近10年城市绿色空间与心理健康国际研究进展——理论框架、对象、测量工具与指标

翟宇佳 范彬彬 霍钧资 贡若玉 施 澄

同济大学建筑与城市规划学院 上海 200092

世界卫生组织2021年的报告显示,世界上约有2.8亿人患有抑郁症[1]。《中国国民心理健康发展报告(2019—2020)》显示,全国抑郁高风险检出率为12.4%～20.6%；2021年发布的《中国抑郁障碍患病率及卫生服务利用的流行病学现况研究》指出,抑郁障碍已成为除腰痛[2]外,导致中国健康寿命损失的第二大原因。近年来COVID-19新型冠状病毒肺炎疫情暴发加剧了抑郁情绪,特别是医务工作者、孕妇、学生等群体[3-5]。体验城市中的绿色空间可提升注意力[6-7]、缓解压力[8]与抑郁情绪[9],带来极大的心理健康益处。无论是主动访问城市公园[10],还是被动接触绿色空间[11],均可减轻焦虑和抑郁情绪[12]。一项针对澳大利亚城市居民的研究表明,每周接触自然30 min以上,可降低抑郁症(7%)和高血压(9%)的患病几率[13]；另一项针对西班牙市民进行的研究表明,从家中能观赏到绿地的居民患焦虑和抑郁的风险更低[10]。

本研究简要回顾了城市绿色空间与心理健康关系的经典理论,归纳了近10年来的国际研究成果,基于对高引文献的梳理,总结了这一领域的理论框架、主要研究对象、绿色空间与心理健康变量的测量工具与具体指标,以期为我国城市绿地空间与健康效益研究提供基础。

1 研究方法

利用web of science核心数据,检索SCI/SSCI索引收录的近10年(2010年1月1日—2020年12月31日)城市绿色空间与心理健康的英文文献。考虑近两年发表的文献还未被广泛引用,未纳入分析。搜索的文献类型为Article(研究文章)和Review(综述),领域限定为Architecture(建筑)和Urban studies(城市研究)。检索关键词包括自然环境相关的5个关键词,即green space(绿色空间)、greenness(绿化)、park(公园)、nature(自然)、landscape(景观),以及心理健康相关的4个关键词,即mental health(心理健康)、mood(情绪)、stress(压力)、restoration(恢复性),共搜索到766篇文献。

首先,计算获取的766篇文章截止到2021年末的引用率,选取每年引用率最高的50篇,10年共计500篇；其次,对这500篇文献进行关键词分析；最后,在选取的766篇文献中,对于截止到2021年末引用率前50的实证研究文章进行深度剖析。。

2 研究热点分析

针对500篇高引用率文章,统计其关键词词频(表1),分析研究热点,结果表明,restoration(恢复性)、health(健康)、green space(绿色空间)、environment(环 境)、landscape(景 观)、stress(压 力)、physical activity(体 育 活 动)、mental health(心理健康)等词频较高。在频次排名前24的关键词中,绝大多数词汇的首次出现时间都在2013年及之前(87.5%),说明近10年来研究热点较为集中。

表1 关键词频次统计

3 理论及研究方法分析

3.1 基础理论

城市绿色空间与心理健康研究领域的基础理论主要包括亲自然理论(Biophilia)、注意力恢复理论(Attention Restoration Theory)与压力减轻理论(Stress Reduction Theory)。亲自然理论[14-15]认为人类天生热爱大自然,在潜意识中希望靠近自然环境。这一理论从物种进化的视角出发,认为在人类进化中,其生存活动、认知提升过程等都与自然环境相关,因此在基因中深植了亲近自然的天性[16-17]。相比较于基因假说,人类对自然的亲近倾向更容易通过实证证明[18]。例如,在病房的墙壁上悬挂抽象艺术和自然风景等类型的画作,一段时间后,患者经常投诉甚至撕毁抽象艺术类的画作,而自然风景画从未被破坏[16]。注意力恢复理论[1,19]认为人所处的环境中包含大量信息[20],人们需要定向注意力(directed attention)保持高水平的工作效率,在这一过程中,定向注意力会逐渐消耗,导致疲劳[6],然而自然环境可帮助恢复定向注意力,缓解疲劳。在自然环境中行走,可显著恢复儿童[21]和成年人[22]的定向注意力。Ulrich等[8]提出的压力减轻理论认为压力来源于个体面对威胁福祉(wellbeing)的事物而产生的心理、生理和行为反应,自然环境可改善情绪状态和生理状态,从而减少心理压力,因此人们更加喜欢绿色空间。

