籬垣型垂直綠化的減噪能力及其影響因素

袁琨 郭佳 陸哲明 陳瀟 趙鳴

收稿日期：2020-09-10

*基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“防護(hù)綠地與道路綠地構(gòu)建及功能提升技術(shù)與示范”（2018YFC0506903-01）;北京林業(yè)大學(xué)

科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目“中國(guó)插花花藝策展中的文化傳播研究”（2019RW03）

第一作者：袁琨（1982- ），女，博士生，研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)與理論。E-mail：cafayk@163.com

通信作者：趙鳴（1964- ），男，博士，教授，研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)與理論。E-mail：zm0904@126.com

摘要：觀賞和減噪是籬垣型垂直綠化需要具備的重要效能。文章通過(guò)實(shí)地調(diào)研，選取藤本月季和大花鐵線蓮為研究對(duì)象，使用高精度聲級(jí)計(jì)（TES-1353S）、采用等距樣方法對(duì)各樣方處的減噪值進(jìn)行測(cè)定和計(jì)算，并對(duì)植物特征信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和量化;運(yùn)用SPSS 26.0分析各樣方處的減噪值與植物特征的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)影響2種籬垣型垂直綠化減噪效果的最顯著因素均為植物孔隙率;通過(guò)計(jì)算和比較2種樣本植物的減噪能力，還發(fā)現(xiàn)大花鐵線蓮的減噪能力優(yōu)于藤本月季。文章最后基于2種植物生長(zhǎng)過(guò)程中孔隙率的變化特點(diǎn)，提出優(yōu)化減噪效果的種植策略。

關(guān)鍵詞：減噪，垂直綠化，藤本月季，大花鐵線蓮，種植策略，北京

DOI： 10.12169/zgcsly.2020.09.10.0001

Noise Reduction Ability of Vertical Greening of Hedgerow

and Its Influencing Factors

Yuan Kun Guo Jia Lu Zheming Chen Xiao Zhao Ming

（School of Landscape Architecture， Beijing Forestry University， Beijing 100083， China）

Abstract：Ornamental effect and noise reduction are the important functions of vertical greening of hedgerow. Through the on-the-spot investigation， this paper selects the climbing rose and ?Clematis patens ?to measure and calculate the noise reduction value of each square by using the high-precision sound level meter （TES-1353S） andequidistant sampling method， and count and quantify the plant characteristic information. SPSS 26.0 is used to analyze the correlation between noise reduction value and plant characteristics， and it is found that the most significant factor affecting noise reduction effect is plant porosity. By studying and comparing the noise reduction ability of the two plants， it is found that ?C. patens ?is better than climbing rose in noise reduction ability. According to the changing characteristics of plant porosity during the growth of the two plants， we come up with the planting strategy to improve the effect of noise reduction.

Keywords： noise reduction， vertical greening， climbing rose， ?Clematis patens ， planting strategy， Beijing

籬垣型垂直綠化指的是利用攀援植物對(duì)籬架、護(hù)欄等框架結(jié)構(gòu)的纏繞和吸附形成的植物綠墻，常用于醫(yī)院、學(xué)校、科研機(jī)構(gòu)、居民區(qū)等對(duì)噪音較為敏感的區(qū)域外圍[1]。籬垣型垂直綠化能夠在窄小空間較好地實(shí)現(xiàn)增綠、美化、抗干擾等多重功能，是目前舊城“拆圍改綠”的重要微更新途徑之一[2]。研究城市籬垣型垂直綠化主體攀援植物的減噪能力，掌握影響其減噪效果的植物形態(tài)因素，有助于促進(jìn)其效能的全面發(fā)揮。

