魏合義 黃正東 楊和平

基于GIS光照因子分析的園林植物選擇和配置以浙江省桐鄉(xiāng)市某小區(qū)為例

魏合義 黃正東 楊和平

光照是園林植物正常生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖及群落穩(wěn)定的重要生態(tài)因子?；诘乩硇畔⑾到y(tǒng)（GIS）空間分析功能對(duì)光照條件進(jìn)行精確模擬和量化分析，結(jié)合園林植物對(duì)光照的需求標(biāo)準(zhǔn)，探討園林植物的精細(xì)配置方法。以浙江省桐鄉(xiāng)市金盛花園小區(qū)為案例進(jìn)行定量研究。結(jié)果表明數(shù)字模擬方法可提高園林植物的選用和配置水平。

園林植物；種植設(shè)計(jì)；光照因子；GIS；

修回日期：2015-03-20

1 前言

光照是一切綠色植物進(jìn)行光合作用所必須的生態(tài)因子。具體講，光照的作用主要表現(xiàn)為影響植物的正常生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖以及其群落的穩(wěn)定性［1-2］。通常情況下，不同區(qū)域在選用植物進(jìn)行景觀營(yíng)造、生態(tài)或物種保護(hù)時(shí)，常會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)條件盡可能滿足植物所必需的的生態(tài)因子或生態(tài)位（Ecological Niche）［3-4］，這也是城市植物選擇和應(yīng)用中適地適樹(shù)的基本原則［5-6］?，F(xiàn)代城市發(fā)展研究或?qū)嵺`中，在“優(yōu)先滿足城市功能”這一思想導(dǎo)向下，植物生命過(guò)程中所必需的生態(tài)因子均受到不同程度的影響。除了環(huán)境溫度和土壤條件外［7-8］，太陽(yáng)輻射也有較大改變［9-10］。

在城市區(qū)域，建筑類(lèi)型、建筑高度和布局是造成太陽(yáng)輻射發(fā)生變化的主要因素，相關(guān)研究較多關(guān)注城市的“污染”、“通風(fēng)”或“熱”問(wèn)題［11-15］。然而，相關(guān)研究較少探討城市植物的選擇和配置應(yīng)如何響應(yīng)光照條件的變化。造成這一現(xiàn)象的主要原因是城市設(shè)計(jì)進(jìn)程中，一般將建筑、道路、公共設(shè)施等硬質(zhì)景觀作為設(shè)計(jì)的主體，園林植物常作為這些城市要素的點(diǎn)綴。近些年來(lái)，城鎮(zhèn)化的推進(jìn)使一些城市問(wèn)題愈發(fā)突出，如：城市熱島、大氣污染、能源消耗、城市噪音和城市雨洪等，而園林植物在緩解這些問(wèn)題時(shí)所體現(xiàn)的生態(tài)價(jià)值也開(kāi)始受到重視［16-18］。為使園林植物發(fā)揮最佳的生態(tài)功能和美化作用，風(fēng)景園林師應(yīng)更多關(guān)注如何在城市環(huán)境中，促使各類(lèi)植物的成活和健康生長(zhǎng)。

北美地區(qū)，在確定適合城市植物的種類(lèi)和配置方式時(shí)，常采用對(duì)種植場(chǎng)地評(píng)價(jià)的方法［19］，包括地上的光照、風(fēng)、空間，地下的管網(wǎng)、土壤pH和透氣性等。現(xiàn)代居住小區(qū)中，由于完善的植被養(yǎng)護(hù)措施，使一些環(huán)境脅迫因子在一定程度上得到了極大的改善，如：水肥管理、病蟲(chóng)害防治和土壤改良。但是，居住區(qū)中高層建筑的增多使光照成為限制植物選擇和配置的重要脅迫因素，而且這一生態(tài)因子也很難通過(guò)人為方式得以改善。目前的問(wèn)題是，如何在有限的光照條件下，更加科學(xué)、合理的選擇植物種類(lèi)和優(yōu)化植物配置。

