摘要：文章針對北京平原城市河岸森林資源景觀功能與視覺質量提升的需求，結合主觀美景度評價方法，重點利用客觀的眼動分析方法分析景觀視覺質量及其植物影響。結果表明：1）增加水生植物能夠提高河岸楊柳景觀的美景度，作用最好的是蘆葦，其次是荷花、千屈菜；2）河岸楊柳景觀美景度值從春季到冬季在季節(jié)內波動式上升，但在3月、8月、11月季節(jié)交替月份出現(xiàn)下降拐點，且冬季至次年春季是美景度值最低的時段；3）河岸楊柳景觀有葉期（4—11月）比落葉期（12月—次年3月）視覺注視時間長，且水生植物群落比楊柳群落能夠獲得更多的注視（其中蘆葦、荷花、千屈菜的視覺吸引力依次遞減）；4）楊柳景觀的觀賞視線范圍廣泛，但注視點長時間停留在水體、楊樹、柳樹、水生植物群落的交界區(qū)域；5）減少楊樹視覺面積比例能夠提升河岸楊柳景觀林的視覺質量，但存在28%的臨界值，低于該值時，觀測者持續(xù)注視集中點會向楊柳樹群落范圍外轉移，楊柳群落會失去河岸景觀的主體優(yōu)勢。
關鍵詞：美景度，眼動分析法，水生植物，視覺面積比例，河岸楊柳景觀
河岸帶指河水與陸地交界處的兩邊，具有獨特的空間結構和生態(tài)與景觀功能。目前對于河岸帶植被的研究已形成較多的理論與實踐成果，理論研究主要集中在河岸帶群落植被的區(qū)系、植物組成及其多樣性、植被景觀格局等方面，實踐成果主要集中在河岸帶植被生態(tài)系統(tǒng)與生境修復等方面，這些研究很好地揭示了河岸帶植被結構與功能的基本問題及生態(tài)重建及管理的理論與技術。目前對于河岸森林景觀視覺質量的研究大部分仍沿用較為主觀的心理物理學派方法（包括SBE、LCJ、SD），這些評價方法能夠反映出觀測者主觀審美的景觀感知，雖也有對構成景觀要素的解析，但對于景觀構成元素所起作用或對美景度產生的影響解釋較弱。眼動分析法通過追蹤、記錄人觀賞景觀時客觀的視覺行為，從而解釋觀測者對景觀的感受認知，是景觀研究的一種強有力工具，并且通過興趣區(qū)的劃分與眼動數(shù)據(jù)分析，能夠針對性地解釋特定元素對整體視覺質量的影響。北京平原地區(qū)建設用地密度大、人口稠密、水資源與濱水游憩資源較為稀缺，現(xiàn)階段城市河岸以楊樹與柳樹為優(yōu)勢種的森林斑塊比例較高，無論從生態(tài)安全還是從景觀視覺質量方面都亟需改善和提升。因此，文章立足該需求，針對以楊柳為優(yōu)勢群落的北京平原河岸森林景觀，從水生植物配置與楊柳比例調控方面入手，結合主流的景觀視覺質量SBE主觀評價方法，核心利用客觀的眼動分析方法，通過記錄和分析人的眼動數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對于景觀視覺質量及其植物影響的客觀判定與解析，以期對城市楊柳河岸景觀視覺質量的提升提供技術參考與實際操作的理論數(shù)據(jù)支撐。
1 研究區(qū)概況及研究方法
基于研究目的，選擇通州運河森林公園作為研究地點。通州運河森林公園是北京平原地區(qū)城市森林分布的典型區(qū)域，公園順沿通州大運河主河道8.6km，也是大運河主河道沿線的重要河岸森林斑塊，其承載周邊城市居民的主要戶外游憩需求，具有較高的社會、生態(tài)、景觀綜合性功能。同時，從通州運河森林公園植物構成來看，全園優(yōu)勢喬木樹種為毛白楊、垂柳、鉆天楊，它們是北京平原森林最常見的樹種，其河岸楊柳景觀是北京平原典型河岸森林景觀的代表，并配置了不同的常見水生觀賞植物，具有研究平原河岸森林景觀視覺質量及其植物影響的良好條件。
