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上来说是与人类的生存和生活环境有关的功能,包括调节气候、固碳放氧、净
化污水、涵养水源、降低噪声、防风固沙、改善野生动物的栖息环境、保护生
物多样性、城市防护与减灾等;
二是社会表达,这是源自植物景观,但必须通
过人为的感知或社会实践活动才能实现的,从该功能的用途上来说是与人类活
动有关的功能,包括植物景观的游憩休闲与娱乐功能、历史文化功能、体育锻
炼功能、医疗保健功能、教育功能以及美化城市环境、合理组织城市空间等功
能。
可见深入研究植物的各项功能可为更好地营造人类生活空间作出多方面的
贡献。
1.2噪声的危害
噪声的危害自人类工业发展伊始便一直存在,由于噪声对人体的危害是慢性的,且不似光化学污染、水体污染等其他环境问题一样会造成大面积的危害,因此长期以来噪声污染都被人们所忽略。
但随着全球经济的飞速发展,噪声的危害也愈演愈烈,据世界卫生组织就全世界噪声污染情况的调查结果显示:
发达国家的噪声污染问题非常严重,而在发展中国家的一些城市,噪声污染也已相当严重,有些地区全天24小时的噪声达到75至80dB.
嗓声从心理和生理两个方面对人体产生危害。
心理方面,它首先影响人们的正常生活,例如;
普通谈话声一般为60dBA,若两人相距1.5m交谈,当背景噪声达到66dBA时,则要提高声音,对方才能听得清楚,当噪声达到90dBA以上,即便大声喊,对方也听不清楚:
又如噪声也会影响人的睡眠和休息,高于55dBA的噪声就会对睡眠产生较为严重的干扰,突然响起的噪声,只要达到60dBA,就能使70%正处于睡眠中的人惊醒,经常受到噪声的干扰,会使人睡眠不足,头晕头痛,严重的引起失眠症。
其次,噪声也影响人们的学习和工作,人在噪声刺激下容易心情烦躁、注意力分散、疲劳、反应迟钝,从而导致工作和学习效率的降低。
而当噪声达到一定程度,则会影响到人的身体健康。
大量的实验和调查说明,噪声使人的听觉系统受到损害,表现为耳鸣、听阈移位、高频听力丧失,然后出现更加严重的不可逆转的听力损伤和耳聋,一般说来,经常暴露在90dB以上的环境中时,就可能产生噪声性耳聋。
噪声也会引发多种疾病,近年来的研究表明,当噪声作用于人的中枢神经时,可使大脑皮层兴奋与抑制的平衡失调,如果长期处于这样的状态,就会出现头晕、疲劳、失眠、记忆力衰退等神经衰弱方面的症状,也会影响入的消化系统、内分泌系统等。
由此可见,全球噪声污染已经成为影响人们身体健康和生活质量的严重问
题,需积极采取措施予以控制。
1.3植物的降噪功能
在噪声控制的研究过程中,尤其是在环境噪声控制技术的研究中,植物减弱噪声的功能因其经济实用性和美观生态性而受到各国研究者的关注,虽然对植物的降噪功能已经进行了一定的研究,积累了大量的实验数据和实验方法,但是总得来说还不够系统,存在许多不足,如:
缺乏对单一物种的降噪量研究,对降噪绿带种植形式的研究则更是少,所以虽然有大量的研究,但对实际降噪绿带建设工作的指导性意义不强。
2.噪声控制和植物降噪研究综述
2.1噪声概述
2.1.1噪声的定义
从心理学观点出发,噪声的定义为:
凡是人们不需要的、会产生不利影响的声音,叫做噪声。
从物理学观点出发,噪声则是一种声音能量所造成的污染,是频率和强度都无规则的各种声波的组合。
《中华人民共和国环境噪声污染防治法》中,将环境噪声定义为:
环境噪声是指在工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的干扰周围生活环境的声音。
噪声污染,则是指所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准,并干扰他人正常生活、工作和学习的现象。
2.1.1噪声的类型
按噪声对人的影响程度分类:
①过响声:
很响的声音,如喷气发动机排气声,大炮射击的轰鸣声等。
②妨碍声:
是指一些声音虽不太响但它妨碍人们的交流、思考、学习和睡眠的声音。
③不愉快声:
摩擦声、刹车声、吵闹声等让人产生不悦感的声音。
④无影响声:
