石 媚，曹 燦，潘新宇，陳文軒，4，李茜,3,4*，曹 兵

(1.寧夏大學 農學院；2.寧夏大學地理科學與規(guī)劃學院；3.教育部中阿旱區(qū)特色資源環(huán)境治理國際合作聯(lián)合實驗室；4寧夏(中阿)旱區(qū)資源評價與環(huán)境調控重點實驗室，銀川 750021)

伴隨著我國城鎮(zhèn)化發(fā)展和交通條件改善，人均汽車保有量大幅增加，城市道路也承受著越來越嚴重的交通壓力，伴之的交通噪聲污染也嚴重影響民眾身心健康。城市交通噪聲并不僅限于汽車鳴笛，還受到汽車發(fā)動機的聲音、車身前進過程中與空氣的摩擦、汽車輪胎與路面的摩擦以及車流量大小和車速高低等影響[1]。長期生活在噪聲污染下的人不但會聽力下降，視力的穩(wěn)定性、清晰度等也會受到不良影響，更嚴重者還會發(fā)生中樞神經(jīng)功能性障礙，并由此引發(fā)大腦皮層興奮和抑制平衡失調，產生情緒激動、心情暴躁[2]等情況，進而導致嚴重心理問題。

目前，實現(xiàn)降低城市交通噪音的途徑主要有增加緩沖區(qū)、設立隔離帶、建立聲屏障[3-5]，而這些方式的不足之處在于需要投入較多人力及物力，占用相當大的土地空間。大量調查發(fā)現(xiàn)，綠化帶植被在足夠寬度和密度支持下，具有美化環(huán)境、釋氧滯塵的效用，還可以降低10～15 dB的城市交通噪音，是一種環(huán)境友好型的隔音屏障[6]。Lai[7]認為自然屏障比人工屏障更可取，不僅因為天然綠色屏障能夠達到或高于人工屏障對噪音的屏蔽效果，還因為人們對綠色屏障外觀降噪效果的心理感知[7]。為建立科學合理的天然綠色屏障，有必要對其降噪原理及其影響因素進行分析總結。

1 植被降噪機理

植被是一種綠色消音器，能夠吸附、阻滯噪音，植物葉片絨毛和氣孔對噪聲有很好的吸附作用[8]。20世紀后葉，國外就有學者提出綠化帶降噪可分為正常衰減和附加衰減兩部分，正常衰減是指聲源以不平行于地面的聲波在球面擴散傳播時，與散播在空氣中的塵埃等粒子摩擦引起衰減；附加衰減是指聲源與接收體之間存在的干擾物質對平行于地面的聲波產生吸收、反射等作用，引起衰減[9]。

多孔狀的結構是一種良好的吸聲結構，當聲波進入孔隙中會引起空氣振動，由于摩擦和空氣粘滯性產生粘滯阻力，使得振動空氣中的一部分動能轉化為熱能，加之孔隙中的空氣與孔壁、纖維之間的熱傳導導致熱能散失，從而衰減聲能[10-11]。植物莖的木質部中密集排列的導管不僅具有運輸植物生長所需的水分和無機鹽的作用，還具有微穿孔板諧振腔吸聲結構特征；植物葉片的細胞間隙類似于多個近似平行的毛細管，聲波在毛細管中摩擦振動引起噪音傳播的聲能轉化為熱能散失[12]。植被降噪機理，大家普遍接受美國Martens教授提出的觀點，即當聲能到達植物葉片時，一部分引起葉片小速率振動而被消耗及被葉肉組織吸收轉化為熱能，一部分在樹葉周圍發(fā)生反射和衍射[13]。Reethof認為喬木和灌木都是潛在的噪音消減者，當聲波由垂直方向經(jīng)過樹木近似圓柱體的枝干時，會受到反射和衍射干擾，引發(fā)能量分散和障礙，從而使噪音衰減；某些溝壑縱橫的厚樹皮和濃密的樹葉具有吸收特性，能大大增加聲波散射波路徑長度[14]，有效吸收噪音。Alyor通過測量玉米葉寬與降噪效應之間的關系，得出聲能衰減主要通過植物葉片，主要包括葉寬、冠層葉面積而發(fā)生反射和散射，且葉面積密度與聲波衰減量呈正相關[15]。噪聲衰減可以歸因于地基效應(如軟質和多孔地基)，同時植被的枝干大小對噪聲有抑制作用，植被減低交通噪聲的效果與軟土地基的降噪效果最為匹配，且隨著與公路距離的增加，軟土地基的衰減效果更明顯[7]。

