王 茜，王月容*，古 琳，段敏杰

夏季北方常見(jiàn)3種植物群落環(huán)境內(nèi)的康養(yǎng)效果研究

王 茜1，王月容1*，古 琳2, 3，段敏杰1

(1. 北京市園林科學(xué)研究院，北京 100102；2. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，國(guó)家林業(yè)局森林培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091；3. 國(guó)家林業(yè)局城市森林研究中心，北京 100091)

通過(guò)對(duì)夏季奧森公園內(nèi)3種游憩林分環(huán)境的保健因子日變化、季節(jié)變化規(guī)律的研究，來(lái)分析不同林分環(huán)境對(duì)人體健康的影響。具體的研究方法為：采用溫濕度儀、粉塵監(jiān)測(cè)儀、空氣負(fù)離子測(cè)定器分別收集、分析夏季不同林分環(huán)境的空氣溫濕度、空氣顆粒物、空氣負(fù)離子等保健因子，采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法并結(jié)合動(dòng)物曠場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)M森林環(huán)境對(duì)人體的保健功能。結(jié)果表明，從人體舒適度指數(shù)日均值來(lái)看，對(duì)照組最高，其次為闊葉林，針闊混交林最低，對(duì)照組分別比其他3種林分日均值高11.14%、7.00%和13.15%。從PM2.5顆粒物濃度日均值分析來(lái)看，對(duì)照組最高，闊葉林次之、針葉林最低，對(duì)照組分別比其他3種林分日均值高22.46%、8.70%和6.16%。從各林分負(fù)離子日均值大小來(lái)看，針闊混交林最高，闊葉林次之，對(duì)照組最低，對(duì)照組分別比其他3種林分日均值低52.53%、43.03%和35.82%。從動(dòng)物曠場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)M分析結(jié)果來(lái)看，與對(duì)照組相比，經(jīng)過(guò)其他3種林分處理的小白鼠運(yùn)動(dòng)總路程、中央格運(yùn)動(dòng)路程、中央格停留時(shí)間和進(jìn)入次數(shù)均明顯提高。說(shuō)明夏季3種游憩林內(nèi)生態(tài)環(huán)境整體較好，尤其是針葉林或針闊混交林顆粒物日均濃度較低、負(fù)離子濃度日均值較高、溫濕度適宜。經(jīng)過(guò)闊葉林環(huán)境處理的小白鼠較其他3種林分相比，探索、認(rèn)知能力顯著提高，適合森林浴場(chǎng)的開(kāi)發(fā)和建設(shè)。

夏季；游憩林；保健因子；康養(yǎng)效果

隨著工業(yè)化城市的飛速發(fā)展，顆粒物污染、城市熱島效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)反應(yīng)等各種環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)重威脅到人類的健康。城市森林作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其內(nèi)的生態(tài)保健功能為維持居民健康提供各種生態(tài)服務(wù)[1-2]。西方等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)城市森林保健功能的研究起步較早，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家先后對(duì)森林康養(yǎng)、園藝療法等開(kāi)展了相關(guān)研究并取得了豐碩成果，研究重點(diǎn)側(cè)重于森林活動(dòng)對(duì)疾病預(yù)防和康復(fù)方面的積極作用[3-5]。我國(guó)對(duì)此研究起步較晚，目前主要集中于森林生態(tài)保健基地的規(guī)劃和建設(shè)[6-8]，而結(jié)合森林保健因子變化規(guī)律并對(duì)人體健康效應(yīng)的耦合研究還較欠缺。森林康養(yǎng)與公共健康的實(shí)證研究以往多直接以人為研究對(duì)象，此法不但樣本量大，且由于人自身復(fù)雜的社會(huì)屬性，受疾病狀態(tài)、文化背景、興趣高低程度等多重因素影響，很難做到被試樣本的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到絕對(duì)統(tǒng)一，不但試驗(yàn)成本高，且所得結(jié)論異質(zhì)性較大[9]。