在我國(guó)，早期已有學(xué)者探討建筑對(duì)光照的影響，將研究結(jié)果用于指導(dǎo)園林植物的選擇和配置［20］。限于當(dāng)時(shí)數(shù)字技術(shù)及計(jì)算能力的落后，對(duì)光照條件的分析還僅限于光照時(shí)數(shù)，其方法在定量應(yīng)用層面上也受到一定的限制。在現(xiàn)今的科學(xué)研究中，計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的提高和相關(guān)數(shù)字軟件的開(kāi)發(fā)，極大的滿足了對(duì)光照模擬、分析、評(píng)價(jià)的需要。數(shù)字軟件中，CAD和Sketch-up系列軟件，可以模擬不同樹(shù)木布局對(duì)建筑采光和通風(fēng)的影響［21-22］；光照和長(zhǎng)波環(huán)境輻射模型（SOLWEIG），可用于模擬城市環(huán)境中的陰影格局、光照時(shí)數(shù)和平均輻射溫度［23-24］；GIS軟件對(duì)太陽(yáng)輻射的模擬也具有較好的表現(xiàn)［25-26］。綜合分析，GIS不僅可以用于各種尺度場(chǎng)地的光照模擬和分析，還可以用于植物數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，在數(shù)字模擬軟件中具有較突出的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)目前的研究現(xiàn)狀，本研究提出利用GIS技術(shù)模擬光照環(huán)境，結(jié)合常用園林植物的生態(tài)習(xí)性建立植物數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)不同的光照條件，科學(xué)合理的檢索植物種類(lèi)和群落組合。該技術(shù)體系可為園林綠地的植物選擇和配置提供基礎(chǔ)支持。

2 材料與方法

2.1 研究地概況

金盛花園小區(qū)位于浙江省桐鄉(xiāng)市迎鳳新村東側(cè)，北港河南側(cè)，迎鳳路北側(cè)，東鄰商業(yè)步行街。小區(qū)總占地50畝（33 350m2），配套會(huì)所、物管、商業(yè)用房及其它相關(guān)設(shè)施，總建筑面積約5萬(wàn)m2，規(guī)劃住宅371戶。主題建筑共17棟：建筑高度最低為2層，最高為11層。居住小區(qū)植物選用和配置應(yīng)適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，反映地域文化，并保證植物群落的穩(wěn)定性。

桐鄉(xiāng)市位于浙江省北部杭嘉湖平原，地理位置為北緯30°28′至30°47′，東經(jīng)120°17′至120°39′。該區(qū)域?qū)儆诘湫偷膩啛釒Ъ撅L(fēng)氣候。溫暖濕潤(rùn)，四季分明，雨水豐沛，光照充足。

2.2 研究工具及參數(shù)設(shè)置

本研究主要利用ArcGIS軟件，采用由Fu和Rich開(kāi)發(fā)并形成的Solar Analyst分析模塊［25］。在ArcGIS9.2及之后的版本中，Solar Analyst模塊將集成在空間分析工具中［27］。本方法在應(yīng)用過(guò)程中，需要對(duì)一些相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，若設(shè)置不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致模擬結(jié)果失真，或使計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。綜合考慮本研究的目的、場(chǎng)地概況、計(jì)算機(jī)性能、模擬時(shí)間和模擬精度，經(jīng)過(guò)測(cè)試將本研究的參數(shù)設(shè)置如下（表1）。

2.3 數(shù)據(jù)處理和分析

本研究主要使用的數(shù)據(jù)有建筑數(shù)據(jù)、路網(wǎng)數(shù)據(jù)和植物數(shù)據(jù)。建筑數(shù)據(jù)和路網(wǎng)數(shù)據(jù)為居住小區(qū)前期規(guī)劃成果。植物數(shù)據(jù)是根據(jù)已有研究成果，將常用的園林植物按照光照需求差異，建立植物數(shù)據(jù)庫(kù)。

