植物在不同聲源環(huán)境中的降噪效果比較

祝遵凌 ，韓 笑 ，劉 洋

（南京林業(yè)大學(xué) a.風(fēng)景園林學(xué)院；b.藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 南京210037）

植物在不同聲源環(huán)境中的降噪效果比較

祝遵凌a,b，韓 笑a，劉 洋a

（南京林業(yè)大學(xué) a.風(fēng)景園林學(xué)院；b.藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 南京210037）

以南京地區(qū)常見(jiàn)的11種植物純林為研究對(duì)象，使用音箱播放預(yù)先制作的音頻作為噪聲源，在背景噪音為40±5 dB（A）的林帶中進(jìn)行試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)植物在不同聲源環(huán)境中的噪聲衰減值。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：聲源環(huán)境的等效聲級(jí)不同時(shí)，同一林帶對(duì)模擬交通噪聲的降噪值不同；11處林帶的最小降噪值均出現(xiàn)在聲源環(huán)境為60 dB（A）時(shí)，81.8%試驗(yàn)林帶在85 dB（A）和90 dB（A）時(shí)降噪效果最佳。聲源環(huán)境的等效聲級(jí)和植物種類(lèi)均對(duì)林帶的降噪效果產(chǎn)生一定影響，植物的降噪效果與聲源環(huán)境的等效聲級(jí)大小呈非線性關(guān)系。11處試驗(yàn)林帶按照降噪能力強(qiáng)弱分為四類(lèi)，第一類(lèi)為雪松、圓柏、白玉蘭；第二類(lèi)為女貞、馬褂木、廣玉蘭；第三類(lèi)為楓香、石楠、紫薇；第四類(lèi)為無(wú)患子、木蓮。

植物降噪；聲源環(huán)境；降噪效果

近年來(lái)，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展加劇了環(huán)境污染，人口的急劇增加引發(fā)了交通道路數(shù)量和機(jī)動(dòng)車(chē)輛大幅度增長(zhǎng)，城市的交通噪聲污染問(wèn)題更加突出。據(jù)有關(guān)部門(mén)的初步測(cè)算，我國(guó)80%以上的大中城市都受到承受交通的巨大壓力，交通干線晝間噪聲等效聲級(jí)都超過(guò)70 dB（A）[1-2]。植物具備引起亂反射的不平枝葉，還有多層次的柔性表面能起到減弱噪聲的作用[3]。國(guó)內(nèi)外已有一些學(xué)者對(duì)植物降噪領(lǐng)域開(kāi)展了研究，以往研究報(bào)道比較注重枝下高、高度、冠幅、寬度、能見(jiàn)度等結(jié)構(gòu)特征因子[4-6]和季節(jié)、土壤[7-8]等環(huán)境因子對(duì)降噪效果的影響。同時(shí)也有學(xué)者已得出“交通流量越大，道路越寬，則噪音值也大，綠化帶的降噪效應(yīng)越好”的結(jié)論[9]，但目前對(duì)于單種植物在不同聲源環(huán)境中的降噪量沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)研究。本文以11種植物純林為試驗(yàn)對(duì)象，監(jiān)測(cè)了植物在不同聲源環(huán)境中的噪聲衰減值，以探尋聲源環(huán)境的等效聲級(jí)與林帶降噪效果的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

所選試驗(yàn)樣地均位于平地，且植物結(jié)構(gòu)完整、長(zhǎng)勢(shì)良好，選取25 m寬林帶測(cè)定其對(duì)噪聲的衰減效果。除此之外，要求遠(yuǎn)離噪聲區(qū)，根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》相應(yīng)規(guī)定，距離任何反射物（地面除外）至少3.5 m外測(cè)量。試驗(yàn)場(chǎng)地背景噪聲保持在40±5dB（A），以減少環(huán)境噪音對(duì)數(shù)據(jù)采集過(guò)程的干擾[10]。根據(jù)上述試驗(yàn)點(diǎn)選取原則，經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)查后，在南京市浦口區(qū)湯泉鎮(zhèn)、星甸鎮(zhèn)、老山林場(chǎng)及中山陵園苗圃場(chǎng)選取了11處林帶，各測(cè)定點(diǎn)植物的綠化結(jié)構(gòu)特征詳見(jiàn)表1。

表1 降噪測(cè)定的林帶的特征Table 1 Characteristics of tree belts in noise reduction measuring