動(dòng)物曠場(chǎng)試驗(yàn)作為經(jīng)典的行為學(xué)試驗(yàn)方法，該研究對(duì)象小白鼠易于觀察，且它與人類具有同源性較高的基因組，被醫(yī)學(xué)廣泛用作模式生物。同時(shí)，有部分學(xué)者的研究結(jié)果證明，該試驗(yàn)?zāi)芸茖W(xué)、有效地反映動(dòng)物對(duì)森林環(huán)境的探索習(xí)慣以及伴隨的情緒變化[10]。本研究以北京市奧林匹克森林公園為研究地，對(duì)其內(nèi)夏季3種典型游憩林分環(huán)境保健因子數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并分析，采用動(dòng)物曠場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)M人類進(jìn)入森林環(huán)境生活一段時(shí)間后，其情緒、心理生理指標(biāo)的變化，通過(guò)量化小鼠的心理、行為指標(biāo)，客觀地評(píng)價(jià)不同類型游憩林分環(huán)境對(duì)人體康養(yǎng)效果的影響，旨在為游憩林“森林浴場(chǎng)”的開(kāi)發(fā)建設(shè)提供理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究地點(diǎn)及樣地選擇

北京市奧林匹克森林公園（以下簡(jiǎn)稱奧森公園）位于朝陽(yáng)區(qū)北五環(huán)林萃路（40°03′35′N，116°40′06 E）。公園占地面積680 hm2，年平均氣溫10～12 ℃，年均日照時(shí)數(shù)2 000～2 800 h，年均降水量600～700 mm，年相對(duì)濕度50%～60%。夏季（6—8月）以高溫多雨天氣為主，日均氣溫26 ℃，日均相對(duì)濕度78%。公園分南北兩園，北園以自然林為主，園內(nèi)喬木以垂柳（）、國(guó)槐（）和毛白楊（）等鄉(xiāng)土植物為主，植被覆蓋率達(dá)96%。

試驗(yàn)地選在奧森公園北園內(nèi)相鄰的3種典型人工游憩林，分別為銀杏純林（）、側(cè)柏純林（）、國(guó)槐和側(cè)柏混交林（）。每種林分內(nèi)按東、南、西、北4個(gè)方向共設(shè)置6個(gè)重復(fù)，重復(fù)間距10 m以上，在距離樣地200 m左右的空曠草坪區(qū)域設(shè)置6個(gè)重復(fù)空白對(duì)照點(diǎn)，對(duì)照點(diǎn)間距10 m以上。

圖1 試驗(yàn)樣地和對(duì)照樣地示意圖

Figure 1 The schematic diagram of the tested sample plot and paired plot

1.2 康養(yǎng)因子指標(biāo)測(cè)定及綜合評(píng)價(jià)

2019年7月選擇晴朗無(wú)風(fēng)的天氣10 d（2—4號(hào)、10—13號(hào)、20—22號(hào)）作為觀測(cè)日。觀測(cè)時(shí)間為游客活動(dòng)較集中的時(shí)段（7:00—19:00），每隔2 h同步測(cè)定各觀測(cè)點(diǎn)的空氣溫濕度、平均風(fēng)速、光照、PM2.5顆粒物濃度、空氣負(fù)離子等康養(yǎng)指標(biāo)的數(shù)值。夏季各林分康養(yǎng)指標(biāo)的日變化時(shí)刻值取10 d觀測(cè)的平均值。各康養(yǎng)指標(biāo)的測(cè)定和計(jì)算方法如下。

1.2.1 人體舒適度 人體舒適度用陸鼎煌等[11]提出的舒適度指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算公式為：

= 0.6（|-24|）+0.07（|-70|）+ 0.5（|-2|） （1）

式中：為綜合舒適度指數(shù)；為氣溫，℃；為相對(duì)濕度，%；為風(fēng)速，m·s-1。將舒適度等級(jí)劃分為4個(gè)等級(jí)，舒適度指數(shù)越小，人體感覺(jué)舒適程度越高，反之越低[11]。