人们生活中习以为常的声音,如室外风声、雨声、虫鸣声等。
按噪声的不同来源分类:
①工业噪声:
是指工厂在生产过程中由于机械震动、摩擦撞击及气流扰动所产生的噪声。
例如:
化工厂的空气压缩机、鼓风机和锅炉排气放空时产生的噪声,都是空气振动而产生的气流噪声;
球磨机、粉碎机和织布机等产生的噪声,则是固体零件机械振动或摩擦撞击产生的机械噪声。
②交通噪声:
是指飞机、火车、汽车、城市轨道交通、拖拉机等交通运输工具在飞行和行驶中所产生的噪声。
③生活噪声:
是指街道、文体娱乐场所以及建筑物内部各种生活用品设备和人们日常活动所产生的噪声。
④施工噪声:
是指建筑工地所产生的噪声,其噪声来自各种各样的作业,如土方爆破、挖掘沟道、打夯、打桩、吊装构件、搅拌和浇捣混凝土、运料卸料以及敲打、撞击、呼喊等声音。
2.1.2噪声的声学特征
噪声与乐音,具有许多相同的声学特征,也有不同的特点。
噪声的物理量度主要包括:
声压、声强、声功率、频谱、频程、声压级、声强级、声功率级等;
噪声的主观评价则是人们根据噪声控制的不同目的,拟定的不同的噪声评价量,包括:
响度和响度级、计权声级、等效连续声级Leq。
2.1.3植物降噪原理
声音的衰减分常规衰减和额外衰减两种,常规衰减由声能随传播途径的发散和声波在传播过程中与空气粒子鲍摩擦引起,是声音随距离的衰减;
而额外衰减由声源和接收器之间插入的障碍物的反射、折射、散射和吸收作用所引起,是声音随距离的衰减;
而额外衰减由声源和接受器之间插入的障碍物的反射、折射、散射和吸收作用引起。
许多研究者通过自己的实验总结了植物以及由植物形成的林带引起的这种额外声衰减的原理。
多数研究者认为植物对声音的作用只表现在高频阶段,对于频率低于lkHz的声音,植物可视为是透明的。
raagh,J.通过对比林带对火车噪声和公路汽车噪声的衰减作用,也认为绿带对噪声的衰减与噪声的频谱组成息息相关,对火车噪声的衰减量较为明显是因为火车噪声以高频为主。
也有研究者认为植物并不是孤立的,应区别单棵植物与整片林地的作用,例如DonaldAylor认为植物的叶片、茎干和土壤状况对减弱噪声均有十分重要的作用,其中叶片对噪声的衰减作用主要表现在高频阶段,当叶片较少时,高频噪声主要通过茎于的散射作用而衰减,土壤则对低频的声能有着相当大的吸收作用,通过三者的协同作用,可将植物对噪声的衰减扩展到很多重要的频率;
F.Fficke认为森林对噪声的减弱现象主要有三种:
(1)直接声波和地面反射波之间的干涉;
(2)树木枝叶的散射,地面和空气的湍流:
(3)植物、地面和空气的吸收。
并且通过研究声音随时间延长的衰减量和声音随距离增加的衰减量之间的关系,得出声音在中频阶段(250-1000Hz)主要靠散射作用,在高频阶段(2.8kHz)主要靠吸收作用的结论。
综上可知,林带的吸声作用是综合性的,当声波入射到林带中时,高频范围内的声能被树叶和树干吸收,并使植物体产生阻尼振动,转化为植物体固有的振动频率,从而将声能转化为热能;
中频范围内的声能则通过植物枝叶的反射和散射作用而衰减;
低频范围内的声能则通过土壤的吸收和地被植物的反射而衰减。
2.1.4我国植物降噪研究现状
我国对植物降噪效果的研究开始得较晚,均集中在2000年以后。
余树勋在“面向21世纪首都绿化学术研讨会”上的发言中综合了国外对植物降噪效果的一些研究材料提出:
植物重叠的叶片,可以改变噪声直射的方向,形成乱反射,使透过枝叶空隙射入人居环境中的噪声减弱20%~30%:
并认为在北方城市中效果较佳的是利用人工修剪的高篱来防止噪声。
其后也有一些研究者测量了不同类型的林带的降噪效果,如肖荣波等人对公路旁的枫杨林带的降噪效果进行测量。
陈振兴等人对四种不同形式的绿篱进行测量,证明以高中低不同层次的灌木、乔木组成的密集绿篱减噪效果最好。
陆旭蕾等测量了街道绿地(单纯乔木型、乔木+灌木+花草型)、公共绿地(单纯乔木片林、乔灌混合片林)和特殊绿地(草坪足球场)对噪声的衰减作用,测量结果为:
街道绿地一般能减弱噪声0.7—3dB(A),具有一定的隔声作用,其中乔、灌、花草搭配型效果较明显;
