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城市环境噪声污染,尤其是交通噪声污染,对于城市居民的正常生活有着重要影响,城市化的飞速发展导致交通噪声成为城市噪声最主要的来源[1]。国内外学者对于降低交通噪声进行了多方面的探索和研究[2]。在诸多降噪方法中,植物除了能够达到有效降噪目的外,还兼有滞尘、降温与持水等作用,同时可以提升城市美感与居民幸福感[3-5],具有一定心理降噪作用[6]。目前,对于城市林带降噪的研究都集中在某个或某几个公园或者某段公路林带在不同噪声频率、植被类型以及林带宽度对林带降噪影响方面的研究[7-10],尚无在较广区域范围结合林带三维绿量等参数进行道路林带降噪方面影响的研究。本研究选取长江三角洲地区11个县(市、区)作为研究对象,评估样地交通干道绿化带主要植被组成以及降噪能力,分析林带三维绿量与枝下高等参数对于绿化带降噪能力的影响,进而提出对于城市道路林带的选择建议。
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2015年6-10月, 在研究区域建成区的交通干道上采用机械取样的方法,根据实地情形在每个县(市、区)选取10~20个样地,共149个10 m × 10 m样地。样地宽度的选取参考孙伟等[11]、王慧等[12]关于林带宽度在降噪功能方面的研究,林带的划分参考许飞等[13]、郄光发[14]在城市林带方面的研究以及《城市绿地分类标准》(2012年由国家建设部颁布)对于城市森林的分类方法,样地林带类型的划分参照陈际伸[15]、韦如萍等[16]对于混交林营造机理的研究、样地现场平均植株高度以及LY/T 1812-2009《中华人民共和国林业行业标准》(2009年由国家林业局颁布)。
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目前,国内外对于城市或城郊道路林带降噪效果的研究主要集中在植被对不同频率噪声的吸收效果,以及植物配置模式、林带宽度、叶片形状与质量等物理参数对林带降噪效果的影响等方面[17-19]。噪声的衰减效果会因植物表面显微结构及纹理不同而有差异,故而同种类型的植被在不同生活阶段对噪声的衰减作用也不尽相同。三维绿量(living vegetation volume,LVV),也称立体绿量,是结合乔木冠幅、胸径等参数计算得到的综合指标,能够描述植被空间结构和定量研究城市森林与环境之间相关关系,对于林带结构差异描述更为确切。引入三维绿量衡量林带降噪效果的影响,可以在一定程度上消除用同种类型的林带降噪率计算公式带来的误差。乔木的单株三维绿量为树冠绿量与冠下绿量之和,样地三维绿量由单株三维绿量累积获得,一般根据树冠形状来确定三维绿量计算公式[20~22]。本研究植被树冠类型由调查获取,同时综合参考中国植物志(http://frps.iplant.cn)、The Plant List(http://www.theplantlist.org)。研究区植被树冠类型与其对应的三维绿量计算公式如表 1所示。卵形树冠的三维绿量s为树冠绿量s1与冠下绿量s2的和,其他树冠类型不计冠下绿量。灌木、草本的三维绿量计算公式参照王东良等[23],以盖度与株高的乘积作为结果。
表 1 研究区域植被树冠类型及三维绿量计算公式
Table 1. Crown shape of plants and their calculation formula of LVV
树冠形状 树冠绿量计算公式 冠下绿量计算公式 树种 卵形 s1=πx2y/6 s2=πd2h/4 女贞Ligustrum lucidum、珊瑚树Viburnum odoratissimum、樟树Cinnamomum camphora、无刺枸骨Ilex cornuta、悬铃木Platanus orientalis、桂花Osmanthus fragrans 圆锥形 s=πx2y/12 不计冠下绿量 杜英Elaeocarpus decipiens、银杏Ginkgo biloba、龙爪槐Sophora japonica、广玉兰Magnolia grandiflora、水杉Metasequoia glyptostroboides、黄山栾树Koelreuteria bipinnata、合欢Albizia julibrissin、鹅掌楸Liriodendron chinense、茶花Camellia japonica、鸡爪槭Acer palmatum 圆柱形 s=πx2y/4 不计冠下绿量 垂丝海棠M. halliana、龙柏Sabina chinensis、枫杨Pterocarya stenoptera、石榴Punica granatum、栀子Gardenia jasminoides、海棠Malus spectabilis、连翘Forsythia suspensa、夹竹桃Nerium indicum、构树Broussonetia papyrifera、木槿Hibiscus syriacus 球形 s=πx2y/6 不计冠下绿量 海桐Pittosporum tobira、金边黄杨Euonymus japonicus 说明:x为平均冠幅(m),y为平均冠高(m),d为平均直径(m),h为平均枝下高(m) -
