现代园林植物群落时空扩散模拟方法研究

蔡丽华

(福建农业职业技术学院，福建 福州 350008)

1 引言

传统的园林城市建设[1～6]，以城市地理位置为依托，根据城市水文特色和人文偏好，建设成一体化的园林城市。随着旅游业的不断发展，越来越多的城市建设逐渐将历史文化和自然元素融入城市园林建设中，根据各自的文化底蕴和自然元素，建设与历史文化[7，8]、古建筑有关的植物群落文化园林结构，增强城市自然气息，吸引更多的游客，以此增加城市的经济收入。为了让城市建设符合现阶段的发展，提出了现代园林植物群落时空扩散模拟方法(图1)建设现代园林，在传统园林建设的基础上[9～14]，以植物群落时空扩散为基础，设计全新的现代园林景观，提升园林城市的自然氛围，带动当地旅游业的发展。园林绿化建设工程中植物群落的设计与整个园林的形态有着紧密的联系。

图1 植物群落时空扩散模拟的建设方法

图1显示了植物群落时空扩散模拟的建设方法。在不同城市自然环境与历史文化的背景下，利用特色植物和当地稀有植物增加园林的亮点。通过设计园林城市植物群落空间布局以展现历史文化特色，创新原有的园林空间结构，以现代园林特色植物群落资源为条件实现自然元素浓厚的现代园林建设。

2 以植物群落时空扩散模拟方法建设现代园林

2.1 提取城市自然环境特征

城市园林绿化建设的影响因素，主要包括自然环境因素、历史文化因素。因此根据城市园林的概况，提取城市园林的自然环境特征与历史文化特征，将其融入到园林建设中。

河湖水资源作为园林建设最主要的自然资源，河流的分布对城市的植物群落生长起到关键的作用[15～17]，对任何植物群落来说，水资源是植物群落必不可少的生存条件。城市自然环境特征对当地植物群体影响较大，植物与植物之间，植物与环境之间都具有一定的相关性，以此形成现代园林特有的内部植物群落环境。城市的特色植物群落是指在一定生境条件下由某些植物构成的一个总体。现代园林建设中植被群落的组成可分为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气候及生境条件自然形成的群落。在历史文化影响下自然群落具有独特的类别、外观、分布和构成。人工群落是按现代园林建设需求，配植各种植物，根据人们生活需要，具有观赏性，能改善环境。

2.2 现代园林设计中植物群落时空的设计要点分析

园林城市建设[18～20]，还需要设计空间结构建设方案，通过空间上对园林文脉与地方特质的回应，形成大尺度山水环境层面审视园林本身空间形态与结构的思路。通过观察自然山水空间结构，寻找园林与自然环境融合的切入点，建设出具有自然元素植物群落时空特色的现代园林。

将园林设计重心放到山水形胜格局内，融入植物群落，审视综合效果，将人工建筑、自然景观、植物群落和园林建筑融为一体，使自然环境与园林空间相互联系、变化和发展，令现代园林成为承载城市特色自然元素的重要空间载体。为了令设计方案中的园林空间布局误差最小，利用评估模型测算现代园林建设空间结构设计合格指标，当该模型的计算结果大于1时，证明设计方案合理，可以按照该方案建设园林城市；当该模型的计算结果小于1时，说明该方案不合理，需要重新调整。通过评估模型测算后建设园林，可以最大程度地减小误差，为合理建设园林提供理论依据。

2.3 植物群落时空扩散模拟的现代园林建设

基于CA(细胞自动机)模型，开发了一种模拟植物群落时空扩散的方法。在标准细胞自动机模型中，状态集是有限的、离散的集合，并且每个单元是有限的，状态取其中一个值。为了模拟现代园林植物群落时空扩散的动态过程，将细胞状态设置为(0,1)，1表示现代园林植物种群的时空扩散，0表示现代园林植被群落没有时空扩散。在植物群落时空扩散模拟模型中，细胞自动机模型的细胞空间可以通过空间尺度和网格模型与空间数据库、航空遥感图像、图像等进行匹配，完成数据转换和其他数据准备工作。现代园林植物群落扩散的时空动态变化是一个地理学和生物学的过程。因此，在植物群落时空扩散的模拟模型中，细胞空间由网格表示，网格大小选择卫星图像的空间分辨率(30 m×30 m)。在这个意义转换过程中，空间尺度的概念同时被赋予了细胞空间。同时，在扩散模型中，细胞之间的邻域被定义为摩尔规则，即与1个细胞相邻的8个细胞是该细胞的邻域，并且所有细胞的邻接定义是一致的，邻域半径是1个网格格栅细胞，摩尔规则如图2所示。