首先，將建筑數(shù)據(jù)和路網(wǎng)數(shù)據(jù)添加至ArcGIS，一般在CAD軟件環(huán)境中編輯的數(shù)據(jù)是缺少相應(yīng)屬性的。因此，可以通過(guò)查看數(shù)據(jù)屬性窗口將這些數(shù)據(jù)賦予單位、參考比例和地理坐標(biāo)等屬性，以便于在GIS中應(yīng)用。其次，設(shè)定模擬邊界。將潛在的植物種植區(qū)域作為模擬邊界，模擬高度設(shè)置為地面（值為0）。再次，將設(shè)置完成的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能，由矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)。在設(shè)置象元大小時(shí)，應(yīng)平衡計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間和模擬精度。最后，將研究區(qū)域常用的園林植物根據(jù)光照生態(tài)習(xí)性，按照喬木、灌木和地被等類(lèi)別統(tǒng)計(jì)至表。再將完成的植物數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS能夠支持的數(shù)據(jù)庫(kù)，以供光照模擬結(jié)果的檢索。

2.4 光照綜合評(píng)價(jià)模型

光照時(shí)數(shù)和光照強(qiáng)度是光照條件的綜合反映。對(duì)光照條件的綜合評(píng)價(jià)，可以使用以下模型：

〖Sun〗_con=〖w_1*Sun〗_t+〖w_2*Sun〗_i

公式中：〖Sun〗_con為光照綜合條件；〖Sun〗_t為光照時(shí)數(shù)等級(jí)；〖Sun〗_i為光照強(qiáng)度等級(jí)；w_1和w_2為各加權(quán)項(xiàng)的權(quán)重。

研究中，采用層次分析方法（AHP）結(jié)合專家打分賦值［28］，根據(jù)計(jì)算將光照時(shí)數(shù)的權(quán)重設(shè)為0.4，將光照強(qiáng)度的權(quán)重設(shè)為0.6。在ArcGIS空間分析中，對(duì)光照時(shí)數(shù)和光照強(qiáng)度等級(jí)圖進(jìn)行疊加分析處理，生成光照條件綜合評(píng)價(jià)適宜圖。將綜合評(píng)價(jià)值從高到低劃分5個(gè)等級(jí)，植物種類(lèi)適宜性上，分別可選擇強(qiáng)陽(yáng)性植物、陽(yáng)性植物、中性植物、耐陰植物和喜陰植物。

3 結(jié)果與分析

3.1 光照條件分析

3.1.1 四個(gè)日時(shí)的光照面積比分析

不同時(shí)間的光照強(qiáng)度是有差異的。同一天內(nèi)，光照強(qiáng)度隨太陽(yáng)方位角的增大而增強(qiáng)。模擬2014年春分、夏至、秋分和冬至的日期分別設(shè)定為3月21、6月21、9月23和12月 22日。根據(jù)設(shè)定的相應(yīng)參數(shù)（表1），對(duì)研究區(qū)域在4個(gè)特殊日時(shí)的光照時(shí)數(shù)和光照強(qiáng)度進(jìn)行分析和對(duì)比（圖1-2）。

光照時(shí)數(shù)的對(duì)比結(jié)果顯示：研究區(qū)域中不同等級(jí)光照時(shí)數(shù)的面積比例在春分和秋分時(shí)分布較均勻，光照時(shí)數(shù)在4-6小時(shí)和6-8小時(shí)的面積比例相當(dāng)。而在春分、秋分和冬至?xí)r，區(qū)域中大于8小時(shí)的面積比例接近一致。夏至和冬至因太陽(yáng)高度角的差值達(dá)到最大，不同光照時(shí)數(shù)的面積比例變化也較大。夏至?xí)r，除了在6-8小時(shí)、大于8小時(shí)的面積比例大于冬至?xí)r外，小于2小時(shí)、2-4小時(shí)和4-6小時(shí)的面積比例均小于冬至?xí)r。由此可以說(shuō)明，夏至?xí)r的光照時(shí)數(shù)整體較好，冬至?xí)r的光照時(shí)數(shù)為最差。