要得到更为可靠的研究结果,降噪模型需选取能够综合考虑林带各种林分参数的多变量非线性模型,并且该模型的研究区域最好能够与本研究区域具备相近的地理位置与相似的自然环境条件[24-27]。本研究采用沈建章等[28]在浙江长宜高速路段不同树种构成的水平空间上对于交通噪声衰减作用的实验得出的绿化带噪声衰减拟合模型,计算得到研究城市样地绿化带噪声衰减值。绿化带宽度l与其附加降噪量Q之间的关系为Q=ab-el+c,其中:参数a、b、c的值如表 2所示,e为常数。对于乔木林附加降噪量结合乔木种类、叶形、枝干等特征参照水杉Metasequoia glyptostroboides林和桃Amygdalus persica林的计算方法进行。
表 2 绿化带噪声衰减拟合模型参数[28]
Table 2. Simulation model parameters of noise reduction of green belts
林带类型 参数 a 1/b c 空地 -9.54±0.13 10.3±0.37 9.53±0.13 乔灌混交林 -32.5±1.12 12.0±1.03 32.7±1.13 乔木混交林 -17.3±1.19 16.1±2.48 17.3±1.28 灌木混交林 -32.0±1.07 19.2±1.31 31.9±1.15 水杉林 -15.8±0.37 14.2±0.79 15.7±0.39 桃林 -24.8±1.64 15.5±2.32 25.1±1.74 -
用Excel和SPSS 25.0统计分析软件,使用Pearson相关性分析法对于研究区样地三维绿量(LVV)与附加降噪值之间的相关关系进行分析。
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用SPSS 25.0统计分析软件做Kruskal-Wallis秩和检验,对于绿化带不同枝下高范围与附加降噪量间进行多样本比较。
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由表 3所示:在长江三角洲地区11个县(市、区)的道路林带调查样地中,除绍兴诸暨市无乔木混交林外,其他全部都有乔灌混交林、乔木混交林以及乔木林这3种林带类型,仅绍兴诸暨市有灌木混交林,徐州丰县有灌木林。根据不同绿化带配置对于降噪效果影响的研究[29-30],乔木和灌木的合理搭配形成的多层次结构有利于形成良好的降噪面,故而乔灌混交林占比达到80%的南京玄武区、镇江润州区具备较好的降噪条件。而乔灌混交林占比低于30%的连云港连云区、丽水庆元县、杭州富阳区、杭州淳安县等地相对而言降噪条件较差。
表 3 研究区林分参数、组成类型及占比
Table 3. Structural parameter, types and proportion of the green belt
城市 乔灌混交林 混合乔木林 乔木林 混合灌木林 灌木林 乔木枝下高/m 冠幅/m 乔木胸径/m 绍兴诸暨市 杜英-女贞,樟树-石楠-珊瑚树(50.0) 无(0) 樟树,悬铃木(45.0) 女贞-珊瑚树(5.0) 无(0) 0.8~2.6 0.5~8.0 0.08~0.33 杭州淳安县 樟树-龙柏,红花檵木-金叶女贞-月季(27.3) 樟树-桂花;杜英-樟树(40.9) 樟树,悬铃木,桂花(31.8) 无(0) 无(0) 0.8~3.0 1.0~10.0 0.08~0.35 杭州富阳区 樟树-红花檵木-栀子,杜英-樟树-红花檵木(23.5) 鹅掌楸-樟树;樟树-茶花;杜英-樟树(58.8) 枫香,鹅掌楸(17.6) 无(0) 无(0) 0.1~5.0 0.7~8.0 0.05~0.39 宁波余姚市 樟树-小叶女贞-红花檵木,杜英-枫杨-红花檵木(40.0) 樟树-杜英;樟树-广玉兰(25.0) 合欢,悬铃木;樟树(35.0) 无(0) 无(0) 0.5~6.0 0.6~6.0 0.02~0.44 连云港连云区 悬铃木-小叶女贞-紫薇(20.0) 