貴陽市常色葉園林植物葉色量化及配植分析

楊 杰，王秀榮，邸高曼，黎昌繼

（貴州大學林學院，貴陽 550025）

0 引言

常色葉植物屬于彩葉植物的一類，其在整個生長季節(jié)均能保持鮮艷的色彩或具有彩色斑紋，彩葉的葉色在整個生長期內(nèi)具有較高觀賞價值的色葉植物[1-2]。而色彩實驗證明，在正常狀態(tài)下觀察物體時，色彩能首先引起視覺反應，其次才是形狀、質(zhì)感等[3]。植物景觀中色彩最易引起人們的重視，彩葉植物的色彩搭配是城市綠化的重要組成部分。目前植物色彩研究方面，主要涉及春季新葉色彩變化[4]、秋季優(yōu)質(zhì)景觀的植物群落[5]、春夏秋三季季相色彩動態(tài)定量分析[6]。對常色葉植物單類調(diào)查研究還比較少，研究深度也僅涉及對常色葉樹種的種類及園林應用現(xiàn)狀調(diào)查和應用分析[7]，缺少常色葉植物色彩量化研究，在植物色彩應用方面也比較單一[8]。色葉植物量化方法中研究較多的是用RHS植物比色卡取色[9]和NCS色卡比色[10-11]，但比色卡工作量大、色彩檢測儀自身影響大、相機采集受環(huán)境影響[12]，故采用計算機程序語言R語言和Matlab軟件提取色彩數(shù)據(jù)[13-14]，量化數(shù)據(jù)的處理首選HSB模式，HSB是色彩視覺感受的量化模型，其優(yōu)勢在于圖像色彩顯示的表達和操作，可以在攝影設備和圖像顯示設備中完成色彩的量化研究[15]。

貴陽市屬喀斯特山地，植物資源豐富[16]，氣候宜人，適合多種植物生長，對其常色葉植物引種栽培及城市色彩景觀應用有重要意義。本研究通過調(diào)查貴陽市內(nèi)常色葉植物，進行色彩色系的分類，應用計算機Matlab語言進行色彩量化，在HSB色彩模式下總結(jié)貴陽市常色葉植物葉色色彩屬性特征與配植應用，以期為彩葉植物色彩配植的多樣化提供樹種選擇并增加四季色彩景觀提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料的選擇

通過查閱文獻和網(wǎng)絡調(diào)查當?shù)厍闆r，選取貴陽市常用常色葉園林植物，并且在植物配植中常見的彩色色系，主要參照表1的分類方式。（1）將常色葉植物分為常綠喬木、落葉喬木、常綠灌木、常綠灌木、藤本、地被及草本6種類型。（2）第二梯度按照色葉植物葉片顏色分為雙色葉、單色葉和斑色葉3類[18]，然后根據(jù)色系冷暖占比和色調(diào)分類。

表1 常色葉植物分類樣表

續(xù)表1

1.2 研究方法

2019年10—12月，根據(jù)《城市綠地分類標準》(CJJ/T 85—2017)5類綠地[19]選取貴陽市7個區(qū)主要街道的15條道路，包括大型廣場和居住區(qū)綠地，公園、校園等綠地及苗圃生產(chǎn)綠地。隨著色葉植物樹種資源引用的增加，選擇新城區(qū)或老城區(qū)新建公園和居住區(qū)為代表，涉及貴州大學校區(qū)、大學城各大學校區(qū)、花溪國家城市濕地公園、登高云山森林公園、泉湖公園、觀山湖公園、碧桂園、花溪大道一號苗木場、花溪森林苗木種植場、武當慶華綠化花卉苗圃場等綠地（圖1）。對調(diào)查區(qū)域內(nèi)的主要常色葉單體植物喬灌木植物種類、應用形式、生長狀況、分布作初步了解并進行色彩采集。