1.1 樣點設置與樣本圖像采集
針對通州運河森林公園內河岸森林，在實地植物調查并綜合對比分析優(yōu)勢喬木種類、水生植物種類構成、岸線形態(tài)、觀賞可達性等方面的基礎上，選定垂柳+鉆天楊、垂柳+鉆天楊+荷花、垂柳+鉆天楊+蘆葦、垂柳+鉆天楊+千屈菜4個樣點，分別代表楊柳景觀、楊柳景觀+水生植物景觀，4個樣點依次記為P1，P2，P3，P4。
2018年全年12個月對樣點進行不間斷的逐月拍攝，每月月初重復利用同一單反相機，選擇晴朗或少云的天氣在當日的9點至15點之間對P1，P2，P3，P4進行拍攝，均采用橫向拍攝，將河岸植物景觀居于畫面中心，每次對同一樣點的拍攝控制同一拍攝點、同一高度、同一角度，挑選4個樣點4個季節(jié)沒有攝影瑕疵的照片各一張作為實驗評價照片，共計48個樣本。
1.2 樣本視覺面積比例解析
首先，對樣本的天空、水體進行色彩同質化處理，盡量排除植物因素以外元素對美景度評分與眼動行為的影響。其次，利用Matlab平臺對各樣本通過提取RGB分量、閾值分割、邊界提取、邊界鏈接，去除樣本天空與水體，并結合經過人工校對提取鉆天楊視覺區(qū)域（含樹冠樹葉范圍與樹干范圍）、垂柳視覺區(qū)域（含樹冠樹葉范圍與樹干范圍）、水生植物視覺區(qū)域，三者區(qū)域之和為樣本所有植物視覺景觀區(qū)域，在此基礎上計算并讀取鉆天楊、垂柳、水生植物視覺面積占所有植物視覺景觀面積的比例，其中楊樹視覺面積比例=鉆天楊視覺區(qū)域面積/所有植物視覺景觀面積，柳樹視覺面積比例=垂柳視覺區(qū)域面積/所有植物視覺景觀面積。最后，基于如上提取區(qū)域設定眼動實驗的興趣區(qū)（Area Of Interest），將鉆天楊與垂柳區(qū)域設定為AOI-1，水生植物區(qū)域設定為AOI-2，為開展眼動實驗做準備。
1.3 美景度評價
已有研究成果表明不同人群審美無顯著群體差異。依據(jù)Daniel等提出的美景度評價方法，對12個月的所有照片樣本進行7分制評分，分值分別為3（極喜歡）、2（很喜歡）、1（喜歡）、0（一般）、-1（不喜歡）、-2（很不喜歡）、-3（極不喜歡），數(shù)量控制為100人/月；再采用Zij=（Rij-`Rj）/Sj， Zi= Zij /Ni標準化公式進行計算（式中Zij表示第j個評判者對第i個景觀的評判標準化值；Rij表示第j個評判者對第i個景觀的評判等級值；`Rj表示第j個評判者所有評判值的平均值；Sj表示第j評判者的評判值的標準差；Zi為第i景觀的標準化得分值；Ni為第i景觀的有效評判者數(shù)量），最后得出各樣本的美景度值。
1.4 眼動實驗與眼動數(shù)據(jù)處理
利用Eyeso Ec80遙測式眼動儀（采集頻率80fps）進行視覺追蹤測試，應征選取了35名視覺正常、裸眼視力或矯正視力均在1.0以上的被試人員，對48個樣本進行眼動測試，并通過Eyeso分析軟件收集相應數(shù)據(jù)。重點選取表征視覺吸引的最基本眼動行為指標，包括注視持續(xù)時間、AOI-1與AOI-2注視持續(xù)時間指標，同時針對注視時間和注視點位置進行可視化形成注視點熱點圖，提取相應數(shù)據(jù)展開后續(xù)分析。