3.2 主要城市绿色空间类型

所选50篇高被引文献中主要涉及5种城市绿色空间(图1):1)城市开放空间(城市公园[23-25]、城市街道[25-26]、广场[27-28]等)；2)郊野自然 (森林[29-32]、农牧场[33-34]、自然水景[34]等)；3)公共附属绿地(校园绿地[35-37]、工作环境绿化[38-39]、墓地绿化[40]等)；4)居住区附属绿地 (住宅周围绿地[41-42]、花园[43-44]等)；5)高速公路绿化[45]等其他绿地类型。

图1 高被引文献涉及的城市绿色空间主要类型

3.3 城市绿色空间特征及测量方法

现有研究中关注的城市绿色空间相关特征主要包括绿化覆盖率(greenspace coverage)、绿视率(tree cover)、景 观 组 成(environmental components)、感知维度(perceived dimension)、声景(soundscape)等(图2)。

图2 城市绿色空间特征及测量方法

绿化覆盖率通常用来描述一个区域内的绿化程度,指单位面积土地上所有植被垂直投影面积所占比例。绿化率和植被覆盖率可从城市公开数据获取,例如大伦敦政府提供的伦敦行道树数量的公开数据[9]；或基于卫星图进行像素计算[37]等。绿视率指视野中绿化所占的比例,可利用PS等图像处理工具,测算图像中绿化像素的占比[26]；或通过问卷调查,计算感知到的绿地量,如工作环境中所能接触到的绿色空间[38]；或基于专业人员评估森林照片中植被密度等[46]。景观组成(又称环境组成)指环境的组成要素,包括草地、灌木、乔木、花坛、水景、人等[23]。与广场、街道等人工建成景观相比,森林、自然水体、灌木花卉等自然组分最受使用者偏好,对心理和情绪的恢复价值更高[47-48]。自然环境的感知维度指人们通过视觉、听觉等多种感官感知到的自然空间的品质。Grahn和Stigsdotter[49]通过问卷调查识别自然空间的8个感知维度,包括自然、文化、前景、社会、空间、物种丰富、避难所和宁静。感知维度由专业人员判定,如草坪对应自然维度、展览对应社会维度[50]等。声景指环境中的声环境,一般通过网络下载并剪辑不同类型的声源片段[47]或实地录制声音[48],并与照片、视频或VR场景结合成视听场景。视听结合刺激通常比单一视觉刺激更有益于心理健康[47],鸟鸣、流水等自然声源让人更有沉浸感,可更好地减轻心理压力[48]。其他相关变量包括绿地的生物多样性水平[27]、水景质量[34]、人工干预程度[51]、气候条件[52]等。生物多样性水平可根据城市林业部门的既有数据或专家评价[27]；水景质量主要根据水质或水生植物繁殖状况评价[34]；人工干预程度可根据环境中建筑物的比重进行评价[51]；气候条件的指标包括空气温度、相对湿度、辐射热、风速、热舒适指数等,可利用气候测量仪等设备测量[52]。

