常见园林树木降噪效益与其冠层结构特征相互关系研究

卢伟娜，勾莹莹，王旭东，田国行

（1.河南农业大学风景园林与艺术学院，郑州 450046；2.河南农业职业学院园艺园林学院，郑州 451450；3.开封市城市发展集团有限公司，河南 开封 475001；4.华北水利水电大学建筑学院，郑州 450045）

城市噪声已成为影响城市人居环境的重要污染源，不仅影响了环境气氛，同时也干扰了人们的工作与生活，有的甚者会引发听力系统、神经系统、心血管系统等方面的疾病。城市噪声的种类也越来越多，大致可分为交通噪声、工业噪声、建筑噪声和社会噪声等类型。目前，削减噪声的途径主要包括建筑隔声材料的运用以及园林绿色植物的搭配两个方面，两者均可以有效消除部分噪音对人居环境的影响。关于城市园林植物在削减噪声上所发挥的作用，已得到许多学者的证实。城市园林植物降噪方面的相关研究，主要集中在以下几个方面。第一，从噪声类型方面。主要从噪声频谱、噪声强度、噪声源等方面研究园林植物应对不同类型噪声类型的降噪效应［1-6］。第二，从噪声影响区域与对象方面。主要从园林绿化对不同城市功能用地类型（公园、居住区绿地以及道路绿地等）或不同地块边界的降噪影响方面展开研究［7，8］。第三，从降噪功能方面着手，探讨不同园林植物及群落类型对噪声消纳的影响，从而为城市功能性绿地的营建、树种选择与配置模式［9-14］提供参考。

有关园林植物应对噪声方面已经取得许多显著的成果，多集中于园林植物群落类型、尺度、郁闭度以及绿地结构等方面。然而，植物的冠层是噪声的滞纳和削减的关键部位，何种影响因子与噪声削减能力有关，对于解释园林树木的降噪机制方面很关键。因此，本试验在研究不同树木群落降噪能力的同时，探究园林树木树冠结构的降噪机理，以期为城市园林树种的选择提供理论依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

1.1.1 噪声源的选取及模拟 交通噪声主要是机动交通工具运行时所发出的无规律震动，也是城市环境中重要的噪声源之一，是本试验重点研究的噪声类型。由于很多城市已禁止鸣笛，噪声主要来源于发动机引擎及车轮摩擦地面产生的交通噪声，因此，试验选取胎噪为研究介质，探索不同园林树种类型对特殊噪声类型的滞纳能力。

1.1.2 测试树种 试验选择取郑州市常见的法桐（Platanus orientalis）、广玉兰（Magnolia grandiflora）、国槐（Sophora japonica）、龙柏（Sabina chinensis）、栾树（Koelreuteria paniculata）、石楠（Photinia serrulataLindl.）、樱花（Cerasus yedoensis）、紫荆（Cercis chinensis）、紫叶李（Prunus cerasifera f.atropurpurea）、木槿（Hibiscus syriacus）10种规格基本相同、生长状况良好的园林树木作为试验对象。试验在新郑市鑫秀苗圃进行，测试苗木胸径8～10 cm。

1.2 试验方法

1.2.1 噪声的衰减测量 模拟声源为输出声压级和标准120 dB（A）的发动机引擎及车轮摩擦地面产生的噪声。将模拟噪声源高度设置为树木冠层部位，设置10、20、30、40、50 m不同距离梯度的噪声源并测量噪声数据（图1），数据采集仪器使用浙江爱华仪器有限公司生产的AWA6228型多功能声级计，将校准后的声级计的采样间隔设定为0.5 s，每个测点连续测量数据1 min，测定时为了减小气象因素造成的误差，选取风速较小，湿度、温度较为恒定的时间段，每个测点测量3次，最后去除最低值和最高值后求平均值，消除随机干扰噪音的影响，并减去对照背景噪音值，计算得出不同距离的噪声衰减量。试验于2019年8月末至9月初进行。

图1 试验设计过程示意图

1.2.2 树木冠层结构特征的量化及数据处理 园林树木的降噪能力主要取决于植物的冠层部位。因此，为寻求园林树木树冠结构的降噪机制，测定降噪效益的同时，使用美国CID CI-110植物冠层数字图象分析仪获取被测树木群落样本的冠层结构特征。利用广角180°的鱼眼镜头进行冠层图片拍摄，为避免太阳过度刺激导致图片过曝，以及避免蓝天背景影响照片清晰度，拍摄时间都选择在多云及阴天，使用前进行水平调零处理，拍摄过程完全避免拍摄者进入镜头，并保持照片顶部与正北方向一致，分别在距离地面1.8 m的部分进行拍摄，获得冠层半球影像（图2），通过半球影像技术，使用专业软件Plant Canopy Analysis System对半球影像图片进行分析，准确得出一系列林冠结构指标，即叶面积指数（LAI）、叶片孔隙度（GAP）、平均叶片倾角（MLA）。采用Excel软件对数据进行统计分类，并使用SPSS软件进行相关性分析。

