艾錦輝，魏鎮(zhèn)歡，劉文文，廖晨陽,2*，陳 一

(1.四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065；2.伊利諾伊大學(xué)厄巴納香檳分校，美國 厄巴納 61801)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，噪聲污染已成為我國城市主要污染之一。交通噪聲、工地噪聲、社會(huì)噪聲等嚴(yán)重影響著人的情緒，甚至危害人體健康[1]。植物作為城市中主要的生物設(shè)施，發(fā)揮著重要的生態(tài)功能，不僅能美化環(huán)境、吸塵降塵、降溫增濕、固土保水、吸收有害氣體，還具有較強(qiáng)的隔音減噪能力[2～3]。

自20世紀(jì)40年代末Eyring開始探究綠植減噪以來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)植物的減噪機(jī)理、影響因素及不同樹種的減噪能力等展開了深入研究[4]。影響因素方面，研究主要集中于林帶平均高度、寬度、葉面積指數(shù)、群落結(jié)構(gòu)樹種組成、發(fā)聲點(diǎn)與受測(cè)點(diǎn)之間的距離等因子對(duì)林帶減噪功能的影響[5]。近年來也有學(xué)者開始關(guān)注林帶孔隙度、種植強(qiáng)度等因子，Lai FernOwS.Ghosh[6]等的實(shí)驗(yàn)表明，植被種植強(qiáng)度由最小強(qiáng)度增至中等強(qiáng)度時(shí)，交通噪聲降低了50%，而當(dāng)植被進(jìn)一步增至密集強(qiáng)度時(shí)，減噪效果沒有明顯增強(qiáng)?；诖罅繉?shí)驗(yàn)，國內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為，植物的結(jié)構(gòu)特征會(huì)對(duì)其減噪效果產(chǎn)生影響，減噪能力主要與莖、干、枝、葉等結(jié)構(gòu)組成有關(guān)[7]。其中枝葉主要影響噪音的反射作用[8]，植株莖干半徑、平均高度分別與聲波的散射、繞射作用有關(guān)[9]。樹種減噪能力方面，張明麗等[3]發(fā)現(xiàn)與常綠闊葉林、落葉闊葉林、散生竹林、叢生竹林、常綠灌木、落葉灌木相比，針葉林和常綠闊葉林的減噪效果更好。洪昕晨等[10]對(duì)群植植物組合的研究結(jié)果表明竹林的減噪效果最佳，其次是喬灌草型、喬草型、灌草型和灌木型，草坪型減噪效果較差。楊莉娟[11]通過對(duì)日照市13種彩葉樹種的減噪能力的研究，發(fā)現(xiàn)黃櫨(CotinuscoggygriScop.)的減噪能力最強(qiáng)，其次為紫葉李(PrunuscerasiferaEhrh.)、美國紅櫨(CotinuscoggygriaScop. var.cineraEngl.)等，挪威槭(AcerplatanoidesL.)的減噪能力最弱。

目前相關(guān)研究多采用實(shí)地測(cè)評(píng)的方式，即對(duì)既定配置的綠化林帶、純林、混交林或更復(fù)雜的群落進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定[12]；這樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)雖然直觀，但測(cè)試的平行性較難保證。本研究采用實(shí)地測(cè)試與模擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，在平行條件下篩選降噪能力強(qiáng)的園林植物及其配置方式，以獲取更客觀、重復(fù)性更好的數(shù)據(jù)。

本研究選取成都市16種常見園林綠植，通過實(shí)地測(cè)試和對(duì)比分析篩選出減噪能力較強(qiáng)的植物，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行室內(nèi)大苗模擬實(shí)驗(yàn)，探究最佳植物配置模式，并繪制行道綠帶植物規(guī)劃示意圖，以期為城市綠化設(shè)計(jì)提供具有實(shí)踐性、適應(yīng)性的參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)地實(shí)驗(yàn)

1.1.1 實(shí)驗(yàn)地概況

成都市介于東經(jīng)102°54′～104°53′和北緯30°05 ′～31°26′之間，屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫16℃左右，年平均降水量900 mm～1 300 mm，自然生態(tài)環(huán)境多樣，生物資源十分豐富。成都市植物園位于市區(qū)北部，設(shè)有8個(gè)專類植物區(qū)，薈萃全省主要科屬植物 2 000余種和中外珍稀樹種200余種，實(shí)驗(yàn)所需樹種在植物園均有分布，因此實(shí)地測(cè)試選擇在成都市植物園進(jìn)行。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