植被降噪效應研究大多基于聲學和植物生理學等學科，實質就是公路交通噪音在傳播中遇到不同形式的介質而產生的反應機制，其原因大體上可歸納為三個，一是開放空間下，無指向性的點聲源在長距離傳播時發(fā)生球面擴散，與散布的空氣粒子產生摩擦引起衰減；二是植物枝葉等組織器官在聲波傳播中產生阻尼振動和屏障效應，發(fā)生吸收、反射、散射等作用，使聲能散失為其他形式的能量；三是松軟地面及草地等地基含有豐富腐殖質和大量孔狀結構，有效引起噪音消減。已有文獻資料報道，植物不同組織器官的結構特征存在較大差別，植被降噪受綠化帶群落結構特征等影響，目前綠化帶降噪機理尚有諸多爭論，缺乏完整性、系統(tǒng)性的理論成果。

2 植被降噪影響因素

國內外已經(jīng)眾多學者進行了植被降噪影響因素研究，且大多從不同樹種典型特征，諸如樹高、胸徑、冠幅、樹木枝下高、郁閉度，綠化帶長度、寬度[16]，不同植物群落結構等角度來實施，認為這些植被特征是影響植被降噪的重要因子。

2.1 不同結構特性樹種的降噪差異

不同群落結構特性的植被降噪效果差別很大，其中對降噪起關鍵影響的林木特征因子主要包括胸徑，枝下高、樹高，葉面積指數(shù)，冠幅，郁閉度等[17-18]。王瑋璐等認為構成綠化帶的各種植物的顯微結構和枝葉特征亦可大幅減小聲能散發(fā)，從而降低噪音[12]。劉瀟憶在比較了香樟、廣玉蘭、圓柏等不同綠化樹種在不同距離點上噪聲值后得出結論：分枝點低、枝葉茂盛繁密的植被對聲波的吸收和反射效果好，降噪作用也更好，而質地柔軟的葉片對提高植物總吸聲量有益[19]。樹木在不同生長時期，降噪效果也有差異，林木夏季枝葉繁茂，降噪效果最為明顯；萌蘗階段降噪效果次之，尚未發(fā)芽階段即枯葉期降噪效果顯著降低[20-21]。關于闊葉樹種和針葉樹種的降噪差異，目前還沒有普遍認可的結論。有學者認為植物的總吸聲量與個體吸聲量相關，單位林木的枝葉越茂密，吸聲效果越好，闊葉樹種吸聲效果優(yōu)于針葉樹種[22]。吳淑杰在對比了球形闊葉樹、一般闊葉樹和針葉樹的林冠結構特點與力學性質后提出，針葉樹冠葉片分布較密，空氣通透性好，孔隙率較大，孔徑較小，孔管長度較大[23]，對噪聲有較大的阻性吸附且針葉表面有漫反射結構，這些結構特點能大幅增多聲波的反射次數(shù)和聲程，阻隔噪聲效果較好[24]。