表1 樣地調(diào)查概況

表2 人體舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 PM2.5顆粒物濃度 用英國(guó)公司生產(chǎn)的Dustmate粉塵監(jiān)測(cè)儀測(cè)定人體平均呼吸高度1.2～1.5 m處可入肺顆粒物（PM2.5，直徑≤2.5 μm）。每次采樣時(shí)間為2 min，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)同步進(jìn)行，每個(gè)時(shí)間段連續(xù)讀取3組數(shù)值，取平均值[10]。

1.2.3 負(fù)離子濃度 采用日本生產(chǎn)的型號(hào)為KEC-990空氣離子測(cè)定器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，具體方法如下：分別取各試驗(yàn)樣點(diǎn)中心和樣點(diǎn)的東、南、西、北4個(gè)方向互相垂直的1.5 m高處測(cè)量點(diǎn)，待儀器數(shù)值穩(wěn)定后，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的測(cè)量值取5個(gè)點(diǎn)的平均值。

評(píng)價(jià)方法選用石強(qiáng)[12]、潘劍彬[13]、馮燕珠[14]等于2010年做出的局部修正森林環(huán)境空氣負(fù)離子評(píng)價(jià)指數(shù)。設(shè)定4個(gè)空氣質(zhì)量等級(jí)，以1 000個(gè)·cm-3作為負(fù)離子等級(jí)梯度值來(lái)劃分[14]。

=（-/1 000 ）×（2）

式中：為空氣負(fù)離子評(píng)價(jià)指數(shù)；為空氣負(fù)離子系數(shù)；-為負(fù)離子濃度；1 000為人體生物學(xué)效應(yīng)最低負(fù)離子濃度。

表3 城市森林環(huán)境空氣負(fù)離子等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.4 動(dòng)物曠場(chǎng)試驗(yàn)（OFT） 在監(jiān)測(cè)森林環(huán)境康養(yǎng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過(guò)曠場(chǎng)試驗(yàn)分析、測(cè)定小白鼠經(jīng)游憩林“處理”一段時(shí)間后，其自發(fā)行為、探索行為和焦慮狀態(tài)等生理指標(biāo)的變化規(guī)律。動(dòng)物曠場(chǎng)試驗(yàn)選在晴朗微風(fēng)的條件下進(jìn)行，試驗(yàn)周期為6 d（7月10—15日），所需材料和方法如下。

試驗(yàn)用昆明種小白鼠由北京市301醫(yī)院動(dòng)物醫(yī)學(xué)中心提供，6周齡，體重在18～22 g之間，每個(gè)林分10只且雌雄各半，購(gòu)買(mǎi)后先在實(shí)驗(yàn)室自然飼養(yǎng)1周以適應(yīng)周圍環(huán)境。將規(guī)格為35 cm×18 cm×15 cm的鼠籠底部加木板固定，方便收集動(dòng)物糞便，頂部四角分別用細(xì)鐵絲連接，以便鼠籠在戶外懸掛[15]。

Super-Maze動(dòng)物行為視頻分析系統(tǒng)由3個(gè)部分組成，分別為：攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)和圖像采集系統(tǒng)?？赏瑫r(shí)追蹤4只小白鼠的運(yùn)動(dòng)軌跡以及自發(fā)活動(dòng)情況。試驗(yàn)過(guò)程中，將礦場(chǎng)箱底部分割為16個(gè)方格，紅色區(qū)域?yàn)橹醒牖顒?dòng)區(qū)域，其他為周邊區(qū)域格，具體見(jiàn)圖2。

每天開(kāi)始試驗(yàn)前稱取小白鼠的體重，用記號(hào)筆在其尾部標(biāo)號(hào)，雌雄各半分裝在游憩林和對(duì)照組試驗(yàn)籠中。9:00—15:00懸掛期間，不飲水不進(jìn)食，空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)同步進(jìn)行；15:00之后將3組游憩林分的小白鼠送回曠場(chǎng)箱中進(jìn)行分析，每批動(dòng)物觀察5 min，此外每天記錄每只鼠籠內(nèi)的糞便粒數(shù)[10]。

