長(zhǎng)江三角洲地區(qū)11個(gè)縣（市、區(qū)）城市道路林帶降噪能力及其影響因素

李亞楠，黃紹榮，格日樂圖，嚴(yán)力蛟

（1.浙江大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310058；2.寧波市生態(tài)環(huán)境局 余姚分局，浙江 余姚 315400；3.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 亞熱帶林業(yè)研究所，浙江 杭州311400）

城市環(huán)境噪聲污染，尤其是交通噪聲污染，對(duì)于城市居民的正常生活有著重要影響，城市化的飛速發(fā)展導(dǎo)致交通噪聲成為城市噪聲最主要的來源[1]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于降低交通噪聲進(jìn)行了多方面的探索和研究[2]。在諸多降噪方法中，植物除了能夠達(dá)到有效降噪目的外，還兼有滯塵、降溫與持水等作用，同時(shí)可以提升城市美感與居民幸福感[3-5]，具有一定心理降噪作用[6]。目前，對(duì)于城市林帶降噪的研究都集中在某個(gè)或某幾個(gè)公園或者某段公路林帶在不同噪聲頻率、植被類型以及林帶寬度對(duì)林帶降噪影響方面的研究[7-10]，尚無在較廣區(qū)域范圍結(jié)合林帶三維綠量等參數(shù)進(jìn)行道路林帶降噪方面影響的研究。本研究選取長(zhǎng)江三角洲地區(qū)11個(gè)縣（市、區(qū)）作為研究對(duì)象，評(píng)估樣地交通干道綠化帶主要植被組成以及降噪能力，分析林帶三維綠量與枝下高等參數(shù)對(duì)于綠化帶降噪能力的影響，進(jìn)而提出對(duì)于城市道路林帶的選擇建議。

1 研究區(qū)概況

選取長(zhǎng)江三角洲地區(qū)4條緯度帶（34.5°N、32.0°N、30.0°N、27.5°N）上包括紹興諸暨市、杭州淳安縣、杭州富陽區(qū)、寧波余姚市、連云港連云區(qū)、徐州豐縣、上海崇明島、南京玄武區(qū)、鎮(zhèn)江潤(rùn)州區(qū)、溫州蒼南縣、麗水慶元縣等11個(gè)縣（市、區(qū)）。長(zhǎng)江三角洲地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，土地及森林資源豐富，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人員流動(dòng)量大，隨之而來的空氣、噪聲等城市污染問題日趨嚴(yán)重。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)調(diào)查與收集

2015年6-10 月,在研究區(qū)域建成區(qū)的交通干道上采用機(jī)械取樣的方法，根據(jù)實(shí)地情形在每個(gè)縣（市、區(qū)）選取10～20個(gè)樣地，共149個(gè)10 m×10 m樣地。樣地寬度的選取參考孫偉等[11]、王慧等[12]關(guān)于林帶寬度在降噪功能方面的研究，林帶的劃分參考許飛等[13]、郄光發(fā)[14]在城市林帶方面的研究以及《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》（2012年由國(guó)家建設(shè)部頒布）對(duì)于城市森林的分類方法，樣地林帶類型的劃分參照陳際伸[15]、韋如萍等[16]對(duì)于混交林營(yíng)造機(jī)理的研究、樣地現(xiàn)場(chǎng)平均植株高度以及LY/T 1812-2009《中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（2009年由國(guó)家林業(yè)局頒布）。

2.2 研究方法

2.2.1 三維綠量的引入與計(jì)算 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于城市或城郊道路林帶降噪效果的研究主要集中在植被對(duì)不同頻率噪聲的吸收效果，以及植物配置模式、林帶寬度、葉片形狀與質(zhì)量等物理參數(shù)對(duì)林帶降噪效果的影響等方面[17-19]。噪聲的衰減效果會(huì)因植物表面顯微結(jié)構(gòu)及紋理不同而有差異，故而同種類型的植被在不同生活階段對(duì)噪聲的衰減作用也不盡相同。三維綠量（living vegetation volume，LVV），也稱立體綠量，是結(jié)合喬木冠幅、胸徑等參數(shù)計(jì)算得到的綜合指標(biāo)，能夠描述植被空間結(jié)構(gòu)和定量研究城市森林與環(huán)境之間相關(guān)關(guān)系，對(duì)于林帶結(jié)構(gòu)差異描述更為確切。引入三維綠量衡量林帶降噪效果的影響，可以在一定程度上消除用同種類型的林帶降噪率計(jì)算公式帶來的誤差。喬木的單株三維綠量為樹冠綠量與冠下綠量之和，樣地三維綠量由單株三維綠量累積獲得，一般根據(jù)樹冠形狀來確定三維綠量計(jì)算公式[20～22]。本研究植被樹冠類型由調(diào)查獲取，同時(shí)綜合參考中國(guó)植物志（http://frps.iplant.cn）、The Plant List（http://www.theplantlist.org）。研究區(qū)植被樹冠類型與其對(duì)應(yīng)的三維綠量計(jì)算公式如表1所示。卵形樹冠的三維綠量s為樹冠綠量s1與冠下綠量s2的和，其他樹冠類型不計(jì)冠下綠量。灌木、草本的三維綠量計(jì)算公式參照王東良等[23]，以蓋度與株高的乘積作為結(jié)果。