現(xiàn)有研究成果已經(jīng)充分證實(shí)植物形態(tài)影響減噪效果[3-4]，其中葉面積、葉莖量、平均高度等特征對(duì)單株減噪效果的影響最為顯著[5-7]。與常見(jiàn)喬木、灌木綠化隔離帶相比，攀援植物形成的籬垣型垂直綠墻在植物形態(tài)上有較為明顯的不同，但目前的植物減噪研究卻鮮少涉及。本文對(duì)北京市籬垣型垂直綠化進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，選取觀賞性優(yōu)的2種籬垣型垂直綠墻為樣本，研究主體攀援植物的減噪能力與影響因素，從而進(jìn)一步豐富植物減噪研究成果，為籬垣型垂直綠化的種植設(shè)計(jì)實(shí)踐提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)條件界定

1.1 試驗(yàn)樣本確定

依據(jù)籬垣型垂直綠化的常用環(huán)境，在北京海淀區(qū)范圍內(nèi)選取了學(xué)院路、清華東路、雙清路、林萃路、上莊路街道開(kāi)展詳細(xì)調(diào)研，結(jié)果發(fā)現(xiàn)共有藤本月季、大花鐵線蓮、薔薇、凌霄、五葉地錦和牽?；?種籬垣型垂直綠化。大花鐵線蓮的花、果均有較高觀賞性，其觀賞價(jià)值最佳;藤本月季因觀賞期長(zhǎng)，觀賞價(jià)值僅次于大花鐵線蓮，并且在調(diào)研范圍內(nèi)應(yīng)用最廣。因此，本文最終選取大花鐵線蓮和藤本月季作為研究對(duì)象。

基于綠墻條件比較，選定中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、天地秀色鐵線蓮基地外圍作為試驗(yàn)地。2處場(chǎng)地的綠墻高度、構(gòu)架材料、植物生長(zhǎng)年限均近似，但綠墻長(zhǎng)度差異較大。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)外圍藤本月季綠墻被分隔為110 m，130 m，55 m共3段，總長(zhǎng)為295 m;天地秀色鐵線蓮基地外圍大花鐵線蓮綠墻總長(zhǎng)50 m。為統(tǒng)一長(zhǎng)度條件，同時(shí)滿足無(wú)其他聲反射障礙的測(cè)聲要求[8]，選擇在綠墻無(wú)障礙物位置各截取20 m作為樣本。

1.2 試驗(yàn)噪聲環(huán)境界定

2處試驗(yàn)地的主要環(huán)境噪聲均來(lái)源于城市道路噪音。城市道路噪音多產(chǎn)生于機(jī)動(dòng)車，其聲級(jí)值在不同區(qū)位、時(shí)段均有較大差異[9]。為使不同位置試驗(yàn)樣本的環(huán)境噪聲級(jí)值保持穩(wěn)定、一致，本試驗(yàn)選擇在清晨4點(diǎn)機(jī)動(dòng)車較少、環(huán)境噪聲干擾微弱時(shí)，通過(guò)增設(shè)模擬噪聲源的方式同步開(kāi)展。

機(jī)動(dòng)車噪音頻率主要由2 000 Hz以下的中低頻聲音構(gòu)成[10-11]，而人耳對(duì)1 000～5 000 Hz的噪聲最為敏感。本試驗(yàn)使用信號(hào)發(fā)生器，選擇頻率為1 000 Hz噪聲模擬機(jī)動(dòng)車噪音。依據(jù)聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3096-2008），通過(guò)小型民用音箱將模擬噪音的聲級(jí)值控制在60～80 dB，并由聲級(jí)計(jì)（A加權(quán)網(wǎng)絡(luò)）調(diào)試測(cè)量，確保各試驗(yàn)場(chǎng)地的模擬聲源達(dá)到噪聲標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境噪聲條件一致。

2 試驗(yàn)與研究方法

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

依照環(huán)境噪聲測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 3222-94），以人耳高度為參照，在各樣本1.5 m的水平高度上采用等距樣方法，每隔1 m設(shè)立一組樣方，樣方長(zhǎng)、寬、高均為20 cm，共設(shè)立20組。所有綠墻植物形態(tài)特征信息均以樣方為依據(jù)采集?；诼曇粝到y(tǒng)必須包含聲源、傳播途徑、受聲者3個(gè)環(huán)節(jié)的基本要求，各樣方均設(shè)定聲源面（外）與受聲面（內(nèi)），并以高精度聲級(jí)計(jì)（TES-1353S）測(cè)量各面聲級(jí)值強(qiáng)度。噪聲源、聲級(jí)計(jì)、樣方保持平面位置中心對(duì)齊。

