塞罕壩機(jī)械林場(chǎng)林內(nèi)景觀對(duì)公眾健康恢復(fù)性效果的影響因素研究

聶蓓捷，伏學(xué)習(xí)，和家歡，楊會(huì)娟,2

(1河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林與旅游學(xué)院，河北 保定 071000；2河北省城市森林健康技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 保定 071000)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，人們長(zhǎng)期生活在充滿壓力、高度緊張的城市環(huán)境之中，導(dǎo)致各種疾病的發(fā)病率上升和亞健康出現(xiàn)，因此尋求有益于健康恢復(fù)的環(huán)境需求日益增加[1]。恢復(fù)(Restoration)是指人們重新獲得在日常生活或工作中被不斷損耗的生理、心理和社會(huì)能力的過程。具有身心恢復(fù)功能的環(huán)境被稱為恢復(fù)性環(huán)境。早期的研究對(duì)比了不同景觀類型的恢復(fù)性效果，如比較森林、城市、海域等，多采用二分法將環(huán)境分為自然環(huán)境與城市環(huán)境，通過實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，自然環(huán)境較城市環(huán)境更具恢復(fù)效果[2，4-6]。為進(jìn)一步探究自然環(huán)境的恢復(fù)性效果，有研究比較了如荒漠、苔原等差異較大的自然環(huán)境，證明不同類型的自然環(huán)境具有不同的恢復(fù)效果[7]。隨著研究的深入，研究者開始關(guān)注更為相似的環(huán)境，如GAO T等研究發(fā)現(xiàn)半開敞的綠地環(huán)境較開敞和封閉綠地環(huán)境更有益于人類健康恢復(fù)，張嘉琦等研究表明無論是天然林還是人工林，森林環(huán)境都對(duì)人體身心恢復(fù)產(chǎn)生了一定的積極影響[8-9]。由于相似環(huán)境的恢復(fù)性效果難以區(qū)分，相關(guān)研究還需深入，如人工林的恢復(fù)性效果是否有差異未見研究。

近年來，前往森林旅游的人數(shù)日益增加，森林以其天然的生態(tài)環(huán)境、適宜的氣候成為理想的恢復(fù)場(chǎng)所。大量的研究表明，經(jīng)常去森林環(huán)境可以降低患病幾率，觀看或身處森林環(huán)境可以有效降低人們的血壓、緩解負(fù)面情緒、增加活力、使注意力更集中等[8,10-13]。一些研究調(diào)查了不同森林類型、林分密度和植被類型對(duì)人體健康恢復(fù)效果的影響，但總體上森林環(huán)境的林分結(jié)構(gòu)對(duì)人體健康恢復(fù)效果的影響研究較為缺乏，如缺少對(duì)林分環(huán)境較為單調(diào)的人工林林內(nèi)環(huán)境的恢復(fù)性效果的比較研究，更為重要的是，以往的研究主要集中在恢復(fù)性效果比較研究，研究結(jié)果不能對(duì)環(huán)境如何改造提供指導(dǎo)[14-15]。

景觀視覺質(zhì)量評(píng)價(jià)研究方法較為成熟，其中，以大眾審美評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)的心理物理學(xué)派受到諸多學(xué)者推崇，該學(xué)派認(rèn)為景觀質(zhì)量是由風(fēng)景的各組成要素決定的，并通過風(fēng)景質(zhì)量評(píng)判結(jié)果保護(hù)或者改造風(fēng)景要素。美景度評(píng)判法(Scenic beauty estimation method，SBE法),是公認(rèn)的比較成熟的分析方法[16]。借鑒心理物理學(xué)派的基本思想，建立恢復(fù)性效果與風(fēng)景的各組成要素之間的關(guān)系，可以直接將研究結(jié)果指導(dǎo)森林經(jīng)營。

本研究以落葉松林林內(nèi)景觀為研究對(duì)象，進(jìn)行恢復(fù)性評(píng)價(jià)與美景度評(píng)價(jià)，探討人體健康恢復(fù)與森林景觀美景度之間的關(guān)系，同時(shí)研究林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)對(duì)人體健康恢復(fù)的影響，探索促進(jìn)人體健康恢復(fù)的林分空間，以滿足居民健康恢復(fù)的需求，為營造恢復(fù)性林內(nèi)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河北省最北部，冀蒙交界地。地理坐標(biāo)為E 116°51′～ 117°39′，N 42°02′～ 42°36′，海拔1 010.0～1 939.9 m，森林覆蓋率80%。林場(chǎng)屬寒溫性大陸季風(fēng)氣候，全年平均氣溫約-1.3 ℃，年均降水量460 mm。土壤類型多為灰色森林土、棕壤土、沼澤土。研究區(qū)主要森林類型為落葉針葉林、針闊混交林，主要樹種為華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)、白樺(Betulaplatyphylla)等。

