會針對該情況進行深入研究。