篱垣型垂直绿化的减噪能力及其影响因素

袁琨 郭佳 陆哲明 陈潇 赵鸣

收稿日期：2020-09-10

*基金项目：国家重点研发计划“防护绿地与道路绿地构建及功能提升技术与示范”（2018YFC0506903-01）;北京林业大学

科技创新计划项目“中国插花花艺策展中的文化传播研究”（2019RW03）

第一作者：袁琨（1982- ），女，博士生，研究方向为风景园林规划设计与理论。E-mail：cafayk@163.com

通信作者：赵鸣（1964- ），男，博士，教授，研究方向为风景园林规划设计与理论。E-mail：zm0904@126.com

摘要：观赏和减噪是篱垣型垂直绿化需要具备的重要效能。文章通过实地调研，选取藤本月季和大花铁线莲为研究对象，使用高精度声级计（TES-1353S）、采用等距样方法对各样方处的减噪值进行测定和计算，并对植物特征信息进行统计和量化;运用SPSS 26.0分析各样方处的减噪值与植物特征的相关性，发现影响2种篱垣型垂直绿化减噪效果的最显著因素均为植物孔隙率;通过计算和比较2种样本植物的减噪能力，还发现大花铁线莲的减噪能力优于藤本月季。文章最后基于2种植物生长过程中孔隙率的变化特点，提出优化减噪效果的种植策略。

关键词：减噪，垂直绿化，藤本月季，大花铁线莲，种植策略，北京

DOI： 10.12169/zgcsly.2020.09.10.0001

Noise Reduction Ability of Vertical Greening of Hedgerow

and Its Influencing Factors

Yuan Kun Guo Jia Lu Zheming Chen Xiao Zhao Ming

（School of Landscape Architecture， Beijing Forestry University， Beijing 100083， China）

Abstract：Ornamental effect and noise reduction are the important functions of vertical greening of hedgerow. Through the on-the-spot investigation， this paper selects the climbing rose and  Clematis patens  to measure and calculate the noise reduction value of each square by using the high-precision sound level meter （TES-1353S） andequidistant sampling method， and count and quantify the plant characteristic information. SPSS 26.0 is used to analyze the correlation between noise reduction value and plant characteristics， and it is found that the most significant factor affecting noise reduction effect is plant porosity. By studying and comparing the noise reduction ability of the two plants， it is found that  C. patens  is better than climbing rose in noise reduction ability. According to the changing characteristics of plant porosity during the growth of the two plants， we come up with the planting strategy to improve the effect of noise reduction.

Keywords： noise reduction， vertical greening， climbing rose，  Clematis patens ， planting strategy， Beijing

籬垣型垂直绿化指的是利用攀援植物对篱架、护栏等框架结构的缠绕和吸附形成的植物绿墙，常用于医院、学校、科研机构、居民区等对噪音较为敏感的区域外围[1]。篱垣型垂直绿化能够在窄小空间较好地实现增绿、美化、抗干扰等多重功能，是目前旧城“拆围改绿”的重要微更新途径之一[2]。研究城市篱垣型垂直绿化主体攀援植物的减噪能力，掌握影响其减噪效果的植物形态因素，有助于促进其效能的全面发挥。

现有研究成果已经充分证实植物形态影响减噪效果[3-4]，其中叶面积、叶茎量、平均高度等特征对单株减噪效果的影响最为显著[5-7]。与常见乔木、灌木绿化隔离带相比，攀援植物形成的篱垣型垂直绿墙在植物形态上有较为明显的不同，但目前的植物减噪研究却鲜少涉及。本文对北京市篱垣型垂直绿化进行了实地调研，选取观赏性优的2种篱垣型垂直绿墙为样本，研究主体攀援植物的减噪能力与影响因素，从而进一步丰富植物减噪研究成果，为篱垣型垂直绿化的种植设计实践提供参考依据。

1 试验条件界定

1.1 试验样本确定

依据篱垣型垂直绿化的常用环境，在北京海淀区范围内选取了学院路、清华东路、双清路、林萃路、上庄路街道开展详细调研，结果发现共有藤本月季、大花铁线莲、蔷薇、凌霄、五叶地锦和牵牛花6种篱垣型垂直绿化。大花铁线莲的花、果均有较高观赏性，其观赏价值最佳;藤本月季因观赏期长，观赏价值仅次于大花铁线莲，并且在调研范围内应用最广。因此，本文最终选取大花铁线莲和藤本月季作为研究对象。

基于绿墙条件比较，选定中国农业大学、天地秀色铁线莲基地外围作为试验地。2处场地的绿墙高度、构架材料、植物生长年限均近似，但绿墙长度差异较大。中国农业大学外围藤本月季绿墙被分隔为110 m，130 m，55 m共3段，总长为295 m;天地秀色铁线莲基地外围大花铁线莲绿墙总长50 m。为统一长度条件，同时满足无其他声反射障碍的测声要求[8]，选择在绿墙无障碍物位置各截取20 m作为样本。