植物莖葉中多孔狀的顯微結構特征與噪聲消減關系密切。由于季節(jié)和植物物候期的更替，綠化帶植物綠量變化很大，高大落葉喬木樹種夏季生長迅速、枝葉繁茂，具有良好的減噪效果，冬季樹葉凋零、枝干稀疏，減噪效果明顯降低；常綠喬木樹種樹冠、葉面積因季節(jié)變化幅度不大，減噪效果也變化不明顯；相對低矮的灌木樹種分支點低、分支數(shù)量多、枝干形態(tài)變化隨季節(jié)變化較小，降噪效果變化也較小。根據(jù)不同樹種結構特征的季節(jié)變化，全面分析其降噪優(yōu)缺點，進行樹種間合理搭配，有利于實現(xiàn)多樹種協(xié)同降噪效應。

2.2 不同綠化模式對減噪效果的影響

不同營造模式的道路景觀林帶，對交通噪聲的降噪效果不同。綠化帶結構越復雜、層次越多樣化，綠化水平越高，各類植被不同配置組合對聲波的反射和吸收作用最大，降噪效果越明顯[25]。鄭思俊等通過比較不同植物群落的降噪效果發(fā)現(xiàn)，高低不同、錯落有致的喬灌結合復層群落結構降噪效果好于一般灌木叢，相比沒有下層木的喬木林降噪效果還更好[26]。在復層植物群落結構中，植物構成相同、結構相類似，如果喬木層高度越高，其降噪作用越明顯。耿博文等研究了北京市入境高速公路兩側綠化帶噪音強度變化，發(fā)現(xiàn)不同高度、不同層次的植物群落，包括在混交林中增加林下植物覆蓋度，在垂直方向形成由低到高冠層結構，以及在水平方向由近及遠的連續(xù)遮擋[27]，都可降低高速公路兩旁的噪音。我國研究者就綠化樹種組合及其配置模式對減噪效果的影響分歧較小，普遍認同喬、灌、草相結合的復合型造林模式降噪效果最為明顯[28-32]，單一結構的全喬木型和全灌木型植物群落降噪效果相近[17]，綠化樹種搭配時，應結合不同樹種的結構特征，充分考慮植物群落水平結構和垂直結構的復雜性，形成層次分明、減噪效果突出、兼顧美化效益的配置模式。

2.3 綠化帶結構特征對降噪效果的影響

噪聲在綠化帶中的衰減與綠化帶的結構特征有關[33]，這些特征主要包括林帶長度、寬度、水平能見度等[34-35]，其中綠化帶能見度和寬度是影響消減噪音效果的二個最關鍵因素。為了減少道路噪聲在林帶內端點繞射和林帶外行駛的汽車帶來的側向直達聲，林帶橫向延伸長度應為發(fā)聲點到林帶距離的三倍以上[36]。實際應用中，綠化帶在美觀的基礎上一般都呈現(xiàn)連續(xù)狀態(tài)，其長度極少被研究。能見度是一個物體在綠化帶內由清楚變得模糊的距離，文獻中密度、疏透度、遮蔽率概念等與其類似。Lai研究了不同種植強度下，道路兩側植物群落對降低道路交通噪音的影響，發(fā)現(xiàn)植物群落從最小種植強度增加到中等種植強度時，交通噪聲降低了50%，而當植物群落進一步增加種植強度時，降低交通噪聲的效果變化不顯著[7]。因此綠化帶降噪效果與林帶的水平能見度呈現(xiàn)負相關關系[37-39]，能見度越低，林帶密度越大，林內植株分支點低、枝繁葉茂，發(fā)生吸收和散射的效應就越大，降噪效果就越明顯。

在綠化帶種植密度相同的情況下，隨著聲源與測點距離的不斷增大，即綠化帶寬度越大，吸收和反射周圍聲波的作用越強，減噪效果也就越明顯[7,40-42]。彭海燕研究30 m以內的林帶與降噪效果之間的關系，發(fā)現(xiàn)降噪效果隨寬度的增加而增大，且呈極顯著線性關系[43]。還有研究人員發(fā)現(xiàn)城市綠化對交通噪音的降噪量與林帶寬度關系密切，如果林帶寬度較大，則靠近聲源一側的前部綠化帶降噪作用大，遠離聲源的后部減噪效果明顯變小[7,40,44]。綠化帶的降噪效果隨林帶寬度增加呈現(xiàn)遞減趨勢，綠化帶并不是越寬越好，以增加綠化帶寬度來增強降噪效果的盲目行為并不可取，在完成減噪要求的基礎上，綠化帶寬度以30～40 m最為有效。