一般公共绿地(片林)不同距离可减弱噪声1.2-11.1dB(A),单纯乔木片林20米以内效果不明显,40米以上作用明显,乔灌型片林,从10米开始就有明显作用;
草坪的吸声作用低处优于高处,但随距离的增加,都具有一定的减噪作用。
这些研究有的所涉及的对象太过单一,有的则没有针对具体的种类作出测量,且噪声源均以公路上的交通噪声为主,存在测量对象的选择较为随机、噪声源不稳定等问题。
罗海霞、丁建生则通过理论和实测研究了复合式绿化林带的降噪效果,认为种植10m宽的复合式绿化林带能够起到较好的降噪效果,结构设计由外到里如下:
(1)种植3m草坪,其上点缀观赏性灌木;
(2)种植高大阔叶常绿乔木。
树种推荐香樟、广玉兰;
(3)2m宽常绿阔叶灌木,树种推荐夹竹桃、海桐、蚊母树;
(4)地面种植油麻藤或常春藤;
(5)2m宽常绿阅叶灌木,树种推荐珊瑚树;
(6)种植高大阔叶落叶乔木,树种推荐朴树、杨树:
(7)依附港区边界围墙或栏杆种植油麻藤,1-2年油麻藤可形成一道密实的绿色屏障。
预测种植10m宽类似于此的复合式绿化林带,在其长成后降噪效果可达6-10dB。
但是该研究针对港区进行,设计的复合绿带结构也不符合生态及观赏要求,且实际的降噪效果还有待实践验证。
2004年以后开展的实验更为深入,方法更为科学严谨,并开始运用频谱分析探讨植物对不同频段的噪声的影响。
上海市率先进行了降噪绿地的研究和营造,张庆费等人对植物的减噪机理、降噪绿地的特征、营造技术、植物的选择和配置方式等进行了理论研究。
同时也选择上海市典型的树种和人工植物群落进行实验测量,如:
郑思俊等对植物个体的隔声性能和植物群落的降噪效果进行了研究,前者通过采集公园及道路绿带中健康植株的枝叶,在实验室中形成体积为1.2m*0.8m*O.8m的测量体来进行实验,结果显示:
在噪声低频段植物隔声效果不大,不同植物的差别也不大,但在高频段,叶型较大、叶表面被毛、枝叶相对繁茂的植物,隔声效果较好,例如:
构树、香樟、水杉的隔声效果为构树>
香樟>
水杉,说明阔叶树的隔声效果要优于针叶树;
后者选择了21种人工群落进行野外实测,结果显示:
各类型群落30m林带处噪声相对衰减量≥10dB(A)的有香榧群落、广玉兰、香樟群落、雪松群落和墨西哥落羽杉群落,相对衰减量在曲10dB(A)的有广玉兰群落、桂花群落、国槐群落、散生竹群落、丛生竹群落、柳杉、日本柳杉群落、杨梅、杜仲群落,相对衰减量≤6da(A)的有皂荚群落、绣球群落、悬铃木群落、杨梅群落、香樟群落以及草坪。
该结果与实验室内植物个体隔声性能的测量结果有一定差距,说明研究植物的降噪效果还是要将植物作为一个整体来研究,针对分离的枝叶等个体进行研究未必科学。
与此同时,上海植物园的张明丽、胡永红等人也在上海市区选取23个有代表性的城市植物群落进行减噪效益的测定,结果表明:
不同植物群落类型对噪声的减弱效果从大到小依次为针叶林、常绿阔叶林、常绿落叶阔叶林、落叶阔叶林、散生竹林、丛生竹林、常绿灌木、落叶灌木;
在距声源不同距离的范围内,植物群落均有减弱噪声的作用,并且植物群落减弱噪声的程度随声源距离的增加而增强;
以同一树种为建群种的植物群落,林下植物配置丰富的群落对噪声的衰减效果优于层次单一的群落;
同一群落在不同的生长时期对噪声的减弱效果有所不同,植物群落在生长期对噪声的衰减值比落叶期高4~5dB。
这些实验采用标准的自噪声和经过人工录制加工的较为稳定的交通噪声作为声源,并且在背景噪声较低的环境下进行,保障了声源的稳定性,且实验的设计也更为严谨,但是测量的植物群落以自然长成的群落为主,树种的组成和群落的结构比较随机,且群落的宽度较大,不太切合城市降噪绿带的需求。
除了研究植物对噪声的实际影响,也有一些研究者对绿化给人带来的心理降噪效应进行了一定的探讨,如张邦俊等人曾开展过绿化带对受声者的主观降噪反应的研究,运用模糊语言的隶属度原则探讨绿化带对由交通噪声引起的心理烦恼度的影响,其结果表明:
随着噪声的增大,绿化对烦恼度的心理改善作用增大,并认为普通的单树带在心理方面的影响约等效于2dB的声级衰减。
