洪志猛 蘭思仁 戰(zhàn)韻竹

1 福建省林業(yè)科學(xué)研究院 福州 350012

2 福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院 福州 350002

隨著城市化進(jìn)程的加快, 環(huán)境污染和各種傳染疾病的蔓延影響了人們的生活品質(zhì), 城市居民的身心健康受到了廣泛關(guān)注。 森林具有促進(jìn)人類健康和福祉的作用[1], 森林環(huán)境能給人帶來舒適、平靜、 放松等積極情緒[2]。 城市生態(tài)風(fēng)景林作為城市居民親近森林的主體, 具有提升景觀、 減少噪音、 改善空氣質(zhì)量、 促進(jìn)身心健康等效益[3－9]。目前, 森林康養(yǎng)相關(guān)研究主要集中在情緒健康、聲景感知、 負(fù)氧離子等方面[10－12], 而針對于不同林分類型對公眾生理健康效益影響及差異研究較少。

為了探討城市生態(tài)風(fēng)景林不同林分類型對人體生理健康的影響, 本研究利用Ergo LAB 數(shù)據(jù)平臺, 評估受試者在不同林分環(huán)境下的生理指標(biāo),擬探究以下問題: 1) 不同的城市生態(tài)風(fēng)景林林分類型是否具有緩解壓力作用。 2) 不同的林分類型對緩解壓力是否存在差異。 3) 同一林分類型對不同人群結(jié)構(gòu)康養(yǎng)效益影響是否存在差異。

1 研究區(qū)概況

福州國家森林公園屬亞熱帶海洋性氣候, 氣候溫和, 雨量充沛, 年平均相對濕度79%, 年平均氣溫20 ℃。 土壤以紅壤為主, 顯酸性, 公園內(nèi)植被類型復(fù)雜, 共有蕨類植物39 科147 種, 裸子植物11 科114 種, 被子植物200 科4 864 種[13]。為了探討城市生態(tài)風(fēng)景林對人體生理健康的影響,選擇福州國家森林公園竹林、 木荷林、 針闊混交林及水杉林4 種林分類型作為試驗(yàn)林進(jìn)行研究。 4種林分類型試驗(yàn)樣地以觀測點(diǎn)為中心設(shè)置3 個100 m×100 m 標(biāo)準(zhǔn)樣地進(jìn)行每木檢測, 郁閉度測定采用樹冠投影法[14](表1)。

2 研究方法

2.1 受試者簡介

學(xué)生的評判能充分代表公眾的審美態(tài)度, 與公眾景觀評價(jià)之間不存在明顯差異[15－16]。 因此,不同林分類型試驗(yàn)林測定邀請54 名在校大學(xué)生作為受試者, 最終有效樣本為48 份, 男女人數(shù)各占一半, 4 個林分類型共有樣本總量192 份。 竹林環(huán)境中不同年齡結(jié)構(gòu)受試者中老年人主要來自公園游客, 青年人以在校大學(xué)生為主, 不同年齡人群各有效樣本為48 份。

2.2 生理指標(biāo)測定

北京津發(fā)科技研制的Ergo LAB 穿戴式生理多導(dǎo)儀及數(shù)據(jù)記錄分析系統(tǒng)適宜野外自然環(huán)境數(shù)據(jù)采集, 能夠?qū)崟r監(jiān)測受試者生理反應(yīng)各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)變化并進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確分析。 本研究測定的生理指標(biāo)包括受試者肌電(electromyography, EMG)、皮膚電(electrodermal activity, EDA)、 呼吸頻率( respiratory rate, RESP ) 和血容量脈搏(photoplethysmography, PPG) 4 項(xiàng)。 EMG 反應(yīng)的是肌肉緊張的生理變化指標(biāo), EMG 數(shù)值隨著壓力期的增加而增加, 而恢復(fù)期則減少[17]。 EDA 是反映交感神經(jīng)最有效、 最敏感的生理指標(biāo)[18]。RESP 反映人體受到外界刺激時引起的呼吸頻率變化。 PPG 體現(xiàn)手指末端血管內(nèi)血液容量變化,血液容量可以反映人體的生理狀況。