選取成都市常見的16種綠化樹種，包括8種喬木：山玉蘭(MagnoliadelavayiFranch.)、銀木(CinnamomumaustrosinenseH.T. Chang.)、雪松(Cedrusdeodara(Roxb. ex D.Don) G. Don.)、銀杏(GinkgobilobaL.)、天竺桂(CinnamomumjaponicumSiebold.)、柳杉(CryptomeriafortuneiOtto & A.Dietr.)、大葉楊(PopuluslasiocarpaOliv.)、杜英(ElaeocarpusdecipiensHemsl.)；8種灌木：木芙蓉(HibiscusmutabilisL.)、金絲桃(HypericummonogynumL.)、海桐(Pittosporumtobira(W.T. Aiton.) Ait..)、四季桂(OsmanthusfragransLour.)、南天竹(NandinadomesticaThunb.)、紅花檵木(LoropetalumchinenseOliv.)、灑金桃葉珊瑚(AucubajaponicaThunb.)、雜交杜鵑(Rhododendroncv.)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

8種喬木包括常綠闊葉樹、常綠針葉樹及落葉闊葉樹，各喬木生長(zhǎng)特征見表1。

表1 8種喬木生長(zhǎng)特征表

Tab.1 The characteristic of eight trees

8種灌木包括常綠灌木、半常綠灌木及落葉灌木，各灌木生長(zhǎng)特征見表2。

表2 8種灌木生長(zhǎng)特征表

Tab.2 The characteristic of eight shrubs

1.1.3 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)于2017年7—8月進(jìn)行，選擇風(fēng)速小于2 m·s-1的中午。測(cè)聲儀器為TES-1350A聲級(jí)計(jì)，聲源分貝值為128.8 dB，頻率為214 Hz～218 Hz。如圖1-A所示，根據(jù)實(shí)地情況為每種植物選取3個(gè)矩形測(cè)試樣地，記錄樣地內(nèi)植物的林帶寬度、高度、冠幅、葉型等特征。樣地一邊中點(diǎn)作為聲源安置點(diǎn)，對(duì)側(cè)為測(cè)點(diǎn)(a、b、c)，聲源、聲級(jí)計(jì)置于距植物1.0 m、距地面1.2 m處。保持聲源高度、聲源與測(cè)點(diǎn)間距等相同，測(cè)試聲源經(jīng)植物帶后的噪聲強(qiáng)度，每個(gè)樣地測(cè)試3次(每隔10 s測(cè)1次)，3個(gè)樣地共計(jì)9次。在測(cè)試區(qū)域周圍無植被、干擾少的空曠地設(shè)置空白對(duì)照。

1.2 模擬實(shí)驗(yàn)

1.2.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

綜合考慮實(shí)地測(cè)試各樹種的減噪效果、植物特性、栽種成本等因素，篩選出模擬實(shí)驗(yàn)所用樹種，包括3種喬木(天竺桂、杜英、銀木)、3種灌木(金絲桃、灑金桃葉珊瑚、紅花檵木)，購置上述6種長(zhǎng)勢(shì)良好、整齊的健壯大苗，栽植于育苗盆中，每盆1株，填實(shí)土面與盆口齊平[13]。大苗生長(zhǎng)特征見表3。

表3 6種實(shí)驗(yàn)用苗生長(zhǎng)特征表

Tab.3 The characteristic of six test seedlings

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方法

室內(nèi)模擬減噪實(shí)驗(yàn)是量化測(cè)試綠化配置方案的有效途徑，能夠相對(duì)準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)不同植物配置方式的減噪能力[13]。實(shí)驗(yàn)共設(shè)置15個(gè)配置方式，包括6個(gè)單一樹種和9個(gè)喬灌木混合搭配，每一配置均為20株盆栽苗。

