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基于AHP法的武汉市居住区植物景观评价

2021-03-01冯晓萌雷云格张茵茵邓琳杨志明冯晶红

安徽农业科学 2021年1期
关键词:植物景观层次分析法评价体系

冯晓萌 雷云格 张茵茵 邓琳 杨志明 冯晶红

摘要 居住区绿地是城市绿地系统中与居民生活关系最为密切的场所,居住区绿化水平是评价城市人居环境宜居性的重要指标。在对武汉市居住区植物景观进行实地调研的基础上,选取其中48个功能性植物景观单元,运用层次分析法(AHP)构建居住区植物景观评价体系,对植物景观进行综合评价。结果表明:准则层权重值排序从高到低依次为生态功能(0.588 9)、服务功能(0.251 8)、美学功能(0.159 3)。指标层中前3位权重值排序为植物与植物的协调共生性(0.159 9)、植物的滞尘能力(0.083 9)、植物的固碳释氧能力(0.083 9)。所选居住区植物景观评价综合结果是Ⅰ级共13个,占总数的27.1%;Ⅱ级35個,占总数的72.9%;无Ⅲ级,表明武汉市主城区居住区植物景观整体较好。基于评价结果,推荐了5个优秀的植物景观配置模式,并对每种模式进行分析,提出优化发展策略,为居住区植物景观的建设提供一定实践指导。

关键词 居住区绿地;植物景观;层次分析法;评价体系

中图分类号 S731.5 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2021)01-0092-06

doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.01.024

Abstract Residential green space is the most related places to the residents in the urban green space system. The green level of residential areas is also one of important elements to evaluate the quality of the urban living environment. Based on the field investigation of the plant landscape in Wuhan residential area, 48 functional plant landscape units were selected, the analytic hierarchy process (AHP) was used to construct the evaluation system of plant landscape in residential area, and to make a comprehensive evaluation of plant landscape. The results showed that the order of weight value of criterion layer was ecological function (0.588 9), service function (0.251 8) and aesthetic function (0.159 3). In the index layer, the first three weighted values were the coordination and symbiosis between plants (0.159 9), the ability of dust retention (0.083 9), and the ability of carbon fixation and oxygen release (0.083 9). The results of evaluation showed that there were thirteen plant landscape units at the level of Ⅰ, accounting for 27.1% of the total units that were evaluated, thirty-five units at the level of Ⅱ, accounting for 72.9% of the total, and the number of units at the level of Ⅲ was zero. The results indicated that the quality of plant landscape in Wuhan residential area was preferable as a whole. Based on the results of the evaluation, five excellent plant arrangement modes were recommended and analyzed.And the optimal development strategy was proposed to provide some practical guidance for the construction of residential plant landscape.

Key words Residential green space;Plant landscape;Analytic hierarchy process;Evaluation system

随着城市化进程的推进,城市生态环境尤其是居住区环境种种弊病和矛盾突出。居住区是人们日常活动频度最高的场所之一,与居民日常生活关系最为密切,而居住区内绿地品质最为直接地影响居民的生活舒适性,植物又是衡量居住区绿地品质的重要景观要素之一[1-2],合理的植物配置不仅可以改善生态环境,提高景观质量,而且可以愉悦身心,给人美的享受[3]。因此,在居住区绿地生态规划建设过程中,绿地植物景观的优劣已逐渐成为评价居住区是否宜居的一个重要指标。

目前,已有的居住区植物景观评价大多集中于对整个居住区植物群落特征[4-5]、植物配置[6-7]等方面的研究。考虑到居住区植物景观整体风貌的体现应是建立于不同功能类型的植物景观单元的基础上,而不同功能需求下,植物景观营造的特性截然不同,因此以整个居住区作为研究对象来评价居住区植物景观具有一定的局限性。而不同内容的园林景观评价各有其常用的评价方法,其中应用的比较多是由美国匹兹堡大学Saaty教授于20世纪70年代提出的层次分析法(AHP法)。AHP法是一种定性与定量相结合的多准则决策分析方法。该法将要解决的问题和总目标分解为若干个层次,通过逐层分析、比较、量化、排序,最后形成一个多层次的分析结构模型[8],目前,AHP法多适用于公园、居住区及道路绿地等园林植物景观的评价[6,9-10]。以武汉市居住区植物景观作为研究对象,从园林植物景观美学、生态及服务功能出发,根据定性与定量指标相结合的原则,采用AHP法,以武汉市11个居住区共48個功能性植物景观单元为对象,构建居住区植物景观评价体系进行综合评价,并筛选出适宜的植物景观配置模式,以期为华中地区居住区植物景观营造提供一定的实践指导。

