长白山自然保护区植物群落降噪效果研究

常 鑫， 郑 昕， 柴 政， 孙义男

(东北林业大学野生动物资源学院，黑龙江哈尔滨 150040)



长白山自然保护区植物群落降噪效果研究

常 鑫， 郑 昕*， 柴 政， 孙义男

(东北林业大学野生动物资源学院，黑龙江哈尔滨 150040)

通过对环境噪声实测，对长白山国家级自然保护区中不同海拔的3类不同林型7条林带分别进行降噪效果试验，通过室内数据的整理分析，得出：①林带的减噪效果随水平能见度的增加总体呈下降趋势。②林带宽度越大，降噪效果越明显。③以落叶阔叶林和落叶针叶林为主的林带对白噪声的降噪效果随季节变化差异较大，以常绿针叶林为主的林带对白噪声的降噪效果受季节变化影响最小，降噪效果最稳定。

长白山；自然保护区；植物群落；噪声衰减

随着我国自然保护区生态旅游的不断发展，自然保护区迎来了更多的游客，而日益增加的社会活动也增加了保护区噪声污染灾害。这些噪声污染极大地影响了保护区内周边野生动物正常的生活习性、限制了野生动物的生活空间，对群落的稳定造成了不良影响。运用林木消除噪声污染是自然保护区科学化管理的重要方法。

1 噪声对动物的影响与植物群落降噪意义

1.1 噪声对动物的影响对于自然保护区周边旅游与公路噪声对自然动物影响的研究表明，噪声达到50 dB时会对凤头麦鸡、白鹭等禽类造成干扰，严重会引起动物听觉系统的衰退，甚至造成永久性损伤。同时，噪声还会使自然保护区的动物产生一系列生理反应，如头部到全身的轻度痉挛。严重时会引发神经系统紊乱与激素失衡，动物免疫机能下降，对动物的正常交配繁殖生活产生了较大的影响，长久以往将会造成动物群落的衰退或迁移。根据朱蓓薇2000年发表于《健康环境》的《噪声对动物生理机能的影响》一文的研究证明110～150 Hz低频噪声与动物器官的固有频率相一致，刺激动物交感神经，使其肾上腺素分泌增加，胰岛素分泌减少。2.5～3.5 kHz高频噪声对动物听觉神经刺激较强，对耳损伤最大[1]。而国外同类研究表明噪声会对野生动物的觅食、繁殖以及其他生活状态造成一定程度的影响。

1.2 植物群落降噪意义鉴于噪声对自然保护区动物生活习惯以及群落的繁衍会产生较大的影响，希望通过对保护区的植物群落进行合理的规划来减少噪声污染。保护区中的自然植物群落，不但能有效减少噪声，同时也成为了人类与野生动物之间最后一道屏障，减少了人类活动对野生动物的干扰，尤其是噪声对野生动物的惊扰，为野生动物提供了生存空间。因此自然植物群落作为保护区的噪声屏障，可有效地减轻生态旅游中所产生的各类交通噪声及其他空间(如游客集散地和各类开放式活动空间等)所产生的人为噪声。建立合理的自然保护区植被群落规划具有以下重要意义。

1.2.1改善区域空气环境。城市扩张一方面满足了人们生产活动需求、提高了物质生活水平，另一方面工厂垃圾、生活垃圾等也在侵蚀着人类的健康。植物群落可以有效地清洁空气、减少空气中二氧化碳等有害气体与粉尘的含量，使区域内形成“小气候形态”，空气质量得到良好改善。

1.2.2保证野生动物生活环境。噪声会对野生动物产生强烈的不良影响，因此必须利用植物对声波的漫反射、吸收与散射作用来消减声波的传播，降低自然保护区内的噪声污染，还给野生动物一个良好的活动空间。