2.2 數(shù)據(jù)采集

為進(jìn)一步計(jì)算噪聲通過(guò)綠墻后的總減噪量以及無(wú)綠墻作用的自然衰減量，需收集不同情況下監(jiān)測(cè)點(diǎn)相關(guān)聲級(jí)值。具體采集過(guò)程如下：1）噪音源播放噪音，記錄各聲級(jí)計(jì)顯示為同一時(shí)間測(cè)得的聲級(jí)值l1和l2;2）保持噪音源、聲級(jí)計(jì)位置恒定，并同時(shí)垂直向上移動(dòng)至樣本的無(wú)種植空白段，播放噪音，再次記錄顯示為同一時(shí)間測(cè)得的聲級(jí)值l′1和l′2。

籬垣型垂直綠墻的形態(tài)一般用綠墻維度與肌理密度特征共同描述，均可通過(guò)其主體攀援植物的植株特征來(lái)表達(dá)。由于綠墻的施工種植長(zhǎng)度在城市實(shí)踐中一般為定量，因此重點(diǎn)選取深度（D）、高度（H）2項(xiàng)變量作為樣本維度因子，選取主體攀援植物孔隙率（P）、平均單葉面積（Ala）、枝條密度（Fb）3項(xiàng)變量作為樣本密度因子。通過(guò)采集各因子的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)研究其與綠墻減噪效果的關(guān)系。具體采集過(guò)程如下：1）在各樣本樣方范圍內(nèi)隨機(jī)采集10片單葉葉片，用于量化平均單葉面積;2）在各樣本樣方范圍內(nèi)數(shù)出2級(jí)枝條數(shù)量，用于計(jì)算枝條密度;3）以白紙為底，拍攝各樣本樣方的多方向立面照片，用于量化孔隙率;4）通過(guò)樣方內(nèi)、外兩側(cè)方框的對(duì)角線交點(diǎn)測(cè)量該處主體攀援植物厚度值，用于標(biāo)記該樣方處的綠墻深度;5）通過(guò)樣方頂面、底面方框的對(duì)角線交點(diǎn)測(cè)量該處主體攀援植物的高度，用于標(biāo)記該樣方處的綠墻高度。

2.3 數(shù)據(jù)量化

2.3.1 各樣方的相對(duì)減噪值計(jì)算

基于綠墻的總減噪量與噪聲自然衰減量，計(jì)算藤本月季和大花鐵線蓮籬垣型垂直綠墻各樣方的相對(duì)減噪值（表1）。具體計(jì)算內(nèi)容及過(guò)程如下：

1） 總減噪量表示通過(guò)籬垣型垂直綠墻的噪聲總衰減量，即噪音面聲級(jí)值與受干擾面聲級(jí)值的差值：Δl總=l1-l2;

2） 噪聲自然衰減量表示在無(wú)植物情況下，噪聲通過(guò)該距離過(guò)程中形成的自然衰減，即D值不變情況下，無(wú)種植空白段的噪音面與受干擾面聲級(jí)值的差值：Δl空=l′1-l′2;

3） 相對(duì)減噪值表示排除噪聲衰減影響下的植物減噪量，即總減噪量與噪聲自然衰減量的差值：Δl植=Δl總-Δl空。

2.3.2 各樣方的植物特征量化

運(yùn)用像素法、圖像分析與標(biāo)度法等量化各樣方采集的植物形態(tài)特征，分別得到藤本月季和大花鐵線蓮籬垣型垂直綠墻各樣方的植物特征量化值（表2、表3）。為提高數(shù)值之間的可比性，各樣方枝條密度值均統(tǒng)一縮小為1/1 000。

