植物群落景观的观赏形式对人体生理反应的影响

段艺凡 李树华

城市化建设的快速推进给人居环境带来诸多负面影响，压力及其引发的相关疾病的发病率在城市人群中正逐渐升高[1-2]。研究发现接触自然环境比建筑环境更有助于身心健康[3]，如在城市公园、街头绿地等绿色空间中行走观赏，有助于减轻人们的压力、缓解疲劳[4]。植物群落景观是园林绿地重要的表现形式，植物群落景观对营造舒适的人居环境起到不可或缺的作用[5]。本质上看，园林绿地系统中植物群落景观是园林空间多样性的一种综合表现，因此深入了解不同植物群落景观对人体生理效应的影响，对于园林设计进入以康养为目标的阶段具有重要作用。

随着生活节奏的加快和社会竞争的加剧，城市中的居民承受着学业、工作和生活所带来的各种压力。人们一天中70%～90%的时间都停留在室内[6]，当人们无法观赏到绿色植物，或者无法接触到绿色空间时，则需要借助一些方法来实现接触自然的需求。植物群落景观的观赏形式可以在人体感官体验中发挥关键作用，感官体验通过视觉感官体验传达给其余感官，从而使人们获得多元化的体验感[7]。目前的研究证明了通过实地体验自然景观可以提高人们的积极情绪[8]，但是实地体验通常需要人力、物力、财力和时间的消耗，以及受到外界干扰因素的影响，所获得的反馈信息的有效性降低[9]。研究表明，利用植物景观图像感知自然景观同样具有实地体验自然景观的减压效果[10]。参与者可以通过植物景观图像来观赏不同类型的绿色空间，最后通过生理指标测量[11-12]、访谈调查[13-15]、问卷填写[16-17]和量表测定[18]等方法完成视觉景观评价。图像技术（包括视频、照片等）是目前一种容易快速获取景观信息的方法，可以方便快捷地模拟出真实环境的视觉场景，图像技术通过刺激性介质唤起人们的感知体验，并且通常在室内空间进行，但视频与照片2种观赏形式中哪种能更加有效地增强参与者的景观体验效果，则有待进一步的研究与探讨。

鉴于此，本研究借助视频与照片这2种观赏形式，通过让参与者观赏4种植物群落景观（乔木林、乔–灌–草、乔–草、草坪），来监测参与者的皮肤电导水平与心电图生理指标，以确定不同观赏形式下的植物群落景观对人压力缓解效果的差异，从而为未来景观感知和偏好的评价提供科学依据。

1 研究内容与方法

1.1 研究区域

前期笔者通过文献阅读以及对北京城市公园现场调研，发现多数公园中以列植、群植的方式种植的植物居多[19]，且植物群落景观多以乔木林、乔–灌–草、乔–草、草坪群落为主[20]。通过对北京天坛公园与海淀公园中的游人进行访谈对话，了解到游人对植物群落景观的偏好，从而进一步对植物群落进行调查，发现乔木林、乔–灌–草、乔–草、草坪群落在公园中的辨识度最高，同时游人对这4种植物群落景观的使用率较高，而对乔–灌、灌–草群落景观的使用率偏低。游人对6种植物群落景观的使用情况颇有不同，如草坪群落所形成的空间通透、视野开阔，游人对草坪群落的使用主要以休憩、聚会和聊天的休憩交流类活动为主。乔木林群落有一定的遮挡和庇护作用，游人常集中于林下进行锻炼、休息、闲坐交流等体育锻炼和休憩交流类活动。乔–灌–草群落形成了私密性强和安全性高的空间，适合2人的交谈对话或1人的独处；乔–草群落具有草坪和乔木林群落的双重用途，主要以休憩交流和体育锻炼类活动为主。而灌–草和乔–灌群落的使用用途较为单一，主要以休憩交流类活动为主。因此乔木林、乔–灌–草、乔–草、草坪这4种植物群落景观在城市公园中具有典型性和代表性，最终试验场地选取天坛公园的草坪、乔木林群落和海淀公园的乔–灌–草、乔–草群落。

