近10年城市綠色空間與心理健康國際研究進展
——理論框架、對象、測量工具與指標

翟宇佳 范彬彬 霍鈞資 貢若玉 施 澄

同濟大學建筑與城市規劃學院 上海 200092

世界衛生組織2021年的報告顯示,世界上約有2.8億人患有抑郁癥[1]?！吨袊鴩裥睦斫】蛋l展報告(2019—2020)》顯示,全國抑郁高風險檢出率為12.4%～20.6%；2021年發布的《中國抑郁障礙患病率及衛生服務利用的流行病學現況研究》指出,抑郁障礙已成為除腰痛[2]外,導致中國健康壽命損失的第二大原因。近年來COVID-19新型冠狀病毒肺炎疫情暴發加劇了抑郁情緒,特別是醫務工作者、孕婦、學生等群體[3-5]。體驗城市中的綠色空間可提升注意力[6-7]、緩解壓力[8]與抑郁情緒[9],帶來極大的心理健康益處。無論是主動訪問城市公園[10],還是被動接觸綠色空間[11],均可減輕焦慮和抑郁情緒[12]。一項針對澳大利亞城市居民的研究表明,每周接觸自然30 min以上,可降低抑郁癥(7%)和高血壓(9%)的患病幾率[13]；另一項針對西班牙市民進行的研究表明,從家中能觀賞到綠地的居民患焦慮和抑郁的風險更低[10]。

本研究簡要回顧了城市綠色空間與心理健康關系的經典理論,歸納了近10年來的國際研究成果,基于對高引文獻的梳理,總結了這一領域的理論框架、主要研究對象、綠色空間與心理健康變量的測量工具與具體指標,以期為我國城市綠地空間與健康效益研究提供基礎。

1 研究方法

利用web of science核心數據,檢索SCI/SSCI索引收錄的近10年(2010年1月1日—2020年12月31日)城市綠色空間與心理健康的英文文獻?？紤]近兩年發表的文獻還未被廣泛引用,未納入分析。搜索的文獻類型為Article(研究文章)和Review(綜述),領域限定為Architecture(建筑)和Urban studies(城市研究)。檢索關鍵詞包括自然環境相關的5個關鍵詞,即green space(綠色空間)、greenness(綠化)、park(公園)、nature(自然)、landscape(景觀),以及心理健康相關的4個關鍵詞,即mental health(心理健康)、mood(情緒)、stress(壓力)、restoration(恢復性),共搜索到766篇文獻。

首先,計算獲取的766篇文章截止到2021年末的引用率,選取每年引用率最高的50篇,10年共計500篇；其次,對這500篇文獻進行關鍵詞分析；最后,在選取的766篇文獻中,對于截止到2021年末引用率前50的實證研究文章進行深度剖析。。

2 研究熱點分析

針對500篇高引用率文章,統計其關鍵詞詞頻(表1),分析研究熱點,結果表明,restoration(恢復性)、health(健康)、green space(綠色空間)、environment(環 境)、landscape(景 觀)、stress(壓 力)、physical activity(體 育 活 動)、mental health(心理健康)等詞頻較高。在頻次排名前24的關鍵詞中,絕大多數詞匯的首次出現時間都在2013年及之前(87.5%),說明近10年來研究熱點較為集中。

表1 關鍵詞頻次統計

3 理論及研究方法分析

3.1 基礎理論

城市綠色空間與心理健康研究領域的基礎理論主要包括親自然理論(Biophilia)、注意力恢復理論(Attention Restoration Theory)與壓力減輕理論(Stress Reduction Theory)。親自然理論[14-15]認為人類天生熱愛大自然,在潛意識中希望靠近自然環境。這一理論從物種進化的視角出發,認為在人類進化中,其生存活動、認知提升過程等都與自然環境相關,因此在基因中深植了親近自然的天性[16-17]。相比較于基因假說,人類對自然的親近傾向更容易通過實證證明[18]。例如,在病房的墻壁上懸掛抽象藝術和自然風景等類型的畫作,一段時間后,患者經常投訴甚至撕毀抽象藝術類的畫作,而自然風景畫從未被破壞[16]。注意力恢復理論[1,19]認為人所處的環境中包含大量信息[20],人們需要定向注意力(directed attention)保持高水平的工作效率,在這一過程中,定向注意力會逐漸消耗,導致疲勞[6],然而自然環境可幫助恢復定向注意力,緩解疲勞。在自然環境中行走,可顯著恢復兒童[21]和成年人[22]的定向注意力。Ulrich等[8]提出的壓力減輕理論認為壓力來源于個體面對威脅福祉(wellbeing)的事物而產生的心理、生理和行為反應,自然環境可改善情緒狀態和生理狀態,從而減少心理壓力,因此人們更加喜歡綠色空間。