3.4 心理健康状态测量方法

现有研究主要通过测量参与者的情绪状态、注意力水平、压力水平以及不良行为等表征,反映参与者的心理健康状态(图3)。情绪状态多使用情绪量表、脑电和相关大数据进行测量。常用情绪量表包括情绪状态量表(Profile of Mood States,POMS)[52-55]、积极和消极情绪量表(Positive and Negative Affect Schedule,PANAS)[56]及状态-特质焦虑量表(State-Trait anxiety Inventory,STAI)[57]。POMS原 始 量 表 由McNair等[55]提出,包括anger(愤怒)、tension(紧张)、fatigue(疲 劳)、confusion(困 惑)、depression(抑郁)和vigour(活力)6种情绪状态。PANAS包括10项积极情绪与10项消极情绪,如attentive(专注)、interested(感 兴 趣)、alert(警 觉)、excited(兴奋)、distressed(苦恼)等[56],实际研究中可根据需求进行调整[25]。STAI用于评估焦虑状况,包含20个项目,如“我感到精神紧张”等,分值越高说明焦虑程度越高。上述量表一般采用李克特法表征情绪状态,0表示“完全没有”,4表示“非常”。脑电波能够表征大脑的活动,其中频率在8～13Hz的电波被称为Alpha(α波),可表征大脑皮质唤醒程度(即由平静进入兴奋状态)与放松程度。α频率越高,大脑的唤醒程度越低,感觉越放松[58]。Yen-Cheng Chiang等[46]利用脑电波测量城市环境、森林内部、森林边缘等不同场景对情绪的影响发现,相比较其他场景,观看森林内部场景的参与者的Alpha频率更高,更好地恢复了压力。大数据层面,可利用某一地区抗抑郁药物处方数据[4]、居民心理健康调查[60]、居民自评的心理健康状况数据[60]等表征心理健康状态。

图3 心理健康状态因变量及测量方法

注意力水平可通过恢复量表(Restorative Outcomes Scale,ROS)、感知恢复量表(Perceived Restorativeness Scale,PRS)与心理测试任务测量。ROS用于评估人在环境中的心理恢复情况,包括是否“感觉更平静了”“感到精神恢复和放松”“得到新的热情和活力”“注意力和警觉性得到提高”“可以忘记日常的烦恼”“能够理清思绪”等[31,36]。PRS被广泛用于环境刺激恢复定向注意力的研究,具有较高的信度和效度[51,61],PRS量表由Hartig等[62]提出,包括4个维度:being away(远离性)、fascination(魅力性)、coherence(一 致 性)与compatibility(兼容性)。常用的心理测试任务包括数字向前/向后跨度任务(The Digit Span Forward(DF/DSF)tests)[63-64]、内克尔方块控制任务(Necker Cube Pattern Control,NCPC)[65]与斯特鲁普测试(Stroop Color-Word Test,Stroop test)[65]。DF/DSF要求被试者以顺序和倒序重复一段不断增加的数字序列,直到连续失败两次,到失败为止的数字序列长度为测试得分。内克尔方块是一个视觉错觉方块,既可以被解读为一个方块放置在桌面上,也可以解读为一个方块挂在上方(图4)。控制任务中,请参与者盯着3D立方体,首先在精神放松状态下,询问其对方块的解析,并记录其感觉方块反转时的时间间隔为1(秒)；然后请参与者集中精力,使立方体保持不变,直到保持不住而感到反转时,记录时间间隔2(秒)；比较两个间隔时间,即可测量注意力水平。Stroop test中(图4),被试者会拿到一系列色彩名称单词,包括红、绿、黄、蓝、黑、白6种,这些单词用不对应的颜色打印,以起到干扰作用,如“黄”字用绿颜色打印。被试者需说出每个单词的打印颜色,正确说出的数量即为测试得分。

图4 内克尔方块(左)、Stroop test(右)

心理健康状态可通过压力、情绪与生理指标表征。压力水平可通过唾液皮质醇水平、皮肤电导水平(SCL)、心率变异率(HRV)、血压水平、SCI-93生理病症问卷、感知压力量表(Perceived Stress Scale,PSS)等方法测量。唾液皮质醇与心理压力呈正相关关系[66],唾液皮质醇在刺激出现后的21～30 min的反应效应最大,一般在施加刺激后约30 min收集样本,采集样本时需要被试者咀嚼口腔拭子[26]或通过棉签采集唾液[43]。受到刺激后的交感神经系统会改变皮肤汗腺的分泌状态,进而改变皮肤表面的电导水平,心理压力越大,皮肤电导水平越高,多通过电极,检测皮电水平[26],或佩戴一体式的腕带[29]或穿特制衬衫[57]等。心率变异率指两次相邻心跳之间的时间间隔的变化,可反映心理压力状况[64],一般测量HF(高频:0.15～0.40 Hz)和LF(低频:0.04～0.15 Hz)的心率,LF/HF值越大表示压力越大,测量方法包括手握法、贴片法和手环法[53]。血压中的舒张压水平能够反映精神的放松状态[30],常用仪器为血压监测仪HEM-1000(Omron)。Nyström和Nyström两位医生提出的SCI-93测试问卷[67]可测量长期压力引发的显性病症[49,60]。该测试包括35项涉及精神、肌肉和自主神经方面的压力症状,如疲劳、头痛、背痛、感冒等症状,相关问题包括“是否认为自己在过去一年中感到压力或疲劳”等。PSS量表可测量心理压力状况[68],包含“是否因为无法控制的事而生气”等问题。