1.2 試驗(yàn)儀器

1.2.1 測(cè)量?jī)x器

本研究中對(duì)噪聲的測(cè)定全部使用國(guó)營(yíng)紅聲器材廠嘉興分廠生產(chǎn)的HS6288B型噪聲頻譜分析儀(HS6020型聲校準(zhǔn)器)。其余測(cè)量工具為2 m測(cè)樹(shù)鋼圍尺、30 m手搖式卷尺、樹(shù)木測(cè)高器等，用于記錄供試驗(yàn)植物的綠化結(jié)構(gòu)特征。

1.2.2 噪聲源

錄制實(shí)際交通噪聲作為未編輯的聲源音頻，分別為龍?bào)粗新方煌ǜ叻迤诘臄?shù)量車(chē)行駛聲音、數(shù)車(chē)?guó)Q笛聲、SANTANA的發(fā)動(dòng)機(jī)聲音、SANTANA的發(fā)動(dòng)機(jī)聲與鳴笛聲四種。使用音頻處理軟件消除背景噪聲，截取其中聲壓級(jí)比較高、音質(zhì)比較清晰的一段音頻，將其多次復(fù)制，得到30min時(shí)長(zhǎng)的音頻。然后進(jìn)行音頻的篩選。根據(jù)對(duì)南京市實(shí)際交通噪聲的監(jiān)測(cè)結(jié)果及文獻(xiàn)顯示，道路邊緣處連續(xù)等效A聲級(jí)的平均值為73.5dB（A）[11]。于戶(hù)外用音箱分別播放編輯過(guò)的四段音頻，使其達(dá)到73.5dB（A）后，再使用HS6288B型噪聲頻譜分析儀進(jìn)行濾波器自動(dòng)測(cè)量，得到四段音頻的頻譜分析結(jié)果。后將其與實(shí)際交通噪聲的頻譜分析相比較，選擇最為相近的音頻作為供試驗(yàn)用的模擬交通噪聲。這樣可以保證制作的模擬交通噪聲的準(zhǔn)確性，使其最大程度的接近實(shí)際交通噪聲。最后，用移動(dòng)式音箱播放預(yù)先制作的模擬交通噪聲，作為噪聲源。

1.3 試驗(yàn)方案

在林帶中央設(shè)置一條長(zhǎng)25 m的測(cè)定樣線，將樣線起點(diǎn)處設(shè)為0 m，噪聲頻譜分析儀A放置0 m距地面的1.2 m高處，在25 m距地面同樣高處放置另一噪聲頻譜分析儀B，發(fā)聲裝置放置于林帶前2 m，距地面1.2 m高處，與兩個(gè)噪聲頻譜分析儀在同一條直線上。開(kāi)啟音箱，調(diào)節(jié)音量，使噪聲頻譜分析儀A分別顯示60dB（A）、65dB（A）、70dB（A）、75dB（A）、80dB（A）、85dB（A）、90dB（A），將其視為聲源環(huán)境的等效聲級(jí)，待儀器穩(wěn)定后，兩臺(tái)分析儀A、B正對(duì)著聲源同時(shí)測(cè)量。時(shí)間計(jì)權(quán)為F（快反應(yīng)），每樣點(diǎn)定時(shí)測(cè)量時(shí)間為10 s，分別監(jiān)測(cè)記錄5組數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行室外數(shù)據(jù)采集工作，在聲源環(huán)境不同的情況下，11林帶對(duì)模擬交通噪聲的衰減效果詳見(jiàn)表2。

