常見園林樹木降噪效益與其冠層結構特征相互關系研究

盧偉娜，勾瑩瑩，王旭東，田國行

（1.河南農業大學風景園林與藝術學院，鄭州 450046；2.河南農業職業學院園藝園林學院，鄭州 451450；3.開封市城市發展集團有限公司，河南 開封 475001；4.華北水利水電大學建筑學院，鄭州 450045）

城市噪聲已成為影響城市人居環境的重要污染源，不僅影響了環境氣氛，同時也干擾了人們的工作與生活，有的甚者會引發聽力系統、神經系統、心血管系統等方面的疾病。城市噪聲的種類也越來越多，大致可分為交通噪聲、工業噪聲、建筑噪聲和社會噪聲等類型。目前，削減噪聲的途徑主要包括建筑隔聲材料的運用以及園林綠色植物的搭配兩個方面，兩者均可以有效消除部分噪音對人居環境的影響。關于城市園林植物在削減噪聲上所發揮的作用，已得到許多學者的證實。城市園林植物降噪方面的相關研究，主要集中在以下幾個方面。第一，從噪聲類型方面。主要從噪聲頻譜、噪聲強度、噪聲源等方面研究園林植物應對不同類型噪聲類型的降噪效應［1-6］。第二，從噪聲影響區域與對象方面。主要從園林綠化對不同城市功能用地類型（公園、居住區綠地以及道路綠地等）或不同地塊邊界的降噪影響方面展開研究［7，8］。第三，從降噪功能方面著手，探討不同園林植物及群落類型對噪聲消納的影響，從而為城市功能性綠地的營建、樹種選擇與配置模式［9-14］提供參考。

有關園林植物應對噪聲方面已經取得許多顯著的成果，多集中于園林植物群落類型、尺度、郁閉度以及綠地結構等方面。然而，植物的冠層是噪聲的滯納和削減的關鍵部位，何種影響因子與噪聲削減能力有關，對于解釋園林樹木的降噪機制方面很關鍵。因此，本試驗在研究不同樹木群落降噪能力的同時，探究園林樹木樹冠結構的降噪機理，以期為城市園林樹種的選擇提供理論依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

1.1.1 噪聲源的選取及模擬 交通噪聲主要是機動交通工具運行時所發出的無規律震動，也是城市環境中重要的噪聲源之一，是本試驗重點研究的噪聲類型。由于很多城市已禁止鳴笛，噪聲主要來源于發動機引擎及車輪摩擦地面產生的交通噪聲，因此，試驗選取胎噪為研究介質，探索不同園林樹種類型對特殊噪聲類型的滯納能力。

1.1.2 測試樹種 試驗選擇取鄭州市常見的法桐（Platanus orientalis）、廣玉蘭（Magnolia grandiflora）、國槐（Sophora japonica）、龍柏（Sabina chinensis）、欒樹（Koelreuteria paniculata）、石楠（Photinia serrulataLindl.）、櫻花（Cerasus yedoensis）、紫荊（Cercis chinensis）、紫葉李（Prunus cerasifera f.atropurpurea）、木槿（Hibiscus syriacus）10種規格基本相同、生長狀況良好的園林樹木作為試驗對象。試驗在新鄭市鑫秀苗圃進行，測試苗木胸徑8～10 cm。

1.2 試驗方法

1.2.1 噪聲的衰減測量 模擬聲源為輸出聲壓級和標準120 dB（A）的發動機引擎及車輪摩擦地面產生的噪聲。將模擬噪聲源高度設置為樹木冠層部位，設置10、20、30、40、50 m不同距離梯度的噪聲源并測量噪聲數據（圖1），數據采集儀器使用浙江愛華儀器有限公司生產的AWA6228型多功能聲級計，將校準后的聲級計的采樣間隔設定為0.5 s，每個測點連續測量數據1 min，測定時為了減小氣象因素造成的誤差，選取風速較小，濕度、溫度較為恒定的時間段，每個測點測量3次，最后去除最低值和最高值后求平均值，消除隨機干擾噪音的影響，并減去對照背景噪音值，計算得出不同距離的噪聲衰減量。試驗于2019年8月末至9月初進行。

圖1 試驗設計過程示意圖

1.2.2 樹木冠層結構特征的量化及數據處理 園林樹木的降噪能力主要取決于植物的冠層部位。因此，為尋求園林樹木樹冠結構的降噪機制，測定降噪效益的同時，使用美國CID CI-110植物冠層數字圖象分析儀獲取被測樹木群落樣本的冠層結構特征。利用廣角180°的魚眼鏡頭進行冠層圖片拍攝，為避免太陽過度刺激導致圖片過曝，以及避免藍天背景影響照片清晰度，拍攝時間都選擇在多云及陰天，使用前進行水平調零處理，拍攝過程完全避免拍攝者進入鏡頭，并保持照片頂部與正北方向一致，分別在距離地面1.8 m的部分進行拍攝，獲得冠層半球影像（圖2），通過半球影像技術，使用專業軟件Plant Canopy Analysis System對半球影像圖片進行分析，準確得出一系列林冠結構指標，即葉面積指數（LAI）、葉片孔隙度（GAP）、平均葉片傾角（MLA）。采用Excel軟件對數據進行統計分類，并使用SPSS軟件進行相關性分析。