1.2 试验噪声环境界定

2处试验地的主要环境噪声均来源于城市道路噪音。城市道路噪音多产生于机动车，其声级值在不同区位、时段均有较大差异[9]。为使不同位置试验样本的环境噪声级值保持稳定、一致，本试验选择在清晨4点机动车较少、环境噪声干扰微弱时，通过增设模拟噪声源的方式同步开展。

机动车噪音频率主要由2 000 Hz以下的中低频声音构成[10-11]，而人耳对1 000～5 000 Hz的噪声最为敏感。本试验使用信号发生器，选择频率为1 000 Hz噪声模拟机动车噪音。依据声环境质量标准（GB3096-2008），通过小型民用音箱将模拟噪音的声级值控制在60～80 dB，并由声级计（A加權网络）调试测量，确保各试验场地的模拟声源达到噪声标准，环境噪声条件一致。

2 试验与研究方法

2.1 监测点设置

依照环境噪声测量标准（GB/T 3222-94），以人耳高度为参照，在各样本1.5 m的水平高度上采用等距样方法，每隔1 m设立一组样方，样方长、宽、高均为20 cm，共设立20组。所有绿墙植物形态特征信息均以样方为依据采集。基于声音系统必须包含声源、传播途径、受声者3个环节的基本要求，各样方均设定声源面（外）与受声面（内），并以高精度声级计（TES-1353S）测量各面声级值强度。噪声源、声级计、样方保持平面位置中心对齐。

2.2 数据采集

为进一步计算噪声通过绿墙后的总减噪量以及无绿墙作用的自然衰减量，需收集不同情况下监测点相关声级值。具体采集过程如下：1）噪音源播放噪音，记录各声级计显示为同一时间测得的声级值l1和l2;2）保持噪音源、声级计位置恒定，并同时垂直向上移动至样本的无种植空白段，播放噪音，再次记录显示为同一时间测得的声级值l′1和l′2。

篱垣型垂直绿墙的形态一般用绿墙维度与肌理密度特征共同描述，均可通过其主体攀援植物的植株特征来表达。由于绿墙的施工种植长度在城市实践中一般为定量，因此重点选取深度（D）、高度（H）2项变量作为样本维度因子，选取主体攀援植物孔隙率（P）、平均单叶面积（Ala）、枝条密度（Fb）3项变量作为样本密度因子。通过采集各因子的对应数据研究其与绿墙减噪效果的关系。具体采集过程如下：1）在各样本样方范围内随机采集10片单叶叶片，用于量化平均单叶面积;2）在各样本样方范围内数出2级枝条数量，用于计算枝条密度;3）以白纸为底，拍摄各样本样方的多方向立面照片，用于量化孔隙率;4）通过样方内、外两侧方框的对角线交点测量该处主体攀援植物厚度值，用于标记该样方处的绿墙深度;5）通过样方顶面、底面方框的对角线交点测量该处主体攀援植物的高度，用于标记该样方处的绿墙高度。

2.3 数据量化

2.3.1 各样方的相对减噪值计算

基于绿墙的总减噪量与噪声自然衰减量，计算藤本月季和大花铁线莲篱垣型垂直绿墙各样方的相对减噪值（表1）。具体计算内容及过程如下：

1） 总减噪量表示通过篱垣型垂直绿墙的噪声总衰减量，即噪音面声级值与受干扰面声级值的差值：Δl总=l1-l2;

2） 噪声自然衰减量表示在无植物情况下，噪声通过该距离过程中形成的自然衰减，即D值不变情况下，无种植空白段的噪音面与受干扰面声级值的差值：Δl空=l′1-l′2;

3） 相对减噪值表示排除噪声衰减影响下的植物减噪量，即总减噪量与噪声自然衰减量的差值：Δl植=Δl总-Δl空。

2.3.2 各样方的植物特征量化

运用像素法、图像分析与标度法等量化各样方采集的植物形态特征，分别得到藤本月季和大花铁线莲篱垣型垂直绿墙各样方的植物特征量化值（表2、表3）。为提高数值之间的可比性，各样方枝条密度值均统一缩小为1/1 000。

3 结果与分析

3.1 减噪能力影响因素

分别将各样方的相对减噪值（Δl植）与样方处对应的植物孔隙率、枝条密度、平均单叶面积、高度、深度代入SPSS 26.0软件进行Pearson相关分析。Pearson相关分析常用于判断变量之间的相关程度，其公式为式（1）：

r=∑ni=1（xi-）（yi-）∑ni=1（xi-）2∑ni=1（yi-）2（1）

式（1）中，r表示相关系数，i表示样方序号，n表示样方总数，xi表示第i个样方的影响因子值，表示该影响因子值的均值，yi表示第i个样方的相对减噪值，表示相对减噪值的均值。当∣r∣=0为完全不相关，0<∣r∣<0.3为微弱相关，0.3≤∣r∣<0.5为低度相关，0.5≤∣r∣<0.8为显著相关，0.8≤∣r∣<1为高度相关，∣r∣=1为完全相关。