2019年5月8日—2019年6月8日对样地现场进行照片和视频取样，图像取样过程为选取相似天气条件、同一时间和地点进行多次拍摄和录制，镜头选取55 mm焦距（模拟人眼45°的视线范围），为减少干扰，拍摄时避开人物与构筑物等视线吸引物。照片拍摄方式为在每种植物群落景观中，180°的视野范围内水平移动拍摄5张照片（35°左右/张）。视频拍摄方式为在每种植物群落景观中，录制相等时长（3 min）的视频录像（在相同视野范围内缓慢且水平移动）。试验场景播放形式设定成照片的播放速度为30 s/张，视频的播放速度为3 min/片段[21-22]。

1.2 试验对象

招募来自不同专业的大学生共320名作为本研究的参与者，并分为风景园林学科的专业组与其他学科的非专业组。其中参与者的男女比例为1∶1，专业组与非专业组比例为1∶1.5。前期招募时要求参与者身体健康状态良好，无高血压、心脏病等疾病，身心未受过重大创伤，所有参与者均已签署试验知情同意书。

1.3 生理指标

1.3.1 皮肤电导水平

皮肤电导水平（skin conductance level, SCL）通常用作压力的量度，SCL数值增加则代表压力由稳定转向应激、紧张的状态，反之则代表压力得到缓解，逐渐趋于放松与平静状态[23]。

1.3.2 心电图

心电图（electrocardiogram, ECG）是对心脏跳动由交感神经系统与副交感神经系统相互拮抗运作时的记录，可分析验证参与者的压力与应激反应情况。本试验选用低频（LF）与高频（HF）比值（LF/HF）、pNN50指标分析压力与应激反应情况。LF/HF数值越大，表明自主神经系统活性越强，即兴奋与抑制的变化趋势一致，通常与急性压力和紧张密切相关；pNN50是心率变异性（heart rate variablity, HRV）指标的一种，代表心电图中每对相邻正常心跳时间间隔超过50 ms的个数占所有的正常心跳间隔总数的百分比，pNN50数值增加则代表参与者的身心状况趋于平静放松的状态[24-25]。

1.4 试验设计

正式试验时间为2019年7月10日—2019年8月10日。为了隔绝外界的干扰，选择相对安静且密闭的室内空间进行试验，测量期间提醒参与者稳定坐姿并且不要拉扯电极贴片或与之连接的电线，以免影响信号收集。试验分为2种观赏形式：视频观赏与照片观赏，每种观赏形式分别包含4种植物群落景观，参与者被随机分为8组，每组40人，其中4组进行照片观赏，另外4组进行视频观赏。每组参与者都被要求体验1种植物群落景观，每种植物群落景观的试验时间为15 min，试验结束后，参与者离开试验场地。SCL和ECG生理仪器设备全程监测参与者的生理反应变化情况，从中选取SCL数值与ECG的LF/HF、pNN50数值作为各植物群落景观对参与者生理指标影响的记录，每种植物群落景观试验分为3个阶段：基线阶段、压力阶段和恢复阶段（图1）。压力阶段用于唤起参与者的应激压力反应，该阶段播放的噪声为单一频段刺耳的机械声，比特率为320 kbps，噪声声级为40～50 dB。压力源的有效性已被先前的研究证实，研究表明压力源可以增加参与者的紧张情绪[26]。

图1 试验流程Test flow chart

1.5 数据分析

采用SPSS 26.0对所得数据进行处理，有关生理指标变化值计算公式如下：

压力阶段各项指标变化值（△P1）

恢复阶段各项指标变化值（△P2）

式中，P为各项生理指标均值，P基线为基线阶段各项生理指标均值，P压力为压力阶段各项生理指标均值，P恢复为恢复阶段各项生理指标均值，△P为各项生理指标变化值。当△P为负值时，表明基线阶段的各项生理指标均值大于压力阶段或恢复阶段指标均值，反之则表明基线阶段的各项生理指标小于压力阶段或恢复阶段指标均值。