3.5 数据收集方法与关键实验步骤

通常通过特里尔社会压力任务(Trier Social Stress Test,TSST)、观看10～15 min恐怖电影片段[57]、模拟英语口语/数学考试[26,64]或让被试者想象自己处于焦虑或疲惫状态[69,72]来提升参与者的压力状况。TSST任务要求参与者做5 min模拟求职面试的即兴演讲,并心算一个四位数连续减去16的减法问题,两项任务都限时10 min[70]。研究中需控制干扰变量,例如,以窗外绿化状况为自变量时,除了窗外视野之外,其他条件如房间面积、环境温度等应保证相同[64]。如以照片或视频呈现自变量时,图像的亮度、色彩饱和度、清晰度等应保证一致[61]。拍取照片时,为确保视野/视角适宜,一般在离地1.5 m高拍摄照片或视频来模拟人的真实观感[26],所摄图像应选择构图最佳的拍摄点[71],实地实验则需选择具有良好视野的视点[66]。同时,保证图像质量优秀、具有典型代表性[48],例如翠绿草地和碧蓝湖面、完全开敞的山谷和十分幽闭的树林等。为保证被试者状态稳定,通常让被试者先休息静坐3～10 min稳定状态[72],或在正式实验开始前进行简短的预实验,以保证被试者熟悉流程[52,66],还需选择安静独立的实验区域、气候适宜的实验时间,确保被试者全程状态良好且平稳[27]。多数人能够集中注意力观看视频的时间为8 min[57],尽量将视频时长控制在8 min以内。为避免被试者先后接触不同的自变量环境,后进行的实验部分会受到前实验部分的影响[53],通常随机安排实验先后顺序[52-53],或在实验过程中设置休息恢复的时间[52,64]。为排除无效样本,可在问卷中设置一项特殊问题保证样本的有效性[23]。如“无树木无花卉无水景”和“有树木有花卉有水景”两个选项,绝大多数人会选择后者,那么选择了前者的样本将被排除。

4 结论与展望

4.1 现有研究主要结论

现有研究表明各种城市自然环境可帮助恢复注意力、缓解压力、改善孤独与抑郁情绪、减少不良行为。绿视率与儿童的自律力正向相关[65]；校园绿化能显著提高学生的注意力水平[64]、提升学生成绩、抑制不良行为[37]；社区绿化水平与居民压力负相关[67]；城市森林与森林浴可减轻压力[50]；更多的城市行道树树冠可帮助减轻压力[26]、缓解抑郁[4]；工作环境中的绿化可促进积极的工作态度[38]。养老院周围树木覆盖率与抑郁症状负相关[42]。新冠大流行时期,居家人群能够观看和接触住宅周边绿地的机会与自感自尊、生活满意度和幸福感呈正相关,与孤独、抑郁和焦虑呈负相关[41]。

4.2 展望

1)定量层面测量自然环境变量,精细化导控规划设计实践。现有研究主要关注自然环境的组成要素、感知维度等定性特征,较少定量测量城市公园等绿色空间的特征,如绿视率、绿化覆盖率等,无法精细化指导实践。如公园面积与相关活动场地为多大时,才能更好的促进使用者健康?城市公园的服务半径为多少时,才能鼓励居民更多地使用公园,得到更多的健康效益?未来研究中需以规划设计实践需求为导向,在定量层面展开探索,为精细化导控提供基础。

2)加强计算机视觉、位置追踪等新技术的应用。现有研究多通过专家评价与像素区分等方法评价自然环境的特征,多采用问卷与生理指标测量等方法测量心理健康状态。景观偏好研究中已开始采用如基于人脸的情绪识别、基于眼动数据的兴趣点识别等技术[74-75],可进一步在心理健康领域应用。未来研究中可利用计算机视觉、人工智能等新技术分析自然环境的特征,并自动检测心理健康状态。