1 研究区概况

武汉市(29°58′~31°22′N,113°41′~115°05′E)位于长江与汉水交汇处,是湖北省的省会和华中地区最大的中心城市。全市以平原为主,辖区内河道纵横交错,湖泊星罗棋布。属于北亚热带季风性湿润气候,常年雨量充沛,日照充足,四季分明。年均气温15.8~17.5 ℃,年降水约为1 100 mm,年日照总时数约为2 000 h[11],良好的气候条件适合大多数植物生长。据统计,该地区植物物种极其丰富,共有1 760种,其中包含197科、760属[12]。

2 研究方法

2.1 样地设置与植被调查

在对武汉市居住区绿地进行实地调查的基础上,选取近年来武汉市新建具有代表性的11个高层居住区为研究对象,包括金地·圣爱米伦、大华·南湖公园世家、保利·中央公馆、万科·城花璟苑、水域天际、华锦花园、东湖一号、复地·东湖国际、锦绣江南、万科·魅力之城、万科·红郡。

植物景观单元是园林种植设计中的基本单位,是植物景观营造中的最小组成部分[13-14]。该研究结合植物景观单元的概念,对所选居住区的植物景观按照立地条件、配置结构、功能空间等特征,共调研出48个功能性植物景观单元。综合前人的研究结果[15-16],按照功能类型将植物景观单元划分为宅旁(H)、道路(R)、滨水(W)、小品(S)、复层群落(M)5种类型,其中对于复层混交类型的界定,它是不包括宅旁、道路、滨水、小品等类型的植物景观单元形式。其中宅旁类型植物景观单元11个,小品类型植物景观单元7个,道路类型植物景观单元16个,水景类型植物景观单元4个,复层类型植物景观单元10个。每个植物景观单元中设100~300 m2的样方,调查记录植物景观单元中植物的种类、数量(草本以占地面积代替)、植物生长状况、植物配置模式、观赏特性、季相变化、平面构成状况等指标,并分发调查问卷,询问居民建议。同时,对每一处样方进行照片拍摄,拍摄时严格按照统一规范,选择阳光充足的10:00—11:00,由同一人采用同一设备进行站立平视设备拍摄,从不同角度距离植物群落中心5~15 m处各拍摄1张照片,所拍摄的照片能清晰反映景观细节特征。最后根据研究需要,每处筛选8~10张能充分体现不同角度景观特征的照片作为评价影像资料。

2.2 植物景观综合评价指标体系的构建

以植物学、景观生态学和环境心理学为理论依据,根据武汉市居住区植物景观的功能特征,在借鉴前人研究结果的基础上[11,15-16],综合多位专家意见,确定构建以植物景观的美学功能、生态功能及服务功能3个方面为准则层的评价体系。从表1可看出,评价体系的指标层共由22项评价因子构成,其中美学功能包括6个评价因子,生态功能包括9个评价因子,服务功能包括7个评价因子,完整地构建了多层次的武汉市植物景观综合评价体系(表1)。

评价因子分定量与定性2种,其中C1、C2、C4、C7、C8、C9、C11、C12、C13、C14、C15、C22为定量指标,C1、C2、C7和C9采用Simpson多样性指标公式[17]计算,公式为:

式中,D表示物种的多样性指标;S表示样地中总物种数;N表示所有物种的个体总数;Ni表示物种i的个体数。

前人的研究[18-19]结果表明,对植物群落(小尺度)而言,影响群落降温增湿和水土保持能力的主要内因是乔灌盖度,因此C11(植物对温湿度的调节)、C12(植物对水土的调节)的计算以乔灌木盖度为评价标准,分值采用10分制,以10、8、6、4、2的等级分值分别代表好、较好、一般、较差和差。同时研究表明,在统计学意义上,相较其他专业文化背景的评价者的审美态度,具有园林专业知识背景的评价者对于植物景观具有更敏锐的评判能力[20-21]。对于模型中的其他定性评价因子,邀请专业相关的30位园林专业的师生,通过浏览植物群落景观照片,参考评价指标因子描述进行评分,按照10分制的评价标准对指标进行评分,分为好(10分)、较好(8分)、一般(6分)、较差(4分)、差(2分)的等级,再将打分的平均值作为各样地的定性分值[20]。

2.3 评价指标权重的确定及一致性检验

2.3.1 判断矩阵的构建。

判断矩阵的构建选用“1-9标度法”,判断矩阵的比例标度及含义如下:1,同等重要;3,稍微重要;5,明显重要;7,重要得多;9,极端重要。2、4、6、8表示以上相邻判断的中间值。为了使研究结果更具有科学性和可靠性,依照表1层次结构关系,制订调查问卷,继续邀请上述50名园林专业师生打分,统计问卷调查结果,构造A-B,B1-(C1-C6),B2-(C7-C15),B3-(C16-C22)判断矩阵[11]。