圖1 調(diào)查區(qū)域分布圖

運用RHS2015比色卡進行植物顏色的復制，并采集植物上中下3個部位完整葉片用愛普生V30掃描儀掃描記錄，為保證所測顏色具代表性，采摘時選擇顏色較為均勻且具有代表性的葉片，所取試材為樹體上中下各部分向陽面的長枝成熟葉片，各部位采摘數(shù)量均為3個，采摘后立刻放入保鮮袋，置于冰盒中帶回室內(nèi)，2 h內(nèi)完成掃描。獲取現(xiàn)場照片，采集過程中始終保持在10:00—14:00拍攝，并保證光線充足。利用相機對植物的東、南、西、北4個方向進行照片拍攝，每個方向各拍攝2～3張數(shù)量不等的照片，而后確定選取1張，每個植物共確定4張照片。整個拍攝過程中始終保持同一人使用同一款相機進行順光拍攝，并保持同一高度、同一拍照模式，盡可能縮小其他因素影響所產(chǎn)生的誤差，從而保證研究的客觀性。

1.3 葉色的提取及分類

研究借助Colourlmpact色彩輔助軟件和Photoshop作為色彩選取工具，先運用Photoshop對掃描的葉片進行截取以及陰影部分的處理，再通過Colourlmpact進行整體葉片取色，迅速對照片中的植物葉片色塊顏色進行提取，提取占據(jù)70%以上的顏色，獲得其RGB值，出現(xiàn)2個所占比例差不多的顏色，則采用色彩混合的方式提取主色調(diào)，進而分類出單色葉、雙色葉、斑色葉，直觀表達植物色彩組成。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及量化分析

運用上述方法處理相機拍攝的植物圖片，選取最能體現(xiàn)植物色彩信息的部分，運用Matlab軟件中K-means均值聚類迭代處理確定植物主體色彩，然后將RGB模式轉(zhuǎn)化為HSB模式，并結(jié)合其HSB值，分析比較其色相、明度、彩度的情況。

聚類迭代處理步驟：（1）1張植物照片，將每一個像素點表示在色彩空間中，1張照片是有限n個像素點xi，i=1,…,n，其色彩信息是xi(Ri,Gi,Bi)，初始化k個聚類中心Cj(Rj,Gj,Bj)。（2）計算以每個點Cj(Rj,Gj,Bj)為中心，區(qū)域內(nèi)各維度的向量和Mj(x)，Mj(x)為x中到Cj最近的點的集合。（3）確定新的中心點Cj，Cj為Mj(x)的均值，以新生成的中心替代原來的中心。（4）重復以上第2步和第3步直到M(x)收斂，以最終的中心點的色彩數(shù)據(jù)值為該區(qū)域的色彩數(shù)據(jù)值。（5）最終得到的色彩數(shù)據(jù)值是RGB色彩模式，將RGB色彩模式轉(zhuǎn)換為HSB色彩模式[4]。例如黃金串錢柳、紅花檵木聚類結(jié)果如圖2所示。

圖2 黃金串錢柳、紅花檵木色彩聚類結(jié)果

2 結(jié)果與分析

2.1 貴陽市常色葉樹種資源及觀賞特性

由表2～3可看出，貴陽市常色葉園林樹種資源54種，分屬33科49屬，其中喬木4種、灌木21種、藤本4種、地被及草本25種，常色葉植物顏色突出，植物配植多用于前、中景色，故灌木和地被及草本種類較豐富，而喬木和藤本較少。科屬上，種類最多的地被及草本植物為百合科和禾本科，其次是灌木類的木犀科。栽植方式上常用的是片植和叢植。落葉習性上，常綠的樹種較多，占87%。大部分常色葉植物主要是引種栽培，共46種，鄉(xiāng)土彩葉樹種主要是草本植物共有9種，分別是佛甲草、斑葉芒、花葉山菅蘭、花葉梔子、金心黃楊、紫葉小檗、金邊黃楊、冷水花和金邊玉簪。單色葉、雙色葉、斑色葉樹種分別占總的為41%、4%、55%，表明樹種葉色季相純色和雜色樹種較多，雙色葉較少。暖色系植物最多，包含黃色系、紅色系和橙色系，表明貴陽市常色葉中性色系和冷色系植物較少，色彩種類不豐富，色系分布不均衡。