但是该研究在问卷调查时将烦恼度分为“非常烦恼”、“烦恼”、“有点烦恼”、“不大烦恼”和“毫不烦恼”5个级别,被调查者面对同一环境,可以较为明确的在“非常烦恼”和“毫不烦恼”间作出判断,但是面对中间的三个级别,人的判断就会有偏差,从而影响最终结果的准确性。
而且人的心理变化除了主观的烦恼度评述外还可以有其它多种方式来判断,因此还需要进一步对心理降噪效应进行研究,使其更客观更准确。
3.研究的内容、目的和意义
3.1研究的内容
①研究植被降噪效果最好的季节---夏季(环境温度、湿度相似)不同植被的降噪效果。
②在单一变量情况下,植物的降噪效果与什么因素有关。
③初步研究植被在距离声源不同远近处声音的衰减量大小。
3.2研究的目的及意义
①弄清几种常见北京植被的降噪效果
通过实测尽量全面的弄清几种乔木、灌木和地被草本的降噪效果,并对其进行排序,这是进行降噪绿地营造的前提和基础。
并进行频谱分析,孬清哪些植物材料针对特定的频率段有较佳的防治效果,从而为各种降噪绿地的树种选择提供更科学的依据。
②使用稳定声源,侧重研究单一植被的降噪效果
目前所开展的实验有的以林带旁来往的交通噪声为声源,有的以人工录制加工的交通噪声为声源,有的又以白噪声、粉红噪声等为声源,其中交通噪声中又分汽车噪声和火车噪声等。
不同的噪声有着不同的频谱组成,有的偏向于低频,有的以中高频为主。
而植物对于不同的频段有着不同的影响,目前公认的植物对中高频的噪声衰减作用较大。
因此在以不同噪声为声源,而仅仅以噪声的声压级为记录结果的实验中,就会出现较大的偏差,致使有些研究者认为植物对于减弱噪声的确有很好的作用,而有些研究者认为植物对于降噪没有实际的作用。
而本研究采用稳定白噪声为声源,对单一树种进行测量。
对比不同树种降噪量的大小。
4.研究概况与研究方案
4.1测量地点概况
(1).实验地点选择:
项目实验地点选在天坛公园内绿化林带、首经贸周边树林,采用多次测量取平均值的方法,使实验结果更加准确。
(2).实验树种选择:
本项目树种选择北京常见的松树、杨树和小灌木。
松树属于常绿乔木,树叶细小呈针状;
杨树属于落叶乔木,树叶较大呈心形;
而灌木枝叶较厚,通过对这三种植被的测量比较容易分析枝叶形状、密度对降噪效果的影响。
(3).在草坪地及石灰地分别设置对照组
4.2目标植被概况
表1:
植被名录表
名称
科名
高度(m)
习性
杨树
杨柳科
6~10
适应性强,速生、抗生,抗虫。
松树
松科
2~5
喜光树种,耐阴性弱,耐贫瘠
灌木(大叶黄杨)
卫矛科
1~5
抗病虫害,抗旱,抗有毒气体
4.3噪声源概况
图1白噪声发生特点示意图
实验声源使用白噪声,白噪声特点是在感兴趣的频率范围内,每单位带宽内有相等功率的噪声或振动。
白噪声在各个频率下能量稳定,使用白噪声方便分析植被对不同频率噪声的降噪效果。
4.4研究方案
4.4.1实验仪器及工具
本实验需使用多通道噪声分析仪、笔记本、音箱、三脚架、皮尺、胶带等工具
4.4.2测量方法
用多通道噪声分析仪在夏季6:
00~22:
00进行测量。
在规定的时间内在保证树种测量面积相等的情况下用大于环境噪声三倍的固定声源对分别对目标树种不同排数处的噪声值,并与对照组比较。
所有测量均在无雨、无雪条件下进行,风速为5m/s以上时停止测量。
尽可能在离任何反射物(除地面),每次测量其位置、高度保持不变。
4.4.3实验设计
(1)选取长度大于20m的植被带进行单种植物降噪效果测量,首先对植物的主要形态特征进行测量记录:
表2测量地点植被形态比较表:
a.杨树
株行距/m:
3*3
树高/m:
6.2~15
枝下高/m:
2~4
胸径/cm:
4.7~10
冠幅/m:
1.4~2.9
地表覆盖物:
草坪
叶片面积/cm2:
25.2~70.5
叶片形状:
心形,叶片较薄
b.松树
3*2
树高/m:
2.4~5.3
枝下高/m:
1~1.9
7.6~11
1.4~5
针状
c.灌木(大叶黄杨)
0.5~1.5
灌木丛宽度/m:
1~2
1.6~3.1
椭圆形,叶片较厚
(2)测量时使声源距离植被10m,分别在5m、10m、15m、20m处安放传声器。
(3)实验使用白噪声声源分贝值在110.2~120.3dB之间,测量地区背景噪声在40~45分贝左右,基本符合声源声压值是背景噪声3倍的标准。