2.3.2 计算指标权重及一次性检验。

2.3.2.1 计算指标权重。

层次分析法中权重计算方法较多,最为常用的有特征向量法、算术平均法以及最小二乘法等[22]。该研究采用算术平均法,具体计算步骤如下:

2.3.2.2 一致性检验。

为了保证结论的科学性与严谨度并减小误差,对各判断矩阵进行一致性检验,检验指标为CI,计算步骤如下:

式中,λmax为矩阵的最大特征值,n为矩阵的阶数。

查找一致性指标RI的值(阶数1~10,RI取值分别为0、0、0.58、0.90、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45、1.49),计算一致性比例CR:

当CR<0.100 0时,认为该判断矩阵具有基本的一致性,否则需要对判断矩阵进行调整,直至矩阵具有基本一致性。

2.3.3 计算植物景观综合评价指数。

通过景观综合评价指数法,求出每个植物景观单元的综合评价指数,计算公式如下:

式中,B为某植物景观单元质量的综合分值;Xi代表某评价因子的权重:Fi代表该因子的评分值:XiFi是该因子的评价分值。所有定量因子每项数值均乘以10,以确保定性和定量评价因子的量纲一致。

式中,S为某植物景观单元综合评价分值。

式中,CCEI为某植物景观单元综合评价指数;S0为理想值(取每一个因子的最高级别与权重相乘叠加而得);CCEI作为分级的依据,以百分比法将71%~100%、41%~70%、0%~40%分别划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级,确定各样方植物景观的评价等级[23]。

3 结果与分析

3.1 评价指标权重值分析

依据表1中居住区植物景观综合评价模型,通过计算和检验,得出各评价因子的权重值和综合权重值。从表1可以看出,准则层的权重值从高到低依次为生态功能(0.588 9)、服务功能(0.251 8)、美学功能(0.159 3),这表明在城市化进程日益加快造成的人居环境日趋恶劣的情况下,设计师们在营造居住区植物景观时,更加注重植物景观的生态效益以及其保护居民身心健康的功能。在生态功能指标层中,排在前3位的是植物间的协调共生性(0.271 5)、物种的多样性(0.190 5)、植物的固碳释氧功能(0.142 4)和植物的滞尘能力(0.142 4),说明丰富的植物种类以及合理的植物配置有助于构建稳定健康共生共存植物群落,提高居住区景观的生态平衡。同时也说明,营造居住区植物景观时,植物的生态卫生保健功能开始受到重视。居住区植物景观的服务功能高于美学功能,作为居民户外活动与集散的场所,居民不仅仅满足于视觉上的需求,更多的是对于户外实用性功能空间的追求。在服务功能指标层中,可停留度(0.326 9)所占的权重最大,表明为植物景观结合景觀小品营造一定的活动空间,让居民与自然能够更亲近,让植物景观更好地服务于居民。美学功能的权重值最低,但是仍占有一定的比重,表明植物景观的优化环境作用。美学功能指标层中,植物景观与整体的协调性(0.391 1)、植物景观尺度宜人性(0.257 9)和植物色彩与季相变化(0.156 0)所占的权重最大,表明评价营造居住区植物景观时,适宜的尺度感、丰富的季相变化及与周围环境的和谐搭配更能让人印象深刻。

3.2 植物景观单元评价结果分析

由表2可知,选定的48个植物景观单元的评价结果为Ⅰ级:小品3、小品4、小品6、小品7、复合4、复合5、复合6、宅旁2、宅旁4、宅旁5、宅旁7、道路16、滨水2,共13个,占评价总单元的27.1%;Ⅱ级:35个,占总数的72.9%;无Ⅲ级。从评价结果可以看出,武汉市居住区植物景观整体上均较好,即在美学功能、生态功能和服务功能3个方面的综合质量均表现良好。

3.3 居住区植物景观单元构建模式优秀实例分析

通过对武汉市代表性的居住区植物景观的调查,对植物景观的各项影响指标进行综合分析和评价,筛选出优秀的功能性植物景观单元配置模式,综合评价结果,为居住区植物景观设计师推荐5个优秀的功能性植物景观单元的搭配模式。