表2 貴陽市常色葉植物觀賞類別和栽植方式

續(xù)表2

表3 貴陽市常色葉數(shù)種種類統(tǒng)計及觀賞特性

2.2 常色葉植物葉色值

2.2.1 單色葉植物葉色值 如表4所示，單色葉植物共有紅、橙、黃、藍、紫5個色系，細分為19個典型色（即植物色彩占總體70%以上的顏色）。紫色系的植物最多，共有9種，草本和灌木占56%；紅色系有5種，主要是地被及草本植物和喬木；藍色系有4種，大部分是草本，灌木有1種；黃色系2種灌木、1種草本共3種；橙色系只有火焰繡線菊1種。

表4 貴陽市單色葉植物葉色RHS編號及HSB值

色彩的冷暖屬性是由色彩的物理現(xiàn)象給人心理的一種反映，是人對色彩最直接的冷暖感覺，最暖的色為橙色，稱為暖極。最冷的色為藍色，稱為冷極。紫與綠屬中性色[20]。由表4可知，貴陽市內(nèi)常色葉植物葉色中暖色為紅色、黃色和橙色系，共有8個典型色；中性色系只有紫色系9個典型色；其余為冷色系，主要是藍色系，共有4個典型色。單獨從常色葉植物顏色來觀測，紅楓、紫葉酢漿草和黑麥冬等植物的冷暖感較強烈，黃色系和藍色系冷暖感較弱。

2.2.2 雙色葉植物種類及葉色值 從園林植物觀賞角度，雙色葉植物數(shù)量較少僅有2種，如表5所示，細分為moderate reddish brown（中紅棕）、light bluish green（淺藍綠）、dark yellowish green（暗黃綠）、light greenish blue（淺綠藍）4個典型色。其中廣玉蘭基調(diào)色是綠色，背面是紅棕色，而銀荊2個觀賞葉面都是藍色系，冷色系植物，共2個典型色。

表5 貴陽市雙色葉植物葉色RHS編號及HSB值

2.2.3 斑色葉植物種類及葉色值 如表6所示，斑色葉植物共有紅色、黃色、藍色、紫色4個色系，細分為16個彩色典型色，其中相同色調(diào)的是pale yellow（淡黃，有5種）、brilliant yellow（亮黃，有4種）、brilliant greenish yellow（亮綠黃，有4種）、light greenish yellow（淺綠黃，有6種）。斑色葉植物具有2種或者2種以上的顏色特征，是因為葉綠素和其他色素之間轉(zhuǎn)變不明顯，致使2個或者3個顏色之間具有葉片占比面積很小但不可忽略的過渡色。其中大部分為黃色系，細分為黃、黃綠2類典型色，主要組成是常綠灌木、藤本和地被共計26種植物，分別有13、3和10種；紅色系、藍色系和紫色系分別有2、1和1種植物，主要是地被及草本植物。此次調(diào)查最為常見的是灑金桃葉珊瑚、金邊黃楊和花葉蘆竹等，其暖色系植物配合周圍綠色基調(diào)的植物做點綴較受歡迎，包括紅色和黃色系，共有14種典型色，而感覺最強烈的則是紅色系和鮮黃色植物，如火焰南天竹和黃金絡石；中性色系植物和冷色系植物比較少，各含有1種典型色。

表6 貴陽市斑色葉植物葉色RHS編號及HSB值

2.3 常色葉植物葉色色彩屬性特征

2.3.1 色相分布 根據(jù)日本PCCS色彩體系24色相環(huán)，貴陽市單色葉植物葉片色彩共涉及5個色系中的14個色相（圖3），以紫色和紅色為主；斑色葉及雙色葉植物葉片色彩共涉及4個色系中的10個色相（圖4），根據(jù)色彩數(shù)據(jù)，提取主要色系形成色譜（圖5），以黃色為主。色相綜合對比之下，以自然綠色為基調(diào)，24色相已經(jīng)有20個色相，色相跨度大，故應用中對比色和類似色配植較多，黃色系和紫色系植物種類多，運用廣泛，缺少橙色和藍紫色系的植物，但貴陽市常色葉植物和綠色植物基調(diào)植物基本可以滿足植物配植的色彩對比需求。