2.4 噪聲的不同頻率對綠化林帶降噪效果的影響

Vikrant研究發(fā)現(xiàn)綠化帶的降噪量一般隨著噪音頻率的增加而逐漸增大[45]，雖然在整個頻譜中存在峰谷現(xiàn)象，但整體仍呈現(xiàn)上升趨勢。周敬宣等分析研究噪音頻譜發(fā)現(xiàn)，林帶對高頻噪音的降噪效果優(yōu)于低頻,有腐殖質的地面對中低頻噪音降噪較好,樹木枝葉對高頻聲波的散射和吸收效果較好[46-47]。袁玲等認為植物體的吸聲能力與植物內部結構有關[48]。不同的植物組織和器官對不同頻率的噪聲有不同的降噪效果，林木枝干的多孔結構對低頻聲音的吸聲效果高于中、高頻噪音，植物葉片的胞間間隙與氣孔對中高頻率噪音具有良好的吸聲性能。不同種類的森林降噪值具有不同的頻帶，其中噪聲插入損耗峰值也有所差別，針葉類植物對低頻噪聲有很好的降噪效果, 闊葉類植物對高頻噪聲有很好的降噪效果, 葉子中等大小的植物對中頻噪聲有很好的降噪效果[49-51]。

3 城市景觀林帶噪音消減效果研究存在問題及發(fā)展方向

城市綠化帶對道路交通噪音的降噪效果研究雖然已取得了許多重要成果，得到政府相關部門和人眾的普遍認可，但仍有空白或缺欠，需進一步試驗探究。

目前國內外城市道路綠化帶不同植物群落結構特征降噪機理還缺乏大量、系統(tǒng)性研究成果，今后研究中，應運用現(xiàn)代化的科技手段、多學科協(xié)作，不斷豐富和完善植物降噪機理。

綠化帶結構特征對降噪效果至關重要，而大多研究只關注綠化帶的長度、寬度和密度，很少顧及植物群落或綠化帶的高度。研究者們雖然都在提倡喬、灌、草(花)復合配置模式，但并未明確提出在這種配置模式下哪些樹種草種能夠實現(xiàn)景觀效果與降噪效果統(tǒng)一并最大化。

迄今試驗研究都在天氣晴朗、風速小于5 m·s-1的理想天氣狀況下進行，實際中，這種天氣出現(xiàn)的幾率很少，忽略溫度、濕度等氣象條件對植物群落降噪效果影響的研究缺乏普適性。區(qū)域性氣候特征對植物的降噪效果有一定影響，主要表現(xiàn)在改變植物群落結構和空氣濕度，影響植物枝葉生長狀況以及植物器官的開合，進而影響林帶降噪效果，雨季各林帶的降噪效應優(yōu)于旱季[16]，因而研究氣候特征間接影響植物降噪效果也非常必要。

建設道路兩側綠化帶、降低城市交通噪音是今后提高城市環(huán)境質量的重要環(huán)節(jié)，也是城市森林建設的主要內容之一，給綠化帶降噪研究提供了廣闊空間，今后應在土地資源日趨稀缺、城市噪音源噪音量都可能增大的情況下，為改善人居環(huán)境和交通狀況，更多關注和解決如上提出的問題，結合園林景觀設計原理，進一步研究適于不同氣候、土壤、立地環(huán)境的綠化帶結構、樹種組成及其配置方式，以期實現(xiàn)生態(tài)效益、景觀效果與經(jīng)濟效益的和諧統(tǒng)一、持續(xù)優(yōu)化。