長白山自然保護(hù)區(qū)植物群落降噪效果研究

常 鑫， 鄭 昕， 柴 政， 孫義男

(東北林業(yè)大學(xué)野生動物資源學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

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長白山自然保護(hù)區(qū)植物群落降噪效果研究

常 鑫， 鄭 昕*， 柴 政， 孫義男

(東北林業(yè)大學(xué)野生動物資源學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

通過對環(huán)境噪聲實測，對長白山國家級自然保護(hù)區(qū)中不同海拔的3類不同林型7條林帶分別進(jìn)行降噪效果試驗，通過室內(nèi)數(shù)據(jù)的整理分析，得出：①林帶的減噪效果隨水平能見度的增加總體呈下降趨勢。②林帶寬度越大，降噪效果越明顯。③以落葉闊葉林和落葉針葉林為主的林帶對白噪聲的降噪效果隨季節(jié)變化差異較大，以常綠針葉林為主的林帶對白噪聲的降噪效果受季節(jié)變化影響最小，降噪效果最穩(wěn)定。

長白山；自然保護(hù)區(qū)；植物群落；噪聲衰減

隨著我國自然保護(hù)區(qū)生態(tài)旅游的不斷發(fā)展，自然保護(hù)區(qū)迎來了更多的游客，而日益增加的社會活動也增加了保護(hù)區(qū)噪聲污染災(zāi)害。這些噪聲污染極大地影響了保護(hù)區(qū)內(nèi)周邊野生動物正常的生活習(xí)性、限制了野生動物的生活空間，對群落的穩(wěn)定造成了不良影響。運(yùn)用林木消除噪聲污染是自然保護(hù)區(qū)科學(xué)化管理的重要方法。

1 噪聲對動物的影響與植物群落降噪意義

1.1 噪聲對動物的影響對于自然保護(hù)區(qū)周邊旅游與公路噪聲對自然動物影響的研究表明，噪聲達(dá)到50 dB時會對鳳頭麥雞、白鷺等禽類造成干擾，嚴(yán)重會引起動物聽覺系統(tǒng)的衰退，甚至造成永久性損傷。同時，噪聲還會使自然保護(hù)區(qū)的動物產(chǎn)生一系列生理反應(yīng)，如頭部到全身的輕度痙攣。嚴(yán)重時會引發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)紊亂與激素失衡，動物免疫機(jī)能下降，對動物的正常交配繁殖生活產(chǎn)生了較大的影響，長久以往將會造成動物群落的衰退或遷移。根據(jù)朱蓓薇2000年發(fā)表于《健康環(huán)境》的《噪聲對動物生理機(jī)能的影響》一文的研究證明110～150 Hz低頻噪聲與動物器官的固有頻率相一致，刺激動物交感神經(jīng)，使其腎上腺素分泌增加，胰島素分泌減少。2.5～3.5 kHz高頻噪聲對動物聽覺神經(jīng)刺激較強(qiáng)，對耳損傷最大[1]。而國外同類研究表明噪聲會對野生動物的覓食、繁殖以及其他生活狀態(tài)造成一定程度的影響。

1.2 植物群落降噪意義鑒于噪聲對自然保護(hù)區(qū)動物生活習(xí)慣以及群落的繁衍會產(chǎn)生較大的影響，希望通過對保護(hù)區(qū)的植物群落進(jìn)行合理的規(guī)劃來減少噪聲污染。保護(hù)區(qū)中的自然植物群落，不但能有效減少噪聲，同時也成為了人類與野生動物之間最后一道屏障，減少了人類活動對野生動物的干擾，尤其是噪聲對野生動物的驚擾，為野生動物提供了生存空間。因此自然植物群落作為保護(hù)區(qū)的噪聲屏障，可有效地減輕生態(tài)旅游中所產(chǎn)生的各類交通噪聲及其他空間(如游客集散地和各類開放式活動空間等)所產(chǎn)生的人為噪聲。建立合理的自然保護(hù)區(qū)植被群落規(guī)劃具有以下重要意義。

