城市生態風景林公眾康養效益評價?

洪志猛 蘭思仁 戰韻竹

1 福建省林業科學研究院 福州 350012

2 福建農林大學園林學院 福州 350002

隨著城市化進程的加快, 環境污染和各種傳染疾病的蔓延影響了人們的生活品質, 城市居民的身心健康受到了廣泛關注。 森林具有促進人類健康和福祉的作用[1], 森林環境能給人帶來舒適、平靜、 放松等積極情緒[2]。 城市生態風景林作為城市居民親近森林的主體, 具有提升景觀、 減少噪音、 改善空氣質量、 促進身心健康等效益[3－9]。目前, 森林康養相關研究主要集中在情緒健康、聲景感知、 負氧離子等方面[10－12], 而針對于不同林分類型對公眾生理健康效益影響及差異研究較少。

為了探討城市生態風景林不同林分類型對人體生理健康的影響, 本研究利用Ergo LAB 數據平臺, 評估受試者在不同林分環境下的生理指標,擬探究以下問題: 1) 不同的城市生態風景林林分類型是否具有緩解壓力作用。 2) 不同的林分類型對緩解壓力是否存在差異。 3) 同一林分類型對不同人群結構康養效益影響是否存在差異。

1 研究區概況

福州國家森林公園屬亞熱帶海洋性氣候, 氣候溫和, 雨量充沛, 年平均相對濕度79%, 年平均氣溫20 ℃。 土壤以紅壤為主, 顯酸性, 公園內植被類型復雜, 共有蕨類植物39 科147 種, 裸子植物11 科114 種, 被子植物200 科4 864 種[13]。為了探討城市生態風景林對人體生理健康的影響,選擇福州國家森林公園竹林、 木荷林、 針闊混交林及水杉林4 種林分類型作為試驗林進行研究。 4種林分類型試驗樣地以觀測點為中心設置3 個100 m×100 m 標準樣地進行每木檢測, 郁閉度測定采用樹冠投影法[14](表1)。

2 研究方法

2.1 受試者簡介

學生的評判能充分代表公眾的審美態度, 與公眾景觀評價之間不存在明顯差異[15－16]。 因此,不同林分類型試驗林測定邀請54 名在校大學生作為受試者, 最終有效樣本為48 份, 男女人數各占一半, 4 個林分類型共有樣本總量192 份。 竹林環境中不同年齡結構受試者中老年人主要來自公園游客, 青年人以在校大學生為主, 不同年齡人群各有效樣本為48 份。

2.2 生理指標測定

北京津發科技研制的Ergo LAB 穿戴式生理多導儀及數據記錄分析系統適宜野外自然環境數據采集, 能夠實時監測受試者生理反應各項指標數據變化并進行科學準確分析。 本研究測定的生理指標包括受試者肌電(electromyography, EMG)、皮膚電(electrodermal activity, EDA)、 呼吸頻率( respiratory rate, RESP ) 和血容量脈搏(photoplethysmography, PPG) 4 項。 EMG 反應的是肌肉緊張的生理變化指標, EMG 數值隨著壓力期的增加而增加, 而恢復期則減少[17]。 EDA 是反映交感神經最有效、 最敏感的生理指標[18]。RESP 反映人體受到外界刺激時引起的呼吸頻率變化。 PPG 體現手指末端血管內血液容量變化,血液容量可以反映人體的生理狀況。

2.3 試驗流程

為保持受試一致性, 受試人員經過試驗準備期、 生理初試期、 生理施壓期、 放松期、 林分環境康復期等階段(圖1)。 經研究表明: 第2~12 min 副交感神經及交感神經活動的指標變化明顯[19], 自然環境的恢復效益可以在生理上迅速體現[17], 因此, 林分環境生理恢復選擇10 min, 包括放松期和環境康復測定。 生理初試期利用受試者觀看白色圖片測得基礎生理數據, 生理施壓期受試者利用做題施壓過程測得的生理數據為“前測值”, 林分環境康復期受試者在林分環境中康養測得的生理數據為“后測值”。 “后測值－前測值” 為康復值, 當康復值為負值, 絕對值越大,生理康養恢復效果越好。

圖1 城市生態風景林林分環境生理指標測定流程

2.4 標準劃分

根據聯合國世界衛生組織提出的新的年齡分段標準: 18~44 周歲為青年人； 45~59 周歲為中年人； 60 周歲以上為老年人。 根據測定將EMG、EDA、 RESP 康復值劃分4 個區間: ≤－2、 －2~－1、 －1~0 和>0, 對應等級依次為極好、 較好、一般和較差。 而測定的PPG 指標康復值波動較大, 將其劃分4 個區間: ≤－5、 －5~0、 0~5, >5, 對應等級依次為極好、 較好、 一般和較差。

