雖由人作宛自天開蘇州園林的科學(xué)之美

“江南園林甲天下，蘇州園林甲江南”，江蘇省蘇州市素有“園林之城”的美譽(yù)。蘇州園林是中國傳統(tǒng)文化的瑰寶，亦是著名的世界文化遺產(chǎn)，以其獨(dú)特的景觀和精致的設(shè)計(jì)聞名于世 。蘇州古典園林的歷史十分悠久，最早可上溯至春秋時(shí)期。

蘇州園林的魅力還體現(xiàn)在它所蘊(yùn)含的科學(xué)之美，園中包含著豐富的科學(xué)知識(shí)。現(xiàn)在，就讓我們一同踏上蘇州園林的科學(xué)探索之旅吧！

拙政園中的生態(tài)系統(tǒng)示意圖（供圖/趙艷霞）

蘇州園林的生態(tài)之美

蘇州園林是生態(tài)平衡的杰出代表。以著名的拙政園為例，它是如何維持生態(tài)平衡的呢？

在拙政園中，不僅有美麗的建筑和精心布置的花園，還有許多不同種類的植物和水體。這些元素相互作用，形成了一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。鳥類在樹上筑巢，魚兒在池塘中自由穿梭，各種昆蟲在花叢中翩翩起舞。植物、動(dòng)物、微生物與環(huán)境共同作用，形成了一張具有生態(tài)價(jià)值和美學(xué)價(jià)值的生命之網(wǎng)。

這些生物和環(huán)境的相互作用，增加了園林的生氣、維持了生態(tài)平衡，每一種生物都在這個(gè)奇妙的生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要的角色。蘇州園林的生態(tài)平衡讓游客不僅能欣賞美景，還能感受到自然的和諧。

蘇州園林的植物之美

蘇州園林中的植物不僅是景觀的重要組成部分，也是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的核心——園林中的植物通過光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣，為游客提供了清新的空氣。在光合作用過程中，植物吸收太陽光，將二氧化碳和水合成有機(jī)物，同時(shí)釋放氧氣。這個(gè)過程不僅讓植物收獲了成長的養(yǎng)料，還改善了園林中的空氣質(zhì)量。靠近園林中的植物，你可以感受空氣的清新，這是植物通過光合作用給予我們的饋贈(zèng)。

蘇州園林中的植物不僅因其獨(dú)到的觀賞性令游客沉醉，還為鳥類和昆蟲提供了食物和棲息地，成為生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，維護(hù)了生態(tài)平衡。

蘇州園林的“活水”之美

水，是蘇州園林中極為關(guān)鍵的構(gòu)成要素，在造景手法中占據(jù)著重要位置。你也許聽說過，水有“活水”與“死水”之分。簡單來說，兩者可以從它的流動(dòng)性進(jìn)行區(qū)別。一般情況下，“活水”指的是有水源且流動(dòng)的水。流動(dòng)的水具有一定的自凈作用，因此可以在很大程度上保障水質(zhì)。

蘇州園林中的光合作用原理示意圖（供圖/趙艷霞）

在蘇州園林的設(shè)計(jì)過程中，布置水景時(shí)需要考慮的首要問題，就是水一定要為“活水”。園林中的水要與整個(gè)蘇州城的水系水網(wǎng)相聯(lián)系，讓水的引入和流出形成自然循環(huán)，從而得到良性發(fā)展。那在沒有機(jī)械設(shè)備的時(shí)代，人們是如何讓園林中的水流動(dòng)起來的呢？

大自然，無疑是人類最好的老師。地球上各種形態(tài)的水，在太陽輻射、地球引力等的作用下，通過水的蒸發(fā)、水汽輸送、凝結(jié)降落、下滲和徑流等環(huán)節(jié)，不斷發(fā)生周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)，這便是自然界的水循環(huán)。受自然界的水循環(huán)啟發(fā)，古代匠人將這一原理運(yùn)用到蘇州園林的建設(shè)中，成功地讓園林中的水流動(dòng)起來。

園林中的水循環(huán)示意圖（供圖/趙艷霞）

園林中的水一般有3類來源，即地表水源、地下水源與時(shí)令水。園林中的水通過“引水”“借水”“掘水”與蘇州的河網(wǎng)水系貫通，河網(wǎng)水系中的水經(jīng)過蒸發(fā)，被冷空氣凝結(jié)成水滴，以降雨、降雪的形式落回園林中，園林中的植物將吸收的水下滲，并通過徑流再次匯入河網(wǎng)水系中——這樣，園林中的水就與整個(gè)城市的水系形成了一個(gè)完整的循環(huán)系統(tǒng)。這樣的循環(huán)系統(tǒng)起到了水的氧化和過濾作用，維持了水的清澈和干凈，為游客提供了一種極具生態(tài)性的水景體驗(yàn)。

蘇州園林的聲音之美

聲學(xué)設(shè)計(jì)也為蘇州園林錦上添花。蘇州園林利用聲音的傳播原理，給人們帶來大自然的天籟之音。在拙政園中，聲音的設(shè)計(jì)對于環(huán)境感受有著非常重要的作用，流水聲、鳥鳴和風(fēng)聲交織在一起，創(chuàng)造出怡人的聲音環(huán)境。這些聲音在園林中傳播，與景觀相互作用，讓人感覺寧靜和輕松。流水聲如同柔美的音樂，鳥鳴增添了生機(jī)，微風(fēng)的聲音則讓人感到舒適。聲音設(shè)計(jì)考慮了游客的感知，使其在園林中享受到愉悅的聲音體驗(yàn)。那么，它是如何運(yùn)用聲波的傳播原理來創(chuàng)造獨(dú)特的聲音環(huán)境的呢？

園林中聲波的折射與溫度關(guān)系示意圖（供圖/ 趙艷霞）

在拙政園中，我們可以實(shí)際學(xué)習(xí)和感受聲波的折射。聲波的折射，即聲速的不同所引起的聲波傳播方向的改變。溫度是影響聲速的一個(gè)因素，聲波會(huì)向溫度低的方向彎曲。因此，在夜晚或者清晨，地面溫度下降，聲波就會(huì)向地面彎曲。此時(shí)，如果對著反射表面（例如平靜的湖面）發(fā)出聲波，聲波就會(huì)沿傳播方向跳躍式傳播。例如，若對著水面說話，湖對面的人會(huì)聽得非常清楚。

在拙政園中，我們還可以發(fā)現(xiàn)聲波的散射現(xiàn)象。當(dāng)聲波在傳播過程中遇到表面不規(guī)則、有起伏的障礙物時(shí)，將形成不定向的反射，這種現(xiàn)象被稱為聲波的散射。還有聲波的繞射（也稱為聲波的衍射，指聲波傳播過程中遇到障礙物時(shí)，部分聲波會(huì)繞至障礙物背后并繼續(xù)向前傳播的一種現(xiàn)象），“未見其人，先聞其聲”描述的就是聲波繞射的現(xiàn)象。

園林中聲波的散射示意圖（供圖/ 趙艷霞）

蘇州園林巧妙地運(yùn)用陽光、植物、聲音、水等元素，創(chuàng)造了一個(gè)獨(dú)特、和諧的生態(tài)環(huán)境，反映了中國古代匠人對自然的深刻理解和尊重，向世人展示了科學(xué)與藝術(shù)的融合。希望這次科學(xué)之旅，能激起你對科學(xué)和自然的興趣，去發(fā)現(xiàn)更多的科學(xué)之美！

（責(zé)任編輯 / 代竹蕊? ?高琳? ? 美術(shù)編輯 / 韋英章）