表2 11種林帶的噪聲衰減值Table 2 Noise attenuation values of 11 kinds of tree belts

2.1 同一林帶在不同聲源環(huán)境中的降噪效果

由表2可以看出，11處林帶都對(duì)模擬交通噪聲產(chǎn)生了衰減作用。楓香在聲源環(huán)境為80 dB（A）時(shí)降噪效果最佳，噪聲衰減值為29.15 dB（A），60 dB（A）時(shí)降噪效果最差，為13.25 dB（A）；馬褂木在85 dB（A）時(shí)降噪效果最好，為29.30 dB（A），與最低降噪值相差13.30 dB（A）；雪松在85 dB（A）時(shí)降噪值可達(dá)28.45 dB（A），90 dB（A）的降噪值次之，為27.70 dB（A）；廣玉蘭、無(wú)患子、圓柏和紫薇均在聲源環(huán)境等效聲級(jí)為90 dB（A）處降噪效果最佳，分別為29.55 dB（A）、30.30 dB（A）、28.75 dB（A）和26.79 dB（A）；石楠的最大降噪值為27.74 dB（A），其余聲源環(huán)境中的降噪效果依次降低，最低為11.10 dB（A）。木蓮在85 dB（A）、90 dB（A）時(shí)降噪效果相近，噪聲衰減值可達(dá)25.55 dB（A）和25.50 dB（A）；白玉蘭的最大降噪值為29.97 dB（A），最小值為18.20 dB（A），相差11.77 dB（A）；女貞于80 dB（A）、85 dB（A）時(shí)降噪效果比較好，分別為29.60 dB（A）、29.65 dB（A）。

在本試驗(yàn)測(cè)定范圍60dB（A）～90dB（A）內(nèi)，廣玉蘭、無(wú)患子、圓柏以及紫薇林帶的噪聲衰減值隨聲源環(huán)境的等效聲級(jí)增大而增加，占試驗(yàn)林帶總數(shù)的36.4%；27.3%的試驗(yàn)林帶，分別是楓香、石楠和女貞對(duì)模擬交通噪聲的衰減值先隨聲源環(huán)境等效聲級(jí)的增大而增加，而后隨其增大而減小。11處林帶的最小降噪值均出現(xiàn)在聲源環(huán)境為60dB（A）時(shí)，45.5%的林帶在聲源環(huán)境為85dB（A）時(shí)的降噪效果最好，36.4%的林帶在90dB（A）時(shí)降噪效果最佳，可見(jiàn)車(chē)流量較小的路段，植物的降噪效果不明顯。

2.2 不同林帶在同一聲源環(huán)境中的降噪效果

由表2可以看出，聲源環(huán)境為60 dB（A）、65 dB（A）時(shí)，雪松的降噪效果最好，無(wú)患子和木蓮的降噪效果較差；70 dB（A）時(shí)，馬褂木的降噪效果最佳，比降噪值最小的木蓮高7.32 dB（A）；75 dB（A）時(shí)，女貞的降噪效果最佳，為28.70 dB（A）；80 dB（A）時(shí)，白玉蘭的噪聲衰減值為29.97 dB（A），與其余林帶相比，降噪效果最好；85 dB（A）時(shí)，女貞的降噪效果最佳，馬褂木次之，為29.30 dB（A）；90 dB（A）時(shí)，無(wú)患子和廣玉蘭的降噪效果較好，分別為30.30 dB（A）、29.55 dB（A）。

2.3 聲源環(huán)境的等效聲級(jí)對(duì)植物降噪效果的影響

對(duì)11種林帶在不同聲源環(huán)境中的噪聲衰減值進(jìn)行方差分析（表3）。由結(jié)果可知，關(guān)于因素“植物種類(lèi)”的檢驗(yàn)，F(xiàn)=6.932768＞Fcrit＝1.992592，Sig.=0.000＜0.05，楓香、馬褂木、雪松、廣玉蘭、石楠、無(wú)患子、木蓮、白玉蘭、圓柏、女貞、紫薇林帶的降噪效果差異顯著。關(guān)于因素“聲源環(huán)境”的檢驗(yàn)，F(xiàn)=73.51751＞Fcrit=2.254053，Sig.＝0.000＜0.05，聲源環(huán)境的等效聲級(jí)對(duì)噪聲衰減值的影響顯著。此外，偏Eta2植物種類(lèi)＜偏Eta2聲源環(huán)境，可認(rèn)為兩個(gè)因素對(duì)總變異的貢獻(xiàn)是因素“植物種類(lèi)”＜因素“聲源環(huán)境”。

表3 11種林帶在不同聲源環(huán)境中噪聲衰減值的方差分析Table 3 Analysis of variance about noise attenuation values of 11 kinds of tree belts in different sound source environment

對(duì)林帶的降噪效果與聲源環(huán)境聲壓級(jí)之間的關(guān)系進(jìn)行回歸分析。以聲源環(huán)境等效聲級(jí)為自變量（x），不同聲源環(huán)境中植物的平均噪聲衰減值為因變量（y），選擇合適的模型進(jìn)行曲線擬合，結(jié)果以二次多項(xiàng)式的擬合優(yōu)度最高，R2為0.9857，擬合方程為y=-0.490 5x2+6.053 1x+9.419 4（表4）。