3.3.1 小品类型植物景观单元。景观小品植物配置以提示、标志功能为主。综合得分最高的景观小品单元为居住区主轴线道路中间的法式白色大理石景观喷泉。其两侧以红花檵木(Loropetalum chinense var.rubrum)、红叶石楠(Photinia × fraseri)、金叶女贞等灌木进行带状种植为底,高大乔木杜英(Elaeocarpus sylvestris)、香樟(Cinnamomum camphora)、朴树(Celtis sinensis)进行行列式相间种植,突出轴线的同时,也形成了喷泉小景的半围合空间。同时,为营造喷泉小品标志性背景空间,主要搭配不同花期和不同叶色的小乔木和高大灌木,包括苏铁(Cycas revoluta)、柑橘(Citrus reticulata)、枇杷(Eriobotrya japonica)、桂花(Osmanthus fragrans)、石楠(Photinia serrulata)、日本晚樱(Cerasus serrulata var.lannesiana)、桃(Amygdalus persica)、紫叶李(Prunus cerasifera f.atropurpurea)、鸡爪槭(Acer palmatum)、紫荆(Cercis chinensis)、蜡梅(Chimonanthus praecox)、石榴(Punica granatum)等,形成绚烂的背景“墙”。下层以海桐(Pittosporum tobira)、金边大叶黄杨(Euonymus japonicus‘Ovatus Aureus)、杜鹃(Rhododendron simsii)、南天竹(Nandina domestica)、龟甲冬青(Ilex crenata var.convexa)、八角金盘(Fatsia japonica)、卫矛(Euonymus alatus)、雀舌黄杨(Buxus bodinieri)等修剪的球形或带状式种植,进行收边,也丰富了植物景观层次。

3.3.2 宅旁类型植物景观单元。宅旁绿地是居住区中与居民生活最密切的绿地部分,进行宅旁绿地植物配置时,以改善居民居住自然环境为主,同时考虑美化建筑,并与居住区整体景观特色保持一致性。综合得分最高的宅旁类型的植物景观单元,采用典型的“乔木+灌木+草本”复合层次模式,层次丰富多样。建筑外观颜色为土黄色,色调为暖色调,所以植物选择上,上层乔木选择冷色调的树种,如浅绿色落叶大乔木朴树、栾树(Koelreuteria paniculata)和黄连木(Pistacia chinensis),点缀常绿大乔木杜英、广玉兰(Magnolia Grandiflora);中层使用较多颜色鲜艳活泼、人们较为喜爱的观花小乔和高大灌木,如桂花、日本晚樱、柑橘、鸡爪槭、蜡梅、木槿(Hibiscus syriacus)、紫薇(Lagerstroemia indica)、紫荆、石榴等;下层选用较多开花和色叶类小灌木,如海桐、红花檵木、杜鹃、红叶石楠、龟甲冬青、金焰绣线菊(Spiraea × bumalda ‘coldfiame)、红叶石楠、金钟花(Forsythia viridissima)、雀舌黄杨等,地被选用蜘蛛抱蛋(Aspidistra elatior)、麦冬(Ophiopogon japonicus)、沟叶结缕草(Zoysia matralla)。

3.3.3 滨水类型植物景观单元。对水景的应用以观赏为主。得分最高的滨水类型植物景观单元岸坡设置为自然式置石驳岸,搭配木制栈桥,在岸坡、水域、石缝和水域中种植水生植物,岸坡和石缝中以黄菖蒲(Iris pseudacorus)、香蒲(Typha orientalis)、千屈菜(Lythrum salicaria)为主,水域中主要种植浮水植物睡莲(Nymphaea tetragona)和挺水植物荷花(Nelumbo nucifera),形成水生植物群落,层次结构错落有致,种类丰富多样。水域周围多营造疏林草地植物景观,以效仿江南水乡特色的优质植物景观配置,岸坡边主要种植小乔木和高大灌木,包括桃、大叶早樱(Cerasus subhirtella)、桂花、鸡爪槭、石楠、紫薇等,以迎春(Jasminum nudiflorum)为底,柔化岸线,营造岸边轻松愉悦的氛围,设置游步道,供居民休憩、游赏。而最外围以自然式密林为主,上层大乔木主要有香樟、杜英、朴树等,中层以石楠、桂花为主,下层主要为小灌木和地被植物,如法国冬青(Viburnum odoratissimum var.awabuki)、海桐、红花檵木、金叶女贞(Ligustrum × vicaryi)、金边大叶黄杨、卫矛等,多种植物和层次的搭配,形成近自然的植物景观群落结构。