2 研究方法

2.1 樣地調(diào)查與照片獲取

選擇以圖片為媒介進(jìn)行林內(nèi)景觀的恢復(fù)性效果與美景度進(jìn)行研究，已有研究證實(shí)幻燈片和實(shí)景評(píng)價(jià)結(jié)果具有高度一致性，并且這種方法廣泛應(yīng)用于景觀評(píng)價(jià)中[17-20]。

分別于2016年、2018年、2019年在研究區(qū)設(shè)置落葉松林樣地并進(jìn)行了調(diào)查，選取樣地40塊，其中落葉松純林24塊，落樺混交林16塊，樣地面積為30 m×30 m。根據(jù)試驗(yàn)研究目的，選取17個(gè)指標(biāo)，其中反映林分組成結(jié)構(gòu)的指標(biāo)10個(gè)，分別為混交比、平均胸徑、平均樹高、平均冠幅、平均冠長(zhǎng)、徑高比、冠徑比、胸徑變異系數(shù)、樹高變異系數(shù)、冠幅變異系數(shù)；反映林分空間結(jié)構(gòu)的指標(biāo)7個(gè)，分別為密度、平均枝下高、相對(duì)枝下高、灌木相對(duì)高度、郁閉度、灌草總蓋度、下木高度。根據(jù)以上指標(biāo)對(duì)每塊樣地進(jìn)行每木檢尺、灌草調(diào)查等。

調(diào)查的同時(shí)對(duì)林內(nèi)景觀進(jìn)行了拍攝。拍攝時(shí)選擇晴朗、可見度高的天氣，由同一人員使用同一設(shè)備在同一高度進(jìn)行拍攝，每塊樣地拍攝3張，拍攝方法是從樣地原點(diǎn)向中心拍攝l張，然后從樣地原點(diǎn)出發(fā)的2個(gè)邊的中點(diǎn)向樣地中心各拍攝1張，共計(jì)120張。剔除拍攝模糊、視線遮擋較多的照片，最終選取1張照片代表1塊樣地，共40張。

2.2 量表設(shè)計(jì)

在評(píng)判恢復(fù)性效果的試驗(yàn)中，主要通過儀器或量表測(cè)量被試的生理(心率、腦電等)和心理反應(yīng)。但由于生理反應(yīng)受個(gè)體差異影響較大且相關(guān)儀器不易操作，故本研究采用量表的形式來評(píng)價(jià)恢復(fù)效果[21]。目前，知覺恢復(fù)量表(Perceived restorativeness scale，PRS)被廣泛應(yīng)用到恢復(fù)性環(huán)境評(píng)價(jià)[22]。PRS量表最早由Hartig等基于卡普蘭夫婦的注意恢復(fù)理論編制而成，包括遠(yuǎn)離性、連接性、魅力性和兼容性4個(gè)維度26個(gè)陳述句條目[23]。多個(gè)條目的測(cè)量可以更加準(zhǔn)確的反應(yīng)感受，但需要花費(fèi)大量的時(shí)間，并且容易引起被試的疲勞，而每個(gè)被試只對(duì)每個(gè)維度的1個(gè)條目進(jìn)行評(píng)分，可以比以往的研究評(píng)估更多的圖像[24-26]。

美景度與恢復(fù)性評(píng)價(jià)量表內(nèi)容，見表1。

表1 美景度與恢復(fù)性評(píng)價(jià)量表內(nèi)容Table 1 Content of scenic beauty and restoration evaluation scale

本研究借鑒前人設(shè)計(jì)的量表，依據(jù)注意恢復(fù)理論中4個(gè)維度的定義，對(duì)4個(gè)維度進(jìn)行了高度的總結(jié)概括，最后確定每個(gè)維度由1個(gè)條目代表[24]。每個(gè)問題評(píng)價(jià)尺度均采用7分制，即“非常不贊同、很不贊同、不贊同、一般、贊同、很贊同、非常贊同”分別對(duì)應(yīng)分值“-3、-2、-1、0、1、2、3”。

2.3 試驗(yàn)流程

大多數(shù)研究表明評(píng)價(jià)者的年齡、受教育程度等人口特征因素對(duì)景觀評(píng)價(jià)無顯著影響，因此，選取140名河北農(nóng)業(yè)大學(xué)旅游管理專業(yè)學(xué)生作為評(píng)判者，他們?cè)谠u(píng)價(jià)景觀前都參加了期末考試[27-28]。期末考試對(duì)評(píng)判者來說是一個(gè)施壓過程，以期能更準(zhǔn)確的評(píng)判林內(nèi)景觀的恢復(fù)性效果與美景度。將景觀照片隨機(jī)排列制成幻燈片，采用室內(nèi)放映的方式進(jìn)行評(píng)判，每張照片播放時(shí)間15 s，評(píng)判者在播放過程中填寫量表。最終回收有效量表131份。