2.4 不同植物的降噪效果評(píng)價(jià)

使用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)11處試驗(yàn)林帶在7種聲源環(huán)境中的降噪效果進(jìn)行聚類(lèi)分析，結(jié)果見(jiàn)聚類(lèi)樹(shù)狀圖（圖1）。

圖1 11種植物降噪效果的聚類(lèi)樹(shù)狀圖Fig.1 Dendrogram of 11 kinds reduction effect of plants

從圖1可以看出，11種植物在不同聲源環(huán)境中降噪能力的強(qiáng)弱可分為四類(lèi)，第一類(lèi)為雪松、圓柏、白玉蘭；第二類(lèi)為女貞、馬褂木、廣玉蘭；第三類(lèi)為楓香、石楠、紫薇；第四類(lèi)為無(wú)患子、木蓮。夏季針葉林帶的降噪效果優(yōu)于闊葉林帶。

3 結(jié)論與建議

（1）不同林帶都對(duì)模擬交通噪聲產(chǎn)生了衰減作用。聲源環(huán)境不同時(shí)，同一林帶對(duì)模擬交通噪聲的降噪值不同。11處林帶的最小降噪值均出現(xiàn)在聲源環(huán)境的等效聲級(jí)為60 dB（A）時(shí)，81.8%試驗(yàn)林帶在聲源環(huán)境為85 dB（A）和90 dB（A）時(shí)降噪效果最佳，說(shuō)明車(chē)流量較小的路段，植物的降噪效果不明顯。

（2）聲源環(huán)境的等效聲級(jí)和植物種類(lèi)均對(duì)林帶的降噪效果產(chǎn)生一定影響，聲源環(huán)境對(duì)林帶降噪能力的影響程度大于植物種類(lèi)的差異。模型擬合不同聲源環(huán)境中植物的平均噪聲衰減值，以二次多項(xiàng)式擬合優(yōu)度最高，植物的降噪效果與聲源環(huán)境的等效聲級(jí)大小呈非線性關(guān)系。

（3）供試的11種植物降噪能力強(qiáng)弱不同，雪松、圓柏、白玉蘭的降噪效果較佳，無(wú)患子、木蓮的降噪效果較弱。在園林綠化工程實(shí)踐中，可以根據(jù)噪音污染路況，適地選擇相應(yīng)的樹(shù)種。

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Comparison of noise reduction effect of plants in different sound sources environment

ZHU Zun-linga,b, HAN Xiaoa, LIU yanga
(a.College of Arts & Design; b. College of Landscape Architecture, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jiangsu, China)

By choosing 11 tree species of pure forests as the tested objects, and taking the pre-production sound in audio speakers as a source of noise with background noise to 40 ± 5dB (A), the environments for monitoring noise attenuation values of different plants with various sound source in Nanjing were conducted. The results show that when the equivalent sound level of the sound source environment was not same, noise reduction values of same plant belt on the simulation of traff i c noise were different. When 11 kinds of plant belt’s minimum noise reduction values appeared in sound source environment to 60 dB (A), 81.8% of tested plant belts in noise reduction were most effective to be 85 dB (A) and 90 dB (A). Equivalent sound levels of the sound source environments and plant species had certain impacts on the noise reduction effects of the plant belts, and there were nonlinear relationship between the noise reduction of the plant and the equivalent sound level of the sound source. 11 species plant belt’s noise reduction capabilities were divided into four categories according to the noise reduction capability. The fi rst category included Cedrus deodara, Sabina chinensis,Magnolia denudate. The second category was Ligustrum lucidum, Liriodendron chinensis (Hemsl.) Sarg, Liriodendron chinensis (Hemsl.)Sarg. The third category was Liquidambar formosana Hance, Photinia serrulata Lindl, Lagerstroemia indica. The fourth category was Sapindus, Manglietia fordiana (Hemsl.) OliV.

noise reduction by plants; sound source environment; noise reduction effect

S719

A

1673-923X(2012)12-0187-04

2012-09-13

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31270741）；江蘇省2011年度普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（CXZZ11_0540）；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目

祝遵凌(1968-)，男，河南固始人，博士，副教授，主要從事園林植物應(yīng)用、園林植物栽培理論與實(shí)踐等方面研究

[本文編校：吳 彬]