2 結果與分析
2.1 河岸楊柳景觀美景度值
按照上述美景度評價方法，計算統(tǒng)計各樣點各月份的美景度值。
2.1.1 不同樣點河岸景觀的美景度值
河岸景觀各樣點之間的美景度值從大到小依次為：3號樣點（均值為0.58）、2號樣點（均值為0.49）、4號樣點（均值為0.45）、1號樣點（均值為0.28），即存在水生植物配置的2號樣點、3號樣點、4號樣點的美景度值顯著高于河岸僅楊柳景觀的1號樣點的美景度值。該結果說明，荷花、蘆葦、千屈菜等水生植物所形成的水生植物景觀能夠提升河岸整體美景度，并且不同水生植物種類對河岸景觀的提升作用也不同，蘆葦對河岸楊柳景觀的提升作用最為明顯。進一步對2號樣點、3號樣點、4號樣點進行方差多元比較可知，2號樣點與4號樣點的美景度值差異不明顯，結合各樣點美景度值可知，荷花與千屈菜對于河岸楊柳景觀的提升效果差異不大，荷花略比千屈菜高。
2.1.2 不同季節(jié)河岸景觀的美景度值
河岸美景度各月份間存在一定的差別，10月、2月、7月河岸景觀美景度值最高（ 0.4~0.5），其次為3—6月、1月、8—9月（0.2~0.4），11月、12月美景度均值最低（0.2~0.4）。從全年變化來看，河岸景觀美景度值從冬季到次年冬季表現(xiàn)出“升（11月至次年1月）—降（3月）—升（3—7月）—降（8月）—升（8—10月）—降（11月）”的季相變化規(guī)律，3月、8月、11月是河岸景觀美景度下降的拐點。結合北京地區(qū)季節(jié)分類標準，河岸景觀美景度在冬末春初（3月）、夏末秋初（8月）、秋末冬初（11月）的變化規(guī)律說明季節(jié)變換對河岸景觀的美景度產生了影響，美景度值從春季到冬季在季節(jié)內波動式上升，在季節(jié)交替月份出現(xiàn)下降，冬季至次年春季是美景度值最低的時段。
2.2 河岸楊柳景觀注視時間
按照上述眼動測試的實驗方法，統(tǒng)計各樣點各月份樣本整體，以及AOI-1（鉆天楊與垂柳群落）、AOI-2（水生植物群落）的注視持續(xù)時間。
2.2.1 不同樣點河岸景觀的注視持續(xù)時間
不同樣點河岸景觀注視持續(xù)時間的差異不明顯（F=0.134，P＞0.900）。對于觀賞者而言，這說明在4個岸線形態(tài)相似且土地利用屬性相同的景觀河岸樣點獲取并識別以楊柳為優(yōu)勢植物的河岸景觀這一客觀景觀信息的難度沒有顯著差異。
進一步比較水生植物群落的注視持續(xù)時間可知，不同樣點水生植物群落的注視持續(xù)時間存在顯著差異（F=23.930，P＜0.001）。3號樣點水生植物群落的注視持續(xù)時間顯著高于1號樣點和2號樣點，這說明觀賞者可能在3號樣點對蘆葦景觀給予了更多內在審美評價加工與欣賞，蘆葦景觀可能具有相對較高的美景感知，這與前述SBE評價結果，即蘆葦對河岸楊柳景觀的提升作用最為明顯一致；而4號樣點反之，其注視持續(xù)時間最短，這說明觀賞者在4號樣點對千屈菜景觀給予了較少的內在審美加工與欣賞，千屈菜景觀具有相對較低的美景感知。
2.2.2 不同季節(jié)河岸景觀的注視持續(xù)時間