2.3 試驗(yàn)流程

為保持受試一致性, 受試人員經(jīng)過試驗(yàn)準(zhǔn)備期、 生理初試期、 生理施壓期、 放松期、 林分環(huán)境康復(fù)期等階段(圖1)。 經(jīng)研究表明: 第2~12 min 副交感神經(jīng)及交感神經(jīng)活動的指標(biāo)變化明顯[19], 自然環(huán)境的恢復(fù)效益可以在生理上迅速體現(xiàn)[17], 因此, 林分環(huán)境生理恢復(fù)選擇10 min, 包括放松期和環(huán)境康復(fù)測定。 生理初試期利用受試者觀看白色圖片測得基礎(chǔ)生理數(shù)據(jù), 生理施壓期受試者利用做題施壓過程測得的生理數(shù)據(jù)為“前測值”, 林分環(huán)境康復(fù)期受試者在林分環(huán)境中康養(yǎng)測得的生理數(shù)據(jù)為“后測值”。 “后測值－前測值” 為康復(fù)值, 當(dāng)康復(fù)值為負(fù)值, 絕對值越大,生理康養(yǎng)恢復(fù)效果越好。

圖1 城市生態(tài)風(fēng)景林林分環(huán)境生理指標(biāo)測定流程

2.4 標(biāo)準(zhǔn)劃分

根據(jù)聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織提出的新的年齡分段標(biāo)準(zhǔn): 18~44 周歲為青年人； 45~59 周歲為中年人； 60 周歲以上為老年人。 根據(jù)測定將EMG、EDA、 RESP 康復(fù)值劃分4 個區(qū)間: ≤－2、 －2~－1、 －1~0 和>0, 對應(yīng)等級依次為極好、 較好、一般和較差。 而測定的PPG 指標(biāo)康復(fù)值波動較大, 將其劃分4 個區(qū)間: ≤－5、 －5~0、 0~5, >5, 對應(yīng)等級依次為極好、 較好、 一般和較差。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分類型公眾生理指標(biāo)響應(yīng)特征

4 種林分類型對公眾4 項(xiàng)生理指標(biāo)響應(yīng)特征如圖2 所示。 EMG 生理指標(biāo)在竹林和水杉林影響效果好, 康復(fù)值達(dá)到較好以上等級的人群占比分別為33.33%和29.17%, 竹林、 木荷林、 針闊混交林及水杉林4 種林分一般等級占比分別為50%、70.83%、 45.83%及43.75%。 從EDA 指標(biāo)來看,針闊混交林和竹林康復(fù)效果好, 但達(dá)到較好以上等級僅占22.92%和20.83%, 一般等級比重大,竹林、 水杉林一般等級分別占58.33%和56.25%。從PPG 指標(biāo)影響來看, 竹林和水杉林達(dá)到較好以上等級的人群均為58.33%, 其次為木荷林占47.92%, 較差為針闊混交林僅占35.42%。 對于RESP 指標(biāo)的生理響應(yīng), 竹林和水杉林達(dá)到較好以上等級的人群占比為37.5%和29.17%； 竹林、木荷林、 針闊混交林及水杉林等達(dá)到一般等級以上的分別占70.83%、 50%、 58.33%、 64.58%。整體來看, 4 種林分類型對公眾生理指標(biāo)的響應(yīng)效果, 以竹林最好, 其次為水杉林, 針闊混交林和木荷林較差。

圖2 不同林分公眾生理指標(biāo)響應(yīng)特征

3.2 不同林分類型對公眾康養(yǎng)恢復(fù)效果

不同林分類型對4 項(xiàng)生理指標(biāo)康養(yǎng)效果如圖3 所示, 不同林分類型公眾生理康養(yǎng)等級基本呈正態(tài)分布, 一般等級占比較高, 其次為較差和較好等級, 極好等級占比較低。 竹林、 木荷林、 針闊混交林及水杉林對生理康養(yǎng)達(dá)到極好等級分別為11.46%、 5.21%、 8.33%、 11.98%, 而較好等級人群占比分別為26.05%、 18.23%、 17.71%、21.35%。 從較好以上等級來看, 竹林、 水杉林生理康養(yǎng)效果好, 分別達(dá)到37.51%、 33.33%, 其次為針闊混交林26.04%, 木荷林較差為23.44%。生理康養(yǎng)一般等級占比較高, 竹林、 木荷林、 針闊混交林及水杉林分別為45.31%、 47.92%、40.63%、 40.10%, 可見, 不同林分類型起到一定的生理康養(yǎng)效果人群均占有較大的比例。 竹林、木荷林、 針闊混交林及水杉林生理康養(yǎng)效果差的人群占比分別為17.19%、 28.65%、 33.33%、26.56%, 體現(xiàn)了這一部分人群在森林環(huán)境中康養(yǎng)效果差, 達(dá)不到生理康養(yǎng)的目的。 從總體上來看,不同林分類型生理康養(yǎng)效果存在差異, 根據(jù)康復(fù)值指標(biāo), 竹林、 木荷林、 針闊混交林及水杉林達(dá)到生理康養(yǎng)效果的人群占比分別為72.92%、60.94%、 57.29%、 67.19%, 影響效果明顯。