3 結(jié)果與分析

3.1 減噪能力影響因素

分別將各樣方的相對(duì)減噪值（Δl植）與樣方處對(duì)應(yīng)的植物孔隙率、枝條密度、平均單葉面積、高度、深度代入SPSS 26.0軟件進(jìn)行Pearson相關(guān)分析。Pearson相關(guān)分析常用于判斷變量之間的相關(guān)程度，其公式為式（1）：

r=∑ni=1（xi-）（yi-）∑ni=1（xi-）2∑ni=1（yi-）2（1）

式（1）中，r表示相關(guān)系數(shù)，i表示樣方序號(hào)，n表示樣方總數(shù)，xi表示第i個(gè)樣方的影響因子值，表示該影響因子值的均值，yi表示第i個(gè)樣方的相對(duì)減噪值，表示相對(duì)減噪值的均值。當(dāng)∣r∣=0為完全不相關(guān)，0<∣r∣<0.3為微弱相關(guān)，0.3≤∣r∣<0.5為低度相關(guān)，0.5≤∣r∣<0.8為顯著相關(guān)，0.8≤∣r∣<1為高度相關(guān)，∣r∣=1為完全相關(guān)。

從表4、表5中可知，藤本月季的植物形態(tài)因素與減噪值的相關(guān)度排序?yàn)榭紫堵?平均單葉面積>枝條密度>植物生長(zhǎng)深度>植物生長(zhǎng)高度;大花鐵線蓮的植物形態(tài)因素與減噪值的相關(guān)度排序?yàn)榭紫堵?枝條密度>植物生長(zhǎng)深度>平均單葉面積>植物生長(zhǎng)高度?？紫堵适翘俦驹录九c大花鐵線蓮籬垣型垂直綠化共有的最顯著減噪影響因素。相對(duì)減噪值均隨孔隙率的增大而減小?？紫堵适怯芍仓曛?、葉的面積、密度、分布等特性所共同反映出的復(fù)合特征。霍羅申科夫等[12]發(fā)現(xiàn)，葉面積密度是低生長(zhǎng)植物阻滯聲波的重要影響因素之一，葉面積密度越大，孔隙率越低，其阻滯聲波的能力越強(qiáng)。王明月[13]在對(duì)7種闊葉植物減噪能力及生物學(xué)結(jié)構(gòu)的影響關(guān)系研究中發(fā)現(xiàn)，與樹冠孔隙率相關(guān)的植物特征均與減噪能力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與本試驗(yàn)得出的結(jié)論基本一致。

3.2 減噪能力

主體攀援植物的減噪能力是籬垣型垂直綠化減噪效果的主要依據(jù)。根據(jù)單株植物相對(duì)A聲級(jí)的減噪能力的定義[14]，本文將籬垣型垂直綠化相對(duì)A聲級(jí)的減噪能力（Δl減）界定為平均厚度綠墻的噪聲衰減量，即樣方處的平均相對(duì)減噪量與樣本綠墻平均厚度的比值：Δl減=Δl均/D均。

通過(guò)計(jì)算，藤本月季籬垣型垂直綠化的減噪能力為3.78 dB/m，大花鐵線蓮籬垣型垂直綠化的減噪能力為7.30 dB/m，大花鐵線蓮的減噪能力明顯強(qiáng)于藤本月季。藤本月季是運(yùn)用散生勾狀皮刺進(jìn)行吸附攀援，隨著生長(zhǎng)，其枝干極易與綠墻的基礎(chǔ)構(gòu)架脫離，并且枝干合軸分枝的生長(zhǎng)方式使葉片隨著生長(zhǎng)向植株上部集中，從而導(dǎo)致藤本月季籬垣型垂直綠化的植物孔隙率分布不均勻，局部數(shù)值較高。與藤本月季不同，大花鐵線蓮是運(yùn)用葉卷須進(jìn)行卷附攀援，主枝活性較好，分枝較少。在良好的生長(zhǎng)條件下，大花鐵線蓮籬垣型垂直綠化的孔隙率會(huì)隨著生長(zhǎng)逐步穩(wěn)定變小，從而導(dǎo)致大花鐵線蓮籬垣型垂直綠化的減噪能力強(qiáng)于藤本月季。艾錦輝[15]在對(duì)16種常見(jiàn)綠化植物減噪能力的測(cè)量分析中發(fā)現(xiàn)，喬木中葉面積最大且枝葉稠密的山玉蘭減噪效果最好，灌木中金絲桃雖然葉面積不大，但由于其較大的枝葉密度有較好的漫反射效應(yīng)，因此減噪能力也較強(qiáng)。陳驊[16]在對(duì)綠墻植物進(jìn)行聲學(xué)特性測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)綠墻植物減噪主要是以吸收聲能為主要方式，而綠墻植物越密集，吸聲系數(shù)越大。上述研究均與本次減噪能力比較的結(jié)論與分析結(jié)果較為一致。