2.4 數(shù)據(jù)處理

各維度值的計(jì)算采用Daniel的標(biāo)準(zhǔn)化處理方法[29]。操作步驟為：(1)等級(jí)大小排序后統(tǒng)計(jì)各評(píng)分等級(jí)的頻數(shù)、頻率、各等級(jí)對(duì)應(yīng)的累積概率、正態(tài)分布單側(cè)分位數(shù)；(2)計(jì)算的均值；(3)隨機(jī)選取1塊樣地為對(duì)照景觀，SBE=(Zi-Z0)×100。其中Zi為第i個(gè)景觀對(duì)應(yīng)z值的均值，Z0為對(duì)照景觀z的均值。恢復(fù)性效果以4個(gè)維度的均值計(jì)算。

為消除不同指標(biāo)量綱的影響，對(duì)林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)值進(jìn)行歸一化處理。使用IBM SPSS Statistics 20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。涉及的主要功能包括信效度分析、Pearson相關(guān)性分析、因子分析等。

3 結(jié)果分析

3.1 量表信效度分析

3.1.1 信度分析 由于將恢復(fù)性效果與美景度結(jié)合起來設(shè)計(jì)量表并進(jìn)行評(píng)價(jià)，故在評(píng)價(jià)試驗(yàn)的第一步是要進(jìn)行量表的信度和效度分析，以確保結(jié)果可靠。信度即可靠性，主要是用來評(píng)價(jià)量表的精確性、穩(wěn)定性和一致性。量表信度檢驗(yàn)，見表2。

表2 量表信度檢驗(yàn)Table 2 Reliability test of the scale

由表2可知，落葉松純林與混交林的Cronbach′s α系數(shù)分別為0.916和0.921，系數(shù)均大于0.900。分析2種林分的不同維度，Cronbach′s α系數(shù)均在0.887～0.909之間，以上結(jié)果顯示，量表具有較好的信度。

3.1.2 效度分析 量表效度一般從其內(nèi)容效度和結(jié)構(gòu)效度2個(gè)方面進(jìn)行分析。內(nèi)容效度是指量表內(nèi)容的適當(dāng)性和代表性。本研究采用單項(xiàng)與總分相關(guān)分析法，即計(jì)算每個(gè)條目的分?jǐn)?shù)與條目總分間的相關(guān)系數(shù)，根據(jù)相關(guān)是否顯著判斷量表的內(nèi)容效度，其相關(guān)性越高，說明量表的內(nèi)容效度越好。量表內(nèi)容效度檢驗(yàn)，見表3。

表3 量表內(nèi)容效度檢驗(yàn)Table 3 Content validity test of the scale

由表3可知，各條目與總分的Pearson相關(guān)系數(shù)在0.834～0.892之間(P<0.01)，表明量表內(nèi)容效度較好。

結(jié)構(gòu)效度指測(cè)量結(jié)果表現(xiàn)出的某種結(jié)構(gòu)與測(cè)值之間的對(duì)應(yīng)程度，即量表所能測(cè)量理論的概念或特質(zhì)的程度。量表結(jié)構(gòu)效度檢驗(yàn)，見表4。

表4 量表結(jié)構(gòu)效度檢驗(yàn)Table 4 Validity test of scale structure

由表4可知，KMO=0.890>0.800，說明各條目間信息的重疊程度不高；Barlett檢驗(yàn)顯著性P=0.000<0.001，說明條目間具有較強(qiáng)的相關(guān)性。

從以上信度與效度的分析結(jié)果來看，本研究所使用的量表可靠性較高，內(nèi)容與結(jié)構(gòu)間具有較強(qiáng)的聯(lián)系性。

3.2 林內(nèi)景觀恢復(fù)性效果與美景度分析

3.2.1 恢復(fù)性效果與美景度分析 林內(nèi)景觀恢復(fù)性效果與美景度分析，見表5。

表5 林內(nèi)景觀恢復(fù)性效果與美景度分析Table 5 Analysis of landscape restorative effect and beauty degree in forest