从表4、表5中可知，藤本月季的植物形态因素与减噪值的相关度排序为孔隙率>平均单叶面积>枝条密度>植物生长深度>植物生长高度;大花铁线莲的植物形态因素与减噪值的相关度排序为孔隙率>枝条密度>植物生长深度>平均单叶面积>植物生长高度。孔隙率是藤本月季与大花铁线莲篱垣型垂直绿化共有的最显著减噪影响因素。相对减噪值均随孔隙率的增大而减小。孔隙率是由植株枝、叶的面积、密度、分布等特性所共同反映出的复合特征。霍罗申科夫等[12]发现，叶面积密度是低生长植物阻滞声波的重要影响因素之一，叶面积密度越大，孔隙率越低，其阻滞声波的能力越强。王明月[13]在对7种阔叶植物减噪能力及生物学结构的影响关系研究中发现，与树冠孔隙率相关的植物特征均与减噪能力呈负相关关系，这与本试验得出的结论基本一致。

3.2 减噪能力

主体攀援植物的减噪能力是篱垣型垂直绿化减噪效果的主要依据。根据单株植物相对A声级的减噪能力的定义[14]，本文将篱垣型垂直绿化相对A声级的减噪能力（Δl减）界定为平均厚度绿墙的噪声衰减量，即样方处的平均相对减噪量与样本绿墙平均厚度的比值：Δl减=Δl均/D均。

通过计算，藤本月季篱垣型垂直绿化的减噪能力为3.78 dB/m，大花铁线莲篱垣型垂直绿化的减噪能力为7.30 dB/m，大花铁线莲的减噪能力明显强于藤本月季。藤本月季是运用散生勾状皮刺进行吸附攀援，随着生长，其枝干极易与绿墙的基础构架脱离，并且枝干合轴分枝的生长方式使叶片随着生长向植株上部集中，从而导致藤本月季篱垣型垂直绿化的植物孔隙率分布不均匀，局部数值较高。与藤本月季不同，大花铁线莲是运用叶卷须进行卷附攀援，主枝活性较好，分枝较少。在良好的生长条件下，大花铁线莲篱垣型垂直绿化的孔隙率会随着生长逐步稳定变小，从而导致大花铁线莲篱垣型垂直绿化的减噪能力强于藤本月季。艾锦辉[15]在对16种常见绿化植物减噪能力的测量分析中发现，乔木中叶面积最大且枝叶稠密的山玉兰减噪效果最好，灌木中金丝桃虽然叶面积不大，但由于其较大的枝叶密度有较好的漫反射效应，因此减噪能力也较强。陈骅[16]在对绿墙植物进行声学特性测试时，发现绿墙植物减噪主要是以吸收声能為主要方式，而绿墙植物越密集，吸声系数越大。上述研究均与本次减噪能力比较的结论与分析结果较为一致。

4 结论

1） 大花铁线莲的减噪能力优于藤本月季，大花铁线莲篱垣型垂直绿化比藤本月季篱垣型垂直绿化的减噪效果更好，也更稳定。

2） 对藤本月季篱垣型垂直绿化减噪效果影响较为显著的因素依次为植物孔隙率、平均单叶面积和枝条密度。

3） 对大花铁线莲篱垣型垂直绿化减噪效果影响较为显著的因素依次为孔隙率、枝条密度和植物生长深度。

4） 影响藤本月季、大花铁线莲篱垣型垂直绿化减噪效果的最显著因素均为孔隙率，说明植物孔隙率在优化篱垣型垂直绿化减噪效果的后续研究以及工程实践中是值得关注的重要指标之一。

5 建议

基于本文的研究结论，结合城市文化需求、植物生长特点等具体情况，对北京篱垣型垂直绿化提出以下建议：

1） 大花铁线莲的减噪能力和观赏价值均优于藤本月季，只要立地条件适宜，并具备良好养护条件，对观赏效果有较高要求的噪音敏感区来说，大花铁线莲是相对较佳的绿墙主体攀援植物。藤本月季的减噪能力、观赏价值弱于大花铁线莲，但作为北京的市花品种之一，具有北京地域文化的符号作用;此外，藤本月季抗旱、耐贫瘠能力较强，养护成本较低，极易成活，只需适当修剪保持良好形态即可[17]，因此更适用于北京人流量较多的公共空间。

2） 对于以藤本月季为主体的篱垣型垂直绿墙，在以藤本月季为主体攀援植物的基础上，可适当增植其他攀援植物、灌木、观赏草来降低孔隙率，也可考虑在植物中下部与实体墙组成花墙造型，从而优化减噪效果。为提高单叶面积，则要在栽植藤本月季前充分考查立地条件，保证光照充足。为保持稳定良好的枝条密度，首先应尽量合理密植，其次要在藤本月季生长早期对枝干合理绑缚，成型后及时修剪整形[18]。

3） 对于以大花铁线莲为主体的篱垣型垂直绿墙，可以充分运用较密且均质的构架分格，从而使大花铁线莲在攀援过程中保持较小的植物孔隙率。通过合理密植，以及配置合适的其他品种铁线莲也可以实现降低孔隙率的目的。为增加枝条密度和植物深度，需要在植物生长早期及时牵引，并定期养护施肥[19]。

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