1.2.1改善區(qū)域空氣環(huán)境。城市擴(kuò)張一方面滿足了人們生產(chǎn)活動需求、提高了物質(zhì)生活水平，另一方面工廠垃圾、生活垃圾等也在侵蝕著人類的健康。植物群落可以有效地清潔空氣、減少空氣中二氧化碳等有害氣體與粉塵的含量，使區(qū)域內(nèi)形成“小氣候形態(tài)”，空氣質(zhì)量得到良好改善。

1.2.2保證野生動物生活環(huán)境。噪聲會對野生動物產(chǎn)生強(qiáng)烈的不良影響，因此必須利用植物對聲波的漫反射、吸收與散射作用來消減聲波的傳播，降低自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的噪聲污染，還給野生動物一個良好的活動空間。

1.2.3保障行車安全。自然保護(hù)區(qū)一般坐落于市郊，毗鄰高速公路或國道，而綠色植物具有緩解視覺疲勞的效果，同時植物對于光的吸收也可以減少路面對駕駛員形成眩光的幾率，提高行車安全。

2 植物降噪機(jī)理

通過對植物群落的降噪效果研究可以發(fā)現(xiàn)，高頻噪聲的衰減取決于植物自身枝葉的散射與吸收作用，而中頻噪音衰減是通過地面對噪聲的散射與吸收，低頻噪音的衰減則是通過植物與地面之間聲波反射相互干擾而進(jìn)行的。這就說明植物葉片與枝干對于噪聲的共振吸收是植物群落降噪機(jī)理的首要因素，而林區(qū)噪聲衰減的影響因素則是林帶的密度、高度與寬度，這主要是由于在噪聲衰減過程中散射作用優(yōu)于吸收作用。

通過對針葉林與闊葉林的對比可以發(fā)現(xiàn)，針葉林的降噪效果優(yōu)于闊葉林。這主要是由于反射系數(shù)越小，物體表面聲阻抗率越接近空氣的特性阻抗率，對聲能的消耗越大，消除聲音的效果也就越好。針葉垂直于林冠表面，而闊葉幾乎都是平行于林冠表面，平行的落葉林冠大量反射噪聲，降噪效果遠(yuǎn)不如針葉林。通過研究得出，林木對于噪聲衰減效果依次為針葉林、常綠闊葉林、闊葉林、常綠灌木林、落葉灌木。部分學(xué)者認(rèn)為濃密的枝葉量有助于提高單位吸聲量，從而提高該樹種的單位吸聲總量?？傮w來說，在同等密度條件下，針葉林的吸聲效果要優(yōu)于闊葉林，喬木的吸聲效果要優(yōu)于灌木。具有腐殖質(zhì)的地面對500 Hz以下的低頻噪聲衰減效果明顯，樹木枝干和葉片對1 000 Hz以上的中頻噪聲衰減效果明顯，樹葉能對2 000 Hz以上的高頻噪聲起到遮擋作用。

由自然植被形成的綠化帶能對保護(hù)區(qū)內(nèi)的人為噪聲起到良好的減弱作用。各國學(xué)者對綠化帶的降噪效果進(jìn)行了研究，其結(jié)果對構(gòu)建有效減噪的綠化帶具有一定的指導(dǎo)意義。通過試驗證明，每100英尺(30.48 m)種植深度的人工密林帶可減少5～8 dB交通噪聲，每100英尺(30.48 m)種植深度的自然植被可提供3～5 dB的衰減量[2]。英國安全與環(huán)境資源中心的一項研究表明，在相同噪聲等級和距離的情況下，柳樹林和針葉樹林的減噪效果分別比空地高出16.0～16.8 dB及3.0～3.6 dB[3]。