光照強(qiáng)度的對(duì)比結(jié)果顯示：春分和秋分不同等級(jí)的光照強(qiáng)度面積比例同樣較為一致，而夏至和冬至?xí)r變化較大。夏至?xí)r，不同光照強(qiáng)度等級(jí)中，“極強(qiáng)”、“較強(qiáng)”和“一般”的面積比例均超過(guò)春分、秋分和冬至。春分和秋分時(shí)，不同等級(jí)的光照強(qiáng)度面積比例也較為一致。冬至?xí)r，“極弱”光照強(qiáng)度的面積比例遠(yuǎn)超過(guò)春分、夏至和秋分，但在“極強(qiáng)”、“較強(qiáng)”、“一般”和“較弱”等級(jí)上均低于其他3個(gè)日時(shí)。

值得關(guān)注的是，4個(gè)日時(shí)的光照強(qiáng)度在“極強(qiáng)”等級(jí)的面積比例也較為相似。主要原因是本次分析包含了樓頂光照，而樓頂對(duì)該“極強(qiáng)”等級(jí)的面積比例貢獻(xiàn)最大，除7號(hào)樓樓頂光照強(qiáng)度的面積比例在4個(gè)日時(shí)有變化外，其他樓頂均未變化。以上分析結(jié)果可以說(shuō)明，通過(guò)該方法對(duì)光照時(shí)數(shù)和光照強(qiáng)度的分析，具有較強(qiáng)的科學(xué)性和穩(wěn)定性，其分析結(jié)果可用于指導(dǎo)植物的選擇和配置實(shí)踐。

3.1.2 年平均光照時(shí)數(shù)和光照強(qiáng)度分布

1 不同等級(jí)光照時(shí)數(shù)的面積比例對(duì)比

2 不同等級(jí)光照強(qiáng)度的面積比例對(duì)比

光照時(shí)數(shù)和光照強(qiáng)度是影響植物生長(zhǎng)的2個(gè)重要指標(biāo)，二者既有一定的聯(lián)系又是不同性質(zhì)的因子。研究區(qū)域中，全年平均光照條件的分析對(duì)植物選用和配置的指導(dǎo)意義更大。因此，本研究將時(shí)間設(shè)置為365天，對(duì)全年的光照條件進(jìn)行模擬。同時(shí)，將模擬的光照時(shí)數(shù)和光照強(qiáng)度按照5個(gè)等級(jí)進(jìn)行劃分。

研究結(jié)果顯示（圖3），年均光照時(shí)數(shù)“嚴(yán)重不足”的區(qū)域主要集中在1號(hào)樓與3號(hào)樓、3號(hào)樓與5號(hào)樓圍合的區(qū)域，6號(hào)樓房北側(cè)也是光照時(shí)數(shù)“嚴(yán)重不足”的區(qū)域。1號(hào)樓、2號(hào)樓因南側(cè)未有建筑影響，光照時(shí)數(shù)“極充足”。9號(hào)樓南側(cè)、西南側(cè)因與7號(hào)樓間距較大且7號(hào)樓樓層較低，因此也具有較大面積的“極充足”、“充足”的年均光照時(shí)數(shù)。而10號(hào)樓、13號(hào)樓北側(cè)具較大面積的光照時(shí)數(shù)“嚴(yán)重不足”區(qū)域。研究區(qū)域的西側(cè)和東側(cè)，因未考慮外圍建筑的影響，年均光照時(shí)數(shù)“充足”的區(qū)域占了較大面積。

從光照強(qiáng)度的分析來(lái)看（圖4），年平均光照強(qiáng)度為“極強(qiáng)”等級(jí)的區(qū)域主要分布在建筑頂部。地面上，年均光照強(qiáng)度為“極強(qiáng)”的區(qū)域則未有分布。而“較強(qiáng)”區(qū)域主要分布在1號(hào)樓、2號(hào)樓南側(cè)，8號(hào)樓和11號(hào)樓東南側(cè)，9號(hào)樓南側(cè)及西南側(cè)，12號(hào)樓和15號(hào)樓西側(cè)。研究區(qū)域內(nèi)，年均光照強(qiáng)度為“一般”等級(jí)的面積占了最高的比例。光照強(qiáng)度“較弱”、“極弱”的區(qū)域，與年均光照時(shí)數(shù)的“不足”、“嚴(yán)重不足”的分布相似，但是所占面積更大，并具有北向擴(kuò)展的特點(diǎn)。