實(shí)驗(yàn)開始前，測(cè)記大苗的樹高、冠幅、葉型等特征。如圖1-B所示，在空曠的室內(nèi)中劃出1×1 m2的矩形區(qū)域，分為4×5的方格。測(cè)試單一喬木或灌木時(shí)，按照1株/格安置大苗；測(cè)試混合搭配的喬灌木時(shí)，在中間一列放置喬木，左右兩側(cè)各放置兩列灌木。矩形一邊中點(diǎn)設(shè)聲源安置點(diǎn)，對(duì)側(cè)為測(cè)點(diǎn)，聲源及測(cè)聲儀器與實(shí)地實(shí)驗(yàn)相同，聲源置于大苗樹冠處。保持聲源高度、聲源與測(cè)點(diǎn)間距等相同，測(cè)試聲源經(jīng)植物帶后的噪聲強(qiáng)度，測(cè)試3次(每隔10s測(cè)1次)?？瞻讓?duì)照設(shè)置同實(shí)地實(shí)驗(yàn)。

圖1 實(shí)地試驗(yàn)及模擬試驗(yàn)方法示意圖Fig. 1 Field test and simulation test method

1.3 減噪能力評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)等效連續(xù)A聲級(jí)衰減值、對(duì)照空曠距離聲衰減量及植物帶寬可得到3個(gè)減噪能力評(píng)價(jià)指標(biāo)：總減噪量、相對(duì)減噪量及相對(duì)A聲級(jí)減噪能力。由于不同植物結(jié)構(gòu)差異較大，只用總減噪量或相對(duì)減噪量不能科學(xué)反映植物的減噪能力，而相對(duì)A聲級(jí)減噪能力在相對(duì)減噪量的基礎(chǔ)上除以林帶帶寬，代表的是單位林帶帶寬的減噪能力，能較好地評(píng)價(jià)植物減噪能力[5]。本文以相對(duì)A聲級(jí)減噪能力為評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算方法如下：

L0=Ns-N

(1)

L1=Ns-N0

(2)

L2=L0-L1

(3)

L=L2/d

(4)

式中 L0——總減噪量(dB)；

L1——距離衰減(dB)；

L2——相對(duì)減噪量(dB)；

L——相對(duì)A聲級(jí)減噪能力(dB/m)；

Ns——聲源的噪聲強(qiáng)度，Ns=128.8 dB；

N——聲源經(jīng)植物帶后的噪聲強(qiáng)度(dB)；

N0——空白對(duì)照組經(jīng)距離衰減后的噪聲強(qiáng)度(dB)；

d——聲源與測(cè)點(diǎn)的距離(m)(帶寬)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。經(jīng)Kolmogorov-Smirnow檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差(one-way ANOVA)處理，以比較不同樹種間相對(duì)A聲級(jí)減噪能力的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)地實(shí)驗(yàn)

2.1.1 喬木實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

如圖2所示，不同喬木的相對(duì)A聲級(jí)減噪能力有差別，山玉蘭與其他7種喬木有顯著性差異(P<0.05)，相對(duì)A聲級(jí)減噪能力最強(qiáng)；雪松、柳杉與前5種喬木有顯著性差異(P<0.05)，相對(duì)A聲級(jí)減噪能力最弱；此外，銀杏(0.460)≈天竺桂(0.388)≈杜英(0.376)，天竺桂(0.388)≈杜英(0.376)≈銀木(0.322)≈大葉楊(0.296)。山玉蘭減噪效果最好，這可能與其葉片面積最大、葉厚革質(zhì)、葉面被卷曲長(zhǎng)毛、分枝點(diǎn)低、枝葉稠密且分布均勻等特征有關(guān)。雪松、柳杉減噪效果最差，主要因其同屬針葉樹種，葉片為針形、鉆形，面積小；樹冠位置較高，聲源與樹冠并未垂直相對(duì)，傾角過大，不利于吸收反射噪聲。

山玉蘭的減噪能力最強(qiáng)，但其生長(zhǎng)緩慢、喜生于海拔 1 500 m～2 800 m的涼爽濕潤坡地，種植局限性較強(qiáng)，在成都市區(qū)難以大面積推廣；銀杏作為行道樹存在樹冠成型時(shí)間長(zhǎng)、投資成本高等問題。因此最終選擇減噪能力較強(qiáng)且適應(yīng)性好、成本低廉的天竺桂、杜英及銀木用于室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)。