圖2 樹木樣本冠層結構參數的獲取

2 結果與分析

2.1 不同園林樹木類型冠層削減噪聲能力的比較分析

研究結果（圖3）表明，不同樹種削減噪聲的能力在不同距離條件下存在差異。從圖3可以看出，10～50 m 5個距離梯度上，平均噪音削減分貝值大小為：欒樹＞龍柏＞櫻花＞廣玉蘭＞石楠＞國槐＞法桐＞紫葉李＞紫荊＞木槿。衰減噪音能力最強的為欒樹，龍柏和櫻花對噪音的削減能力也較強，廣玉蘭、石楠、國槐和法桐對噪聲削減能力一般，紫葉李和紫荊次之，木槿削減能力最弱。

圖3 不同樹種樣本的平均噪音削減值

在5個距離梯度上，樹種削減噪音的能力在不同距離上存在一定差異（表1），但并未呈現明顯的規律性分布。欒樹、木槿、國槐在10 m距離上削減噪聲能力最強，石楠、紫葉李、紫荊在40 m距離上削減噪音能力最高，龍柏、廣玉蘭、櫻花在50 m距離上削減噪音能力最高。

表1 樹種樣本在不同距離梯度下噪音削減值 （單位：dB）

2.2 不同園林樹木冠層結構特征與降噪能力關系的比較分析

通過對樹種樣本冠層結構特征的提取與分析，得出不同樹木的冠層結構特征指標（表2），其中，樹冠肌理指標參考相關文獻數據［15］。結果表明，葉面積指數（LAI）、平均葉片傾角（MLA）、葉片孔隙度（GAP）以及樹冠肌理與樹種削減噪音能力存在一定聯系。

表2 不同樹木的冠層結構特征指標

2.2.1 冠層葉面積指數與降噪能力關系分析 葉面積指數（LAI）作為樹木生長狀況重要的參考標準，在一定程度上反映植物葉片密度及葉片郁閉度。通過對樣本樹木的LAI值進行梳理，并與不同距離梯度噪音削減值進行相關性分析，結果（圖4）表明，噪聲削減值與葉面積指數在0.05水平（雙側）上顯著正相關，說明葉面積指數越大，樹木噪音削減能力也越大。

圖4 平均噪音削減值與LAI相互關系

2.2.2 冠層孔隙度指數與降噪能力關系分析 冠層結構中葉片孔隙度（GAP）是穿過冠層的太陽光不被截獲的概率，在相同冠層條件下，入射角度的不同會對應產生不同的孔隙度，不同冠層中孔隙度也會有所差異。通過對樣本樹木的GAP值進行梳理，并與不同距離梯度噪音平均值進行相關性分析，結果（圖5）表明，噪音值與葉片孔隙度在0.05水平（雙側）上顯著負相關，說明葉片孔隙度越小，樹木噪音削減能力越大。

圖5 平均噪音削減值與GAP相互關系

2.2.3 冠層葉傾斜角與降噪能力關系分析 葉傾角（MLA）是植物群體結構中的重要參數，植物群體光分布和傳遞都以葉傾角為基礎。通過對樣本樹木的MLA值進行梳理，并與不同距離梯度噪音平均值進行相關性分析，結果（圖6）表明，平均噪音值與葉片傾斜角無相關性，說明葉片傾斜角對樹木削減噪聲的能力影響不大。

圖6 平均噪音削減值與MLA相互關系

2.2.4 樹冠肌理與降噪能力關系分析 通過對樹冠肌理與噪音削減值進行相關性分析，結果（圖7）表明，平均噪音值與葉片肌理在0.05水平（雙側）上顯著負相關，說明樹冠肌理越小，其噪音削減能力越強。

圖7 平均噪音削減值與樹冠肌理相互關系

3 小結

本試驗在研究不同樹木群落降噪能力的同時，探究園林樹木樹冠結構的降噪機理，園林樹種的科學原則與配置對于削減噪聲等有害因素對人居環境的影響十分關鍵，研究結果將為城市園林樹種的合理選擇提供理論支持。園林樹木對交通噪聲具有一定的削減與滯納作用，葉片對聲波的反射和吸收、降噪的效果取決于園林植物的種類及其冠層結構特征等。葉面積指數越大，噪聲的削弱能力越強；平均葉片傾角與噪音削減無直接關系；葉片孔隙度越小，噪聲的削減能力越強，而樹冠肌理也在一定程度上影響植物的降噪能力。此外，本試驗只涉及固定噪聲源影響下園林樹木冠層結構的降噪響應，不同聲壓與頻譜條件下園林樹木的降噪效應不同，這將是下一步的研究方向。