1.2.3保障行车安全。自然保护区一般坐落于市郊，毗邻高速公路或国道，而绿色植物具有缓解视觉疲劳的效果，同时植物对于光的吸收也可以减少路面对驾驶员形成眩光的几率，提高行车安全。

2 植物降噪机理

通过对植物群落的降噪效果研究可以发现，高频噪声的衰减取决于植物自身枝叶的散射与吸收作用，而中频噪音衰减是通过地面对噪声的散射与吸收，低频噪音的衰减则是通过植物与地面之间声波反射相互干扰而进行的。这就说明植物叶片与枝干对于噪声的共振吸收是植物群落降噪机理的首要因素，而林区噪声衰减的影响因素则是林带的密度、高度与宽度，这主要是由于在噪声衰减过程中散射作用优于吸收作用。

通过对针叶林与阔叶林的对比可以发现，针叶林的降噪效果优于阔叶林。这主要是由于反射系数越小，物体表面声阻抗率越接近空气的特性阻抗率，对声能的消耗越大，消除声音的效果也就越好。针叶垂直于林冠表面，而阔叶几乎都是平行于林冠表面，平行的落叶林冠大量反射噪声，降噪效果远不如针叶林。通过研究得出，林木对于噪声衰减效果依次为针叶林、常绿阔叶林、阔叶林、常绿灌木林、落叶灌木。部分学者认为浓密的枝叶量有助于提高单位吸声量，从而提高该树种的单位吸声总量。总体来说，在同等密度条件下，针叶林的吸声效果要优于阔叶林，乔木的吸声效果要优于灌木。具有腐殖质的地面对500 Hz以下的低频噪声衰减效果明显，树木枝干和叶片对1 000 Hz以上的中频噪声衰减效果明显，树叶能对2 000 Hz以上的高频噪声起到遮挡作用。

由自然植被形成的绿化带能对保护区内的人为噪声起到良好的减弱作用。各国学者对绿化带的降噪效果进行了研究，其结果对构建有效减噪的绿化带具有一定的指导意义。通过试验证明，每100英尺(30.48 m)种植深度的人工密林带可减少5～8 dB交通噪声，每100英尺(30.48 m)种植深度的自然植被可提供3～5 dB的衰减量[2]。英国安全与环境资源中心的一项研究表明，在相同噪声等级和距离的情况下，柳树林和针叶树林的减噪效果分别比空地高出16.0～16.8 dB及3.0～3.6 dB[3]。

3 植物群落降噪效果研究

在不同情况下，植物降噪效果不同，特在长白山自然保护区选取一试验地进行降噪效果试验，通过数据采样具体分析不同条件下植物带降噪效果。

3.1 试验林带概况研究区长白山国家级自然保护区位于吉林省东南部。选择海拔830.0～872.2 m处(试验地①)、773.7 m处(试验地②)、1 144.5～1147.6 m处(试验地③)作为研究区域。在研究区域内选取远离人为噪声的3种林型，共计7条林带为试验样地。7条林带分别为：试验地①中的林带①：乔灌混交林(白桦、暴马丁香等)；林带②：针阔混交林(春榆、暴马丁香等)；林带③：针阔混交林(红松、色木槭、暴马丁香等)；试验地②中的林带④：乔灌混交林(糠椴、暴马丁香等)；试验地③中的林带⑤：针叶混交林(臭冷杉、长白落叶松)；林带⑥：针阔混交林(白桦、臭冷杉、鱼鳞云杉等)；林带⑦：针叶混交林(鱼鳞云杉、长白落叶松、臭冷杉等)。试验地基本特征见表1。

表1 试验地基本特征

3.2 试验样点设置根据实地踏查，并通过向当地向导的咨询，结合当地的地形、地貌及植被分布特征，选取了远离其他噪声声源，且宽度达30 m、长度大于30 m的7条林带作为测试植物减噪效果研究的目标样地。数据采集时，设定样地林带一侧的边缘为0 m处，将发声设备置于0 m处距地面1.2 m高度的断面上，沿林带边缘垂直方向，向林带宽度方向延伸出1条长30 m的样线，并将样线的0、10、20、30 m处分别设置为样点。在样方内随机布设2条样线，分别为：样线1、样线2，并对样线的各样点数据进行重复测量，取平均值。样点设置平面图、立面图见图1、2。