3.2 主要城市綠色空間類型

所選50篇高被引文獻中主要涉及5種城市綠色空間(圖1):1)城市開放空間(城市公園[23-25]、城市街道[25-26]、廣場[27-28]等)；2)郊野自然 (森林[29-32]、農牧場[33-34]、自然水景[34]等)；3)公共附屬綠地(校園綠地[35-37]、工作環境綠化[38-39]、墓地綠化[40]等)；4)居住區附屬綠地 (住宅周圍綠地[41-42]、花園[43-44]等)；5)高速公路綠化[45]等其他綠地類型。

圖1 高被引文獻涉及的城市綠色空間主要類型

3.3 城市綠色空間特征及測量方法

現有研究中關注的城市綠色空間相關特征主要包括綠化覆蓋率(greenspace coverage)、綠視率(tree cover)、景 觀 組 成(environmental components)、感知維度(perceived dimension)、聲景(soundscape)等(圖2)。

圖2 城市綠色空間特征及測量方法

綠化覆蓋率通常用來描述一個區域內的綠化程度,指單位面積土地上所有植被垂直投影面積所占比例。綠化率和植被覆蓋率可從城市公開數據獲取,例如大倫敦政府提供的倫敦行道樹數量的公開數據[9]；或基于衛星圖進行像素計算[37]等。綠視率指視野中綠化所占的比例,可利用PS等圖像處理工具,測算圖像中綠化像素的占比[26]；或通過問卷調查,計算感知到的綠地量,如工作環境中所能接觸到的綠色空間[38]；或基于專業人員評估森林照片中植被密度等[46]。景觀組成(又稱環境組成)指環境的組成要素,包括草地、灌木、喬木、花壇、水景、人等[23]。與廣場、街道等人工建成景觀相比,森林、自然水體、灌木花卉等自然組分最受使用者偏好,對心理和情緒的恢復價值更高[47-48]。自然環境的感知維度指人們通過視覺、聽覺等多種感官感知到的自然空間的品質。Grahn和Stigsdotter[49]通過問卷調查識別自然空間的8個感知維度,包括自然、文化、前景、社會、空間、物種豐富、避難所和寧靜。感知維度由專業人員判定,如草坪對應自然維度、展覽對應社會維度[50]等。聲景指環境中的聲環境,一般通過網絡下載并剪輯不同類型的聲源片段[47]或實地錄制聲音[48],并與照片、視頻或VR場景結合成視聽場景。視聽結合刺激通常比單一視覺刺激更有益于心理健康[47],鳥鳴、流水等自然聲源讓人更有沉浸感,可更好地減輕心理壓力[48]。其他相關變量包括綠地的生物多樣性水平[27]、水景質量[34]、人工干預程度[51]、氣候條件[52]等。生物多樣性水平可根據城市林業部門的既有數據或專家評價[27]；水景質量主要根據水質或水生植物繁殖狀況評價[34]；人工干預程度可根據環境中建筑物的比重進行評價[51]；氣候條件的指標包括空氣溫度、相對濕度、輻射熱、風速、熱舒適指數等,可利用氣候測量儀等設備測量[52]。

3.4 心理健康狀態測量方法

現有研究主要通過測量參與者的情緒狀態、注意力水平、壓力水平以及不良行為等表征,反映參與者的心理健康狀態(圖3)。情緒狀態多使用情緒量表、腦電和相關大數據進行測量。常用情緒量表包括情緒狀態量表(Profile of Mood States,POMS)[52-55]、積極和消極情緒量表(Positive and Negative Affect Schedule,PANAS)[56]及狀態-特質焦慮量表(State-Trait anxiety Inventory,STAI)[57]。POMS原 始 量 表 由McNair等[55]提出,包括anger(憤怒)、tension(緊張)、fatigue(疲 勞)、confusion(困 惑)、depression(抑郁)和vigour(活力)6種情緒狀態。PANAS包括10項積極情緒與10項消極情緒,如attentive(專注)、interested(感 興 趣)、alert(警 覺)、excited(興奮)、distressed(苦惱)等[56],實際研究中可根據需求進行調整[25]。STAI用于評估焦慮狀況,包含20個項目,如“我感到精神緊張”等,分值越高說明焦慮程度越高。上述量表一般采用李克特法表征情緒狀態,0表示“完全沒有”,4表示“非?！?。腦電波能夠表征大腦的活動,其中頻率在8～13Hz的電波被稱為Alpha(α波),可表征大腦皮質喚醒程度(即由平靜進入興奮狀態)與放松程度。α頻率越高,大腦的喚醒程度越低,感覺越放松[58]。Yen-Cheng Chiang等[46]利用腦電波測量城市環境、森林內部、森林邊緣等不同場景對情緒的影響發現,相比較其他場景,觀看森林內部場景的參與者的Alpha頻率更高,更好地恢復了壓力。大數據層面,可利用某一地區抗抑郁藥物處方數據[4]、居民心理健康調查[60]、居民自評的心理健康狀況數據[60]等表征心理健康狀態。