綜合分析，當(dāng)研究區(qū)域的經(jīng)緯度、模擬時(shí)間和海拔高度一定時(shí)，研究區(qū)域內(nèi)的光照條件僅受建筑高度、建筑間距和建筑布局的影響。通過(guò)降低樓層高度、增加樓間距、減少建筑之間的圍合度可有效增加區(qū)域內(nèi)的年均光照時(shí)數(shù)和光照強(qiáng)度；反之，光照時(shí)數(shù)和強(qiáng)度將會(huì)降低。由此可見(jiàn)，建筑物是改變光照空間分布的主要因素，在植物選用和配置時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體立地條件選擇合適的植物類(lèi)型。以上研究，尚未考慮喬木和灌木種植后相互之間的影響。另外，地形對(duì)光照條件的影響也較為顯著，因本案例研究區(qū)域內(nèi)的地面較為平坦，故將地面DEM設(shè)為均值。

3.2 桐鄉(xiāng)市金盛花園植物選用與配置

根據(jù)本研究設(shè)置的相關(guān)參數(shù)，首先生成年均光照強(qiáng)度和光照時(shí)數(shù)的空間分布，利用光照條件綜合評(píng)價(jià)模型，形成光照條件適宜圖。最終，可結(jié)合具有光照需求習(xí)性的植物數(shù)據(jù)庫(kù)，確定較適宜的植物類(lèi)型和配置方案（圖5和、表2）。

3.2.1 基調(diào)樹(shù)種和骨干樹(shù)種

基調(diào)樹(shù)種和骨干樹(shù)種可作為該小區(qū)的行道樹(shù)或獨(dú)賞樹(shù)，種植方式上可采用孤植、對(duì)植、列植、叢植或群植，這些樹(shù)種可反映當(dāng)?shù)貧夂驐l件、地域文化和區(qū)域特點(diǎn)，以喬木為主。在種類(lèi)選擇上不宜過(guò)多，選用3-5種為宜。

適宜類(lèi)型：落葉喬木可選擇銀杏、楓香、欒樹(shù)、鵝掌楸和三角楓；常綠喬木可選擇香樟、黑松、樂(lè)昌含笑、廣玉蘭、杜英和桂花。

具體立地條件上（圖5和、表2），對(duì)于銀杏、黑松和鵝掌楸等喜充足光照的園林植物，較適合種植在綜合評(píng)價(jià)為“強(qiáng)陽(yáng)性”或“喜陽(yáng)”植物種植區(qū)，這些區(qū)域可滿足其對(duì)光照的需求。如種植在1號(hào)、2號(hào)建筑南側(cè)，9號(hào)、12、和15號(hào)建筑西側(cè)，及2號(hào)、4號(hào)和6樓東側(cè)。通過(guò)這些喬木的列植或群植，形成較好的植物景觀。也可在銀杏和鵝掌楸下種植較耐半陰的夾竹桃，達(dá)到噪音防護(hù)及隔離污染的目的。9號(hào)建筑之前較大面積的“喜陽(yáng)植物”種植區(qū)域，可以群植形成季相景觀，也可通過(guò)孤植大樹(shù)營(yíng)造獨(dú)賞景點(diǎn)。但這些區(qū)域，需注意常綠樹(shù)高度及與北側(cè)建筑的距離，避免造成冬季的過(guò)度遮陰。三角楓、香樟、杜英，以及幼苗期的樂(lè)昌含笑和廣玉蘭均較耐陰，在立地條件的選擇上較自由，可在“中性植物”、“耐陰植物”種植區(qū)域栽植?！跋碴幹参铩狈N植區(qū)主要分布建筑北側(cè)以及建筑圍合區(qū)域，可選用紅豆杉、大葉冬青、海桐或南天竹，但喜陰或耐陰植物多為常綠，同樣需要控制數(shù)量，以免造成過(guò)度陰暗潮濕。