图2 树木样本冠层结构参数的获取

2 结果与分析

2.1 不同园林树木类型冠层削减噪声能力的比较分析

研究结果（图3）表明，不同树种削减噪声的能力在不同距离条件下存在差异。从图3可以看出，10～50 m 5个距离梯度上，平均噪音削减分贝值大小为：栾树＞龙柏＞樱花＞广玉兰＞石楠＞国槐＞法桐＞紫叶李＞紫荆＞木槿。衰减噪音能力最强的为栾树，龙柏和樱花对噪音的削减能力也较强，广玉兰、石楠、国槐和法桐对噪声削减能力一般，紫叶李和紫荆次之，木槿削减能力最弱。

图3 不同树种样本的平均噪音削减值

在5个距离梯度上，树种削减噪音的能力在不同距离上存在一定差异（表1），但并未呈现明显的规律性分布。栾树、木槿、国槐在10 m距离上削减噪声能力最强，石楠、紫叶李、紫荆在40 m距离上削减噪音能力最高，龙柏、广玉兰、樱花在50 m距离上削减噪音能力最高。

表1 树种样本在不同距离梯度下噪音削减值 （单位：dB）

2.2 不同园林树木冠层结构特征与降噪能力关系的比较分析

通过对树种样本冠层结构特征的提取与分析，得出不同树木的冠层结构特征指标（表2），其中，树冠肌理指标参考相关文献数据［15］。结果表明，叶面积指数（LAI）、平均叶片倾角（MLA）、叶片孔隙度（GAP）以及树冠肌理与树种削减噪音能力存在一定联系。

表2 不同树木的冠层结构特征指标

2.2.1 冠层叶面积指数与降噪能力关系分析 叶面积指数（LAI）作为树木生长状况重要的参考标准，在一定程度上反映植物叶片密度及叶片郁闭度。通过对样本树木的LAI值进行梳理，并与不同距离梯度噪音削减值进行相关性分析，结果（图4）表明，噪声削减值与叶面积指数在0.05水平（双侧）上显著正相关，说明叶面积指数越大，树木噪音削减能力也越大。

图4 平均噪音削减值与LAI相互关系

2.2.2 冠层孔隙度指数与降噪能力关系分析 冠层结构中叶片孔隙度（GAP）是穿过冠层的太阳光不被截获的概率，在相同冠层条件下，入射角度的不同会对应产生不同的孔隙度，不同冠层中孔隙度也会有所差异。通过对样本树木的GAP值进行梳理，并与不同距离梯度噪音平均值进行相关性分析，结果（图5）表明，噪音值与叶片孔隙度在0.05水平（双侧）上显著负相关，说明叶片孔隙度越小，树木噪音削减能力越大。

图5 平均噪音削减值与GAP相互关系

2.2.3 冠层叶倾斜角与降噪能力关系分析 叶倾角（MLA）是植物群体结构中的重要参数，植物群体光分布和传递都以叶倾角为基础。通过对样本树木的MLA值进行梳理，并与不同距离梯度噪音平均值进行相关性分析，结果（图6）表明，平均噪音值与叶片倾斜角无相关性，说明叶片倾斜角对树木削减噪声的能力影响不大。

图6 平均噪音削减值与MLA相互关系

2.2.4 树冠肌理与降噪能力关系分析 通过对树冠肌理与噪音削减值进行相关性分析，结果（图7）表明，平均噪音值与叶片肌理在0.05水平（双侧）上显著负相关，说明树冠肌理越小，其噪音削减能力越强。

图7 平均噪音削减值与树冠肌理相互关系

3 小结

本试验在研究不同树木群落降噪能力的同时，探究园林树木树冠结构的降噪机理，园林树种的科学原则与配置对于削减噪声等有害因素对人居环境的影响十分关键，研究结果将为城市园林树种的合理选择提供理论支持。园林树木对交通噪声具有一定的削减与滞纳作用，叶片对声波的反射和吸收、降噪的效果取决于园林植物的种类及其冠层结构特征等。叶面积指数越大，噪声的削弱能力越强；平均叶片倾角与噪音削减无直接关系；叶片孔隙度越小，噪声的削减能力越强，而树冠肌理也在一定程度上影响植物的降噪能力。此外，本试验只涉及固定噪声源影响下园林树木冠层结构的降噪响应，不同声压与频谱条件下园林树木的降噪效应不同，这将是下一步的研究方向。