圖3 心理健康狀態因變量及測量方法

注意力水平可通過恢復量表(Restorative Outcomes Scale,ROS)、感知恢復量表(Perceived Restorativeness Scale,PRS)與心理測試任務測量。ROS用于評估人在環境中的心理恢復情況,包括是否“感覺更平靜了”“感到精神恢復和放松”“得到新的熱情和活力”“注意力和警覺性得到提高”“可以忘記日常的煩惱”“能夠理清思緒”等[31,36]。PRS被廣泛用于環境刺激恢復定向注意力的研究,具有較高的信度和效度[51,61],PRS量表由Hartig等[62]提出,包括4個維度:being away(遠離性)、fascination(魅力性)、coherence(一 致 性)與compatibility(兼容性)。常用的心理測試任務包括數字向前/向后跨度任務(The Digit Span Forward(DF/DSF)tests)[63-64]、內克爾方塊控制任務(Necker Cube Pattern Control,NCPC)[65]與斯特魯普測試(Stroop Color-Word Test,Stroop test)[65]。DF/DSF要求被試者以順序和倒序重復一段不斷增加的數字序列,直到連續失敗兩次,到失敗為止的數字序列長度為測試得分。內克爾方塊是一個視覺錯覺方塊,既可以被解讀為一個方塊放置在桌面上,也可以解讀為一個方塊掛在上方(圖4)?？刂迫蝿罩?請參與者盯著3D立方體,首先在精神放松狀態下,詢問其對方塊的解析,并記錄其感覺方塊反轉時的時間間隔為1(秒)；然后請參與者集中精力,使立方體保持不變,直到保持不住而感到反轉時,記錄時間間隔2(秒)；比較兩個間隔時間,即可測量注意力水平。Stroop test中(圖4),被試者會拿到一系列色彩名稱單詞,包括紅、綠、黃、藍、黑、白6種,這些單詞用不對應的顏色打印,以起到干擾作用,如“黃”字用綠顏色打印。被試者需說出每個單詞的打印顏色,正確說出的數量即為測試得分。

圖4 內克爾方塊(左)、Stroop test(右)

心理健康狀態可通過壓力、情緒與生理指標表征。壓力水平可通過唾液皮質醇水平、皮膚電導水平(SCL)、心率變異率(HRV)、血壓水平、SCI-93生理病癥問卷、感知壓力量表(Perceived Stress Scale,PSS)等方法測量。唾液皮質醇與心理壓力呈正相關關系[66],唾液皮質醇在刺激出現后的21～30 min的反應效應最大,一般在施加刺激后約30 min收集樣本,采集樣本時需要被試者咀嚼口腔拭子[26]或通過棉簽采集唾液[43]。受到刺激后的交感神經系統會改變皮膚汗腺的分泌狀態,進而改變皮膚表面的電導水平,心理壓力越大,皮膚電導水平越高,多通過電極,檢測皮電水平[26],或佩戴一體式的腕帶[29]或穿特制襯衫[57]等。心率變異率指兩次相鄰心跳之間的時間間隔的變化,可反映心理壓力狀況[64],一般測量HF(高頻:0.15～0.40 Hz)和LF(低頻:0.04～0.15 Hz)的心率,LF/HF值越大表示壓力越大,測量方法包括手握法、貼片法和手環法[53]。血壓中的舒張壓水平能夠反映精神的放松狀態[30],常用儀器為血壓監測儀HEM-1000(Omron)。Nystr?m和Nystr?m兩位醫生提出的SCI-93測試問卷[67]可測量長期壓力引發的顯性病癥[49,60]。該測試包括35項涉及精神、肌肉和自主神經方面的壓力癥狀,如疲勞、頭痛、背痛、感冒等癥狀,相關問題包括“是否認為自己在過去一年中感到壓力或疲勞”等。PSS量表可測量心理壓力狀況[68],包含“是否因為無法控制的事而生氣”等問題。