3 不同等級(jí)年均光照時(shí)數(shù)的空間分布

4 不同等級(jí)年均光照強(qiáng)度的空間分布

5 光照綜合評(píng)價(jià)適宜圖

3.2.2 植物群落

園林植物中的喬木、灌木、草本的選擇和垂直結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，可以發(fā)揮較高的生態(tài)價(jià)值，同時(shí)也可形成良好的藝術(shù)效果。鑒于浙江省桐鄉(xiāng)市的氣候條件，結(jié)合園林植物光照耐受特點(diǎn)，可在各適宜的植物種植區(qū)域構(gòu)建合理的植物群落（圖5和、表2）。

植物群落配置方案1、方案2、方案3和方案4中（圖5和、表2），該植物群落上層喬木較喜光照直射，中層灌木喜陰濕涼爽，地被植物既能接受陽(yáng)光直射（大吳風(fēng)草除外），又有很好的耐陰性。在立地選擇上，可在各建筑東側(cè)、南側(cè)或西側(cè)種植。在光照評(píng)價(jià)圖中可選擇“強(qiáng)陽(yáng)性”、“喜陽(yáng)”植物種植區(qū)，上層喬木宜群植、叢植，以達(dá)到對(duì)中層灌木的遮陰效果。“中性”植物種植區(qū)具有最大的面積比例，在植物選擇和群落構(gòu)建上相對(duì)靈活?？蛇x擇方案5作為植物群落，但需注意群落上層桂花的光照，選擇光照時(shí)數(shù)以超過(guò)6小時(shí)的立地條件為宜，否則將造成桂花開(kāi)花量的下降?！澳完帯焙汀跋碴帯敝参锓N植區(qū)，可選擇方案7和方案8，上、中、下層植物均耐陰或喜陰，可較好的適應(yīng)光照時(shí)數(shù)和強(qiáng)度不佳的區(qū)域。種植方式上，喬木層以孤植、列植為主，灌木層以孤植、組團(tuán)，地被層可大面積成片種植以形成開(kāi)闊景觀。

表2 植物種類(lèi)選擇和配置適宜性方案

綜合分析，本研究的植物選用和配置方案是以光照條件分析為基礎(chǔ)，以適宜性評(píng)價(jià)為原則的優(yōu)選方案。實(shí)踐中，還應(yīng)結(jié)合園林小品及其它景觀要素，體現(xiàn)風(fēng)景園林師的設(shè)計(jì)思想，在保障植物正常生長(zhǎng)的前提下，發(fā)揮最佳景觀和生態(tài)功能。

4 結(jié)論和討論

4.1 光照因子分析與植物選擇

植物在城市中發(fā)揮著重要的生態(tài)、文化和美學(xué)功能，特別是近年來(lái)野生植物的選育和外來(lái)植物的引入，更加豐富了城市街道、公園、學(xué)校及居住小區(qū)的景觀。為了解各類(lèi)園林植物的生態(tài)習(xí)性，大量的研究實(shí)證了各種植物的生態(tài)因子需求特征［29-32］，并最終匯編成植物學(xué)著作或手冊(cè)，為其適宜性選擇和種植提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

本文依據(jù)植物對(duì)光照的這些生態(tài)需求特征，結(jié)合植物種植場(chǎng)地的光照條件，針對(duì)性地選擇植物類(lèi)型和配置方式。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，建筑物對(duì)光照條件影響較大，造成了強(qiáng)陽(yáng)性或喜陽(yáng)植物種植區(qū)域受限。耐陰或喜陰的常綠植物具有較廣的種植區(qū)域，但是這些植物的過(guò)度應(yīng)用，在一定程度上，又會(huì)造成物種多樣性和景觀多樣性的降低。同時(shí)，建筑采光也會(huì)受到一定的影響。

