北京平原地區公路典型綠化帶降噪功能初探

張志永，李全明，南海龍，楊曉暉*

(1.中國林業科學研究院荒漠化研究所，北京 100091； 2.北京市大興區林業工作站，北京 102600； 3.北京市園林綠化國際合作項目管理辦公室，北京 100013)

北京平原地區公路典型綠化帶降噪功能初探

張志永1，李全明2，南海龍3，楊曉暉1*

(1.中國林業科學研究院荒漠化研究所，北京 100091； 2.北京市大興區林業工作站，北京 102600； 3.北京市園林綠化國際合作項目管理辦公室，北京 100013)

高速公路；綠化帶；降噪功能

城市間的路網系統是推動社會經濟發展的重要支撐體系。隨著城市化進程的深入發展，高速公路作為連接不同區域間的快速通道，正承擔著越來越大的交通壓力，由此所產生的交通噪聲已成為影響周邊居民健康狀況的重要因素之一。綠化帶是城市中重要的生態基礎設施，在減輕綠地系統破碎化、提供動物棲息地和遷徙通道等方面發揮著重要的生態功能[1]。在城市環境問題日益凸出的背景下，自20世紀90年代，綠化帶獨特的功能效益成為人們研究的前言和熱點[2]。據媒體報道，截止2015年底，北京市機動車總量已達561萬輛。交通噪聲已成為北京市環境噪聲的重要來源。目前，衰減噪聲的措施主要包括聲源控制、受聲點防護和切斷傳播途徑3個方面[3]，其中，利用綠化帶切斷噪聲的傳播途徑已經得到廣泛的應用。經研究證實，綠化帶對交通噪聲具有顯著的衰減效果[4-5]，同時，綠化帶還具有其他降噪途徑所無法比擬的優勢，例如從心理上降低噪聲對人們的影響[6]。國內對交通噪聲的研究多集中在防治措施[7-8]、預測模擬[9-10]、危害程度[11]等方面；然而，綜合分析綠化帶的林帶類型、寬度、群落結構等因子對噪聲衰減影響的研究還較少。本研究選取京開高速(北京—開封高速公路)綠化帶為研究對象，在連續監測的基礎上，定量分析交通噪聲在水平空間上的衰減規律，同時探討綠化帶的寬度、群落結構對交通噪聲衰減的影響，以便為相似地區高速公路綠化帶的寬度設計、樹種選擇、結構優化以及修剪管理提供參考。

1 研究區概況

2 研究方法

2.1 典型林帶類型的選定和群落調查

2.2 監測方法

2.3 噪聲衰減計算

綠化帶對交通噪聲的衰減主要有2部分構成：一是由距離引起的衰減，稱為距離衰減，二是由綠化帶樹木引起的衰減，稱為綠化衰減[14-15]。同時，可將交通噪聲看作是由多個運動的點聲源組成的聲源流，參照文獻[16-17]，根據公式(1)進行噪聲衰減值的計算：

(1)

由公式(1)推導出綠化帶衰減系數計算公式：

(2)

2.4 數據處理

采用SPSS18.0軟件的單因素方差分析(ANOVA)分析不同林帶類型、不同寬度梯度之間噪聲值的差異性，并利用Pearson相關系數分析綠化帶結構指標和綠化衰減系數之間的相關性。

3 結果與分析

3.1 不同類型綠化帶的群落結構組成

根據群落調查的內容，對3種類型綠化帶的群落結構指標進行統計，并對各林帶類型之間進行方差分析，結果(表1)表明：3種類型綠化帶的群落結構指標均在0.05水平上存在差異。毛白楊純林的胸徑、樹高、冠幅、干高等結構指標均顯著大于雪松純林和針闊混交林。在林分密度方面，針闊混交林顯著大于雪松純林和毛白楊純林，雪松純林大于毛白楊純林，但二者之間的差異不顯著。地被植物均為野生草本，可以忽略地表狀況對噪聲衰減的影響。

表1 不同類型綠化帶的群落結構組成

注：數據為平均值±標準差，同列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著，下同。

Note: Different small letters in the same column indicate the significant difference amongdifferent treatment groups(P<0.05).The same below.