圖2 16宮格和室外模擬試驗(yàn)箱示意圖

Figure 2 Schematic diagram of sixteen grid and outdoor simulation test box

1.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 采用Excel2010軟件進(jìn)行人體氣候舒適度、PM2.5顆粒物濃度、負(fù)離子濃度日變化的圖表制作和數(shù)據(jù)分析；分別采用SPSS21.0、Origin9.0和Excel2010軟件對(duì)小白鼠自發(fā)行為分析試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、有效性檢查和圖表制作等，應(yīng)用ANOVA單因素方差分析進(jìn)行組間差異比較[10, 15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候因子及人體舒適度指數(shù)日變化

如圖3所示：3種林分風(fēng)速日變化曲線沒(méi)有明顯的變化規(guī)律，但均是在13:00—15:00時(shí)間段達(dá)到峰值；從各試驗(yàn)樣地風(fēng)速日均值大小比較來(lái)看，對(duì)照組的值最大，為0.35 m·s-1，針闊混交林次之，為0.24 m·s-1，闊葉林風(fēng)速值最小，為0.09 m·s-1。風(fēng)速日均值對(duì)照組分別比闊葉林、針葉林、針闊混交林高72.60%、63.42%和32.66%。從日變化差異分析來(lái)看（ANOVA單因素方差分析）7:00、11:00和19:00 3個(gè)時(shí)刻對(duì)照組與其他3種林分差異極顯著（＜0.01）；13:00針闊混交林與其他兩種林分差異極顯著（＜0.01）；11:00和13:00闊葉林與針葉林差異顯著（＜0.05）。

對(duì)照組與其他3種林分的溫度日變化規(guī)律一致，均是先升高后緩慢降低，在11:00—13:00時(shí)間段達(dá)到峰值。對(duì)照組溫度日均值最高，為29.94 ℃；針葉林次之，為29.17 ℃；闊葉林值最小，為28.72 ℃。對(duì)照組氣溫日均值分別比闊葉林、針闊混交林和針葉林高4.08%、3.71%和2.60%。從日變化差異來(lái)看，對(duì)照組與其他3種林分在11:00差異極顯著（＜0.01）；7:00—9:00差異顯著（＜0.05）。

圖3 夏季3種游憩林分環(huán)境小氣候因子日變化

Figure 3 The diurnal changes of environmental microclimate factors of three recreational forests

表4 夏季3種游憩林人體舒適度指數(shù)日變化值

圖4 夏季3種游憩林分環(huán)境PM2.5顆粒物濃度和負(fù)離子濃度日變化

Figure 4 Diurnal changes of PM2.5particulate matter concentration and negative ion concentration in three recreation forest stands in summer

各試驗(yàn)樣地濕度日變化曲線呈“長(zhǎng)柄勺”狀，先迅速降低后平穩(wěn)回升。闊葉林濕度日均值最大，為75.70%；針葉林次之，為74.88%；對(duì)照組值最低，為72.42%。對(duì)照組分別比闊葉林、針葉林、針闊混交林日均值高4.33%、3.28%和2.81%。從日變化差異來(lái)看，對(duì)照組與其他3種林分在7:00和11:00時(shí)刻差異顯著（＜0.05）。

從夏季3種游憩林人體舒適度指數(shù)日變化來(lái)看（表4），對(duì)照組除了17:00時(shí)刻低于針葉林外，其余時(shí)刻均是對(duì)照組高于樣地組，尤其在7:00和11:00時(shí)刻差異較大。從人體舒適度指數(shù)日均值來(lái)看，對(duì)照組值最高，為4.71；其次為闊葉林值，為4.38，針闊混交林值最低，為4.09，對(duì)照組分別比闊葉林、針葉林、針闊混交林日均值高11.14%、7.00%和13.15%。3種樣地均在13:00時(shí)刻值最高，7:00時(shí)刻值最低。說(shuō)明夏季11:00—13:00時(shí)間段，由于溫度較高、濕度較大，人體有悶熱等不舒適感，尤其是針葉林內(nèi)人體體感舒適程度較低，不適合在此休息、游憩。