3 結果與分析

3.1 不同林分類型公眾生理指標響應特征

4 種林分類型對公眾4 項生理指標響應特征如圖2 所示。 EMG 生理指標在竹林和水杉林影響效果好, 康復值達到較好以上等級的人群占比分別為33.33%和29.17%, 竹林、 木荷林、 針闊混交林及水杉林4 種林分一般等級占比分別為50%、70.83%、 45.83%及43.75%。 從EDA 指標來看,針闊混交林和竹林康復效果好, 但達到較好以上等級僅占22.92%和20.83%, 一般等級比重大,竹林、 水杉林一般等級分別占58.33%和56.25%。從PPG 指標影響來看, 竹林和水杉林達到較好以上等級的人群均為58.33%, 其次為木荷林占47.92%, 較差為針闊混交林僅占35.42%。 對于RESP 指標的生理響應, 竹林和水杉林達到較好以上等級的人群占比為37.5%和29.17%； 竹林、木荷林、 針闊混交林及水杉林等達到一般等級以上的分別占70.83%、 50%、 58.33%、 64.58%。整體來看, 4 種林分類型對公眾生理指標的響應效果, 以竹林最好, 其次為水杉林, 針闊混交林和木荷林較差。

圖2 不同林分公眾生理指標響應特征

3.2 不同林分類型對公眾康養恢復效果

不同林分類型對4 項生理指標康養效果如圖3 所示, 不同林分類型公眾生理康養等級基本呈正態分布, 一般等級占比較高, 其次為較差和較好等級, 極好等級占比較低。 竹林、 木荷林、 針闊混交林及水杉林對生理康養達到極好等級分別為11.46%、 5.21%、 8.33%、 11.98%, 而較好等級人群占比分別為26.05%、 18.23%、 17.71%、21.35%。 從較好以上等級來看, 竹林、 水杉林生理康養效果好, 分別達到37.51%、 33.33%, 其次為針闊混交林26.04%, 木荷林較差為23.44%。生理康養一般等級占比較高, 竹林、 木荷林、 針闊混交林及水杉林分別為45.31%、 47.92%、40.63%、 40.10%, 可見, 不同林分類型起到一定的生理康養效果人群均占有較大的比例。 竹林、木荷林、 針闊混交林及水杉林生理康養效果差的人群占比分別為17.19%、 28.65%、 33.33%、26.56%, 體現了這一部分人群在森林環境中康養效果差, 達不到生理康養的目的。 從總體上來看,不同林分類型生理康養效果存在差異, 根據康復值指標, 竹林、 木荷林、 針闊混交林及水杉林達到生理康養效果的人群占比分別為72.92%、60.94%、 57.29%、 67.19%, 影響效果明顯。

圖3 不同林分類型對人體生理指標響應效果

3.3 不同林分類型對人體生理康養顯著性差異

從表2 可以看出: 對于EMG 生理指標, 竹林達到極顯著差異(P<0.01), 康復值為－0.676,效果最好； 其次為水杉林, 康復值為－0.566。 針闊混交林、 水杉林達到顯著差異(P<0.05)。 從EDA、 RESP 生理指標看, 竹林、 水杉林達到極顯著差異(P<0.01), 木荷林、 針闊混交林無差異(P>0.05)。 從PPG 指標看, 竹林達到極顯著差異(P<0.01), 竹林康復值為－1.770, 效果最好,是木荷林康復值－0.724 的2.44 倍。 木荷林、 水杉林、 針闊混交林無顯著差異(P>0.05), 水杉林康復值為－0.020, 生理康養效果差, 而針闊混交林康復值為1.219, 說明針闊混交林PPG 指標對人體生理康養效果影響小。 整體來看, 竹林對人體生理指標影響最為突出, EMG、 EDA、 PPG和RESP 4 項指標值均達到極顯著差異 (P<0.01)； 其次為水杉林, EDA、 RESP 指標值達到極顯著差異(P<0.01), EMG 達到顯著差異(P<0.05)； 針闊混交林的EMG 達到顯著差異(P<0.05)； 木荷林對EMG、 EDA、 PPG 和RESP 4 項生理指標響應均無顯著差異(P>0.05), 說明其對人體生理康養恢復效果不高。

表2 不同林分類型對人體生理康養的影響

3.4 同一林分類型對不同年齡群體康養效益影響

以竹林為例, 從表3 可以看出: EMG 在老年人中的康復值－1.701 4 是中年人康復值－0.310 0的5.49 倍, 青年人康復值為0.004 4 無恢復效果。PPG 在老年人中的康復值－6.000 0 是中年人康復值－0.692 3 的8.67 倍, 是青年人康復值－3.687 5的1.63 倍。 EDA 和RESP 康復值在中年人中較好, EDA 在老年人中的恢復效果次之, 而RESP在青年人中的恢復效果次之。 從差異顯著性來看,EMG 在不同年齡人群中存在極顯著差異(P<0.01)。 PPG 存在顯著差異(P<0.05)。 EDA 和RESP 不存在顯著差異(P>0.05)。 綜上所述, 相較于中年人、 青年人, 老年人在EMG、 PPG 指標生理康養效果極顯著(P<0.01)。