圖2 8種喬木相對(duì)A聲級(jí)減噪能力Fig.2 The noise-reduction capability of eight trees on relative sound level A(盒形圖中字母(a、b……g)相同表示植物間減噪能力差異不明顯，字母不同表示差異明顯：*、** 、***分別表示P<0.05、 P<0.01、P<0.001；圖2：F=47.158***，圖3：F=111.536***，圖4：F=17.046***。)

2.1.2 灌木實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

如圖3所示，不同灌木的相對(duì)A聲級(jí)減噪能力差別較大，金絲桃(3.78)>灑金桃葉珊瑚(1.64)≈紅花檵木(1.47)>南天竹(0.61)≈四季桂(0.43)≈木芙蓉(0.13)≈海桐(0.04)≈杜鵑(-0.01)。金絲桃的相對(duì)A聲級(jí)減噪能力最強(qiáng)，其葉面積不大，但重疊的分枝和稠密的葉片可以改變?cè)肼曋鄙涞姆较?，形成亂反射[14]。與金絲桃、灑金桃葉珊瑚等相比，海桐葉片較小且葉片簇生于枝條頂端，冠間中空[15]，杜鵑葉片小且枝葉稀疏，減噪效果都不理想。

基于減噪能力，最終選擇灑金桃葉珊瑚、金絲桃及紅花檵木進(jìn)行室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)。

圖3 8種灌木相對(duì)A聲級(jí)減噪能力Fig. 3 The noise-reduction capability of eight shrubs on relative sound level A

2.2 模擬實(shí)驗(yàn)

如圖4所示，不同配置方式的相對(duì)A聲級(jí)減噪能力不同，配置1(銀木+灑金桃葉珊瑚)與配置3～15間有顯著性差異(P<0.05)，配置2(天竺桂+紅花檵木)與配置4～15間有顯著性差異(P<0.05)，配置1、2間沒有顯著性差異，可見銀木+灑金桃葉珊瑚和天竺桂+紅花檵木吸聲效果相近且優(yōu)于其他配置。由表3可知，銀木和灑金桃葉珊瑚在喬木與灌木大苗中葉面積均為最大，兩者平均高度分別為1.25 m和0.6 m，灑金桃葉珊瑚可有效填補(bǔ)銀木的枝下空缺。天竺桂和紅花檵木均具有分枝多而密的特點(diǎn)，可形成內(nèi)部均勻緊實(shí)的配置實(shí)體，有利于反射、吸收噪聲。總體而言，葉片寬大、枝葉稠密的配置方式具有良好的減噪效果。

圖4 15種配置方式相對(duì)A聲級(jí)減噪能力Fig. 4 The noise-reduction capability of fifteen configurations shrubs on relative sound level A

喬灌木組合的減噪能力優(yōu)于單一樹種配置，這是因?yàn)閱我粯浞N組成的林帶，其林冠層以下結(jié)構(gòu)單調(diào)，以樹干為主，實(shí)際減噪效應(yīng)并不因綠地的寬度大而加大[16]，將喬木與灌木進(jìn)行搭配后，灌木填充了喬木的枝下與株間的空隙[17]，直接影響了聲波的水平傳播，擴(kuò)大了垂直方向上樹體與噪聲的接觸面積。此外，灌木矮小靠近地面，能夠有效地減少地面的噪聲反射，使減噪效果更佳。

2.3 行道綠帶規(guī)劃示意圖

結(jié)合研究結(jié)果及成都市城市道路綠化建設(shè)導(dǎo)則[18]，繪制銀木+灑金桃葉珊瑚、天竺桂+紅花檵木兩種配置方式的50 m行道綠帶規(guī)劃示意圖(見圖5)。配置圖中喬木胸徑8 cm～13 cm，冠幅3 m～5 m,株距5 m；灌木帶寬度1.5 m，高度1.2 m，種植密度5株·m-2～7株·m-2。