4.4.3测量结果
表3实验数据表
a.中心频率为125Hz
5m
10m
15m
20m
杨树-对照组
0.087
0.743
1.415
2.354
松树-对照组
0.075
0.752
1.503
2.246
对照组
113.745
110.476
107.676
103.623
b.中心频率为250Hz
0.079
0.843
1.479
2.237
0.083
0.796
1.619
2.386
109.942
106.476
103.676
98.623
c.中心频率为500Hz
0.077
0.826
0.090
0.799
1.603
2.423
115.342
113.452
110.374
106.342
d.中心频率为1000Hz
0.063
0.758
1.379
2.199
0.094
0.881
1.743
2.522
113.873
110.424
108.928
104.542
e.中心频率为2000Hz时
0.069
0.679
1.368
1.979
0.089
0.897
1.719
2.627
109.837
105.993
103.690
100.129
f.灌木对噪声的衰减量:
因灌木植株高度较矮,一般不超过1.5m,为避免绕射,测量时声源应距离被测灌木较近,本次试验取声源距灌木0.5m。
7m
灌木-对照组
0.629
1.576
110.342
107.281
4.5主要研究结果及分析
4.5.1植被宽度对降噪效果影响
由表3可见,噪声衰减量随着植被带宽度增加而增加,植被带宽度每增加5m,噪声衰减量在夏季增加0.5~0.7dB。
4.5.2植被枝叶密度对降噪效果影响
表3可见松树噪声衰减量大于杨树,这是由于松树枝叶密度高、冠幅大、最低分枝高度低,说明增加冠径、降低最低分枝高度可以使植被增加噪声衰减量。
4.5.3频率对植被降噪效果的影响
相比较而言,杨树对低频噪声的衰减较强,而松树则截然相反,对于高频噪声表现出较强的衰减能力。
4.5.4灌木的降噪效果
灌木枝叶密度大,叶片肥厚,对于距离较近的噪声降噪效果较强,对于声源远的噪声,会产生绕射现象,降噪效果不十分明显。
5.不足与展望
5.1项目研究的不足之处
5.1.1所测量的植物种类不多
为了尽量避免环境噪声对实验准确性的影响,实验最好在较为僻静的公园中进行,并需要有大面积的植被来进行测量,但是就目前多数公园的植被绿化来看,大多采用团块状地栽形式,在长度和宽度上都能达到实验的要求的相对较少,对植物测量地点、植物种类的选取产生了限制。
5.1.2用的声源类型比较单一
本实验中仅使用白噪声作为测量的主要声源,没有对交通噪声、生活噪声等不同类型噪声源的频谱组成做出测量,并按照各种实际噪声的主要频率来测量植物的降噪效果。
实际的环境噪声以低频音为主,而实验采用的白噪声则具有均匀连续的频谱,高频段的声音组成较多,所以仅用白噪声作为声源会对植物的降噪功能有所扩大。
5.2展望
本次研究力求在前人的基础上进行更严谨的实验设计、更准确的数据获得和更科学的归纳分析,但是由于受到自身知识结构的限制和实验条件的限制,仅仅为系统地研究植被降噪效果做了一些试探性的研究。
在今后的研究过程中,需要首先测量确定生活中最常见噪声源的频谱组成和声压级,人工模拟各种噪声来对植物进行测试,使植物材料的选择更有针对性:
若条件成熟,需在安静的室外空间中测试更多不同生长型的带宽足够的植被的降噪效果,同时需要结合心理学、医学等多种学科对植物的心理降噪效果作出科学的测量分析.植物的降噪功能研究是一项宏观的,涉及众多因子,又极易受环境条件影响的课题,要对各种植物的综合降噪功能作出客观、科学、量化的评价需要较长的实验周期和良好的实验环境,难度较大,但就目前的实验结果来看植物对于噪声的减弱效果还是较为理想的,并且随着植物形态特征的不同以及排列种植方式得不同对各种频率的声音也有不同的衰减作用,因此研究植物的降噪效果对于控制环境
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