由表5可知，落葉松林內(nèi)景觀恢復(fù)性效果得分在-42.880～70.357之間，美景度值在-57.883～69.987之間，恢復(fù)性效果與美景度均值分別為7.126、2.139，塞罕壩林內(nèi)景觀恢復(fù)性效果與美景度整體處于較低水平，標(biāo)準(zhǔn)差分別為25.123和31.468，反映出各樣地之間恢復(fù)性效果與美景度具有較大差異。單因素方差分析結(jié)果顯示落葉松純林與落樺混交林之間的恢復(fù)性效果與美景度差異均不顯著(P>0.05)。

量表各維度相關(guān)性檢驗(yàn)，見表6。

表6 量表各維度相關(guān)性檢驗(yàn)Table 6 Correlation test of dimensions of the scale

由表6可知，兼容性與恢復(fù)性效果之間的相關(guān)性分值最高，得分為0.965；其次是遠(yuǎn)離性，分值為0.962，魅力性和連貫性的分值雖沒有前2項(xiàng)得分高，但均與恢復(fù)性效果呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

3.2.2 恢復(fù)性效果與美景度的關(guān)系 恢復(fù)性效果與美景度相關(guān)關(guān)系，見表7。

由表7可知，恢復(fù)性效果與美景度間的相關(guān)性得分為0.945，二者呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。

表7 美景度與恢復(fù)性效果相關(guān)關(guān)系Table 7 Correlation between beauty degree and restorative effect

3.2.3 恢復(fù)性效果、美景度與林分指標(biāo)的相關(guān)性 美景度與林分指標(biāo)相關(guān)性分析，見表8。

表8 美景度與林分指標(biāo)相關(guān)性分析Table 8 Correlation analysis between beauty degree and stand index

由表8可知，美景度與混交比、郁閉度、下木高度、胸徑變異系數(shù)、平均冠幅和平均冠長(zhǎng)呈顯著相關(guān)(P<0.05)，與平均胸徑、平均樹高、密度呈極顯著相關(guān)(P<0.01)。其中，混交比、郁閉度、胸徑變異系數(shù)、密度與美景度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系?；謴?fù)性效果與林分指標(biāo)相關(guān)性分析，見表9。

表9 恢復(fù)性效果與林分指標(biāo)相關(guān)性關(guān)系Table 9 Correlation between restorative effect and stand indexes

由表9可知，恢復(fù)性效果與平均胸徑、郁閉度、下木高度、胸徑變異系數(shù)、平均冠長(zhǎng)呈顯著相關(guān)(P<0.05)，與平均樹高、密度呈極顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。與美景度相似，郁閉度、胸徑變異系數(shù)、密度與恢復(fù)性效果呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3.3 影響因素的因子分析

3.3.1 影響因素公因子提取 為減小各指標(biāo)的相關(guān)性及共線性的影響，因此采用因子分析法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行降維。對(duì)林分結(jié)構(gòu)的17個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了KMO和Bartlett球形檢驗(yàn)，顯示KMO=0.682>0.500，顯著性P=0.000<0.001，適合因子分析。將17個(gè)因子進(jìn)行降維，前4個(gè)成分累積貢獻(xiàn)率大于80%，可以反映原始因子的絕大部分信息。旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣，見表10。

表10 旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣Table 10 Component matrix after rotation

由表10可知，第一因子主要由混交比、平均胸徑、胸徑變異系數(shù)指標(biāo)控制，將其命名為胸徑因子；第二因子主要由冠徑比、平均冠長(zhǎng)指標(biāo)控制，將其命名為樹冠因子；第三因子主要由平均枝下高、冠幅變異系數(shù)、灌草總蓋度指標(biāo)控制，將其命名為透視因子；第四因子主要由灌木相對(duì)高度、下木高度指標(biāo)控制，將其命名為灌層因子。成分得分系數(shù)矩陣，見表11。

表11 成分得分系數(shù)矩陣Table 11 Component score coefficient matrix

由表11可知，各公共因子得分如下：

F1=0.216X1-0.196X2+0.181X8

F2=0.262X17+0.177X16

F3=0.344X4-0.263X15+0.274X13

F4=0.424X12+0.366X7

其中F1為胸徑因子，F(xiàn)2為樹冠因子，F(xiàn)3為透視因子，F(xiàn)4為灌層因子。將數(shù)據(jù)代入公共因子得分表達(dá)式中，獲取每個(gè)樣地的公共因子得分。

3.3.2 恢復(fù)性效果、美景度與公因子相關(guān)性 將恢復(fù)性效果、美景度與提取的公因子進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果表明，恢復(fù)性效果和美景度與胸徑因子、樹冠因子呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，說明林分的恢復(fù)性效果、美景度均隨胸徑因子與樹冠因子的增大而增加。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