2.2.2 道路林帶附加降噪值的計(jì)算 要得到更為可靠的研究結(jié)果，降噪模型需選取能夠綜合考慮林帶各種林分參數(shù)的多變量非線性模型，并且該模型的研究區(qū)域最好能夠與本研究區(qū)域具備相近的地理位置與相似的自然環(huán)境條件[24-27]。本研究采用沈建章等[28]在浙江長(zhǎng)宜高速路段不同樹種構(gòu)成的水平空間上對(duì)于交通噪聲衰減作用的實(shí)驗(yàn)得出的綠化帶噪聲衰減擬合模型，計(jì)算得到研究城市樣地綠化帶噪聲衰減值。綠化帶寬度l與其附加降噪量Q之間的關(guān)系為Q=ab-el+c，其中：參數(shù)a、b、c的值如表2所示，e為常數(shù)。對(duì)于喬木林附加降噪量結(jié)合喬木種類、葉形、枝干等特征參照水杉Metasequoia glyptostroboides林和桃Amygdalus persica林的計(jì)算方法進(jìn)行。

表1 研究區(qū)域植被樹冠類型及三維綠量計(jì)算公式Table 1 Crown shape of plants and their calculation formula of LVV

2.2.3 相關(guān)性分析 用Excel和SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，使用Pearson相關(guān)性分析法對(duì)于研究區(qū)樣地三維綠量（LVV）與附加降噪值之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析。

2.2.4 秩和檢驗(yàn) 用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)分析軟件做Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)，對(duì)于綠化帶不同枝下高范圍與附加降噪量間進(jìn)行多樣本比較。

表2 綠化帶噪聲衰減擬合模型參數(shù)[28]Table 2 Simulation model parameters of noise reduction of green belts

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)道路林帶類型及占比分析

由表3所示：在長(zhǎng)江三角洲地區(qū)11個(gè)縣（市、區(qū)）的道路林帶調(diào)查樣地中，除紹興諸暨市無喬木混交林外，其他全部都有喬灌混交林、喬木混交林以及喬木林這3種林帶類型，僅紹興諸暨市有灌木混交林，徐州豐縣有灌木林。根據(jù)不同綠化帶配置對(duì)于降噪效果影響的研究[29-30]，喬木和灌木的合理搭配形成的多層次結(jié)構(gòu)有利于形成良好的降噪面，故而喬灌混交林占比達(dá)到80%的南京玄武區(qū)、鎮(zhèn)江潤(rùn)州區(qū)具備較好的降噪條件。而喬灌混交林占比低于30%的連云港連云區(qū)、麗水慶元縣、杭州富陽區(qū)、杭州淳安縣等地相對(duì)而言降噪條件較差。

3.2 綠化帶寬度與其附加降噪量間關(guān)系

幾種不同類型降噪林帶在10 m寬度范圍內(nèi)其寬度與附加降噪量之間的相關(guān)關(guān)系如圖1所示。在相同寬度下，喬灌混交林的附加降噪值要明顯高于其他類型林帶。在寬度小于10 m范圍內(nèi)各類型林帶降噪效果由高到低依次為喬灌混交林、灌木混交林、以桃為代表的落葉喬木林、以水杉為代表的落葉喬木林和喬木混交林，整體在10 m處呈現(xiàn)最佳降噪效果，附加降噪量隨著寬度值增大而增大，呈現(xiàn)逐漸變緩趨勢(shì)。

表3 研究區(qū)林分參數(shù)、組成類型及占比Table 3 Structural parameter,types and proportion of the green belt

3.3 三維綠量與附加降噪量間的相關(guān)分析

用皮爾森相關(guān)性分析法對(duì)樣地三維綠量與附加降噪值之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析，采用雙側(cè)檢驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。對(duì)于11個(gè)縣（市、區(qū)）主要道路林帶共計(jì)149個(gè)樣地的三維綠量與其附加降噪量之間的相關(guān)關(guān)系分析可得，研究地林帶三維綠量與附加降噪量之間呈正相關(guān)關(guān)系，且在0.05水平（雙側(cè)）上相關(guān)顯著。

表4 三維綠量與附加降噪量間的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between the additional noise reduction and living vegetation volume

根據(jù)機(jī)械取樣和典型取樣相結(jié)合的方法選取10個(gè)樣地進(jìn)行總?cè)S綠量與平均附加降噪量的統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2所示。麗水慶元縣的總?cè)S綠量值高達(dá)17 336.59 m3，其附加降噪量卻只有12.56 dB，相對(duì)偏低，這可能與其道路林帶類型中喬灌混交林占比低有關(guān)；南京玄武區(qū)和鎮(zhèn)江潤(rùn)州區(qū)2個(gè)地區(qū)道路林帶的附加降噪量最高，達(dá)16.87 dB，其中鎮(zhèn)江潤(rùn)州區(qū)的三維綠量值只有9 968.05 m3，這2個(gè)地區(qū)的喬灌混交林占比也在11個(gè)縣（市、區(qū)）里最高。由此可見，林帶降噪能力要結(jié)合三維綠量與綠化帶類型進(jìn)行綜合判斷。