3.3.4 道路类型植物景观单元。道路类型植物景观单元以二级道路为主,主要位于供居民休闲游憩的步道旁。植物配置形式较多样化。综合得分最高的道路类型植物景观单元,植物景观层次丰富,观花树种类型较多。上层主要高大乔木有朴树、香樟、杜英、玉兰(Magnolia denudata),色彩有浅绿、深绿和红色,中层以观花小乔木和高大灌木为主,有桂花、女贞(Ligustrum lucidum)、石榴、紫荆、紫丁香(Syringa oblata),下层由修剪成或球形或带状的灌木结合一定起伏變化的地形形成丰富开合空间,主要植物有金叶女贞、红花檵木、大花栀子(Gardenia jasminoides f. grandiflora)、卫矛、龟甲冬青、红花檵木、南天竹、八角金盘、沟叶结缕草等。

3.3.5 复层类型植物景观单元。复层植物群落结构多表现为植物层次较多,植物种类丰富多样。综合得分较高的复层类型植物景观单元,按照高低层次共有6层。上层有高大乔木,朴树、香樟、杜英、加杨(Populus × canadensis)、枫香(Liquidambar formosana)构成上层骨架,中层多种植各类观赏性小乔木,如紫叶李、金枝槐(Sophora japonica ‘Golden Stem)、枇杷、桃、桂花、柑橘、鸡爪槭、石楠、大叶女贞,其花果枝叶均具有很高的观赏价值,其中点缀一些色彩鲜艳的观花观果类高大灌木,如紫荆、石榴、紫薇等形成第3个层次,灌木层则为较高的灌木球和低矮形灌木丛结合起伏多变的地形形成不同的层次空间,包括杜鹃、红花檵木、金叶女贞、金边大叶黄杨、大叶栀子、龟甲冬青,地被则为沟叶结缕草,形成了丰富的植物景观层次,大量的彩叶、繁花、花香植物的应用为居民提供了驻足观赏与休憩观景点。

4 结论与讨论

居住区植物景观营造对整体风貌提升及生态环境保护均具有重要的作用。该研究以功能类型植物景观单元为研究对象,综合考虑居住区植物景观的美学功能、生态功能及服务功能,筛选了22个影响因子,运用AHP法对武汉11个居住区48个功能性植物景观单元进行现状调查分析,根据调查及评价结果推荐出在美学、生态及服务功能三方面得分较高的优秀的功能性植物景观单元配置模式,为不同立地条件、不同功能需求的植物景观营造提供具体借鉴与量化参考,也为今后居住区的植物景观设计提供一定的实践指导。

从综合评价结果可以看出,武汉市居住区植物景观总体处于中等偏上水平,其评价结果与实际情况相吻合,证明了此植物景观评价体系合理性和可行性。从指标权重结果可以看出,植物与植物的协调共生性、物种的多样性、植物的固碳释氧功能、植物的滞尘能力是影响植物景观质量的主要因素,都属于准则层中权重最高的生态功能,这与方咸孚等[24-25]提出的居住区绿地规划设计指导原则一致,即利用生态学原理创造自然和人类健康共存的、高品质的生态居住区环境。同时也进一步证实该评价体系具有一定的客观性和科学性,未来的居住区植物景观配置按照该评价体系中的高占比权重因子进行实践指导即可获得满意的植物景观效果。

通过评价结果可以看出,筛选的5处优秀的功能性植物景观单元配置模式仍然存在一些问题,需进一步改进,以获得武汉市居住区绿地的综合效益最大化。①小品类型植物景观单元综合评价结果较好,但公众参与度不够高。该功能性植物景观单元应更多在各个细节进行人性化的设计,植物配置空间组织上应考虑不同年龄层次居民日常活动的需求,适当增设休息座凳,添加如彩叶、异形叶植物及观花植物,增加居民和游人观景、游憩空间,同时,提高此类型植物景观单元的互动性。②宅旁类型植物景观单元评价结果表明,所选植物之间的协调共生性不够好。由于宅旁绿地多采用多层复合群落进行植物配置,植物之间受光照、温度和养分影响较大。在进行多层复合群落配置时,应充分了解植物的生长习性,科学合理配置;应注重植物的生态效益,关注植物的降温降噪以及驱蚊保健性,为居民的健康舒适生活提供保障。③滨水类型植物景观单元植物长势欠佳,水生植物多样性缺乏,其美学评价分值较低,应适当增加水生植物种类以丰富滨水植物景观层次,同时应增设亲水的游步道、栈道等设施,增加人们进行亲水活动的机会。④道路类型植物景观单元的植物种类丰富度不够,除应适宜增加植物的种类丰富度外,还需考虑所选植物的生态功能,以除尘降噪和观景俱佳的树种为宜,提高居民的生活质量。⑤复合绿地综合评价结果均较好,可在此基础上提高乡土树种比例,辅以外来植物,提高高固碳能力树种应用比例,完善植物群落,增强抗逆性和稳定性以适应城市环境。

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