以往研究主要對(duì)差異較大的環(huán)境進(jìn)行了恢復(fù)性效果的對(duì)比，近年來，學(xué)者開始關(guān)注更為相似的環(huán)境恢復(fù)性效果的比較，但未見對(duì)林分環(huán)境較為單調(diào)的人工林林內(nèi)環(huán)境的恢復(fù)性效果的研究[7-9]。本研究以落葉松林為研究對(duì)象，擴(kuò)展了恢復(fù)性環(huán)境研究的邊界。為了評(píng)價(jià)大量的樣地照片并獲得可靠的數(shù)據(jù)，研究采用4個(gè)條目代表恢復(fù)性效果的4個(gè)維度，且與美景度相結(jié)合設(shè)計(jì)量表，從信度與效度2個(gè)方面對(duì)量表進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明量表設(shè)計(jì)具有良好的可靠性[25-26]。恢復(fù)性評(píng)價(jià)結(jié)果表明，落葉松純林和落樺混交林的恢復(fù)性效果無顯著性差異(P>0.05)，但不同樣地間恢復(fù)性效果具有較大差異，恢復(fù)性效果的均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為7.126和25.123。

借鑒心理物理學(xué)派的思想，進(jìn)一步研究了恢復(fù)性效果與林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)之間的關(guān)系，以對(duì)林分結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控?；謴?fù)性效果與平均胸徑、平均樹高呈正相關(guān)關(guān)系，與密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與下木高度、平均冠長(zhǎng)呈正相關(guān)關(guān)系，與郁閉度、胸徑變異系數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。密度的研究結(jié)果與前人一致，但未見有研究探討恢復(fù)性效果與其他林分結(jié)構(gòu)指標(biāo)的關(guān)系[14]?；謴?fù)性效果與美景度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，這與駱金初等人研究結(jié)果一致，說明美景度較高的森林也應(yīng)該是恢復(fù)性效果較好的森林[30]。且因恢復(fù)性效果、美景度與林分指標(biāo)的關(guān)系基本保持一致，與已有美景度相關(guān)研究結(jié)果對(duì)比，可以知道林分的恢復(fù)性效果隨林內(nèi)透視距離、胸徑、冠長(zhǎng)的增大而提高[31-33]。本研究結(jié)果顯示恢復(fù)性效果隨下木高度的增大而提升，而已有研究表明，林下層高度過高或過低均會(huì)對(duì)恢復(fù)性效果產(chǎn)生負(fù)面影響，所以林下層植被的高度應(yīng)控制在合理范圍[34]。

4.2 結(jié)論

本研究以落葉松林為研究對(duì)象，采用量表和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)恢復(fù)性效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并探討了恢復(fù)性效果與林分指標(biāo)間的關(guān)系，可以得出以下結(jié)論：(1)純林與混交林的恢復(fù)性效果無明顯差異，但不同樣地間落葉松林內(nèi)景觀的恢復(fù)性效果差異較大；(2)恢復(fù)性效果隨平均胸徑、下木高度、平均冠長(zhǎng)、平均樹高的增大而提高，而郁閉度、密度的增大不利于人體健康的恢復(fù)。因此，可以通過降低密度、培育大徑階樹木、控制林下層高度來提升林內(nèi)景觀的恢復(fù)性效果；(3)美景度高的林分環(huán)境同樣具有良好的恢復(fù)性效果，即營建風(fēng)景優(yōu)美森林環(huán)境的同時(shí)也營建了恢復(fù)性效果好的森林環(huán)境。

因此，根據(jù)林分指標(biāo)與恢復(fù)性效果的相關(guān)關(guān)系，結(jié)合塞罕壩地區(qū)實(shí)際經(jīng)營情況，可采取以下經(jīng)營管理措施提高林內(nèi)美景度、營造恢復(fù)性森林環(huán)境：(1)降低林分密度。林分密度過高會(huì)增加郁閉度，可采取間伐措施控制林分密度，提高林內(nèi)視線范圍。(2)培育大徑階樹木。及時(shí)去除枯枝促進(jìn)林木主干生長(zhǎng)，對(duì)長(zhǎng)勢(shì)較弱的林木進(jìn)行補(bǔ)植更新。(3)控制林下層高度。有針對(duì)性地補(bǔ)植灌木、地被植物豐富林下空間，定期割灌并保證整體不雜亂。

影響森林恢復(fù)性效果與美景度的影響因素有很多，包括地形、季節(jié)、色彩等，本研究?jī)H從林分結(jié)構(gòu)方面探討其與恢復(fù)性效果和美景度之間的關(guān)系，在將來的研究中可將其他影響因素納入評(píng)價(jià)指標(biāo)，豐富研究成果。