楊凌城區(qū)主要樹種降噪評價及主要影響因素分析

梁藝馨，李卓蓉，雷 珊，張 鑫，張藝馨

(西北農(nóng)林科技大學 1.風景園林藝術(shù)學院;2.林學院;3.農(nóng)學院，陜西 楊凌 712100)

楊凌城區(qū)主要樹種降噪評價及主要影響因素分析

梁藝馨1，李卓蓉2，雷 珊1，張 鑫3，張藝馨1

(西北農(nóng)林科技大學 1.風景園林藝術(shù)學院;2.林學院;3.農(nóng)學院，陜西 楊凌 712100)

用噪聲頻譜分析儀、聲源輸出儀等儀器和工具，對楊凌區(qū)常見25種道路綠地樹木降噪能力和樹形結(jié)構(gòu)進行了測定與比較分析，結(jié)果為供試25個樹種降噪百分比為3.68%～10.47%，枸骨最大，刺柏、懸鈴木次之，紫荊最小，櫻花也較小，其他居中；降噪效果樹狀聚類等級劃分為極強(3種)：枸骨、刺柏、懸鈴木，強(3種)：小蠟、毛梾、三角楓，中等(9種)：紅葉石楠、青桐、圓柏、雪松、玉蘭、鵝掌楸、女貞、七葉樹、銀杏，弱(8種)：木瓜、毛白楊、紅葉李、欒樹、苦楝、廣玉蘭、垂絲海棠、棕櫚，極弱(2種)：櫻花、紫荊；五個降噪等級的降噪百分比分別為極強≥8.60%、強7.1%～8.6%、中等5.6%～7.1%、弱4.1%～5.6%、極弱<4.10%；不同喬木樹種降噪量分別與枝下高、測定平行方向冠幅、葉面積指數(shù)呈顯著相關(P<0．05)，與平均高度、測定垂直方向冠幅、胸徑相關不顯著(P\%>0.05)。

道路綠地；樹種；降噪；效果；樹形結(jié)構(gòu)

隨著道路交通和城市工業(yè)的迅速發(fā)展，噪聲污染日益嚴重。在現(xiàn)有的減弱噪聲的途徑中，綠化是最環(huán)保、綠色和經(jīng)濟的一種[1]。但由于氣象條件、測量標準、儀器設備、研究對象等，影響植物降噪的因素十分復雜，目前國內(nèi)外缺乏對樹種降噪影響因子量化研究，而主要在半經(jīng)驗模式下進行研究和探討[2-3]?，F(xiàn)在綠化降噪機理研究主要建立在聲音傳播特性和植物形態(tài)結(jié)構(gòu)基礎上[4]，如程明昆等研究表明，綠化對噪聲的減弱主要是植物對聲波的反射與吸收引起的；郁閉的樹林或綠籬相比疏林、草坪可以有效地反射聲波[5]。蔣美珍認為，園林植物繁茂的樹冠，對噪聲具有良好的吸收屏障作用，聲波接觸到植物的枝葉發(fā)生偏轉(zhuǎn)和折射,從而衰減噪聲[6]。Reethof認為當聲音垂直經(jīng)過樹木時，會發(fā)生反射和衍射，使聲音發(fā)生衰減；濃密的樹葉對聲音具有顯著的吸附作用[7]。為了給楊凌及其環(huán)境條件相近地區(qū)道路綠地強降噪樹種選擇提供依據(jù)和參考，我們進行了常見樹種降噪能力及其樹形結(jié)構(gòu)、葉片結(jié)構(gòu)等研究，結(jié)果如下。

1 研究地概況

試驗在陜西楊凌示范區(qū)城區(qū)進行，該地位于陜西關中平原，東經(jīng)108°～108°7′，北緯34°12′～34°20′之間。大陸性季節(jié)型半濕潤氣候，四季分明，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，年平均氣溫12.9℃，年極端最低溫為-13.4℃，年極端最高氣溫42.0℃，年平均日照2 163.8h，年輻射量480.6 kJ·cm-2；年平均無霜期221 d，年均降水量610.2 mm，年平均自然植被蒸發(fā)量993.2 mm，干燥度1.56。植被類型主要是河灘堤岸、農(nóng)田、溝坡、道路等防護林，大片農(nóng)田作物、經(jīng)濟林、城區(qū)綠地植被等人工植被[8]。至2016年，城區(qū)綠地面積達到260萬m2，人均綠地面積21.54 m2，城市綠化覆蓋率45%，達到了較高的綠化水平，其中道路綠地在降噪、滯塵等生態(tài)效應方面發(fā)揮著重要作用[9]。