4 結(jié)論

1） 大花鐵線蓮的減噪能力優(yōu)于藤本月季，大花鐵線蓮籬垣型垂直綠化比藤本月季籬垣型垂直綠化的減噪效果更好，也更穩(wěn)定。

2） 對(duì)藤本月季籬垣型垂直綠化減噪效果影響較為顯著的因素依次為植物孔隙率、平均單葉面積和枝條密度。

3） 對(duì)大花鐵線蓮籬垣型垂直綠化減噪效果影響較為顯著的因素依次為孔隙率、枝條密度和植物生長(zhǎng)深度。

4） 影響藤本月季、大花鐵線蓮籬垣型垂直綠化減噪效果的最顯著因素均為孔隙率，說(shuō)明植物孔隙率在優(yōu)化籬垣型垂直綠化減噪效果的后續(xù)研究以及工程實(shí)踐中是值得關(guān)注的重要指標(biāo)之一。

5 建議

基于本文的研究結(jié)論，結(jié)合城市文化需求、植物生長(zhǎng)特點(diǎn)等具體情況，對(duì)北京籬垣型垂直綠化提出以下建議：

1） 大花鐵線蓮的減噪能力和觀賞價(jià)值均優(yōu)于藤本月季，只要立地條件適宜，并具備良好養(yǎng)護(hù)條件，對(duì)觀賞效果有較高要求的噪音敏感區(qū)來(lái)說(shuō)，大花鐵線蓮是相對(duì)較佳的綠墻主體攀援植物。藤本月季的減噪能力、觀賞價(jià)值弱于大花鐵線蓮，但作為北京的市花品種之一，具有北京地域文化的符號(hào)作用;此外，藤本月季抗旱、耐貧瘠能力較強(qiáng)，養(yǎng)護(hù)成本較低，極易成活，只需適當(dāng)修剪保持良好形態(tài)即可[17]，因此更適用于北京人流量較多的公共空間。

2） 對(duì)于以藤本月季為主體的籬垣型垂直綠墻，在以藤本月季為主體攀援植物的基礎(chǔ)上，可適當(dāng)增植其他攀援植物、灌木、觀賞草來(lái)降低孔隙率，也可考慮在植物中下部與實(shí)體墻組成花墻造型，從而優(yōu)化減噪效果。為提高單葉面積，則要在栽植藤本月季前充分考查立地條件，保證光照充足。為保持穩(wěn)定良好的枝條密度，首先應(yīng)盡量合理密植，其次要在藤本月季生長(zhǎng)早期對(duì)枝干合理綁縛，成型后及時(shí)修剪整形[18]。

3） 對(duì)于以大花鐵線蓮為主體的籬垣型垂直綠墻，可以充分運(yùn)用較密且均質(zhì)的構(gòu)架分格，從而使大花鐵線蓮在攀援過(guò)程中保持較小的植物孔隙率。通過(guò)合理密植，以及配置合適的其他品種鐵線蓮也可以實(shí)現(xiàn)降低孔隙率的目的。為增加枝條密度和植物深度，需要在植物生長(zhǎng)早期及時(shí)牽引，并定期養(yǎng)護(hù)施肥[19]。

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