圖3 不同林分類型對人體生理指標(biāo)響應(yīng)效果

3.3 不同林分類型對人體生理康養(yǎng)顯著性差異

從表2 可以看出: 對于EMG 生理指標(biāo), 竹林達(dá)到極顯著差異(P<0.01), 康復(fù)值為－0.676,效果最好； 其次為水杉林, 康復(fù)值為－0.566。 針闊混交林、 水杉林達(dá)到顯著差異(P<0.05)。 從EDA、 RESP 生理指標(biāo)看, 竹林、 水杉林達(dá)到極顯著差異(P<0.01), 木荷林、 針闊混交林無差異(P>0.05)。 從PPG 指標(biāo)看, 竹林達(dá)到極顯著差異(P<0.01), 竹林康復(fù)值為－1.770, 效果最好,是木荷林康復(fù)值－0.724 的2.44 倍。 木荷林、 水杉林、 針闊混交林無顯著差異(P>0.05), 水杉林康復(fù)值為－0.020, 生理康養(yǎng)效果差, 而針闊混交林康復(fù)值為1.219, 說明針闊混交林PPG 指標(biāo)對人體生理康養(yǎng)效果影響小。 整體來看, 竹林對人體生理指標(biāo)影響最為突出, EMG、 EDA、 PPG和RESP 4 項(xiàng)指標(biāo)值均達(dá)到極顯著差異 (P<0.01)； 其次為水杉林, EDA、 RESP 指標(biāo)值達(dá)到極顯著差異(P<0.01), EMG 達(dá)到顯著差異(P<0.05)； 針闊混交林的EMG 達(dá)到顯著差異(P<0.05)； 木荷林對EMG、 EDA、 PPG 和RESP 4 項(xiàng)生理指標(biāo)響應(yīng)均無顯著差異(P>0.05), 說明其對人體生理康養(yǎng)恢復(fù)效果不高。

表2 不同林分類型對人體生理康養(yǎng)的影響

3.4 同一林分類型對不同年齡群體康養(yǎng)效益影響

以竹林為例, 從表3 可以看出: EMG 在老年人中的康復(fù)值－1.701 4 是中年人康復(fù)值－0.310 0的5.49 倍, 青年人康復(fù)值為0.004 4 無恢復(fù)效果。PPG 在老年人中的康復(fù)值－6.000 0 是中年人康復(fù)值－0.692 3 的8.67 倍, 是青年人康復(fù)值－3.687 5的1.63 倍。 EDA 和RESP 康復(fù)值在中年人中較好, EDA 在老年人中的恢復(fù)效果次之, 而RESP在青年人中的恢復(fù)效果次之。 從差異顯著性來看,EMG 在不同年齡人群中存在極顯著差異(P<0.01)。 PPG 存在顯著差異(P<0.05)。 EDA 和RESP 不存在顯著差異(P>0.05)。 綜上所述, 相較于中年人、 青年人, 老年人在EMG、 PPG 指標(biāo)生理康養(yǎng)效果極顯著(P<0.01)。

表3 竹林對不同年齡結(jié)構(gòu)人群康養(yǎng)效益影響

4 討論

4.1 城市生態(tài)風(fēng)景林在一定程度上具有緩解壓力的作用

竹林、 木荷林、 針闊混交林及水杉林4 種林分類型對EMG、 EDA、 PPG 及RESP 4 項(xiàng)生理綜合指標(biāo)康養(yǎng)恢復(fù)效果明顯。 森林環(huán)境可緩解壓力,增加副交感神經(jīng)活動[20]。 綠色環(huán)境相對于人工環(huán)境, 可以減少更多情緒和心理的壓力[21－22]。 當(dāng)人們面對壓力時, 接觸自然能迅速產(chǎn)生積極反應(yīng),恢復(fù)積極的情緒和態(tài)度[23－24]。