2 材料與方法

2.1 降噪植物降噪效應比較試驗

2.1.1 試驗材料 根據(jù)楊凌城區(qū)綠地樹種調(diào)查結(jié)果并參照相關資料[10]，選取青桐(Firmianaplatanifolia)、玉蘭(Magnoliadenudata)、懸鈴木(Platanusacerifolia)、小蠟(Ligustrumsinense)、雪松(Cedrusdeodara)、圓柏(Sabinachinensis)、枸骨(Ilexcornuta)、紅葉石楠(Photiniaxfraseri)、毛梾(Cornuswalteri)、刺柏(Juniperusformosana)、木瓜(Chaenomelessinensis)、三角楓(Acerbuergerianum)、棕櫚(Magnoliagrandiflora)、櫻花(Cerasusyedoensis)、紫荊(Cercischinensis)、鵝掌楸(Liriodendronchinensis)、女貞(Ligustrumlucidum)、七葉樹(Aesculuschinensis)、銀杏(Ginkgobiloba)、毛白楊(Populustomentosa)、紅葉李(Prunuscerasiferacv.atropurpurea)、欒樹(Koelreuteriapaniculata)、苦楝(Meliaazedarach)、廣玉蘭(Magnoliagrandiflora)、垂絲海棠(Malushalliana)等25種常見綠化樹種，并以其純林帶(道路綠地)為研究對象；林帶要求長度大于30m，寬度一致，約5m，郁閉或幾近郁閉或達到設計的最佳美化要求，樹木栽植5～7a以上，密度及配置合理，植株生長正常[11]；并在附近區(qū)域選擇地形、周圍環(huán)境、測點距離等與測量樣地相同或相近的一處無喬灌木綠化場地作為對照。

2.1.2 儀器及其設置 儀器包括噪聲頻譜分析儀(型號HS6288B)和聲源輸出儀(型號HY-BT21)。在距離林帶和對照地邊緣兩側(cè)10m、距地面1.5m處分別設置噪聲頻譜分析儀(2臺)和聲源輸出儀(1臺)，二者連線基本垂直于林帶方向。

2.1.3 降噪效果測定方法 以水泥地和草坪作為對照背景噪聲，分貝約為(47.5±3.5)dB(A)[11]；標準聲源為輸出聲壓級標準94dB(A)的白噪聲[2]；在無車輛通行時段測量(以保證噪聲源的唯一性)；待聲源穩(wěn)定后，噪聲頻譜分析儀正對聲源進行測量，以A聲級(Leq)計，時間計權(quán)為F(快反應)，測定時間長10s，3次重復，每一重復間隔5min[11-13]。

2.1.4 植物性狀指標測定 在降噪效應測定的同時，對林帶樹木高度、枝下高、冠幅、種植密度、分枝角度、葉面積等進行測量與記錄[14]。

2.1.5 降噪效應分析指標及其計算方法 綠地降噪量△L=綠地衰減值-對照衰減值=(LPA-LPB)- (LPA-LPC)；降噪百分比=△L/94dB\% ×100%。式中LPA為噪聲源聲級值，LPB為林帶噪聲頻譜分析儀噪聲級值，LPC\%為對照地噪聲頻譜分析儀噪聲級值。

2.1.6 不同植物降噪能力評價 把供試25個樹種降噪能力分為5個等級，即極強、強、中等、弱和極弱；利用降噪百分比指標和樹狀聚類分析法把25個樹種分為5類，與降噪能力5個等級對應，并按不同類別降噪百分比，取整，確定不同等級的相應劃分標準。

2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

利用 Excel 2007和SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)處理、分析[15]。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同樹種降噪能力比較

由表1可以看出，供試25個樹種降噪百分比為3.68%～10.47%，其中枸骨最大，刺柏、懸鈴木次之，紫荊最小，櫻花也較小，其他居中，說明枸骨、刺柏、懸鈴木降噪能力強，紫荊、櫻花降噪能力弱，其他20個樹種降噪能力居中。

表1 不同樹種降噪能力比較與等級劃分

3.2 樹種不同降噪等級評價標準

從表1不同樹種降噪能力排序和圖1中25個樹種降噪效果樹狀聚類可以看出，依降噪比例劃分的不同降噪能力等級的樹種為，極強(3種)：枸骨、刺柏、懸鈴木，強(3種)：小蠟、毛梾、三角楓，中等(9種)：紅葉石楠、青桐、圓柏、雪松、玉蘭、鵝掌楸、女貞、七葉樹、銀杏，弱(8種)：木瓜、毛白楊、紅葉李、欒樹、苦楝、廣玉蘭、垂絲海棠、棕櫚，極弱(2種)：櫻花、紫荊。依不同類別樹種降噪百分比范圍，并按照取整原則，確定極強、強、中等、弱、極弱等5個級別的降噪百分比分別為≥8.60%、7.1%～8.6%、5.6%～7.1%)、4.1%～5.6%、<4.10%。