图1 样点设置平面图

图2 样点设置立面图

3.3 结果与分析

(1)7条林带在冬季和夏季于林带30 m宽度处的降噪值按林带水平能见度进行分组，分析水平能见度对林带降噪效果的影响，林带的减噪效果随水平能见度的增加总体呈下降趋势(图3)。

图3 林带水平能见度对降噪效果的影响

(2) 林带宽度与林带的降噪效果关系密切。林带宽度越大，降噪效果越明显。树木通过对声能的吸收、散射作用，延长声波在林带内的传播时间来增加声波通过林带时产生的能量损失，从而达到降噪的效果。而相同宽度林带降噪效果与声源的大小有关，因此相同宽度的林带其降噪效果随着与声源距离的增加逐渐降低(表2)。

表2 林带宽度对降噪效果的影响 dB

(3)以落叶阔叶林和落叶针叶林为主的林带对白噪声的降噪效果随季节变化差异较大，由于冬季叶片逐渐脱落，导致林带的水平能见度发生较大变化，从而影响了林带的降噪效果(图4)；以常绿针叶林为主的林带对白噪声的降噪效果受季节变化影响最小，降噪效果最稳定。

图4 不同季节条件下林带的降噪效果

4 自然保护区植物群落规划布局建议

水平能见度低的林带不但能为游客集中活动空间提供有效的声衰减，同时活动空间较长的边界还有利于展示保护区的物种多样性。可在林带边缘处设置解说牌、宣传板等，这样不但能起到声屏障的作用，还能使游客在游览过程中接受到环境教育。旅游活动周边林带不仅应只满足于其降噪功能，同时还应该满足其观赏性。结合植物的景观观赏特点和林带的降噪功能，根据活动空间的季节性，建议选择以下植物：

(1)在冬季可以选择在以树干具有较高观赏价值或冬季果实宿存的阔叶树种和树干、树冠具有较高观赏价值和果实宿存的针叶树种为主的林带内，设置活动空间。针叶树种：观冠树种如东北红豆杉、红皮云杉、鱼鳞云杉；观果树种如松杉、冷杉；观干树种如长白落叶松等。

阔叶树种：观干树种如白桦、山杨、青楷槭、岳桦；观果树种如接骨木、长白忍冬、蓝靛果忍冬、山荆子等。

(2)在其他季节条件下，可以选择在以开花、色叶或果实观赏价值较高的阔叶树种和树干、树冠、树叶具有较高观赏价值的针叶树种为主的林带内，设置活动空间。针叶树种：观冠树种如东北红豆杉、红皮云杉、鱼鳞云杉；观叶树种如长白落叶松等。

阔叶树种：观花树种如暴马丁香、牛皮杜鹃、山樱桃、辽东丁香、东北山梅花、稠李、山梨、珍珠梅、柳叶绣线菊、聚花风铃草、千屈菜、东北百合、大花剪秋萝、长白耧斗菜；观叶树种如胡桃楸、枫桦、蒙古栎、紫椴、三花槭、刺楸、卫矛、狗枣猕猴桃；观果树种如山楂、北五味子、花楸、东北扁核木、鸡树条荚蒾等。

[1] 朱蓓薇，张彧.噪声对动物生理机能的影响[J].环境与健康，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

国家林业局2013年珍稀频危物种调查监管项目(41313404)。

常鑫(1989- )，女，辽宁沈阳人，硕士研究生，研究方向：自然保护区管理。*通讯作者，副教授,博士,从事生态旅游研究。

2014-12-03

S 759.9

A

0517-6611(2015)02-166-02