2.2 PM2.5顆粒物濃度的日變化

從圖4中可以看出，PM2.5顆粒物濃度日變化曲線呈“階梯”狀遞減變化，全天各林分的峰值均出現(xiàn)在7:00時(shí)刻，而谷值出現(xiàn)在19:00時(shí)刻。對(duì)照組除了在7:00時(shí)刻低于闊葉林和真闊混交林、9:00時(shí)刻低于闊葉林和針葉林之外，全天其余時(shí)刻均高于其他3種游憩林。對(duì)各樣地各時(shí)刻值進(jìn)行方差分析比較得出：針葉林的PM2.5值在7:00和13:00—15:00時(shí)間段顯著低于闊葉林和針闊混交林（＜0.05），且13:00—15:00時(shí)間段極顯著低于對(duì)照組（＜0.01）；針葉林和針闊混交林在19:00時(shí)刻值顯著低于闊葉林和對(duì)照組；其他時(shí)刻各林分差異不顯著。從各試驗(yàn)樣地日均值大小來(lái)看，對(duì)照組值最高，為39.43 μg·m-3；闊葉林值次之，為37 μg·m-3；針葉林值最低，為30.57 μg·m-3。對(duì)照組分別比針葉林、針闊混交林和闊葉林日均值高22.46%、8.70%和6.16%。夏季針葉林PM2.5顆粒物濃度日均值屬于清潔級(jí)別，而全天13:00—19:00時(shí)間段各林分顆粒物濃度均屬于清潔級(jí)別。

圖5 3種游憩林分環(huán)境小白鼠運(yùn)動(dòng)總路程和中央格運(yùn)動(dòng)路程

Figure 5 The total distance and central grid movement distance of mice in three recreation forest stands

圖6 3種游憩林分環(huán)境小白鼠中央格停留時(shí)間和中央格的進(jìn)入次數(shù)

Figure 6 The central grid movement time and crossing number of mice in three recreation forest stands

2.3 負(fù)離子濃度日變化

從3種游憩林和對(duì)照組負(fù)離子濃度日變化曲線看出，各樣地均呈“V”字型變化。針葉林、闊葉林和對(duì)照組的低谷期出現(xiàn)在11:00時(shí)刻，而針闊混交林滯后2 h出現(xiàn)在13:00時(shí)刻；3種游憩林的峰值均出現(xiàn)在7:00時(shí)刻，但對(duì)照組的峰值出現(xiàn)在傍晚19:00時(shí)刻。全天各時(shí)刻負(fù)離子濃度均是對(duì)照組低于其他林分組。對(duì)各樣地各時(shí)刻值進(jìn)行方差分析比較得出：全天各時(shí)刻對(duì)照組值極顯著低于其他3種游憩林分組（＜0.01）；針闊混交林全天各時(shí)刻值極顯著高于闊葉林（＜0.01）；真闊混交林在7:00—11:00時(shí)間段極顯著高于針葉林（＜0.01）。從各林分日均值大小分析結(jié)果看出，針闊混交林值最高為698.69個(gè)·m-3，闊葉林值最低為516.75個(gè)·m-3，對(duì)照組分別比針闊混交林、針葉林和闊葉林高52.53%、43.03%和35.82%。除了15:00時(shí)刻外，全天各時(shí)刻針闊混交林均極顯著高于闊葉林和針葉林（＜0.01）。

圖7 3種游憩林分環(huán)境小白鼠體重和糞便粒數(shù)

Figure 7 The body weight and fecal particle number of mice in three recreation forest stands