圖3 貴陽市單色葉植物色相分布

圖4 貴陽市斑色葉及雙色葉植物色相分布

圖5 單色葉和斑色葉植物主要色系色譜

2.3.2 明度、彩度分布 根據(jù)表4和圖6所示，單色葉植物葉色明度范圍5%～70%，黃色系和橙色系屬中高明度色彩，其他色系明度低。各色系的明度差值為5%～42%，暖色系和中性色系的差值最大，其中黃色系差值最大，冷色系的差值最小。單色葉植物葉色彩度范圍15%～80%，佛甲草、黃金串錢柳等彩度最高，黑麥冬彩度最低。各色系的彩度差值為3%～37%，中性色系中紫色系的差值最大，冷色系屬于低彩度范圍。

圖6 單色葉植物明度、彩度分布

根據(jù)表6和圖7所示，斑色葉植物葉色明度范圍20%～74%，火焰南天竹、花葉假連翹等明度最高，花葉繡球花明度最低。斑色葉植物中，藍色系和紫色系是單種植物，所以只有暖色系植物有差值變化，其中暖色系的明度差值為33%～48%，黃色系的差值最大。斑色葉植物葉色彩度范圍25%～93%，花葉蘆竹、金邊常春藤、花葉山菅蘭等彩度最高，吊竹梅彩度最低。暖色系的彩度差值為0%～30%，黃色系的差值最大，紅色系的2種植物彩度相同。

圖7 斑色葉植物明度、彩度分布

綜上，單色葉植物明度和彩度差值較大，差值越大色彩對比越明顯，根據(jù)相近色相進行配植可增加色彩的對比和層次。斑色葉黃色系植物種類豐富且明度較高，常應用于色帶、色塊和組團植物配植，利用各色系中較高明度和彩度的植物，營造層次豐富、色彩漸變過渡和諧的色彩景觀。

2.4 常色葉植物色彩屬性配植實際應用分析

貴陽市常色葉園林植物實際應用現(xiàn)狀上最常見的有5種（每個調(diào)查區(qū)域都有種植甚至出現(xiàn)多次種植），其中紫色最多；常見的有12種（3個調(diào)查區(qū)域出現(xiàn)1個區(qū)域種植），黃色系最多占了7種；少見的有24種（只出現(xiàn)在3個以內(nèi)的調(diào)查區(qū)域），黃色系最多占了9種；偶見的有14種（只出現(xiàn)在1個調(diào)查區(qū)域內(nèi)），黃色系占了10種。可運用的常色葉類樹木以灌木和地被及草本植物居多，因此常采用叢植或者片植的方式避免孤植帶來的體量小、視覺沖擊力度小等缺點。常色葉類灌木在色塊種植上的應用方式很豐富，在公園入口及標識路段可見灑金珊瑚、紫葉小檗、四季秋海棠等的模紋花壇，同時和一些花灌木或綠色灌木相搭配，更好地表現(xiàn)出了常色葉類植物的優(yōu)點，但部分種類頻繁應用，如紅花檵木，產(chǎn)生色彩單一的效果。

常色葉植物常用的配植方式有單一植物色彩配植、對比色、類似色、鄰補色和多色彩植物配植（表7），對比色搭配色相差值大，色相對比明顯，鄰補色搭配次之，故明度彩度對比較小，其中彩色色塊均為中等明度和彩度，明度和彩度差值都小，對比微弱，過度自然，花卉植物常作為點綴色彩，點綴色塊的植物為中高明度和彩度，增加色彩豐富度。