樟树-银杏,桂花-樱花,朴树-合欢(60.0) 樟树,悬铃木(20.0) 无(0) 无(0) 0.3~3.5 0.8~6.0 0.02~0.38 徐州丰县 悬铃木-女贞-紫薇,银杏-女贞-石楠(40.0) 悬铃木-杨树(10.0) 白蜡,悬铃木(40.0) 无(0) 女贞(10.0) 1.1~4.0 0.5~6.5 0.05~0.31 上海崇明岛 樟树-悬铃木-瓜子黄杨(50.0) 悬铃木-樟树;樟树-圆柏(30.0) 樟树(20.0) 无(0) 无(0) 0.8~3.5 1.0~7.0 0.06~0.38 南京玄武区 悬铃木-女贞-红花檵木,水杉-雪松-珊瑚树(80.0) 悬铃木-石楠(10.0) 悬铃木(10.0) 无(0) 无(0) 0.5~7.0 1.0~7.0 0.06~0.40 镇江润州区 悬铃木-石楠-女贞,樟树-桂花-瓜子黄杨(80.0) 悬铃木-雪松(10.0) 悬铃木(10.0) 无(0) 无(0) 0.6~4.0 0.5~6.0 0.05~0.56 温州苍南县 白兰-榕树-紫薇,黄山栾树-红叶石楠-紫薇(30.0) 广玉兰-榕树(10.0) 悬铃木,樟树;白兰(60.0) 无(0) 无(0) 0.5~3.5 1.2~8.0 0.06~0.29 丽水庆元县 樟树-瓜子黄杨-檵木(20.0) 广玉兰-杜英(10.0) 杜英,悬铃木;樟树(70.0) 无(0) 无(0) 2.0~4.0 1.3~8.0 0.13~0.34 说明:括号中数据为各林分类型占比(%)。石楠Photinia serrulata.红花檻木Loropetalum chinense var. rubrum、月季Rosa chinensis, 紫薇Lagerstroemia indica.瓜子黄杨Buxus sinica, 雪松Cedrus deodara, 白兰Michelia alba.榕树Ficus microcarpa、红叶石楠Photinia × fraseri.槛木Loropetalum chinense.鹅掌楸Liriodendron chinense、櫻花Cerasus serrulata、朴树Celtis sinensis、杨树Papulus、圆柏Sabina chinensis、枫香Liquidambar formosana、白蜡Fraxinus chinensis、金叶女贞Ligustrum × vicaryi.小叶女贞Ligusrum quihoui -
几种不同类型降噪林带在10 m宽度范围内其宽度与附加降噪量之间的相关关系如图 1所示。在相同宽度下,乔灌混交林的附加降噪值要明显高于其他类型林带。在宽度小于10 m范围内各类型林带降噪效果由高到低依次为乔灌混交林、灌木混交林、以桃为代表的落叶乔木林、以水杉为代表的落叶乔木林和乔木混交林,整体在10 m处呈现最佳降噪效果,附加降噪量随着宽度值增大而增大,呈现逐渐变缓趋势。
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用皮尔森相关性分析法对样地三维绿量与附加降噪值之间的相关关系进行双变量相关性分析,采用双侧检验,结果如表 4所示。对于11个县(市、区)主要道路林带共计149个样地的三维绿量与其附加降噪量之间的相关关系分析可得,研究地林带三维绿量与附加降噪量之间呈正相关关系,且在0.05水平(双侧)上相关显著。
表 4 三维绿量与附加降矂量间的相关性分析
Table 4. Correlation analysis between the additional noise reduction and living vegetation volume
项目 三维绿量 皮尔逊相关性 显著性(双尾) 个案数 附加降噪值 0.195* 0.017 149 说明: *表示在0.05水平相关显著(双尾) 根据机械取样和典型取样相结合的方法选取10个样地进行总三维绿量与平均附加降噪量的统计,结果如图 2所示。丽水庆元县的总三维绿量值高达17 336.59 m3,其附加降噪量却只有12.56 dB,相对偏低,这可能与其道路林带类型中乔灌混交林占比低有关;南京玄武区和镇江润州区2个地区道路林带的附加降噪量最高,达16.87 dB,其中镇江润州区的三维绿量值只有9 968.05 m3,这2个地区的乔灌混交林占比也在11个县(市、区)里最高。由此可见,林带降噪能力要结合三维绿量与绿化带类型进行综合判断。