3.2 不同類型綠化帶的降噪能力

根據實測數據計算出3種類型綠化帶在不同寬度梯度上噪聲的衰減值，并對3種類型綠化帶之間噪聲的衰減值進行方差分析(表2)。由于在本研究區域中，京開高速均配備完善的綠化帶，難以選擇無綠化帶的空地作為對照實驗。因此，在數據分析時，采用距離衰減作為對照，其衰減值可由公式(1)直接計算得出。

表2 不同類型綠化帶的噪聲衰減值

Table 2 Noise attenuation of different forest types in green belt

林帶類型ForesttypesLeq10/dBLeq20/dBLeq30/dBLeq40/dBLeq50/dBLeq60/dB毛白楊純林PureforestofPopulustomentosa7．4±3．8a9．8±3．8a11．0±3．8ab12．2±3．8b13．1±3．7b13．8±3．7b雪松純林PureforestofCedrusdeodara8．0±3．7a10．1±3．8a11．6±4．1a13．2±4．3a14．5±4．4a16．0±4．7a針闊混交林Coniferousandbroadleafmixedforest6．1±3．5b8．8±3．6b10．5±3．7b11．9±3．7b13．1±3．6b14．0±3．6b對照組Controlgroup5．17．48．81010．811．6

注：Leq10表示在10 m寬度梯度上噪聲的衰減值，依次類推。

Note:Leq10indicatethe noise attenuation in 10 m width gradient, by such analogy.

通過與對照組進行比較可以看出：3種類型的綠化帶均可以對高速公路噪聲形成一定的衰減作用，其中，雪松純林在各個寬度梯度上噪聲的衰減值最大，降噪能力最強。進一步對3種類型綠化帶對不同梯度上的噪聲衰減值之間的差異性進行分析發現：在10、20 m梯度上，雪松純林的衰減值與毛白楊純林的差異不顯著，二者均與針闊混交林存在顯著差異。在30 m梯度上，雪松純林與毛白楊純林以及毛白楊純林與針闊混交林的差異不顯著，但雪松純林與針闊混交林的差異顯著。在40、50、60 m梯度上，雪松純林與毛白楊純林、針闊混交林間的差異均顯著，毛白楊純林與針闊混交林的差異不顯著。通過上述分析說明，相對于降噪能力最強的雪松純林而言，隨著寬度的增加，毛白楊的降噪能力呈現出減弱的趨勢，而針闊混交林呈現出增強的趨勢。

3.3 不同寬度梯度綠化帶的降噪功能

以不同寬度梯度的噪音值為因變量，距離為自變量，對3種類型綠化帶噪聲的梯度衰減水平進行曲線擬合，結果(表4)顯示：均以3次多項式的擬合度最高。毛白楊純林和針闊混交林的擬合優度R2較高，均在0.8以上，雪松純林的擬合優度R2也達到了0.723。

表3 不同寬度梯度下綠化帶的噪聲衰減

根據《聲環境質量標準》(GB3096-2008)的規定，“在白天，交通干線道路兩側的環境噪聲限值為70 dB；居住、商業等需要維護安靜區域的環境噪聲限值為60 dB”[18]。根據該標準，將70、60 dB代入表4中的擬合方程，得出毛白楊純林滿足該標準的寬度分別為15.1、71.1 m，雪松純林分別為9.7、57.0 m，針闊混交林分別為16.8、75.7 m。雪松純林滿足標準所需的寬度最小，也驗證了雪松純林的降噪效果最好。

3.4 群落結構各項指標與降噪功能的相關性

由公式(2)可知綠化衰減系數由綠化衰減與距離計算得出，可以很好地反映綠化帶在不同寬度梯度上的降噪功能，其數值越大，降噪能力越強。對綠化衰減系數與群落結構的各項指標做相關性分析，結果(表5)表明：胸徑、樹高、冠幅、枝下高多項指標與綠化衰減系數的相關關系均不顯著，僅有林分密度分別與寬度10、20 m的綠化衰減系數在0.05水平上呈顯著的負相關關系。