用配对样本t检验（paired samplettest）分析参与者观赏不同植物群落景观后各试验指标的变化值差异，用单因素方差分析（oneway analysis of variance, ANOVA）比较不同观赏形式之间、不同植物群落景观之间以及不同参与者性别、专业之间的各试验指标变化值的差异性，其中p＜0.05被认为具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 参与者在视频观赏不同植物群落景观后的生理指标变化

2.1.1 SCL指标的变化

通过分析参与者在视频观赏不同植物群落景观后的SCL变化值（图2），发现与压力阶段相比（△P1），参与者在恢复阶段（△P2）的SCL变化值在4种植物群落景观中均呈下降趋势。这说明参与者在视频观赏4种植物群落景观后压力逐渐得到缓解，身心趋于放松状态。

进一步分析发现，视频观赏草坪与乔–灌–草群落后，参与者的SCL减压差值的差异显著（p＜0.01），其中，草坪群落的SCL减压差值大于乔–灌–草群落。参与者在视频观赏4种植物群落景观后的△P3值依次为：草坪（1.631）＞乔–灌–草（1.140）＞乔木林（0.729）＞乔–草（0.228）。这一结果说明参与者被唤起的压力，通过视频观赏不同植物群落景观得到了有效的缓解，且在视频观赏草坪群落景观后，参与者的压力缓解效果最为明显。

2.1.2 ECG指标的变化

1）LF/HF指标的变化。通过分析参与者在视频观赏4种植物群落景观后的LF/HF变化值（图3），发现与压力阶段（△P1）相比，恢复阶段（△P2）中参与者在视频观赏草坪和乔–灌–草群落景观后的LF/HF变化值呈现下降趋势。这一结果表明，在视频观赏草坪和乔–灌–草群落景观后，参与者的紧张情绪均得到有效缓解。

图3 视频观赏植物群落景观后参与者LF/HF指标的变化Changes in participants’ LF/HF indicators after viewing plant community landscapes by video

进一步分析结果发现，在视频观赏4种植物群落景观后，参与者的的LF/HF减压差值（△P3）差异未达到显著。其中参与者在视频观赏草坪群落后LF/HF减压差值（△P3）下降趋势较为明显。该结果表明，相比于视频观赏其他植物群落景观，视频观赏草坪群落景观对参与者的压力缓解效果较好。

2）pNN50指标的变化。通过分析参与者在视频观赏4种植物群落景观后的pNN50变化值可知（图4），参与者在视频观赏乔–灌–草群落景观后恢复阶段（△P2）的pNN50变化值大于压力阶段（△P1），表明视频观赏乔–灌–草群落景观后，参与者的情绪更趋于放松状态。

图4 视频观赏植物群落景观后参与者pNN50指标的变化Changes in participants’ pNN50 indicators after viewing plant community landscapes by video

进一步分析结果发现，参与者在视频观赏4种植物群落景观后的pNN50减压差值（△P3）差异显著，其中△P3值依次为：乔–灌–草（0.057）＞乔–草（0.036）＞草 坪（0.006）＞乔木林（0.005）。这一结果说明参与者被唤起的压力，通过视频观赏不同植物群落景观可以得到有效的缓解，其中视频观赏乔–灌–草群落景观对参与者的压力缓解效果最为明显。

2.2 参与者在照片观赏不同植物群落景观后的生理指标变化

2.2.1 SCL指标的变化

通过分析参与者在照片观赏4种植物群落景观后的SCL变化值（图5），发现相比于压力阶段（△P1），参与者在恢复阶段（△P2）观赏4种植物群落景观后的SCL变化值均有所下降，说明照片观赏这4种植物群落景观后，参与者的紧张情绪得到有效的缓解。进一步分析参与者的SCL减压差值（△P3）依次为：乔–灌–草（1.582）＞草坪（0.956）＞乔–草（0.854）＞乔木林（0.625）。由此可见，照片观赏乔–灌–草群落景观后，参与者的压力缓解效果最为明显。