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将149个样地中的74个乔木林以及乔木混交林样地根据枝下高整体数据分布分为0~2,2~3和>3 m 3个数据梯度范围组。将3组枝下高范围与其所产生的附加降噪量间做Kruskal-Wallis检验后得到渐近显著性(P=0.00<0.01),从而得出3组不同枝下高范围林带的附加降噪量不同的结论。进一步进行两两比较,结果表明:道路林带中乔木林以及乔木混交林可提供的附加降噪量在枝下高范围为0~2和2~3 m之间(P=0.00<0.01)以及0~2和>3 m之间(P=0.00<0.01)差异显著;在2~3和>3 m范围内没有显著差异(P=0.109>0.01)。而枝下高在0~2 m范围内的林带三维绿量均值要小于2~3 m和>3 m的林带,原因是植株矮小,相应的冠幅、直径都小。有研究[31-32]显示:在距离噪声源水平距离相同、测点高度在1.2 m左右的水平下,高度与分枝越低,绿化带的降噪效果越好。结合本研究可得:道路林带的附加降噪量在枝下高>2 m后不会有显著差异,在<2 m的情况下,枝下高越小降噪效果越好。
Noise attenuation ability and its affecting factors of green belts of 11 areas in the Yangtze River Delta
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摘要:
目的 城市交通噪声对城市居民生活品质的影响日益严重,城市道路林带在衰减交通噪声方面优势明显。合理选取城市绿化带降噪能力衡量指标,使城市绿化带建设能够达到最优降噪效果。 方法 选取长江三角洲地区4条纬度带上11个县(市、区)交通主干道的道路林带作为研究对象,引入三维绿量作为衡量林带降噪能力的指标,结合不同类型林带的占比、三维绿量值以及三维绿量值与乔木及乔木混交林枝下高,综合对比分析林带降噪效果,进行初步评估。 结果 11个县(市、区)中南京玄武区、镇江润州区交通干道道路林带的降噪效果更优,连云港连云区、丽水庆元县的交通干道道路林带的降噪效果较差。具有合理配置的乔灌混交林更利于降噪,由模拟模型计算得到的11个县(市、区)的附加降噪量与统计获得的三维绿量之间呈正相关关系。 结论 林带三维绿量结合乔木枝下高这一参数综合分析认为:枝下高低于2 m的林带降噪效果更佳。 Abstract:Objective Under the rapid development of urbanization, the impact of pollution caused by urban traffic noise on the living quality of urban residents has been increasingly recognized. Among many solutions to noise reduction, the green belts on the city roads enjoy the unique advantage in the reduction of traffic noise. The order is to provide references for the selection of measurement index of the noise reduction ability of the urban green belt, and give suggestions on how to achieve the optimal noise reduction effect of the urban green belt construction. Method This research studies the road forest belts on the major traffic roads of 11 areas (counties, cities and districts) in the Yangtze River Delta and uses the comprehensive comparative analysis of the ratio of different forest belt types, living vegetation volume and the under branch height to conduct a preliminary evaluation on the noise reduction of green belts. Result The noise reduction of green belts on the major traffic roads in Xuanwu