不同季節(jié)河岸景觀注視持續(xù)時間存在明顯差異（F=148.429，P＜0.001），其中6—11月注視持續(xù)時間最長，其次為2—5月的注視持續(xù)時間，12月至次年1月注視持續(xù)時間最短。河岸景觀的注視持續(xù)時間具有季節(jié)變化規(guī)律，春節(jié)開始逐漸呈上升趨勢，夏季達到峰值，秋季開始逐步降低直至冬季為最低值，次年春季重復變化，河岸景觀注視持續(xù)時間的季節(jié)變化規(guī)律可能由全年具有季相特征的楊樹與柳樹產生。
通過分析對比樣點全年景觀可知，鉆天楊與垂柳的季相特征基本重合，其綠葉期、黃葉（枯葉）期、落葉期在月份時間梯度內基本一致。進一步利用Pearson相關系數(shù)檢驗注視持續(xù)時間與鉆天楊、垂柳季相特征之間的關系，結果表明河岸景觀與鉆天楊（P＜0.01）、垂柳季相特征（P＜0.01）均存在顯著相關性；而通過ANOVA多元對比可知，樣本鉆天楊、垂柳表現(xiàn)為綠葉、黃葉狀態(tài)時（二者無顯著差異）比表現(xiàn)為落葉狀態(tài)的注視持續(xù)時間長。結合植物調查的結果，4—11月為鉆天楊和垂柳有葉時期，能夠獲得更多的視覺關注，12月至次年3月為二者落葉時期，獲得的視覺關注較少，觀賞者對其美景度的綜合感知也較弱。
2.3 河岸楊柳景觀注視熱點
依據(jù)前述眼動實驗方法，對楊柳景觀注視位置和注視時間進行可視化，得到注視點熱點圖。熱點圖結果顯示，觀測者對不同季節(jié)不同樣點的注視行為都表現(xiàn)出相同的特征，視線范圍較為廣泛，但注視停留位置存在集中區(qū)域，且這一集中區(qū)域基本在水體、楊柳樹群落、配置景觀植物的交界處，這是楊柳景觀的視覺集中點。該結果反映出生態(tài)景觀視覺特征的普遍規(guī)律，即視覺集中點存在于各種生態(tài)構成元素的交匯區(qū)域。
2.4 河岸楊柳視覺面積比例
前述分析通過主觀美景度評價與客觀注視特征度量對以鉆天楊與垂柳為優(yōu)勢群落的河岸景觀的視覺質量進行了分析，分析結果較為一致，水生植物（特別是蘆葦，具有禾本科草本自然野趣的特征，更能夠直觀還原河岸帶的原生景觀，提升其美景度）以及楊柳的季相變化能夠影響河岸景觀的視覺質量，這對于實際河岸景觀建設具有一定的指導意義。但某些以楊柳為河岸帶優(yōu)勢植物的河流或河段，由于岸線用地屬性、水質狀況、水利安全等原因，無法通過配置水生植物途徑提升河岸景觀質量，只能通過調整楊樹、柳樹本身的面積比例來調控河岸景觀質量，以后將進一步探討楊柳群落本身的楊樹視覺面積與柳樹視覺面積，及其季相特征對于河岸視覺質量的影響。
結合統(tǒng)計Matlab計算的各樣點各月份楊樹視覺面積比例和柳樹視覺面積比例。Pearson相關檢驗表明，河岸景觀SBE值與楊樹面積比例、柳樹面積比例都不具有顯著的線性相關性（P＞0.05），并且SBE主要描述景觀的整體美景感，不能準確排除天空、水體等其他非植物元素對于河岸景觀的影響，不便于獨立分析楊樹、柳樹的作用，故重點以注視時間展開討論。河岸景觀注視持續(xù)時間與柳樹面視覺積比例、楊樹視覺特征的相關性分析表明，其具有顯著負相關性（P＜0.03），從該層面減少楊樹視覺面積是提升視覺質量最直接的途徑。