图5 照片观赏植物群落景观后参与者SCL指标的变化Changes in participants’ SCL indicators after viewing plant community landscapes by photo

2.2.2 ECG指标变化

1）LF/HF指标的变化。通过分析参与者在照片观赏4种植物群落景观后的LF/HF变化值（图6），发现与压力阶段（△P1）相比，参与者在恢复阶段（△P2）照片观赏4种植物群落景观后的LF/HF变化值均呈下降趋势，其中在照片观赏草坪群落景观后，参与者的LF/HF变化值下降明显。对参与者的LF/HF减压差值（△P3）进行比较，发现参与者在照片观赏草坪群落景观后的LF/HF减压差值明显大于观赏其他群落景观照片后的LF/HF减压差值，这说明参与者在照片观赏草坪群落景观后的压力缓解效果明显优于其他群落。

图6 照片观赏植物群落景观后参与者LF/HF指标的变化Changes in participants’ LF/HF indicators after viewing plant community landscapes by photo

2）pNN50指标的变化。通过分析参与者在照片观赏4种植物群落景观后的pNN50变化值（图7），发现在照片观赏乔–灌–草群落景观后，参与者在恢复阶段（△P2）的pNN50变化值大于压力阶段（△P1）。对参与者在照片观赏4种植物群落景观后的pNN50减压差值（△P3）进行比较，发现草坪群落的减压差值与乔–灌–草群落的减压差值之间的差异显著（p=0.015）。该结果表明，照片观赏草坪群落景观后，参与者的压力缓解效果最为明显。

图7 照片观赏植物群落景观后参与者pNN50指标的变化Changes in participants’ pNN50 indicators after viewing plant community landscapes by photo

2.3 视频观赏与照片观赏的生理指标变化对比

2.3.1 SCL指标的变化

通过比较分析参与者在2种观赏形式下观赏不同植物群落景观后的SCL变化值，发现参与者通过视频形式观赏草坪群落景观后的SCL减压差值（△P3）明显大于通过照片形式观赏。而参与者通过视频形式观赏乔-草群落景观后的SCL减压差值（△P3）明显小于通过照片形式观赏（表1）。该结果表明，参与者在2种观赏形式下观赏草坪和乔-草群落景观后的压力缓解效果差异较大。

表1 不同植物群落景观中视频与照片观赏的SCL减压差值（△P3）的变化Tab. 1 Variation of SCL decompression difference (△P3 ) between video and photo viewing in different plant community landscapes

2.3.2 ECG指标的变化

1）LF/HF指标的变化。通过比较分析参与者在2种观赏形式下观赏不同植物群落景观后的LF/HF变化值，发现参与者通过视频形式观赏乔木林和乔–灌–草群落景观后的LF/HF减压差值（△P3）大于通过照片形式观赏（表2）。该结果表明，参与者在视频观赏乔木林和乔–灌–草群落景观后的压力缓解效果要优于照片观赏，草坪和乔-草群落景观则相反。

表2 不同植物群落景观中视频与照片观赏的LF/HF减压差值（△P3）变化Tab. 2 Variation of LF/HF decompression difference (△P3 ) between video and photo viewing in different plant community landscapes

2）pNN50指标的变化。通过比较分析参与者在2种观赏形式下观赏不同植物群落景观后的pNN50变化值，发现参与者通过视频形式观赏乔–灌–草和乔–草群落景观后的pNN50减压差值（△P3）大于通过照片形式观赏（表3）。该结果表明，参与者在视频观赏乔–灌–草和乔–草群落景观后的压力缓解效果要优于照片观赏，草坪和乔木林群落景观则相反。

表3 不同植物群落景观中视频与照片观赏的pNN50减压差值（△P3）的变化Tab. 3 Variation of pNN50 decompression difference (△P3 ) between video and photo viewing in different plant community landscapes