图2 扩散模拟中的摩尔规则

在现代园林植物群落的扩散动力学中，细胞动力学不仅受到局部个体相互作用的影响，还受到各种区域和更大尺度因素的影响，建立了状态转移规则，有效模拟了现代园林植物种群的变化过程。设置不同的转换速率表示相应种群的扩散速率，转速设置为R=1，2，…，n，在R=1时，扩散模拟的摩尔规则对应1个格栅的半径，在R=2时，对应2个格栅的半径，以此类推，从而准确地模拟现代园林植物群落的时空扩散动态。

根据上述设计的现代园林植物群落时空扩散模拟方法，在模拟现代园林植物群落时空扩散动态后，设计的现代园林建设方案，以自然景观文化资源为驱动，建设独具自然文化特色的植被长廊。植被长廊的建设包括2种形式：①对已经建立好的或者已存在的文物古迹的外围建设植被文化墙，人工植被群落分布在长廊上，并结合相应的自然特色植物群落，提升现代园林建设文化内涵；②以自然特色景观为基础，融入当地文化特色，在人工植被的进一步修饰下建设文化长廊，通过现代化的技术和手段提高文化长廊的层次感，实现现代美学与传统美学的有机结合，提高文化长廊的吸引力。图3是对某城市古建筑设计的植被景观文化长廊。

图3 植被景观文化长廊

3 调查与分析

采用调查的方式，将现代园林植物群落时空扩散模拟方法应用于城市现代园林建设中，与传统城市园林建设方法进行对比，除本文模拟方法外，其他应用和设计的环境均一致。随机选取4支队伍以调查问卷的形式抽样调查，通过10分制评估不同方法构建的现代园林，评分越高，则表示现代园林建设效果越好，即最后分析调查问卷的结果得出具体结论。

3.1 调查准备

为提高调查结果的准确性和可靠性，本次调查随机选取几个城市的4支现代园林设计队伍，其中队伍A1、A2内的成员为国内团队，A3、A4队伍内的成员为国内和国外人员组合的团队。

4支队伍进行实地调查，并且均应用本文现代园林植物群落时空扩散模拟方法和传统方法设计园林，其中传统方法建设的园林城市作为对照组测试对象，本文方法植物群落时空扩散模拟方法建设的园林城市为实验组测试对象。

3.2 结果与分析

整理和分析两组的4支团队的调查问卷，比较不同现代园林植被群落分布建设方式下，现代园林建设效果，表4和表5为采用10分制评估现代园林建设效果，其中10分为最高分，表示建设效果极度好；1分表示最低分，即建设效果极度差。表1、2为此次调查问卷评估分数结果的汇总。

表1 实验组调查结果

表2 对照组调查结果

根据两组调查结果的评估分数可知，实验组调查结果最低分为6.1分，最高分达到了9.8分，A1和A2的平均分为9.17分和9.22分，A3和A4的平均分为6.28分和6.37分，A3和A4的平均分相对较低，但是高于对照组的平均分4.01分和4.13分，并且A1和A2的平均分高于对照组的平均分1.50分以上，由此可知，此次研究的现代园林植物群落时空扩散模拟方法的城市特色植被群落建设方法下，本文方法应用现代园林植物群落时空扩散模拟方法设计的现代园林效果更好。设计的现代园林结构将特色植被群落分布文化和景观文化相融合，可以激发游客的游玩兴趣。而传统方法下的现代园林建设，由于没有特色的植被群落分布，景观中没有浓厚的自然氛围，植被层次感较差，导致参观者对园林建设只是简单视觉观看，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时空扩散模拟方法应用于现代园林建设中取得了一定效果，在现实践中确实能够进一步提高城市现代园林的自然感官，使游客更好地感受自然，同时具有更强的吸引力。

4 结论与讨论

为了提高现代园林的建设效果，研究了现代园林植物群落时空扩散模拟方法，将其应用于现代园林建设中。此次提出的园林植物群落时空扩散模拟方法，以自然特色植物群落时空分布为基础，通过研究特色历史文化植物群落和人工群落分布的文化景观长廊，增添现代园林景观城市建设中的特色自然信息，激发参观者的兴趣，刺激当地旅游业的发展和提高当地居民的生活舒适度。通过验证分析可知，设计的园林植物群落时空扩散模拟方法应用于现代园林建设后，其园林建设效果得到了认可，其评估分数达到了9.0分以上，并且A3和A4组的平均分也在6.2分以上，该方法比传统方法高了1.5分以上，由此可知，园林植物群落时空扩散模拟方法的园林建设效果高于传统方法，具备更高的应用价值和有效性。但此次研究的方法，并没有针对性考虑城市气候因素，包括温度、湿度、降水、风速等，因此，在应用时空扩散模拟方法建设现代园林时，可能增加现代园林建设的成本，后期会针对该情况进行深入研究。