2.4 經(jīng)森林環(huán)境處理的小鼠自發(fā)行為的變化

2.4.1 運(yùn)動(dòng)總路程和中央格運(yùn)動(dòng)路程 依據(jù)小鼠自身的生活習(xí)性，將前3天視為探索階段，后3天視為適應(yīng)階段[16]。由圖5可知，探索階段3種森林環(huán)境處理的小鼠運(yùn)動(dòng)總路程變化一致呈直線遞增，而對(duì)照組小鼠運(yùn)動(dòng)總路程反其道而行，先降后升。小鼠的運(yùn)動(dòng)總路程在探索階段較適應(yīng)階段變化劇烈，說(shuō)明隨著試驗(yàn)的反復(fù)進(jìn)行，逐漸適應(yīng)了環(huán)境，運(yùn)動(dòng)量也隨之減少[11]。試驗(yàn)期間，總體來(lái)說(shuō)3種森林環(huán)境小鼠的運(yùn)動(dòng)總路程變化幅度較大，而對(duì)照組波動(dòng)較小，其中在第3天對(duì)照組與處理組分別差異極顯著（＜0.01）。6 d試驗(yàn)期間，各游憩林分環(huán)境與對(duì)照組相比，闊葉林小鼠運(yùn)動(dòng)總路程和中央格運(yùn)動(dòng)路程值均最高（156.04 m和28.73 m），對(duì)照組值最低（132.71 m和23.30 m）；處理組與對(duì)照組的運(yùn)動(dòng)總路程和中央格運(yùn)動(dòng)路程相比較，針葉林、闊葉林、針闊混交林分別高于對(duì)照組6.18%和17.57%、13.25%和23.31%、4.19%、14.52%。

2.4.2 中央格停留時(shí)間和進(jìn)入次數(shù) 由圖6可知，前5天3種森林環(huán)境小鼠中央格停留時(shí)間基本呈先升高后降低的趨勢(shì)變化，處理組小鼠則逐漸降低。整個(gè)試驗(yàn)期間除第1天外，3組處理組停留時(shí)間均高于對(duì)照組，尤其在第3天差異顯著（＜0.05）。闊葉林小鼠中央格停留時(shí)間最長(zhǎng)（19.52 s），對(duì)照組最短（28.77 s）；從中央格停留時(shí)間的日均值比較來(lái)看，針葉林、闊葉林、針闊混交林分別高于對(duì)照組18.46%、19.53%和12.01%。6 d試驗(yàn)期間3組處理組小鼠中央格進(jìn)入次數(shù)（即穿越次數(shù)）均呈“W”型變化，而對(duì)照組小鼠變化趨勢(shì)相對(duì)平緩，在第3天3組處理組與對(duì)照組差異均極顯著（＜0.01）。將不同森林環(huán)境與對(duì)照組小鼠的中央格進(jìn)入次數(shù)日均值進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，仍是闊葉林值最高（25.45次），對(duì)照組值最低（20.70次）；針葉林、闊葉林和針闊混交林分別高于對(duì)照組5.46%、8.96%和6.36%。

2.4.3 體重和糞便粒數(shù) 如圖7所示，整個(gè)試驗(yàn)期間3種森林環(huán)境的小鼠體重變化相似，均呈直線上升趨勢(shì)，而對(duì)照組波動(dòng)較大，除了第1天對(duì)照組體重高于處理組外，其余時(shí)間均是處理組高于對(duì)照組，且在第3天差異極顯著（＜0.01），第4、第5和第6天差異顯著（＜0.05）。6 d均值中闊葉林小鼠體重最大（26.13 g），對(duì)照組最小（23.49 g）；從日均值比較來(lái)看，針葉林、闊葉林、針闊混交林分別高于對(duì)照組11.16%、11.19%和7.53%。從小鼠的糞便粒數(shù)變化規(guī)律來(lái)看，6 d試驗(yàn)期間，對(duì)照組均高于處理組，且在第4、5天差異顯著（＜0.05），闊葉林小鼠糞便粒數(shù)日均值最低（60.67個(gè)），反之，對(duì)照組值最大（67.83個(gè)）。對(duì)各林分小鼠的糞便粒數(shù)日均值進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果得出：針葉林、闊葉林、針闊混交林分別高于對(duì)照組7.95%、11.81%和5.17%。