3.3 不同樹種形狀比較

3.3.1 樹高、枝下高 灌木或喬木灌木狀培育的評價樹高為1.31～1.65m,喬木樹種平均樹高為5.56～18.96m，海棠最低，雪松最高、七葉樹次之，其他18個喬木樹種介于雪松與七葉樹之間。21個喬木樹種枝下高為1.32～6.16m,楊樹最高，懸鈴木次之，櫻花最低，其他居中。

3.3.2 冠幅與分枝角度 灌木冠幅為0.56～2.67m,喬木樹種冠幅為2.72～11.44m,七葉樹最大，棕櫚最小。喬木樹種除棕櫚外分枝角度為30～60°，60°者居多。

3.3.3 葉面積指數(shù) 灌木林帶葉面積指數(shù)為 0.78～1.07，21個喬木樹種林帶葉面積指數(shù)為0.49～19.58，苦楝最小，七葉樹最大。

圖1 使用平均聯(lián)接(組間)的樹狀降噪等級類別

樹種 植被結(jié)構(gòu)特征平均高度/m枝下高/m冠幅⊥×冠幅∥m×m種植密度(株行距)/m分枝角度/°LAI女貞7.401.995.10×5.165.00600.81小蠟1.630.202.67×2.482.50301.07三角楓10.602.285.69×5.174.00305.86木瓜6.611.696.52×5.323.00301.66欒樹7.753.007.17×7.216.00602.54紅葉李7.841.486.61×5.044.00607.77楊樹20.946.166.54×8.906.00600.79櫻花7.361.325.80×5.103.00602.43七葉樹14.702.489.52×11.446.006019.58毛梾13.342.858.04×6.444.00606.28廣玉蘭7.121.994.96×4.886.00600.93棕櫚6.002.482.90×2.726.00301.55紫荊7.441.844.09×4.806.00602.88海棠5.561.564.54×4.006.00600.54玉蘭10.252.165.33×4.836.00601.18銀杏10.182.355.52×5.426.00602.93青桐10.103.657.03×6.206.00451.90苦楝9.853.556.75×8.726.00450.49枸骨1.660.161.77×1.872.50600.19刺柏1.450.090.82×1.030.60300.06鵝掌楸10.752.805.91×7.166.00452.11雪松18.964.067.84×7.757.504511.24圓柏14.903.305.28×8.214.00602.51懸鈴木16.504.408.48×8.833.003022.93紅葉石楠1.310.080.56×0.651.00450.78

3.4 樹種降噪影響因子分析

由表3相關性檢驗結(jié)果可以看出，25種樹種降噪量與喬木枝下高、測定平行方向冠幅、葉面積指數(shù)呈顯著相關(P<0．05)，與平均高度、測定垂直方向冠幅、胸徑相關性不顯著(P>0.05)，表明喬木枝下高、葉面積指數(shù)、測定平行方向冠幅是影響以上25種樹種降噪能力的主要性狀因素。并對25種樹種的降噪量進行單因素方差分析，得到不同樹種之間差異性顯著，顯著性值為0.000(P<0.05)，故樹種種類與降噪量密切相關。通過逐步回歸分析法得到回歸模型為

△L=0.153H-0.189G∥-0.117G⊥+0.088LAI-1.745D-0.329ZH-0.145SZ+8.818

式中H為樹種平均高度，G⊥為測定垂直方向冠幅，G∥為測定平行方向冠幅，LAI為葉面積指數(shù)，D為胸徑,ZH為枝下高，SZ為樹種[15]。

計算時用樹種種類用數(shù)字作為標簽值[15]，不同樹種SZ值為：1=枸骨、2=苦楝、3=刺柏、4=懸鈴木、5=小蠟、6=毛梾、7=三角楓、8=紅葉石楠、9=青桐、10=雪松、11=圓柏、12=玉蘭、13=木瓜、14=女貞、15=欒樹16=紅葉李、17=楊樹、18=櫻花、19=七葉樹、20=廣玉蘭、21=棕櫚、22=紫荊、23=海棠、24=鵝掌楸、25=銀杏。

表3 喬木樹種降噪量與多種性狀指標的相關性

注：p=0．05(雙側(cè))顯著相關,R2=0.686.