較早時(shí)期，有研究曾對(duì)自然植物群落中光照強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定，分析不同光照強(qiáng)度對(duì)植物生長(zhǎng)和開(kāi)花的影響［29，31］。城市化的發(fā)展使植物的立地條件發(fā)生了改變，如高層建筑對(duì)光照條件的影響。針對(duì)這一問(wèn)題，也有學(xué)者探討建筑物對(duì)光照時(shí)數(shù)的影響，并根據(jù)不同建筑區(qū)位的光照條件，選擇合適的園林植物［20］?？傊?，前期的研究已經(jīng)開(kāi)始重視植物的光照需求，并在定量分析上進(jìn)行了一定的探索。

與已有的研究相比，本研究建立了具有植物光照需求屬性的數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合GIS技術(shù)對(duì)光照條件進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，從而可以方便的選擇植物種類(lèi)和配置方式。另外，該方法在定量分析、評(píng)價(jià)和應(yīng)用實(shí)踐上，也更具有優(yōu)勢(shì)。

4.2 光照條件評(píng)價(jià)模型在植物配置中的應(yīng)用

光照評(píng)價(jià)模型結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件，為不同尺度的光照模擬和應(yīng)用提供了便利?；跀?shù)字軟件的光照分析，常用于太陽(yáng)能利用、建筑采光和土地生產(chǎn)潛力評(píng)估等領(lǐng)域。在太陽(yáng)能量的分析上，GIS技術(shù)可以根據(jù)地理緯度、地形以及相關(guān)設(shè)定的參數(shù)，計(jì)算單位面積上不同時(shí)間區(qū)間積累的能量。光照時(shí)數(shù)和光照強(qiáng)度是光照條件的主要特征，本研究采用AHP方法結(jié)合專家賦權(quán)重，使用線性加權(quán)的光照綜合評(píng)價(jià)模型。在后續(xù)的工作中，將探討微分模型在光照模擬中的應(yīng)用，針對(duì)性的解決因不同植物具有不同的生長(zhǎng)周期，從而產(chǎn)生對(duì)光照需求的差異性問(wèn)題。

光照條件的優(yōu)劣對(duì)園林植物的選擇影響較大，但是，目前還未有針對(duì)這一研究的評(píng)價(jià)模型出現(xiàn)。從植物對(duì)光照的生理需求角度講，光照強(qiáng)度分析可以指引不同光照補(bǔ)償點(diǎn)的植物選擇和配置。而光照時(shí)數(shù)的分析則可以指引不同開(kāi)花習(xí)性的植物選擇和配置。因此，為了綜合評(píng)價(jià)光照條件，本研究根據(jù)光照強(qiáng)度和光照時(shí)數(shù)的分析結(jié)果，將二者通過(guò)評(píng)價(jià)權(quán)重疊加，生成光照綜合評(píng)價(jià)適宜圖，用于指導(dǎo)園林植物的種類(lèi)選擇和配置。

總之，光照評(píng)價(jià)模型可結(jié)合數(shù)字軟件對(duì)不同尺度、地域和高度進(jìn)行模擬，并將模擬結(jié)果用于植物設(shè)計(jì)或施工設(shè)計(jì)。由于植物具有生命力，且樹(shù)冠形態(tài)也相差很大，目前數(shù)字模擬方法較難模擬上層喬木對(duì)下層植物受光的影響。

4.3 光照與植物配置的關(guān)系

在園林植物應(yīng)用中，植物設(shè)計(jì)師根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在植物選擇和配置工作中，較好的關(guān)注了植物的生態(tài)習(xí)性。如：根據(jù)植物的適宜氣候、區(qū)域、土壤、水肥條件等因素，選擇較適合的植物。在建成區(qū)進(jìn)行植物規(guī)劃時(shí)，設(shè)計(jì)師也會(huì)根據(jù)建筑方位的差異，選擇光照需求不同的植物。一般情況下，選擇耐陰性較強(qiáng)的植物，其適應(yīng)較強(qiáng)，植物的生長(zhǎng)很少受到影響。而對(duì)陽(yáng)性植物選擇和配置時(shí)，應(yīng)更多考慮種植區(qū)域的光照條件，若配置不當(dāng)將造成植物的生長(zhǎng)不良。然而，因建筑物高度、形態(tài)和布局的多樣性，以及人類(lèi)感知能力的限制，設(shè)計(jì)師很難定量的判斷光照的優(yōu)良程度。