3 討論與結(jié)論

人受環(huán)境因素影響體感舒適的重要三因子分別是風(fēng)速、溫度和濕度[17]。夏季是森林植被發(fā)揮其多種功能生態(tài)效益的最優(yōu)季節(jié)，森林通過(guò)植被的茂密林冠層可以有效降低林內(nèi)風(fēng)速；植被通過(guò)遮擋和吸收太陽(yáng)輻射以及光合蒸騰達(dá)到降溫增濕效應(yīng)[18]。從研究結(jié)果分析可以看出，3種林分風(fēng)速日均值均顯著低于空白對(duì)照組，3種林分較對(duì)照組相比尤其在11:00—13:00有顯著的降溫增濕效應(yīng)。說(shuō)明與裸地或廣場(chǎng)對(duì)照點(diǎn)相比，城市森林在緩解熱島方面效應(yīng)效果顯著。這與趙文瑞[19]、薛雪[20]、古琳[21]等研究結(jié)果一致。

有研究表明，影響空氣環(huán)境中PM2.5濃度的因素復(fù)雜多樣，但氣象條件以及人為活動(dòng)是決定城市環(huán)境中顆粒物濃度時(shí)空變化的主要因素[22]。城市森林受城市環(huán)境大背景影響下，PM2.5的來(lái)源除了受森林環(huán)境中花粉、孢子以及植物釋放有機(jī)揮發(fā)物形成的二次粒子等影響外，還與五環(huán)路邊汽車尾氣排放的輸送和游客人為活動(dòng)產(chǎn)生的揚(yáng)塵等因素影響[23]。從本研究結(jié)果分析來(lái)看，夏季PM2.5顆粒物濃度日均值3種游憩林均顯著低于對(duì)照組，尤其是針葉林效果更顯著。說(shuō)明在公園大環(huán)境背景影響下，游憩林有顯著降低顆粒物濃度的能力，主要原因是：一方面，夏季植物枝葉面積較大，生理活性強(qiáng)，其表面的絨毛和微結(jié)構(gòu)為其吸附和滯納提供了巨大空間[24]；另一方面，植物滯塵的主要部位是葉片，針葉樹(shù)種能分泌油脂等物質(zhì)，從而更有效地黏貼小粒徑顆粒物[25]。綜上所述，夏季3種游憩林分環(huán)境PM2.5顆粒物濃度日均值相比，針葉林的滯塵效果（吸附PM2.5能力）最優(yōu)。

鄒信春等[26]對(duì)森林環(huán)境空氣負(fù)離子的研究發(fā)現(xiàn)，森林環(huán)境中通過(guò)枝葉的拍打和修剪均能使地面上的負(fù)電進(jìn)行傳導(dǎo)，進(jìn)而產(chǎn)生空氣負(fù)離子。森林中的負(fù)離子不但可提高人體免疫力，消除疲勞，提高工作效率，還可殺滅細(xì)菌，抑制有害病菌的繁殖，因此，森林環(huán)境中的空氣負(fù)離子是評(píng)價(jià)其康養(yǎng)功能的重要參考指標(biāo)之一，也被稱為“森林維生素”[27-28]。在夏季，高溫影響人們的正常生活和工作，而城市綠地除具遮陰、降溫、増濕等功能外，還能通過(guò)葉尖端放電以及植物光合作用、短波紫外線作用下形成的光電效應(yīng)，使空氣電離產(chǎn)生負(fù)離子，從而提高人的舒適度[29-31]。本研究結(jié)果也證明，較針葉林和闊葉林相比，真闊混交林內(nèi)負(fù)離子濃度日均值最高。但是本研究只針對(duì)夏季植物釋放負(fù)離子濃度進(jìn)行了分析，今后還要加強(qiáng)不同群落配置形式，不同季節(jié)的多尺度、多季節(jié)的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化研究。