3.5 數據收集方法與關鍵實驗步驟

通常通過特里爾社會壓力任務(Trier Social Stress Test,TSST)、觀看10～15 min恐怖電影片段[57]、模擬英語口語/數學考試[26,64]或讓被試者想象自己處于焦慮或疲憊狀態[69,72]來提升參與者的壓力狀況。TSST任務要求參與者做5 min模擬求職面試的即興演講,并心算一個四位數連續減去16的減法問題,兩項任務都限時10 min[70]。研究中需控制干擾變量,例如,以窗外綠化狀況為自變量時,除了窗外視野之外,其他條件如房間面積、環境溫度等應保證相同[64]。如以照片或視頻呈現自變量時,圖像的亮度、色彩飽和度、清晰度等應保證一致[61]。拍取照片時,為確保視野/視角適宜,一般在離地1.5 m高拍攝照片或視頻來模擬人的真實觀感[26],所攝圖像應選擇構圖最佳的拍攝點[71],實地實驗則需選擇具有良好視野的視點[66]。同時,保證圖像質量優秀、具有典型代表性[48],例如翠綠草地和碧藍湖面、完全開敞的山谷和十分幽閉的樹林等。為保證被試者狀態穩定,通常讓被試者先休息靜坐3～10 min穩定狀態[72],或在正式實驗開始前進行簡短的預實驗,以保證被試者熟悉流程[52,66],還需選擇安靜獨立的實驗區域、氣候適宜的實驗時間,確保被試者全程狀態良好且平穩[27]。多數人能夠集中注意力觀看視頻的時間為8 min[57],盡量將視頻時長控制在8 min以內。為避免被試者先后接觸不同的自變量環境,后進行的實驗部分會受到前實驗部分的影響[53],通常隨機安排實驗先后順序[52-53],或在實驗過程中設置休息恢復的時間[52,64]。為排除無效樣本,可在問卷中設置一項特殊問題保證樣本的有效性[23]。如“無樹木無花卉無水景”和“有樹木有花卉有水景”兩個選項,絕大多數人會選擇后者,那么選擇了前者的樣本將被排除。

4 結論與展望

4.1 現有研究主要結論

現有研究表明各種城市自然環境可幫助恢復注意力、緩解壓力、改善孤獨與抑郁情緒、減少不良行為。綠視率與兒童的自律力正向相關[65]；校園綠化能顯著提高學生的注意力水平[64]、提升學生成績、抑制不良行為[37]；社區綠化水平與居民壓力負相關[67]；城市森林與森林浴可減輕壓力[50]；更多的城市行道樹樹冠可幫助減輕壓力[26]、緩解抑郁[4]；工作環境中的綠化可促進積極的工作態度[38]。養老院周圍樹木覆蓋率與抑郁癥狀負相關[42]。新冠大流行時期,居家人群能夠觀看和接觸住宅周邊綠地的機會與自感自尊、生活滿意度和幸福感呈正相關,與孤獨、抑郁和焦慮呈負相關[41]。

4.2 展望

1)定量層面測量自然環境變量,精細化導控規劃設計實踐?，F有研究主要關注自然環境的組成要素、感知維度等定性特征,較少定量測量城市公園等綠色空間的特征,如綠視率、綠化覆蓋率等,無法精細化指導實踐。如公園面積與相關活動場地為多大時,才能更好的促進使用者健康?城市公園的服務半徑為多少時,才能鼓勵居民更多地使用公園,得到更多的健康效益?未來研究中需以規劃設計實踐需求為導向,在定量層面展開探索,為精細化導控提供基礎。

2)加強計算機視覺、位置追蹤等新技術的應用?，F有研究多通過專家評價與像素區分等方法評價自然環境的特征,多采用問卷與生理指標測量等方法測量心理健康狀態。景觀偏好研究中已開始采用如基于人臉的情緒識別、基于眼動數據的興趣點識別等技術[74-75],可進一步在心理健康領域應用。未來研究中可利用計算機視覺、人工智能等新技術分析自然環境的特征,并自動檢測心理健康狀態。