District of Nanjing and Runzhou District of Zhenjiang are most effective among the 11 areas (counties, cities and districts), while those in Lianyun District of Lianyungang and Qingyuan Town of Lishui are least effective. Rationally mixed forest of arbor and shrub is better for the noise reduction. The results of the simulation model indicate a positive relationship between additional noise reduction of 11 areas (counties, cities and districts) and the living vegetation volume obtained from statistics. Conclusion From the comprehensive analysis of the combination of the living vegetation volume and the under branch height, it could be concluded that the effect of noise reduction within the range of 2 m of the under branch height is better. -
Key words:
- ecology /
- green belt /
- noise attenuation /
- living vegetation volume(LVV) /
- under branch height
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表 1 研究区域植被树冠类型及三维绿量计算公式
Table 1. Crown shape of plants and their calculation formula of LVV
树冠形状 树冠绿量计算公式 冠下绿量计算公式 树种 卵形 s1=πx2y/6 s2=πd2h/4 女贞Ligustrum lucidum、珊瑚树Viburnum odoratissimum、樟树Cinnamomum camphora、无刺枸骨Ilex cornuta、悬铃木Platanus orientalis、桂花Osmanthus fragrans 圆锥形 s=πx2y/12 不计冠下绿量 杜英Elaeocarpus decipiens、银杏Ginkgo biloba、龙爪槐Sophora japonica、广玉兰Magnolia grandiflora、水杉Metasequoia glyptostroboides、黄山栾树Koelreuteria bipinnata、合欢Albizia julibrissin、鹅掌楸Liriodendron chinense、茶花Camellia japonica、鸡爪槭Acer palmatum 圆柱形 s=πx2y/4 不计冠下绿量 垂丝海棠M. halliana、龙柏Sabina chinensis、枫杨Pterocarya stenoptera、石榴Punica granatum、栀子Gardenia jasminoides、海棠Malus spectabilis、连翘Forsythia suspensa、夹竹桃Nerium indicum、构树Broussonetia papyrifera、木槿Hibiscus syriacus 球形 s=πx2y/6 不计冠下绿量 海桐Pittosporum tobira、金边黄杨Euonymus japonicus 说明:x为平均冠幅(m),y为平均冠高(m),d为平均直径(m),h为平均枝下高(m) 表 2 绿化带噪声衰减拟合模型参数[28]
Table 2. Simulation model parameters of noise reduction of green belts