3.5 群落結構綜合指標與降噪功能的相關性

本研究建立了2個綜合指標，探討綠化帶群落結構對交通噪聲衰減的影響。首先是立體綠量，即指群落內所有生長植物莖葉所占據的空間體積，是反映群落結構空間分布的綜合性因子。具體計算步驟參照文獻[25-27]，樹木單株的立體綠量為樹冠和冠下綠量之和(表6)，累計樣地內單株三維綠量獲得整個樣地三維綠量(表7)；其次是監測點1.3 m處樹木的水平斷面積，計算方法是枝下高小于1.3 m的樹利用1.3 m處的冠幅計算水平斷面積(A<1.3)，計算公式為：

A<1.3=πC1.32/4

表5 群落結構與降噪功能的相關分析

注：*表示在0.05水平(雙側)上顯著相關。k10m表示在10 m寬度梯度上的林帶衰減系數，依次類推。

Note: * indicates significant correlation atP<0.05.k10mindicatethe ttenuation coefficientin 10 m width gradient, by such analogy.

式中：C1.3為1.3 m處的冠幅；枝下高大于1.3 m的樹利用胸徑(d)計算水平斷面積(A>1.3)，計算公式為：

A>1.3=πd2/4

累計樣地內單株的水平斷面積獲得整個樣地的水平斷面積，結果見表7。

表6 立體綠量計算公式Table 6 Tridimensional green biomass calculation formula

注：x為冠幅，y為冠高，d為胸徑，h為枝下高

Note:xindicatecrownbreadth, yindicatecrownheight,dindicateDHB, hindicateunderbranchheight.

表7 不同類型綠化帶的立體綠量和水平斷面積

將綠化衰減系數分別與立體綠量和水平斷面積2個綜合指標進行相關性分析。結果(表8)表明：立體綠量與寬度為60 m的綠化衰減系數呈顯著負相關關系。水平斷面積與寬度為50 m的綠化衰減系數呈顯著正相關關系，與寬度為60 m的綠化衰減系數呈極顯著正相關關系。該結果說明水平斷面積越大，綠化帶的降噪能力越強。

表8 綜合指標與降噪功能的相關分析

注：**表示在0.01水平(雙側)上顯著相關，*表示在0.05水平(雙側)上顯著相關。

Note: ** indicates significant correlation atP<0.01, * indicates significant correlation atP<0.05.

4 討論

前人的多數研究認為綠化帶的林分密度越大，其降噪能力越強[20,24]，但是，本研究結果與此相反，說明僅用某一結構指標并不能表征整個群落的降噪能力，綠化帶的降噪能力應當是多個指標協同作用的結果。

通過對2個綜合指標的分析證實，在高度為1.3 m的水平布點監測中，綠化帶在同一高度水平上的斷面積是影響其降噪能力的一個重要指標，但是，還需增加更多的監測研究驗證其合理性；同時，如何選擇恰當的結構指標、合適的研究方法來系統地描述綠化帶降噪功能的影響因子也將是未來研究的重點。

5 結論

高速公路綠化帶可以起到良好的降噪功能，不同林帶類型的綠化帶具有大小不一的降噪能力。在建植時，應優先選分支點低、分支多、枝葉細密的植物。在城市綠地空間不足的情況下，還應輔助于其他技術措施，才能完全消除交通噪聲對居民生活的影響。綠化帶的降噪能力是由多個林分結構指標協同作用的結果，并不能僅用某一結構指標表征整個群落的降噪能力，研究證實綠化帶在同一高度水平上的斷面積是影響其降噪能力的一個重要綜合指標。

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(責任編輯：詹春梅)

Study on Noise Attenuation of Green Belts in Plain Area

ZHANGZhi-yong1,LIQuan-ming2,NANHai-long3,YANGXiao-hui1

(1.Institute of Desertification Studies, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China; 2.Beijing Daxing District Forestry Station, Beijing 102600, China; 3.Beijing Forestry and Parks Department of International Cooperation, Beijing 100013,China)

highway; green belts; noise attenuation

2015-09-28 基金項目： 北京市科技計劃項目(z141100006014031)；國家國際科技合作專項資助(2015DFR31130)；國家自然科學基金項目(31670715; 41271033; 41471029) 作者簡介： 張志永，博士研究生.主要研究方向：恢復生態學和生態管理.E-mail: zzy100083@163.com * 通訊作者：楊曉暉，博士，研究員.主要研究方向：恢復生態學和荒漠化防治.E-mail: yangxh@caf.ac.cn

10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.02.020

S731.8

A

1001-1498(2017)02-0329-06