根據(jù)前述注視熱點圖及熱點位置解析結果，統(tǒng)計各月份及各樣點熱點和楊樹群落與柳樹群落區(qū)域、水生植物區(qū)域、非植物景觀區(qū)域位置關系解析結果，并通過Pearson相關檢驗表明，熱點位置與楊樹視覺面積存在顯著相關性（P＜0.02）。同時，分析熱點位置在AOI-1、AOI-2、非植物景觀區(qū)域時的楊樹視覺面積比例，其結果表明，楊樹視覺面積比例在上述3類情況之間存在顯著差異（F=5.943，P＜0.002）；熱點在AOI-1、AOI-2、非植物景觀區(qū)域的楊樹視覺面積比例分別為34%，27%，28%，也即是說楊樹視覺面積減少到28%以下時，熱點會出現(xiàn)在楊柳樹群落之外的水生植物區(qū)域或非植物景觀區(qū)域。因此，結合上述減少楊樹面積的河岸景觀調控方法，楊樹視覺面積減少的范圍臨界值為28%，若低于該值會使持續(xù)注視集中點向楊柳樹群落范圍外轉移，失去了河岸楊柳景觀的主體優(yōu)勢。該結果對于實際建設的指導意義較強，可作為提升河岸楊柳景觀建設對策參考數(shù)據(jù)。
3 結論與討論
3.1 結論
1） 增加水生植物能夠提高河岸楊柳景觀的美景度，且水生植物種類對于河岸楊柳景觀的提升作用由大到小依次為蘆葦、荷花、千屈菜。
2） 楊柳河岸景觀美景度值從春季到冬季在季節(jié)內波動式上升，在季節(jié)交替月份冬末春初3月、夏末秋初8月、秋末冬初11月美景度值出現(xiàn)下降，且冬季至次年春季是美景度值最低的時段。
3） 鉆天楊與垂柳景觀在12月至次年3月，其落葉期視覺注視時間較短，在4—11月為有葉期，注視時間較短。但總體而言，水生植物群落比鉆天楊與垂柳群落能夠獲得更多的視覺注視，且蘆葦、荷花、千屈菜的視覺吸引力依次遞減。
4） 觀測者觀賞楊柳景觀的視線范圍較為廣泛，但注視基本長時間停留在水體、楊樹群落、柳樹群落、水生植物群落的交界區(qū)域。
5） 減少楊樹視覺面積比例能夠提升河岸楊柳景觀林的視覺質量，但楊樹視覺面積比例低于28%時，觀測者持續(xù)注視集中點會向楊柳樹群落范圍外轉移，楊柳群落會失去河岸景觀的主體優(yōu)勢。
3.2 討論
上述分析主要基于主觀美景度評價與客觀眼動測試指標，對以鉆天楊、垂柳為優(yōu)勢樹種的河岸楊柳景觀展開的研究，能夠揭示水生植物配置對河岸楊柳景觀視覺質量的影響，也能夠為依據(jù)楊樹、柳樹群落視覺面積比例的調控途徑提供數(shù)據(jù)支撐。但本研究存在的問題或后續(xù)研究需深化的內容在于：一是采用的照片作為各種眼動測試的對象材料，照片不能完全對實景進行替代，在實際景觀中非視覺因素，如小氣候環(huán)境、觀測者情緒等身心因素均會對整體景觀視覺感覺產生影響。因此，在今后的研究中可以采用頭戴式遙測眼動儀在景觀現(xiàn)場進行測試，并同步記錄觀測者的身心指標，形成更全面的分析結果。二是本研究僅以荷花、蘆葦、千屈菜等作為水生或水岸生長的花卉及禾本科草本的代表進行了研究，后續(xù)應測試更多的常見水生植物；同時，楊柳群落的樹種也只有鉆天楊與垂柳，后續(xù)可納入更多的植物種類進行分析，以實現(xiàn)對平原城市河岸森林景觀植物最佳構成因素的全面解析。（作者：張昶 王涵 王成）
第一作者：張昶（1988- ），女，博士，助理研究員，研究方向為城市森林景觀、城市河流生態(tài)景觀、城市森林生態(tài)文化
通信作者：王成（1967- ），男，研究員，博士生導師，主要從事城市森林與城市生態(tài)方面的研究工作
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