3 植物群落降噪效果研究

在不同情況下，植物降噪效果不同，特在長白山自然保護(hù)區(qū)選取一試驗地進(jìn)行降噪效果試驗，通過數(shù)據(jù)采樣具體分析不同條件下植物帶降噪效果。

3.1 試驗林帶概況研究區(qū)長白山國家級自然保護(hù)區(qū)位于吉林省東南部。選擇海拔830.0～872.2 m處(試驗地①)、773.7 m處(試驗地②)、1 144.5～1147.6 m處(試驗地③)作為研究區(qū)域。在研究區(qū)域內(nèi)選取遠(yuǎn)離人為噪聲的3種林型，共計7條林帶為試驗樣地。7條林帶分別為：試驗地①中的林帶①：喬灌混交林(白樺、暴馬丁香等)；林帶②：針闊混交林(春榆、暴馬丁香等)；林帶③：針闊混交林(紅松、色木槭、暴馬丁香等)；試驗地②中的林帶④：喬灌混交林(糠椴、暴馬丁香等)；試驗地③中的林帶⑤：針葉混交林(臭冷杉、長白落葉松)；林帶⑥：針闊混交林(白樺、臭冷杉、魚鱗云杉等)；林帶⑦：針葉混交林(魚鱗云杉、長白落葉松、臭冷杉等)。試驗地基本特征見表1。

表1 試驗地基本特征

3.2 試驗樣點設(shè)置根據(jù)實地踏查，并通過向當(dāng)?shù)叵驅(qū)У淖稍儯Y(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦?、地貌及植被分布特征，選取了遠(yuǎn)離其他噪聲聲源，且寬度達(dá)30 m、長度大于30 m的7條林帶作為測試植物減噪效果研究的目標(biāo)樣地。數(shù)據(jù)采集時，設(shè)定樣地林帶一側(cè)的邊緣為0 m處，將發(fā)聲設(shè)備置于0 m處距地面1.2 m高度的斷面上，沿林帶邊緣垂直方向，向林帶寬度方向延伸出1條長30 m的樣線，并將樣線的0、10、20、30 m處分別設(shè)置為樣點。在樣方內(nèi)隨機(jī)布設(shè)2條樣線，分別為：樣線1、樣線2，并對樣線的各樣點數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)測量，取平均值。樣點設(shè)置平面圖、立面圖見圖1、2。

圖1 樣點設(shè)置平面圖

圖2 樣點設(shè)置立面圖

3.3 結(jié)果與分析

(1)7條林帶在冬季和夏季于林帶30 m寬度處的降噪值按林帶水平能見度進(jìn)行分組，分析水平能見度對林帶降噪效果的影響，林帶的減噪效果隨水平能見度的增加總體呈下降趨勢(圖3)。

圖3 林帶水平能見度對降噪效果的影響

(2) 林帶寬度與林帶的降噪效果關(guān)系密切。林帶寬度越大，降噪效果越明顯。樹木通過對聲能的吸收、散射作用，延長聲波在林帶內(nèi)的傳播時間來增加聲波通過林帶時產(chǎn)生的能量損失，從而達(dá)到降噪的效果。而相同寬度林帶降噪效果與聲源的大小有關(guān)，因此相同寬度的林帶其降噪效果隨著與聲源距離的增加逐漸降低(表2)。

表2 林帶寬度對降噪效果的影響 dB

(3)以落葉闊葉林和落葉針葉林為主的林帶對白噪聲的降噪效果隨季節(jié)變化差異較大，由于冬季葉片逐漸脫落，導(dǎo)致林帶的水平能見度發(fā)生較大變化，從而影響了林帶的降噪效果(圖4)；以常綠針葉林為主的林帶對白噪聲的降噪效果受季節(jié)變化影響最小，降噪效果最穩(wěn)定。