數(shù)字模擬方法，可以準(zhǔn)確分析植物種植區(qū)的光照分布格局。強(qiáng)陽(yáng)性植物，根據(jù)模擬結(jié)果，種植在直射輻射較強(qiáng)的區(qū)域較為合適。喜光但又忌陽(yáng)光直射的植物，可以配置在散射輻射較充足的區(qū)域。光照條件較差的區(qū)域，選擇耐陰或喜陰植物較為合適。群落構(gòu)建上，也可根據(jù)光照條件進(jìn)行合理的搭配。例如：光照條件較好的區(qū)域，可供選擇的植物種類(lèi)較豐富，層次構(gòu)建上也較為自由。光照不良區(qū)域，僅能在耐陰或喜陰植物中選取，群落構(gòu)建上也受到一定限制。

對(duì)于中緯度或高緯度地區(qū)，由于太陽(yáng)高度角的變化導(dǎo)致一年中有較大的光照時(shí)數(shù)差異。因此，對(duì)光照時(shí)數(shù)敏感的開(kāi)花植物，在種植區(qū)域上也需要特別關(guān)注。長(zhǎng)日照植物，種植在春季至夏季的光照時(shí)數(shù)超過(guò)12個(gè)小時(shí)的區(qū)域?yàn)榧眩@些區(qū)域光照條件豐富，有利于植物的生長(zhǎng)和開(kāi)花。短日照植物的種植范圍較廣，但同樣需要光照充足的種植區(qū)域，以滿足光合產(chǎn)物的積累。不過(guò)，對(duì)光周期敏感的植物多數(shù)為草本，大部分木本植物或不以觀花為主的植物則不受光照時(shí)數(shù)的影響。

在今后的研究中，將加入地形要素對(duì)光照條件的影響分析，以及不同模擬高度之間光照環(huán)境的差異。同時(shí)，結(jié)合植物數(shù)據(jù)庫(kù)、光照評(píng)價(jià)模型、邏輯檢索、智能算法等技術(shù)，探討植物選擇的自動(dòng)匹配方法，最終形成植物選擇和配置的決策支持系統(tǒng)。

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Landscape plant selection and configuration based on light factor analysis using GIS
A Case Study of A Residential District in Tongxiang City， Zhejiang Province， China

WEI He-yi HUANG Zheng-dong YANG He-ping

Light is a key ecological factor for plant growth， development， reproduction and plant community stability. With reference to the light requirement standard of landscape plants， the paper explores fine landscape plant arrangement method through sunshine simulation and quantitative analysis in geography information system （GIS）. A case study has been carried out in a residential area in Tongxiang city， Zhejiang province. Results show that GIS-based sunshine simulation method can improve landscape plant selection and configuration.

Landscape Plants； Planting design； Light Factor； GIS；

TU986

A

1673-1530（2015）06-0060-07

10.14085/j.fjyl.2015.06.0060.07

2014-09-21

魏合義/1982年生/男/河南人/武漢大學(xué)城市設(shè)計(jì)學(xué)院博士生/研究方向：數(shù)字景觀規(guī)劃（武漢 430072）

黃正東/1968年生/男/湖北人/武漢大學(xué)城市設(shè)計(jì)學(xué)院教授/博士生導(dǎo)師（武漢 430072）

楊和平/1983年生/男/湖北人/深圳市北林苑景觀及建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院規(guī)劃師/研究方向：城鄉(xiāng)規(guī)劃與景觀生態(tài)（深圳518045）