圖5 行道綠帶規(guī)劃示意圖Fig. 5 Road green belts plan

3 結(jié)論與討論

(1)實(shí)地實(shí)驗(yàn)表明，山玉蘭、銀杏、天竺桂、金絲桃、灑金桃葉珊瑚及紅花檵木的減噪能力較強(qiáng)；植株減噪能力與樹種特性關(guān)系密切，葉片寬大質(zhì)厚、枝下高低、枝葉繁密且分布均勻的樹種減噪能力佳。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，葉片寬大、枝葉稠密的配置方式具有良好的減噪效果，銀木+灑金桃葉珊瑚，天竺桂+紅花檵木的配置減噪效果最佳。

(2)實(shí)驗(yàn)所選樹種不僅是成都市綠化常見綠植，在西南地區(qū)亦廣泛種植。模擬實(shí)驗(yàn)選用了6種成都市常用園林綠化植物的15種配置方式作為測(cè)試對(duì)象，具有一定代表性，可以作為我國西南地區(qū)綠化方案選擇的重要參考。根據(jù)研究結(jié)果和物種特性，建議在噪聲污染嚴(yán)重的街道、商業(yè)區(qū)、工礦區(qū)等以闊葉樹種為綠化主體，采用天竺桂、杜英、銀木等喬木與金絲桃、灑金桃葉珊瑚、紅花檵木等灌木相互搭配，減噪效果好的同時(shí)兼?zhèn)淞己玫木坝^效果和污染防治能力。天竺桂、銀木、杜英為常綠闊葉喬木，長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)、樹冠擴(kuò)展快、耐修剪、病蟲害少。天竺桂對(duì)二氧化硫抗性強(qiáng)；銀木有很強(qiáng)的吸煙滯塵、吸收多種有毒氣體及固土防沙的能力；金絲桃花色金黃，可供觀賞且管理方便；灑金桃葉珊瑚是良好的觀葉植物，且對(duì)煙塵和大氣污染抗性強(qiáng)；紅花檵木萌芽力強(qiáng)、耐修剪、耐瘠薄，葉片呈紫紅色，可與常綠喬木相互襯托。此外，考慮到地區(qū)差異和氣候條件，今后的研究可根據(jù)綠化樹種和配置方案的實(shí)際需要進(jìn)行擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)，因地制宜地探究適宜的植物減噪配置模式，為各地城鎮(zhèn)綠化設(shè)計(jì)提供更廣泛的樹種選擇參考。

(3)本實(shí)驗(yàn)針對(duì)單一頻率(214 Hz～218 Hz)噪聲下的植物減噪效應(yīng)研究，實(shí)際情況下，單一噪聲源的情況較少，更常見的是具有多聲頻譜段的混合噪聲，各種植物對(duì)不同噪聲的減噪效果也千差萬別，因此探究植物對(duì)不同類型噪聲的減噪能力對(duì)營建各類降噪綠地尤為重要。后期實(shí)驗(yàn)中可進(jìn)一步研究這些植物對(duì)多種頻率噪聲的減噪效應(yīng)，以研究多樣化的植物配置方式應(yīng)對(duì)不同聲頻譜段的混合型噪聲。

(4)實(shí)驗(yàn)選用了6種成都市常用園林綠化植物的15種配置方式作為測(cè)試對(duì)象，但成都市常用木本園林植物多達(dá)五六十種，可能存在其他減噪效果更好的樹種，故將在以后的研究中逐步擴(kuò)大研究樣本，對(duì)更多樹種和更復(fù)雜的植物組合方式進(jìn)行探究。

(5)室內(nèi)模擬植物配置方式固定,測(cè)試條件可比性強(qiáng)、重復(fù)性高；且植物減噪能力的主導(dǎo)影響因子為其莖、葉、枝、干組成的實(shí)體結(jié)構(gòu)，大苗與成年樹種的實(shí)體結(jié)構(gòu)相似，大苗配置下的減噪效果結(jié)論一定程度上可代表成年樹種配置下的結(jié)論；此外，孫翠玲[13]通過室內(nèi)大苗配置實(shí)驗(yàn)，指出結(jié)合大苗模擬實(shí)驗(yàn)可提高植物配置減噪能力綜合評(píng)定的可靠性。所以，大苗模擬實(shí)驗(yàn)作為實(shí)際樹種配置減噪效果比較的依據(jù)具有一定合理性。