林带类型 参数 a 1/b c 空地 -9.54±0.13 10.3±0.37 9.53±0.13 乔灌混交林 -32.5±1.12 12.0±1.03 32.7±1.13 乔木混交林 -17.3±1.19 16.1±2.48 17.3±1.28 灌木混交林 -32.0±1.07 19.2±1.31 31.9±1.15 水杉林 -15.8±0.37 14.2±0.79 15.7±0.39 桃林 -24.8±1.64 15.5±2.32 25.1±1.74 表 3 研究区林分参数、组成类型及占比
Table 3. Structural parameter, types and proportion of the green belt
城市 乔灌混交林 混合乔木林 乔木林 混合灌木林 灌木林 乔木枝下高/m 冠幅/m 乔木胸径/m 绍兴诸暨市 杜英-女贞,樟树-石楠-珊瑚树(50.0) 无(0) 樟树,悬铃木(45.0) 女贞-珊瑚树(5.0) 无(0) 0.8~2.6 0.5~8.0 0.08~0.33 杭州淳安县 樟树-龙柏,红花檵木-金叶女贞-月季(27.3) 樟树-桂花;杜英-樟树(40.9) 樟树,悬铃木,桂花(31.8) 无(0) 无(0) 0.8~3.0 1.0~10.0 0.08~0.35 杭州富阳区 樟树-红花檵木-栀子,杜英-樟树-红花檵木(23.5) 鹅掌楸-樟树;樟树-茶花;杜英-樟树(58.8) 枫香,鹅掌楸(17.6) 无(0) 无(0) 0.1~5.0 0.7~8.0 0.05~0.39 宁波余姚市 樟树-小叶女贞-红花檵木,杜英-枫杨-红花檵木(40.0) 樟树-杜英;樟树-广玉兰(25.0) 合欢,悬铃木;樟树(35.0) 无(0) 无(0) 0.5~6.0 0.6~6.0 0.02~0.44 连云港连云区 悬铃木-小叶女贞-紫薇(20.0) 樟树-银杏,桂花-樱花,朴树-合欢(60.0) 樟树,悬铃木(20.0) 无(0) 无(0) 0.3~3.5 0.8~6.0 0.02~0.38 徐州丰县 悬铃木-女贞-紫薇,银杏-女贞-石楠(40.0) 悬铃木-杨树(10.0) 白蜡,悬铃木(40.0) 无(0) 女贞(10.0) 1.1~4.0 0.5~6.5 0.05~0.31 上海崇明岛 樟树-悬铃木-瓜子黄杨(50.0) 悬铃木-樟树;樟树-圆柏(30.0) 樟树(20.0) 无(0) 无(0) 0.8~3.5 1.0~7.0 0.06~0.38 南京玄武区 悬铃木-女贞-红花檵木,水杉-雪松-珊瑚树(80.0) 悬铃木-石楠(10.0) 悬铃木(10.0) 无(0) 无(0) 0.5~7.0 1.0~7.0 0.06~0.40 镇江润州区 悬铃木-石楠-女贞,樟树-桂花-瓜子黄杨(80.0) 悬铃木-雪松(10.0) 悬铃木(10.0) 无(0) 无(0) 0.6~4.0 0.5~6.0 0.05~0.56 温州苍南县 白兰-榕树-紫薇,黄山栾树-红叶石楠-紫薇(30.0) 广玉兰-榕树(10.0) 悬铃木,樟树;白兰(60.0) 无(0) 无(0) 0.5~3.5 1.2~8.0 0.06~0.29 丽水庆元县 樟树-瓜子黄杨-檵木(20.0) 广玉兰-杜英(10.0) 杜英,悬铃木;樟树(70.0) 无(0) 无(0) 2.0~4.0 1.3~8.0 0.13~0.34 说明:括号中数据为各林分类型占比(%)。石楠Photinia serrulata.红花檻木Loropetalum chinense var. rubrum、月季Rosa chinensis, 紫薇Lagerstroemia indica.瓜子黄杨Buxus sinica, 雪松Cedrus deodara, 白兰Michelia alba.榕树Ficus microcarpa、红叶石楠Photinia × fraseri.槛木Loropetalum chinense.鹅掌楸Liriodendron chinense、櫻花Cerasus serrulata、朴树Celtis sinensis、杨树Papulus、圆柏Sabina chinensis、枫香Liquidambar formosana、白蜡Fraxinus chinensis、金叶女贞Ligustrum × vicaryi.小叶女贞Ligusrum quihoui 表 4 三维绿量与附加降矂量间的相关性分析
Table 4. Correlation analysis between the additional noise reduction and living vegetation volume
项目 三维绿量 皮尔逊相关性 显著性(双尾) 个案数 附加降噪值 0.195* 0.017 149 说明: *表示在0.05水平相关显著(双尾) -
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