表7 常色葉植物色彩配植特征分析

3 結(jié)論

貴陽市常色葉園林植物共計54種，分屬33科49屬，單色葉植物22種，共有5個色系19個RHS典型色，紅色系和紫色系最多，占65%，冷暖色和中性色系植物種類接近；雙色葉植物2種，共2個色系4個典型色，主要是冷色系植物；斑色葉植物30種，共4個色系17個典型色，黃色系最多，占80%；整體統(tǒng)計，暖色系的植物種類居多，黃色系和紅色系就有37種植物，細分共分為紅、橙、黃、藍、紫5個色系，除重復外共33個典型色，中性色和冷色系植物偏少，大多出現(xiàn)在地被及草本植物；單色葉植物葉色明度范圍5%～70%，黃色系明度差值最大，藍色系的差值最小，彩度范圍15%～80%，紫色系彩度差值最大，藍色系差值小；斑色葉植物葉色明度范圍20%～74%，彩度范圍25%～93%，黃色系植物差值較大，整體來看，常色葉植物色彩明度和彩度范圍較大，多數(shù)植物為中、高明度和彩度。

主要的配植方式有單一植物色彩、類似色、對比色和多色彩配植，其中點綴色塊的植物為中高明度和彩度，彩色色塊均為中等明度和彩度；應用現(xiàn)狀中常色葉灌木較多，地被和草本次之，喬木最少，植物種類及色彩過于單調(diào)，少數(shù)種類頻繁應用，單色葉樹種顏色較均勻，但斑色葉植物黃色系植物占總體的87%，其余4種顏色分別僅有1種植物，缺少橙色和藍紫色系的植物，建議增加此類植物的引種馴化及應用，如藍葉玉簪(Hosta tokudama)、藍冰柏(Cupressus glabra‘BlueIce’)、粉柏(Sabina squamata)等，均衡植物色彩搭配，進一步提升貴陽市植物景觀色彩豐富度。

4 討論

彩葉植物在城市園林綠化中發(fā)揮著越來越重要的作用，研究、開發(fā)與應用起步較晚[21]，其中常色葉植物葉色豐富艷麗、觀賞期長，在觀賞園林植物方向有良好的發(fā)展前景，貴陽市常色葉園林植物在錢長江等人的調(diào)查研究基礎(chǔ)上增加了18種[22]，并且排除在貴陽市綠地園林應用中不運用或者不常用和引種馴化不穩(wěn)定的植物，如盆栽室內(nèi)觀賞植物。因彩葉植物品種不斷增加栽培，分布范圍廣，植物種類比較分散，不易調(diào)查，故部分色系的常色葉植物還有待發(fā)現(xiàn)。

常色葉植物色彩處于中、高明度和彩度，和前人其他植物研究[23]的結(jié)論有相似之處，表明常色葉植物和其他植物色相差距大，明度和彩度差距小，在應用中色相對比大時可降低明度和彩度，使色彩平衡。明度和彩度的變化也和環(huán)境有關(guān)，選取典型性樣本進行取色時，受到色彩樣本數(shù)量與環(huán)境偶然性影響較大，因為對于自然色彩，溫度、濕度、日照量等因素不同的地區(qū)所用植物有很大差別，并且同樣的植物在不同氣候環(huán)境中所呈現(xiàn)出的色彩也略有差別[24]，如紅楓，在同一植株上，樹冠上部葉片比下部變色快，在光照區(qū)域較為鮮艷，在背光區(qū)域顏色深暗且顏色不均勻[25]。植物衰老速率決定著植物葉片生長、變色、脫落等物候現(xiàn)象[26]，大部分落葉植物本身色彩在落葉前產(chǎn)生變化，直接影響葉色明度和彩度，故需采取葉片掃描和計算機Matlab語言進行色彩聚類確定穩(wěn)定時期的植物色彩。

實際應用中植物色彩的搭配還應考慮其他色葉植物、花色和果色各方面的因素，如果能建立完整的色葉植物色彩量化值的數(shù)據(jù)庫，將會為城市四季植物色彩景觀的規(guī)劃及管理提供參考和借鑒。