圖4 不同季節(jié)條件下林帶的降噪效果

4 自然保護(hù)區(qū)植物群落規(guī)劃布局建議

水平能見度低的林帶不但能為游客集中活動空間提供有效的聲衰減，同時活動空間較長的邊界還有利于展示保護(hù)區(qū)的物種多樣性。可在林帶邊緣處設(shè)置解說牌、宣傳板等，這樣不但能起到聲屏障的作用，還能使游客在游覽過程中接受到環(huán)境教育。旅游活動周邊林帶不僅應(yīng)只滿足于其降噪功能，同時還應(yīng)該滿足其觀賞性。結(jié)合植物的景觀觀賞特點和林帶的降噪功能，根據(jù)活動空間的季節(jié)性，建議選擇以下植物：

(1)在冬季可以選擇在以樹干具有較高觀賞價值或冬季果實宿存的闊葉樹種和樹干、樹冠具有較高觀賞價值和果實宿存的針葉樹種為主的林帶內(nèi)，設(shè)置活動空間。針葉樹種：觀冠樹種如東北紅豆杉、紅皮云杉、魚鱗云杉；觀果樹種如松杉、冷杉；觀干樹種如長白落葉松等。

闊葉樹種：觀干樹種如白樺、山楊、青楷槭、岳樺；觀果樹種如接骨木、長白忍冬、藍(lán)靛果忍冬、山荊子等。

(2)在其他季節(jié)條件下，可以選擇在以開花、色葉或果實觀賞價值較高的闊葉樹種和樹干、樹冠、樹葉具有較高觀賞價值的針葉樹種為主的林帶內(nèi)，設(shè)置活動空間。針葉樹種：觀冠樹種如東北紅豆杉、紅皮云杉、魚鱗云杉；觀葉樹種如長白落葉松等。

闊葉樹種：觀花樹種如暴馬丁香、牛皮杜鵑、山櫻桃、遼東丁香、東北山梅花、稠李、山梨、珍珠梅、柳葉繡線菊、聚花風(fēng)鈴草、千屈菜、東北百合、大花剪秋蘿、長白耬斗菜；觀葉樹種如胡桃楸、楓樺、蒙古櫟、紫椴、三花槭、刺楸、衛(wèi)矛、狗棗獼猴桃；觀果樹種如山楂、北五味子、花楸、東北扁核木、雞樹條莢蒾等。

[1] 朱蓓薇，張彧.噪聲對動物生理機(jī)能的影響[J].環(huán)境與健康，2000(10):43-45.

[2] REETHOF G，HEISLER G M.Trees and forest for noise abatement and visual screening[R].USDA Forest Service General Technical Report，1976:39-48.

[3] GREG WATTS，LINDA CHINN，NIGEL GODFREY.The effects of vegetation on the perception of traffic noise[J].Applied Acoustics，1999，56:39-56.

Study on Noise Reduction Effect of Plant Community in Changbai Mountain Nature Reserve

CHANG Xin, ZHENG Xin*, CHAI Zheng et al

(College of Wildlife Resources, Northeast Forestry University, Harbin, Heilongjiang 150040)

Through noise measurement, noise reduction effect experiment was conducted on 3 forest types 7 forest belts in different altitudes in Changbai Mountain Nature Reserve, through analysis on interior data, it was concluded that: ① The noise reduction effect of forest with the increase of the horizontal visibility is on the decline as a whole. ②The greater the forest belt width, the more obvious of noise reduction effect. ③Noise reduction effect of deciduous broad-leaved forest and deciduous conifer dominated forest has significant differences among seasons, the noise reduction effect of evergreen coniferous forest is most stable.

Changbai Mountain; Nature reserve; Plant community; Noise attenuation

國家林業(yè)局2013年珍稀頻危物種調(diào)查監(jiān)管項目(41313404)。

常鑫(1989- )，女，遼寧沈陽人，碩士研究生，研究方向：自然保護(hù)區(qū)管理。*通訊作者，副教授,博士,從事生態(tài)旅游研究。

2014-12-03

S 759.9

A

0517-6611(2015)02-166-02