4.2 不同林分類型對生理康養(yǎng)恢復(fù)存在差異

4 種林分類型生理康養(yǎng)恢復(fù)效果從好到差依次為: 竹林>水杉林>針闊混交林>木荷林。 竹林生理康養(yǎng)恢復(fù)效果最好, 其次為水杉林和針闊混交林, 木荷林最差, 這與宋陽等[25]的研究結(jié)果相似。 影響不同林分類型康養(yǎng)差異性因素很多, 其原因主要有: 一方面, 不同林分類型的植物揮發(fā)性物質(zhì)主要成分不同, 如竹林中揮發(fā)有機(jī)物單萜烯含量為37.34%~82.25%[26], 具有良好康養(yǎng)潛力； 水杉林的揮發(fā)物主要成分是萜類化合物[27]；木荷林在自然條件下能揮發(fā)出多種芳香物質(zhì)[28]；針闊混交林主要揮發(fā)物為α-蒎烯、 異戊二烯[29]。各林分環(huán)境的揮發(fā)性物質(zhì)具有良好的生理活性,導(dǎo)致了人體生理指標(biāo)反應(yīng)的差異性[30]。 另一方面, 視覺偏好是視覺適應(yīng)性的重要體現(xiàn), 人體感知的視覺森林空間是緩解壓力效果的主要因素。Chiang 等[31]研究表明, 人們對于高大通直、 中等密度的森林空間更有偏好性, 同時在其研究中加入了生理指標(biāo)的判別, 結(jié)果呈現(xiàn)了一致的結(jié)論[32]。 實(shí)地調(diào)查表明, 竹林竹莖通直, 曲徑通幽, 空間密度適宜, 視覺效果好； 水杉林和木荷林樹體高大通直, 但密度較高, 視覺偏好性較差；針闊混交林樹種配置參差不齊, 林相較為雜亂,視覺偏好性差。 因此, 感官視覺的偏好影響著人體生理反應(yīng), 也體現(xiàn)不同林分類型對緩解壓力存在差異性。

4.3 同一林分類型對不同人群結(jié)構(gòu)生理康養(yǎng)恢復(fù)存在差異性

以竹林為例, 竹林環(huán)境對老年人生理康養(yǎng)恢復(fù)效果顯著, 尤其在EMG、 PPG 指標(biāo)恢復(fù)效果好, 存在顯著差異。 中年人在EDA、 RESP 指標(biāo)恢復(fù)較好, 中年人和青年人恢復(fù)效果不存在顯著差異, 這和Huang 等[33]的結(jié)果相似。 姜濤等[34]以腦電波為反饋標(biāo)志, 分析了在觀賞竹景觀的視覺刺激下, 不同性別、 不同年齡段人群的生理活動變化和差異, 結(jié)果顯示女性和青年人對環(huán)境的敏感度更高, 老年人群對視覺刺激的生理反應(yīng)略弱。 因此, 研究不同人群的恢復(fù)效益具有重要作用。 同一森林環(huán)境對老年人恢復(fù)效果顯著, 其主要原因可能是不同社會屬性人員造成的。 通過對問卷社會經(jīng)濟(jì)背景的分析, 調(diào)查的人群主要是到森林公園休閑娛樂的離退休老年人, 該群體生活壓力小, 適應(yīng)森林公園環(huán)境, 受到施壓恢復(fù)效果好。 中年人群主要來自森林公園旅游者, 青年人群以高校大學(xué)生為主, 中青年人群工作、 學(xué)習(xí)壓力較大, 施壓后恢復(fù)效果一般。

5 結(jié)論

城市生態(tài)風(fēng)景林林分環(huán)境對公眾有良好的緩解壓力作用, 尤其是竹林的康養(yǎng)效果最為顯著。不同林分類型對生理康養(yǎng)效益存在差異性, 4 種林分類型康養(yǎng)效益從好到差依次為竹林>水杉林>針闊混交林>木荷林。 竹林的EMG、 EDA、 PPG和RESP 4 項(xiàng)生理康復(fù)指標(biāo)均達(dá)到極顯著差異；水杉林的EDA、 RESP 指標(biāo)達(dá)到極顯著差異,EMG 達(dá)到顯著差異； 針闊混交林EMG 達(dá)到顯著差異； 木荷林4 項(xiàng)生理康養(yǎng)指標(biāo)均無顯著的差異。同一林分類型對不同年齡結(jié)構(gòu)人群生理康養(yǎng)恢復(fù)存在差異性。 以竹林為例, 其對老年人恢復(fù)效果顯著, 尤其是EMG、 PPG 指標(biāo), 中年人在EDA、RESP 指標(biāo)恢復(fù)效果較好, 中年人和青年人恢復(fù)效果差異不顯著。 未來應(yīng)在4 個不同林分類型基礎(chǔ)上開展更多類型的研究, 探索同一類型在不同季節(jié)的變化規(guī)律； 還可增加試驗(yàn)受試樣本量, 增加生理指標(biāo)測定, 以獲得更全面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 從而起到促進(jìn)城市生態(tài)風(fēng)景林公眾康養(yǎng)效益的作用。