圖1 林帶寬度與附加降噪量間關(guān)系Figure 1 Correlativity between the additional noise reduction and width of green belts

圖2 研究區(qū)各縣市區(qū)總?cè)S綠量與平均附加降噪量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系Figure 2 Living vegetation volume and average of the additional noise reduction

3.4 附加降噪量與枝下高間的秩和檢驗(yàn)

將149個(gè)樣地中的74個(gè)喬木林以及喬木混交林樣地根據(jù)枝下高整體數(shù)據(jù)分布分為0～2，2～3和＞3 m 3個(gè)數(shù)據(jù)梯度范圍組。將3組枝下高范圍與其所產(chǎn)生的附加降噪量間做Kruskal-Wallis檢驗(yàn)后得到漸近顯著性（P=0.00＜0.01），從而得出3組不同枝下高范圍林帶的附加降噪量不同的結(jié)論。進(jìn)一步進(jìn)行兩兩比較，結(jié)果表明：道路林帶中喬木林以及喬木混交林可提供的附加降噪量在枝下高范圍為0～2和2～3 m之間（P=0.00＜0.01）以及0～2和＞3 m之間（P=0.00＜0.01）差異顯著；在2～3和＞3 m范圍內(nèi)沒有顯著差異（P=0.109＞0.01）。而枝下高在0～2 m范圍內(nèi)的林帶三維綠量均值要小于2～3 m和＞3 m的林帶，原因是植株矮小，相應(yīng)的冠幅、直徑都小。有研究[31-32]顯示：在距離噪聲源水平距離相同、測(cè)點(diǎn)高度在1.2 m左右的水平下，高度與分枝越低，綠化帶的降噪效果越好。結(jié)合本研究可得：道路林帶的附加降噪量在枝下高＞2 m后不會(huì)有顯著差異，在＜2 m的情況下，枝下高越小降噪效果越好。

4 結(jié)論與討論

植物對(duì)聲波具有衰減作用，衰減主要通過植物表層纖維、氣孔等結(jié)構(gòu)吸收，轉(zhuǎn)化聲波為植物的阻尼振動(dòng)和反射[12，33-34]。本研究引入三維綠量作為衡量林帶降噪能力的指標(biāo)，對(duì)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)11個(gè)縣（市、區(qū)）的149個(gè)交通干道綠化帶樣地的三維綠量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在本研究區(qū)的149個(gè)樣地三維綠量與其附加降噪量間呈正相關(guān)關(guān)系，這與曾旸等[31]對(duì)北京地區(qū)綠化帶降噪效果探究得出的在0.5和1.5 m處綠化帶的單位面積三維綠量與附加降噪量間呈正相關(guān)的結(jié)論相似。

綜合分析林帶配置類型、三維綠量及枝下高參數(shù)，發(fā)現(xiàn)總?cè)S綠量值高的區(qū)域，其平均附加降噪量不一定高。結(jié)合前人在林帶降噪方面的研究以及前面對(duì)于不同地點(diǎn)林帶類型及占比的分析，三維綠量在衡量林帶降噪能力方面尚存在一定缺陷。究其原因，在三維綠量的計(jì)算過程中主要涉及到植株的冠幅、冠高與枝下高，而越高大的植株，其這三方面的值越大。但枝下高作為影響植物降噪效果的一個(gè)重要因素，其值越小越有利于林帶降噪[32，35]，需進(jìn)一步對(duì)研究地林帶平均枝下高與其降噪量間進(jìn)行分析，不能僅用單一指標(biāo)，這與張志永等[36]和張慶費(fèi)等[37]研究結(jié)論一致。對(duì)枝下高與附加降噪量做K-S檢驗(yàn)，得到2 m是枝下高這一參數(shù)能夠影響附加降噪量的一個(gè)臨界值，這與孫偉等[11]的研究結(jié)果相近。

根據(jù)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)11個(gè)縣（市、區(qū)）交通干道綠化帶的配置類型以及占比分析得到，南京玄武區(qū)、鎮(zhèn)江潤(rùn)州區(qū)的交通干道的綠化帶中喬灌林占比較高，具備良好降噪環(huán)境。連云港連云區(qū)、麗水慶元縣、杭州富陽縣、杭州淳安縣等地的道路綠帶喬灌林占比較低，不利于降噪，故而應(yīng)提高這些地區(qū)道路林帶的喬灌林占比。城市道路林帶對(duì)于噪聲的衰減作用與林帶配置類型、三維綠量以及枝下高密切相關(guān)，林帶具備良好降噪效果需同時(shí)滿足具備合理的喬灌配置、較高三維綠量值、喬木林與喬木混交林的枝下高小于2 m等條件。

本研究?jī)H利用樣地林帶的冠幅、胸徑、枝下高等基本參數(shù)進(jìn)行較為基礎(chǔ)的研究分析，由于林帶在組成以及結(jié)構(gòu)方面都較復(fù)雜，還需增加合理的監(jiān)測(cè)研究。