表3 竹林對不同年齡結構人群康養效益影響

4 討論

4.1 城市生態風景林在一定程度上具有緩解壓力的作用

竹林、 木荷林、 針闊混交林及水杉林4 種林分類型對EMG、 EDA、 PPG 及RESP 4 項生理綜合指標康養恢復效果明顯。 森林環境可緩解壓力,增加副交感神經活動[20]。 綠色環境相對于人工環境, 可以減少更多情緒和心理的壓力[21－22]。 當人們面對壓力時, 接觸自然能迅速產生積極反應,恢復積極的情緒和態度[23－24]。

4.2 不同林分類型對生理康養恢復存在差異

4 種林分類型生理康養恢復效果從好到差依次為: 竹林>水杉林>針闊混交林>木荷林。 竹林生理康養恢復效果最好, 其次為水杉林和針闊混交林, 木荷林最差, 這與宋陽等[25]的研究結果相似。 影響不同林分類型康養差異性因素很多, 其原因主要有: 一方面, 不同林分類型的植物揮發性物質主要成分不同, 如竹林中揮發有機物單萜烯含量為37.34%~82.25%[26], 具有良好康養潛力； 水杉林的揮發物主要成分是萜類化合物[27]；木荷林在自然條件下能揮發出多種芳香物質[28]；針闊混交林主要揮發物為α-蒎烯、 異戊二烯[29]。各林分環境的揮發性物質具有良好的生理活性,導致了人體生理指標反應的差異性[30]。 另一方面, 視覺偏好是視覺適應性的重要體現, 人體感知的視覺森林空間是緩解壓力效果的主要因素。Chiang 等[31]研究表明, 人們對于高大通直、 中等密度的森林空間更有偏好性, 同時在其研究中加入了生理指標的判別, 結果呈現了一致的結論[32]。 實地調查表明, 竹林竹莖通直, 曲徑通幽, 空間密度適宜, 視覺效果好； 水杉林和木荷林樹體高大通直, 但密度較高, 視覺偏好性較差；針闊混交林樹種配置參差不齊, 林相較為雜亂,視覺偏好性差。 因此, 感官視覺的偏好影響著人體生理反應, 也體現不同林分類型對緩解壓力存在差異性。

4.3 同一林分類型對不同人群結構生理康養恢復存在差異性

以竹林為例, 竹林環境對老年人生理康養恢復效果顯著, 尤其在EMG、 PPG 指標恢復效果好, 存在顯著差異。 中年人在EDA、 RESP 指標恢復較好, 中年人和青年人恢復效果不存在顯著差異, 這和Huang 等[33]的結果相似。 姜濤等[34]以腦電波為反饋標志, 分析了在觀賞竹景觀的視覺刺激下, 不同性別、 不同年齡段人群的生理活動變化和差異, 結果顯示女性和青年人對環境的敏感度更高, 老年人群對視覺刺激的生理反應略弱。 因此, 研究不同人群的恢復效益具有重要作用。 同一森林環境對老年人恢復效果顯著, 其主要原因可能是不同社會屬性人員造成的。 通過對問卷社會經濟背景的分析, 調查的人群主要是到森林公園休閑娛樂的離退休老年人, 該群體生活壓力小, 適應森林公園環境, 受到施壓恢復效果好。 中年人群主要來自森林公園旅游者, 青年人群以高校大學生為主, 中青年人群工作、 學習壓力較大, 施壓后恢復效果一般。

5 結論

城市生態風景林林分環境對公眾有良好的緩解壓力作用, 尤其是竹林的康養效果最為顯著。不同林分類型對生理康養效益存在差異性, 4 種林分類型康養效益從好到差依次為竹林>水杉林>針闊混交林>木荷林。 竹林的EMG、 EDA、 PPG和RESP 4 項生理康復指標均達到極顯著差異；水杉林的EDA、 RESP 指標達到極顯著差異,EMG 達到顯著差異； 針闊混交林EMG 達到顯著差異； 木荷林4 項生理康養指標均無顯著的差異。同一林分類型對不同年齡結構人群生理康養恢復存在差異性。 以竹林為例, 其對老年人恢復效果顯著, 尤其是EMG、 PPG 指標, 中年人在EDA、RESP 指標恢復效果較好, 中年人和青年人恢復效果差異不顯著。 未來應在4 個不同林分類型基礎上開展更多類型的研究, 探索同一類型在不同季節的變化規律； 還可增加試驗受試樣本量, 增加生理指標測定, 以獲得更全面的實驗結果, 從而起到促進城市生態風景林公眾康養效益的作用。