2.4 参与者的性别与专业对生理指标变化的影响

分析结果表明，与女性参与者相比，男性参与者在观赏植物群落景观后的减压效果较为明显（p＜0.001，表4）。不同专业的参与者在观赏植物群落景观后，参与者的SCL减压差值（△P3）和pNN50减压差值（△P3）均有显著差异（p＜0.01，表5）。与专业的参与者相比，非专业的参与者的减压效果较为明显（p＜0.05）。该结果表明，性别和专业对参与者在观赏植物群落景观后的生理指标变化具有显著影响。

表4 不同性别之间各项生理指标的减压差值（△P3）的变化Tab. 4 Changes in the decompression difference (△P3 ) of various physiological indicators between different genders

表5 不同专业之间各项生理指标的减压差值（△P3）的变化Tab. 5 Changes in the decompression difference (△P3 ) of various physiological indicators between differentprofessionals

3.1 植物群落景观对人体的生理反应影响

3 讨论与结论

本研究旨在评估2种观赏形式下的植物群落景观对人压力缓解效果的差异，并为未来植物景观感知和偏好的评价提供科学依据。首先，2种观赏形式之间存在一定差异，针对不同植物群落景观，视频观赏形式和照片观赏形式对参与者的压力缓解效果也不同。其次，在4种植物群落景观中，观赏草坪群落的视频与照片后对人缓解压力的效果最好。最后，不论采用哪种形式，性别和专业的差异对参与者的生理指标均有显著影响。

参与者在观赏草坪群落景观后的减压效果较好，这可能与草坪群落景观所形成的开敞空间类型有关，“瞭望–庇护”理论中指出人类具有2种景观环境偏好的属性，即前景和避难所，提供了栖身的空间，又具有瞭望功能，这类景观环境值得被重视[27]。乔木林与乔–灌–草群落景观分别为垂直空间与私密空间，乔木林群落构成的垂直空间符合“瞭望–庇护”理论中所描述的场景，顶面树荫环绕（避难所）与开阔的视线（前景）2个因素同时存在[27]；乔–灌–草群落构成的私密空间使人的安全性得到保护[28]，而观赏乔–草群落景观后对人减压效果较小的原因，可能在于树干的高度过高，人们的视线和视野受到阻挡，参与者可能会出现紧张情绪和应激反应[29]。

3.2 观赏形式对人体的生理反应影响

视频与照片2种观赏形式之间存在的差异性，可能是由于这2种观赏形式主要通过视觉对参与者形成感官刺激体验，而无法实现实地环境中的其他感官因素（例如自然的声音、光线光照、温度、湿度等）呈现出的体验效果[30]。然而，实地观赏通常需要大量的人员调动、物资调配、财力支持和时间成本，再加上一些不可控制的环境因素与人为因素，最终获取的数据可能会受到一定的影响与限制，因此诸多的研究者采用图像技术作为视觉风景的呈现模式[10]。视频的连贯性画面使得参与者的感官体验效果要优于照片的片段式画面呈现效果[31]。本研究还发现，以往的相关研究显示，视频与照片观赏形式下的自然风景对参与者减轻压力、提升积极情绪的作用不显著[32-33]。而本研究发现，视频与照片观赏植物群落景观对参与者的压力有短暂的缓解效果，其中视频观赏草坪群落景观后对参与者的压力缓解效果较好，可能是由于观赏简短的虚拟自然视频可以提供容易获得的低成本绿色景观疗愈效果，有助于改善情绪和促进心理健康[34]。