4 結(jié)論與討論

(1)本研究結(jié)果為供試25個樹種降噪百分比為3.68%～10.47%，枸骨最大，刺柏、懸鈴木次之，紫荊最小，櫻花也較小，其他居中；降噪效果樹狀聚類等級劃分為極強(3種)：枸骨、刺柏、懸鈴木，強(3種)：小蠟、毛梾、三角楓，中等(9種)：紅葉石楠、青桐、圓柏、雪松、玉蘭、鵝掌楸、女貞、七葉樹、銀杏，弱(8種)：木瓜、毛白楊、紅葉李、欒樹、苦楝、廣玉蘭、垂絲海棠、棕櫚，極弱(2種)：櫻花、紫荊；五個降噪等級的降噪百分比分別為極強≥8.60%、強7.1%～8.6%、中等5.6%～7.1%、弱4.1%～5.6%、極弱<4.10%；不同喬木樹種降噪量分別與枝下高、測定平行方向冠幅、葉面積指數(shù)呈顯著相關(P<0．05)，與平均高度、測定垂直方向冠幅、胸徑相關不顯著(P>0.05)；降噪效果與樹種及其平均高度、測定垂直方向冠幅、測定平行方向冠幅、葉面積指數(shù)、胸徑、枝下高等的關系式為△L=0.153H-0.189G∥-0.117G⊥+0.088LAI-1.745D-0.329ZH-0.145SZ+8.818；楊凌及其生態(tài)環(huán)境條件相近地區(qū)為了降低車輛等噪音，可先選用降噪能力極強和強的樹種，如刺柏、懸鈴木、小蠟、毛梾、三角楓等。

(2)道路綠地除降噪功能外，還有美化、隔離、降塵、防風等，植物的枝、葉是反射和吸收聲波的主要部位，當聲波經(jīng)過植物條帶時產(chǎn)生阻尼振動，最終轉(zhuǎn)化為其固有振動頻率,從而導致了聲衰減[2]；植物葉組織解剖結(jié)構(gòu)對植物隔聲性能也有很大影響，最主要影響因子是海綿組織厚度和葉片厚度，海綿組織排列疏松，胞間隙發(fā)達，細胞間隙充滿空氣，形成互相貫通的細胞間隙系統(tǒng)[16]；當聲波作用于葉片，葉片細胞間隙的介質(zhì)在聲波作用下產(chǎn)生振動，將聲能轉(zhuǎn)變成熱能，使聲波不斷被吸收[17]。因此，在道路綠地設計與樹種選擇時，應在考慮除降噪之外的其它生態(tài)與美化功能前提下，優(yōu)先選用樹體相對高大、枝葉濃密、葉面積大、葉片肥厚寬大、葉組織結(jié)構(gòu)疏松的樹種。

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Evaluation on Plants for Noise Reduction in Yangling and Related Influencing Factors

LIANGYi-xin1,LIZhuo-rong2,LEIShan1,ZHANGXin3,ZHANGYi-xin1

( 1.College of Landscape Architecture and Arts, Northwest A&F University;2. College of Forestry, Northwest A&F University;3. College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100)

Bymonitoringtheoutdoornoise,measuringthegrowthcharactersofmaingreeningtreesandcarryingoutanatomicalanalysisatthemicrolevel,themacroscopicandmicroscopicindexescloselyrelatedtothenoisereductionabilityofplantsweredetermined.Resultshowedthat25speciesoftreestestedhaveeffectinnoisereductionrangingfrom3.68%to10.47%,Ilexcornutatobemostsignificant,followedbyJuniperuscommunis\%andPlatanusacerifolia,CercischinensisandCherryblossomtobetheleast,andtheotherspeciestobebetween.Thecategoriesofnoisereductionareasfollows:mostsignificanteffect,threespeciesIlexcornuta,Juniperuscommunis\%andPlatanusacerifolia;significanteffect,threespeciesLigustrumsinense,Cornuswalteri\%wangerandAcerbuergerianum;moderate,ninespeciesPhotiniafraseri,Firmianasimplex,whitepine,Magnoliadenudate,Liriodendronchinense,Ligustrumlucidum,AesculuschinensisandGinkgobiloba;weakeffect,eightspeciesPapaya,Populustomentosa,Prunuscerasifera,Koelreuteriapaniculata,Meliaazedarach,Magnoliagrandiflora,MalushallianaandTrachycarpusfortune;andmostweakeffecttwospeciesCercischinensis\%andCherryblossom.Fivegradesofnoisereductionweredeveloped:mostpowerfulgrade≥8.60%;powerfulgraderangingfrom7.1%to8.6%,moderategraderangingfrom5.6%to7.1%,weakgraderangingfrom4.1%to5.6%andmostweakgrade<4.10%.Noisereductionofdifferentspeciesoftreesaresignificantlycorrelatedwithunderbranchheight,horizontalcrownwidthandleafareaindex(P<0.05 )andnotcorrelatedwithmeanheightoftree,verticalcrownwidthandDBH(P>0.05).

Greenspaces;noisereduction;treespecies;effect;treestructure

2016-08-14 基金項目：國家級大學生創(chuàng)新性實驗項目(Z105021401)。

作者簡介：梁藝馨(1995-)，女，本科生。

S791.248;Q

A