本研究采用動(dòng)物曠場(chǎng)試驗(yàn)，通過(guò)分析其一系列自發(fā)行為指標(biāo)變化，從動(dòng)物的心理生理以及行為學(xué)角度，來(lái)驗(yàn)證夏季3種游憩林分環(huán)境對(duì)人體所具有的康養(yǎng)保健功能[32]。結(jié)果表明，經(jīng)3種游憩林分環(huán)境處理的小白鼠，尤其是闊葉林，其運(yùn)動(dòng)量明顯增強(qiáng)，探索和認(rèn)知能力顯著提高，食欲大增，緊張情緒得到有效緩解[33]。主要原因包括：夏季植物枝葉茂盛（尤其是闊葉林），森林環(huán)境有明顯的降溫增濕效應(yīng)，可緩解小白鼠的緊張情緒，使其食欲大增[32]；3種游憩林分環(huán)境均有不同程度的吸附、滯留PM2.5顆粒物進(jìn)而起到凈化空氣的能力（針葉林最強(qiáng)），有利于提高動(dòng)物的心理活動(dòng)的穩(wěn)定性以及敏捷度[33]，對(duì)提高其大腦思維活動(dòng)、增強(qiáng)其探索能力有很大幫助[34]；夏季植物生理活性較強(qiáng)，可釋放出大量的負(fù)離子，消除疲勞、提高動(dòng)物的免疫力[35]，試驗(yàn)結(jié)果也證明處理組相比對(duì)照組，可顯著提高小白鼠的探索、認(rèn)識(shí)能力。但是，本研究只針對(duì)夏季進(jìn)行了動(dòng)物曠場(chǎng)指標(biāo)的變化分析，今后應(yīng)增加動(dòng)物自發(fā)行為指標(biāo)與保健因子的相關(guān)性分析以及對(duì)不同季節(jié)、不同植物群落配置影響的深入對(duì)比研究，以期真正實(shí)現(xiàn)其模擬森林康養(yǎng)對(duì)人體所具有的治療、康復(fù)、保健和療養(yǎng)等作用的功能。

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Study on recuperation effects of three common plant communities in northern China in summer

WANG Qian1, WANG Yuerong1, GU Lin2, 3, DUAN Minjie1

(1. Beijing Institute of Landscape Architecture, Beijing 100102; 2. Research Institute of Forestry, Chinese Academy of Forestry, Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation, State Forestry Administration, Beijing 100091; 3. Urban Forest Research Center, State Forestry Administration, Beijing 100091)

In this study, the daily and seasonal changes of health care factors of three kinds of recreational forest environment in Olympic Forest Park in summer were studied to analyze the impact of different forest environments on human health. The specific test methods were as follows: Health care factors such as air temperature and humidity, air particulate matter and air anion in different stand environments in summer were collected and analyzed by using temperature and humidity meter, dust monitor and air anion detector. Data statistical analysis method was adopted in combination with animal open field test to simulate the health function of forest environment on human body. The results showed that: as for the daily average of human comfort index, the control group was the highest, followed by broad-leaved forest, and the coniferous and broad-leaved mixed forest was the lowest. The control group was 11.14%, 7.00% and 13.15% higher than the other three stands, respectively. According to the analysis of daily average of PM2.5 particulate concentration, the control group was the highest, followed by broad-leaved forest, and the coniferous forest was the lowest. Compared with the other three stands, the daily average of the control group was higher by 22.46%, 8.70% and 6.16%, respectively. According to the daily average value of negative ions in each forest stand, the coniferous and broad-leaved mixed forest was the highest, followed by broad-leaved forest, and the control group was the lowest. Compared with the other three stands, the daily average of the control group was lower by 52.53%,43.03% and 35.82%, respectively. As for the results of animal open field experiment, compared with the control group, the total movement distance, movement distance in center, time of staying in center and entry times of mice treated by the other three stands significantly increased. The results indicated that the ecological environment in the three kinds of recreation forests in summer was better as a whole, especially the coniferous forest or mixed forest with lower average daily concentration of particulate matter, higher daily average concentration of anion, and appropriate temperature and humidity. Moreover, compared with the other three kinds of forest stands, the mice treated by broad-leaved forest environment had significantly improved their exploration and cognitive ability, which is suitable for the development and construction of forest bath.

summer; recreational forests; health care factor; health effect

S727.5

A

1672-352X (2021)03-0352-08

10.13610/j.cnki.1672-352x.20210706.014

2021-7-7 10:37:04

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1162.S.20210706.1647.028.html

2020-09-15

北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目（8192018）和北京市公園管理中心科技項(xiàng)目（ZX2019021）共同資助。

王 茜，博士，高級(jí)工程師。E-mail：wangqian-200@163.com

王月容，博士，高級(jí)工程師。E-mail：467309192@qq.com