本研究的结果表明，应用于景观感知和偏好的视频、照片观赏形式在视觉呈现上并不完全相同，但在可控性、可操作性和有效性上要强于实地体验。植物景观图像（视频、照片）对长期接触自然的人而言，可以作为视觉感知评价的辅助工具；而对长期无法接触自然的人来说，可以起到一定的疗愈作用。植物景观图像的观赏形式虽然无法取代实地的自然景观对人的疗愈作用，但是在一定程度上，可以对疗愈起到辅助作用。例如，对于常年在海上航行的船员，或在密闭环境中的工作人员，植物景观图像的观赏形式是较为容易获取且最接近自然的图像呈现。视频观赏的疗愈效果与照片观赏之间差异较小，因此在今后的植物景观图像观赏中，可以采用2种观赏形式的交替或叠加使用，这样可以将疗愈效果尽可能最大化，也是一种新型的具有疗愈辅助效果的观赏形式。

3.3 不同性别和专业对人体的生理反应影响

本研究中，不同性别和专业对参与者观赏植物群落景观的生理反应有显著影响，该结果与Zhang、Wang等的研究一致[35-36]，但与Lyons[37]的发现并不完全一致。Wang等的研究结果表明，男性更喜欢乔木林景观[35]，因为女性在偏僻的地方会感到恐惧[38-39]。每个专业都对应着各自的知识领域，而这种领域可能在偏好形成过程中充当变量，从而影响不同专业参与者之间的个体差异[36,40]。同时也有研究表明，那些很少看到优美植物景观的游客偏好得分往往较高[41]。然而，尽管本研究选择的地点在植物群落景观上有所不同，但它们都是城市环境中常见且常规的空间类型，均为学生所熟悉。因此，为了更好地研究不同性别和专业对人观赏植物群落景观体验的影响，在进一步研究中这样不同社会群体的参与者进行分析非常重要。

4 总结与展望

4种植物群落景观都具有不同的营造特点，乔–灌–草群落营造出保障游人安全的私密空间，同时为游人提供了交流的私密性；草坪群落营造出给游人提供活动休闲场地的开敞空间，当游人感到困倦，可以在草坪周边的乔–灌–草群落处休憩驻足。在具有通行功能的场地中，可以采用以乔–草群落为主的景观，给游人在通行时提供遮荫庇护的空间；同时在通行空间周边，采用草坪和乔–灌–草群落相互结合的景观，给游人在通行的道路上提供安全性和空间趣味性；而在场地的外围，可以采用乔木林群落景观，既起到屏障作用，又可为游人提供遮荫和驻足小憩的空间。因此，在今后的植物景观设计中，在重要的节点上多考虑草坪和乔–灌–草群落景观，在次要节点上采用以4种植物群落景观相辅相成的种植布局方式，给人们提供开敞空旷的休闲空间，同时也为人们提供相互交流的空间以及保障人们的私密性和安全性，营造出适宜人居环境的康复景观。

随着科学技术的发展，尽管有越来越多的视觉技术方法涌现出来，但是没有任何一种技术能够准确地复制实地环境的特征[42]。尽管如此，在受控条件下将视觉体验用于科学研究仍然具有重大意义。对于如何应用一种比较有效简约的实验方法来定量研究植物群落景观对人们情绪或生理健康的影响，也是值得不断探索的重要问题。总之，借助图像技术可以比较方便有效地定量模拟不同植物群落景观对人们的生理情绪的影响，但是对于方法的系统性和方法的边界或阈值等问题还需进一步深入探索。

目前的研究也存在一些不足。首先，所有参与者以大学生群体为主，结果可能无法反映其他社会群体的反应，因此，为了更好地证明研究的有效性，今后的研究中应进一步扩充群体样本量的类型。其次，本研究中的植物群落景观代表了城市公园以及参与者常见的植物群落景观，为了充分挖掘不同群落类型的空间形态和植物景观的空间属性等因素，应考虑由植物群落构成的多种空间形态和特征的景观类型。最后，由于本研究仅涉及视频与照片2种观赏形式，在今后的研究中，可以进一步探索关于体验多种观赏形式对人体生理和心理的不同影响，例如实地与虚拟景观环境的对比研究。

致谢(Acknowledgments)：

感谢参与本试验的同学给予的支持；感谢向鹏天、孟令爽、胡阳芷3位同学对数据收集提供的帮助。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

文中图表均由作者绘制。